Асинхронні виконавчі двигуни

Асинхронні виконавчі двигуни вживають в системах автоматичного управління для управління і регулювання різних пристроїв.

Асинхронні виконавчі двигуни починають діяти при подачі їм електронного сигналу, який вони конвертують в даний кут повороту вала або в його обертання. Зняття сигналу призводить до негайного переходу ротора виконавчого мотора в нерухоме стан без використання якихось гальмівних пристроїв. Робота таких движків протікає завжди в умовах перехідних режимів, в результаті чого швидкість ротора часто при короткостроковому сигналі не досягає сталого значення. Цьому сприяють також часті запуски, зміни напрямку обертання і зупинки.

За конструктивним оформленням виконавчі двигуни являють собою асинхронні машини з двофазної обмотки статора, виконаної так, що магнітні осі її 2-ух фаз зміщені в просторі відносно один одного не кут 90 ел. град.

Одна з фаз обмотки статора є обмоткою порушення і має висновки до затискачів з позначення ми C1 і С2. Інша, що виконує роль обмотки управління, має висновки, приєднані до затискачів з позначеннями У1 і У2.

До обох фаз обмотки статора підводять належні змінні напруги схожою частоти. Так, ланцюг обмотки збудження приєднують до мережі живлення з постійною напругою U, а в ланцюг обмотки управління подають сигнал у вигляді напруги управління Uу (рис. 1, а, б, в).

Мал. 1. Схеми включення асинхронних виконавчих двигунів при управлінні: а - амплитудном, б - фазовий, в - амплітудно-фазовому.

В результаті цього в обох фазах обмотки статора з`являються належні струми, які завдяки включеним фазосдвігающім елементів у вигляді конденсаторів або фазорегулятора зміщені відносно один одного у часі, що призводить до порушення еліптичного крутного магнітного поля, яке залучає короткозамкнений ротор в обертання.

При зміні режимів роботи двигуна еліптичне крутиться магнітне поле в граничних випадках перебігає в змінне з нерухомою віссю симетрії або в радіальне крутиться, що позначається на властивостях мотора.

Запуск, регулювання швидкості і зупинка виконавчих двигунів визначаються критеріями формування магнітного поля методом амплітудного, фазового та амплітудно-фазового управління.

При амплитудном управлінні напруга U на затискачах обмотки збудження підтримують постійним, а змінюють лише амплітуду напруги Uy. Зрушення фаз між цими напругами, дякуй исключенному конденсатору, дорівнює 90 ° (рис. 1, а).

Фазовий управління харакрно тим, що напруги U і Uy залишаються постійними, а зрушення фаз між ними регулюють поворотом ротора фазорегулятора (рис. 1, б).

При амплітудно-фазовому управлінні, хоча регулюють тільки амплітуду напруги Uy, але при всьому цьому, через наявність конденсатора в ланцюзі збудження і електричного взаємодії фаз обмотки статора, відбувається одночасна зміна фази напруги на затискачах обмотки збудження і зсуву фаз між цим напругою і напругою на затискачах обмотки управління (рис. 1, в).

Час від часу не рахуючи конденсатора в ланцюзі обмотки збудження передбачають ще конденсатор в ланцюзі обмотки управління, що компенсує реактивну намагнічує потужність, знижує втрати енергії і покращує, механічні властивості асинхронного виконавчого двигуна.

При амплитудном управлінні радіальне крутиться магнітне поле спостерігається при номінальному сигналі незалежно від швидкості ротора, а при зменшенні його воно стає еліптичних. У разі фазового управління радіальне крутиться магнітне поле збуджується тільки при номінальному сигналі і зсуві фаз між напругами U і Uy рівним 90 ° незалежно від швидкості ротора, а при іншому зсуві фаз воно стає еліптичних. При амплітудно-фазовому управлінні радіальне крутиться магнітне поле існує тільки при одному режимі - при номінальному сигналі в момент запуску двигуна, а потім у міру розгону ротора воно переходить в еліптичне.

При всіх методах управління швидкість ротора регулюють конфігурацією вдачі обертового магнітного поля, а зміну напрямку обертання ротора виробляють конфігурацією фази напруги, підведеної до затискачів обмотки управління, на 180 °.

