Асинхронни изпълнителни двигатели

Асинхронните изпълнителни двигатели се използват в автоматичните системи за управление за управление и регулиране на различни устройства.

Асинхронните изпълнителни двигатели започват да работят, когато им се даде електрически сигнал, който те преобразуват в определен ъгъл на въртене на вала или в неговото въртене. Премахването на сигнала води до незабавен преход на ротора на работещия двигател в неподвижно състояние без използване на спирачни устройства. Работата на такива двигатели продължава през цялото време при преходни условия, в резултат на което честотата на въртене на ротора често не достига стационарна стойност с кратък сигнал. Честите стартирания, смяната на посоката и спирането също допринасят за това.

По проект изпълнителните двигатели са асинхронни машини с двуфазна намотка на статор, направени така, че магнитните оси на двете му фази се изместват в пространството една спрямо друга, а не под ъгъл от 90 ел. градушка.

Една от фазите на намотката на статора е намотката на полето и има изводи към клемите, обозначени като C1 и C2. Другият, действащ като контролна намотка, има проводници, свързани към клемите с обозначения U1 и U2.

И двете фази на намотката на статора се захранват със съответни променливи напрежения със същата честота. Така че веригата за намотка на възбуждане е свързана към захранващата мрежа с постоянно напрежение U и се подава сигнал към веригата на управляващата намотка под формата на управляващо напрежение Uy (Фиг. 1, a, b, c).

Ориз. 1. Схеми за включване на асинхронни изпълнителни двигатели по време на управление: а — амплитуда, б — фаза, в — амплитудна фаза.

В резултат на това и в двете фази на намотката на статора възникват съответни токове, които поради включените фазово-изместващи елементи под формата на кондензатори или фазов регулатор се изместват един спрямо друг във времето, което води до възбуждане на елипсовидно въртящо се магнитно поле, което включва ротора на клетката на катерицата.

При промяна на режимите на работа на двигателя, елиптичното въртящо се магнитно поле в ограничаващи се случаи се превръща в редуващо се с фиксирана ос на симетрия или в кръгово въртящо се, което влияе върху свойствата на двигателя.

Стартът, регулирането на скоростта и спирането на изпълнителните двигатели се определят от условията за образуване на магнитното поле посредством амплитудно, фазово и амплитудно-фазово управление.

При управление на амплитудата напрежението U на клемите на намотката за възбуждане се поддържа непроменено и се променя само амплитудата на напрежението Uy. Фазовото изместване между тези напрежения, благодарение на изключения кондензатор, е 90 ° (Фиг. 1, а).

Фазовото управление се характеризира с факта, че напреженията U и Uy остават непроменени, а фазовото изместване между тях се регулира чрез завъртане на ротора на фазовия регулатор (фиг. 1, б).

С амплитудно-фазово управление, въпреки че се регулира само амплитудата на напрежението Uy, но в същото време, поради наличието на кондензатор във веригата на възбуждане и електромагнитното взаимодействие на фазите на намотката на статора, има едновременна промяна в фазата на напрежението в клемите на намотката за възбуждане и фазовото изместване между това напрежение и напрежението от клемите на управляващата намотка (фиг. 1, в).

Понякога в допълнение към кондензатора във веригата на намотката на полето е осигурен и кондензатор във веригата на управляващата намотка, който компенсира реактивната намагнитваща сила, намалява загубите на енергия и подобрява механичните характеристики на асинхронния двигател.

При управление на амплитудата се наблюдава кръгово въртящо се магнитно поле при номинален сигнал, независимо от скоростта на ротора, а когато намалява, то става елипсовидно.В случай на фазово управление, кръгово въртящо се магнитно поле се възбужда само с номинален сигнал и фазово изместване между напрежения U и Uy, равно на 90 ° независимо от скоростта на ротора, и с различно изместване на фазата става елипсовидно. При амплитудно -фазово управление кръгово въртящо се магнитно поле съществува само в един режим — при номинален сигнал към момента на стартиране на двигателя, а след това, когато роторът се ускорява, той се превръща в елипсовиден.

При всички методи на управление скоростта на ротора се контролира чрез промяна на характера на въртящото се магнитно поле, а посоката на въртене на ротора се променя чрез промяна на фазата на напрежението, подадено към клемите на управляващата намотка с 180 °.

