Семестр7 / Спец. ел. маш. / Інше / Лекц14

АСИНХРОННЫЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Общие сведения

Асинхронные исполнительные двигатели это двухфазные двигатели с двумя обмотками на статоре, сдвинутыми в пространстве на 90 электрических градусов (рис.1.1). Для того чтобы обмотки создавали вращающееся магнитное поле, необходим временной сдвиг токов в этих обмотках. В зависимости от способа сдвига токов различают три способа управления исполнительными двигателями: амплитудный (рис.1.1,а); фазовый (рис.1.1,б) и амплитудно–фазовый (рис.1.1,в).

При амплитудном управлении на обмотку возбуждения подается напряжение U в , а на обмотку управления – напряжение U у , переменное по амплитуде и сдвинутое

по фазе относительно него на 90 . Управление двигателем осуществляется

Рис.1.1. Способы управления асинхронным исполнительным двигателем

Круговое магнитное поле и максимальная частота вращения имеют место только при аэ 1. При аэ 1– поле эллиптическое, а частота вращения меньше

максимальной. При аэ 0 – поле пульсирующее; двигатель не вращается. Реверс

двигателя осуществляется за счет изменения фазы напряжения управления.

При фазовом управлении на обмотку возбуждения подается напряжение сети U в , а на обмотку управления – постоянное по амплитуде напряжение, величина

Регулирование частоты вращения осуществляется изменением фазы напряжения

конденсаторное. На первый взгляд этот способ кажется амплитудным, однако, это не так. Дело в том, что при изменении амплитуды напряжения управления U у ,

изменяется частота вращения двигателя n , изменяется ток возбуждения I в , а поскольку напряжение на обмотке возбуждения U в* равно разности напряжения сети U c и падения напряжения на конденсаторе I в xk , то оно изменяется как по величине, так и по фазе Uв Uc jIв xk

Коэффициентом сигнала ае здесь принято называть отношение напряжения управления U у к напряжению сети U c : ае U у Uc .

Известно, что характеристики конденсаторного двигателя во многом зависят от того, как выбраны соотношения напряжений на обмотках и емкость конденсатора. Обычно их выбирают из условия получения кругового магнитного поля при пуске двигателя. Коэффициент сигнала, обеспечивающий это условие, обозначают ае0 . Поэтому при ае0 поле круговое, при ае ае0 – эллиптическое, при

ае 0 – пульсирующее.

Анализируя сказанное выше, можно сделать вывод, что несмотря на конструктивные различия способов управления асинхронным исполнительным двигателем, их объединяет общая идея управления: деформация магнитного поля от кругового к эллиптическому до пульсирующего.

Для обеспечения устойчивой работы двигателя во всем диапазоне частот вращения, для расширения зоны регулирования и, как узнаем из дальнейшего, для устранения самохода, асинхронные исполнительные двигатели изготавливают с роторами, имеющими большие активные сопротивления (рис. 1.2). В результате их критические скольжения всегда больше единицы (кривая 1). У обычных машин sk = 0,1¸ 0,5 (кривая 2).

Рис.1.2. Механические характеристики исполнительных (1) и силовых (2) асинхронных двигателей

Большие сопротивления ротора приводят к увеличению потерь и снижению механической мощности. Поэтому асинхронные исполнительные двигатели имеют полезную мощность в 2¸ 3 раза меньшую, чем силовые двигатели такого же габарита.

16.2. Уравнения токов и схемы замещения асинхронных исполнительных двигателей

В общем случае асинхронный исполнительный двигатель является несимметричной двухфазной машиной, для которой можно нарисовать известные четыре схемы замещения. Например, для обмотки управления они имеют следующий вид (рис. 1.3)

Рис. 1.3. Схемы замещения обмотки управления

Здесь: s n1 n n1 1 nn1 1 n ; 2 s 1 n , где n – относительная частота вращения.

Эти схемы позволяют получить уравнения токов, по которым можно вывести уравнения механических, регулировочных и прочих характеристик. Однако, полученные уравнения будут слишком громоздкими. Для асинхронного исполнительного двигателя ситуацию можно существенно упростить, если в схемах замещения пренебречь всеми сопротивлениями, кроме активного сопротивления ротора rp . Такие схемы, да и сами двигатели, будем называть

"идеальными" (рис.1.4). Основанием для идеализации служит тот факт, что исполнительные двигатели выполняются с роторами, имеющими большое активное сопротивление.

Для последних схем замещения уравнения токов принимают вид:

Требования, предъявляемые к ИАД

Характер требований, предъявляемых к исполнительным двигателям, определяется спецификой их работы: частые пуски, реверсы, постоянно изменяющаяся частота вращения. Основные требования - отсутствие самохода, т. е. самоторможение при снятии сигнала управления; широкий диапазон регулирования частоты вращения; линейность характеристик; большой пусковой момент; малая мощность управления; быстродействие (малоинерционность).

Одно из основных требований к ИД — отсутствие самохода. Известно, что обычные асинхронные двигатели имеют небольшое активное сопротивление обмотки ротора и работают с малым критическим скольжением (см. § 13.3). Такие двигатели непригодны в качестве исполнительных, так как они обладают самоходом, т. е. при снятии сигнала управления двигатель будет продолжать работать как однофазный. Это иллюстрирует рис. 17.8, а, на котором точка А определяет режим работы двигателя с нагрузочным моментом Миом при наличии сигнала управления.

Рис. 17.8. Устранение самохода в асинхронном исполнительном двигателе

При снятии сигнала управления поле статора становится пульсирующим (обмотка возбужения постоянно включена в сеть) и режим работы двигателя "определяется точкой В на характеристике однофазного двигателя. При этом электромагнитный момент двигателя останется положительным. Если же увеличить активное сопротивление ротора, то форма кривых прямого Мпр, обратного Мобр и результирующего М = Мпр + Мобр моментов изменится (рис. 17.8, б): максимумы моментов Мпр и Мобр сместятся в область больших скольжений (sкр > 1 ). Теперь после прекращения сигнала управления, т. е. при переходе двигателя в однофазный режим, электромагнитный момент становится отрицательным Мт (точка В) и оказывает на ротор тормозящее действие, не допуская самохода.

К исполнительным двигателям предъявляется также требования малоинерционности (быстродействия), т. е. при подаче сигнала управления ротор

двигателя должен очень быстро достигать установившейся частоты вращения. Выполнению этого требования способствуют увеличение пускового момента, уменьшение синхронной частоты вращения поля статора и снижение момента инерции ротора.