До асинхронним виконавчим виконавчим движкам пред`являють спеціальні вимоги в частині відсутності самоходу, забезпечення широкого спектру регулювання швидкості ротора, швидкодії, величезного вихідного пускового моменту і малої потужності управління при відносному збереженні лінійності їх чорт.

Самохід асинхронних виконавчих двигунів проявляється у вигляді мимовільного обертання ротора при відсутності сигналу керування. Він обгрунтований або недостатньо величезним активним опором обмотки ротора - методичний самохід, або поганим виконанням самого мотора - технологічний самохід.

1-ий усунемо при проектуванні двигунів, що передбачає виготовлення ротора з підвищеним опором обмотки і критичним ковзанням sкр = 2 - 4, що, крім того, забезпечує широкий стійкий спектр регулювання швидкості ротора, а 2-ий - високоякісним створенням магнитопроводов і обмоток машин при копіткої їх складанні.

Тому що асинхронні виконавчі двигуни з ротором, що має короткозамкненим обмотку з підвищеним активним опором, відрізняються маленьким швидкодією, що характеризується електромеханічної постійної часу - часом набору ротором швидкості від нульової до половини синхронної - Тм = 0,2 - 1,5 с, то в установках автоматичного управління перевагу віддають виконавчим движкам з порожнистим немагнітним ротором, у яких електромеханічна стала часу має найменше значення - Тм = 0,01 - 0,15 с.

Асинхронні виконавчі двигуни з порожнистим немагнітним ротором, що відрізняються високою швидкодією, мають як зовнішній статор з магнітопроводом звичайної конструкції і двофазної обмотки з фазами, які виконують роль обмоток збудження і управління, так і внутрішній статор у вигляді шіхтованного феромагнітного полого циліндра, укріпленого на підшипниковому щиті мотора.

Поверхні статоров розбиті повітряним зазором, який в круговому напрямку має розмір 0,4 - 1,5 мм. У повітряному зазорі знаходиться стакан з алюмінієвого сплаву зі стіною шириною 0,2 - 1 мм, укріплений на валу двигуна. Струм холостого ходу асинхронних двигунів з порожнистим немагнітним ротором великий і доходить до 0,9Iном, а номінальний ККД = 0,2 - 0,4.

В установках автоматики і телемеханіки використовують движки з порожнистим феромагнітним ротором, у якого товщина стіни 0.5 - 3 мм. У цих машинах, що застосовуються в якості виконавчих і допоміжних двигунів, внутрішній статор відсутній, а ротор укріплений на одній запресованої або 2-ух торцевих залізних пробках.

Зазор між поверхнями статора і ротора в круговому напрямку становить всього 0,2 - 0,3 мм.

Механічні властивості движків з порожнистим феромагнітним ротором ближче до лінійним, ніж властивості движків з ротором, що має звичайну короткозамкненим обмотку, також з ротором, виконаним у вигляді порожнього немагнітного циліндра.

Час від часу зовнішню поверхню полого феромагнітного ротора покривають шаром міді шириною 0,05 - 0,10 мм, а його торцеві поверхні - шаром міді до 1 мм для зростання номінальних потужності і моменту двигуна, але ккд його при цьому кілька зменшується.

Істотними недоліками движків з порожнистим феромагнітним ротором є однобоке прилипання ротора до магнітопроводу статора через нерівномірність зазору, чого не буває в машинах з порожнистим немагнітним ротором. Самохід у двигунів з порожнистим феромагнітним ротором відсутня, вони стабільно працюють в спектрі швидкостей від нульової до синхронної швидкості ротора.

Асинхронні виконавчі двигуни з потужним феромагнітним ротором виконаним у вигляді залізного або чавуну циліндра без обмотки, відрізняю простотою конструкції, високою міцністю, величезним пусковим моментом, стійкістю роботи на даній швидкості і можуть бути застосовані при дуже великих швидкостях ротора.

Є звернені движки з потужним феромагнітним ротором, який виконаний в вид зовнішньої обертається.

Асинхронні виконавчі двигуни виготовляють на номінальну потужність від часткою до декількох сотень ват і зумовлюють для харчування від джерел змінної напруги з частотою 50 Гц, також завищених частот до 1000 Гц і вище.