Специфични изисквания се налагат на асинхронните изпълнителни двигатели по отношение на липсата на самоходна мощност, осигуряваща широк диапазон от контрол на скоростта на ротора, скорост, големи начален въртящ момент и ниска мощност на управление с относително запазване на линейността на техните характеристики.

Самоходните асинхронни изпълнителни двигатели се проявяват под формата на спонтанно въртене на ротора при липса на управляващ сигнал. Причинява се или от недостатъчно голямо активно съпротивление на намотката на ротора-методически самоходни, или от некачествено изпълнение на самия двигател-технологичен самоход.

Първият се елиминира при проектирането на двигатели, който предвижда производството на ротор с повишено съпротивление на намотката и критично приплъзване scr = 2 — 4, което освен това осигурява широк стабилен диапазон на управление на скоростта на ротора, а второто — високо качествено производство на магнитни вериги и машинни намотки с внимателен монтаж.

Тъй като асинхронните изпълнителни двигатели с ротор с късо съединение с повишено активно съпротивление се характеризират с ниска скорост, характеризираща се с електромеханична времева константа — времето, когато роторът набира скорост от нула до половината от синхронната скорост — Tm = 0,2 — 1,5 s, след това в автоматичните инсталации предпочитание за управление се дава на изпълнителни двигатели с кух немагнитен ротор, при който електромеханичната времева константа има по -ниска стойност — Tm = 0,01 — 0,15 s.

Асинхронните изпълнителни двигатели с кух немагнитен ротор, характеризиращи се с висока скорост, имат както външен статор с магнитна верига с конвенционална конструкция, така и двуфазна намотка с фази, които действат като намотки за възбуждане и управление, и вътрешен статор в под формата на ламиниран феромагнитен кух цилиндър, монтиран върху лагерния щит на двигателя.

Повърхностите на статорите са разделени от въздушна междина, която в радиална посока има размер 0,4 — 1,5 мм. Във въздушната междина има стъкло от алуминиева сплав с дебелина на стената 0,2 — 1 мм, фиксирано върху вала на двигателя. Токът на празен ход на асинхронните двигатели с кух немагнитен ротор е голям и достига 0,9Азном, а номиналната ефективност = 0,2 — 0,4.

В инсталациите за автоматизация и телемеханика се използват двигатели с кух феромагнитен ротор с дебелина на стената 0,5 — 3 мм. В тези машини, използвани като изпълнителни и спомагателни двигатели, няма вътрешен статор, а роторът е монтиран върху един натиснат или два крайни метални щепсела.

Въздушната междина между повърхностите на статора и ротора в радиална посока е само 0,2 — 0,3 мм.

Механичните характеристики на двигателите с кух феромагнитен ротор са по-близки до линейните, отколкото характеристиките на двигатели с ротор с конвенционална намотка с катеричка, както и с ротор, направен под формата на кух немагнитен цилиндър.

Понякога външната повърхност на кух феромагнитен ротор е покрита със слой мед с дебелина 0,05 — 0,10 мм, а крайните му повърхности — със слой мед до 1 мм, за да се увеличи номиналната мощност и въртящ момент на двигателя, но неговата ефективност намалява донякъде.

Съществен недостатък на двигателите с кух феромагнитен ротор е едностранното прилепване на ротора към магнитната верига на статора поради неравномерността на въздушната междина, което не се случва при машини с кух немагнитен ротор. Двигателите с кух феромагнитен ротор не са самоходни; те работят стабилно в диапазона на оборотите от нула до синхронна скорост на ротора.

Асинхронните изпълнителни двигатели с масивен феромагнитен ротор, направен под формата на стоманен или чугунен цилиндър без намотка, се отличават със своята простота на дизайна, висока якост, висок начален въртящ момент, стабилност на работа при дадена скорост и могат да се използват при много високи обороти на ротора.

Има обърнати двигатели с масивен феромагнитен ротор, който е направен под формата на външна въртяща се част.

Асинхронните изпълнителни двигатели се произвеждат за номинална мощност от фракции до няколкостотин вата и са предназначени за захранване от променливи източници на напрежение с честота 50 Hz, както и с повишени честоти до 1000 Hz и повече.
Прочетете също: Selsyns: цел, устройство, принцип на действие