Асинхронные двигатели автоматических устройств
Управляемыми (исполнительными) двигателями автоматических устройств называют двигатели, предназначенные для преобразования электрического сигнала – амплитуды напряжения или его фазы – в механическое перемещение – вращение вала. Особенностью режима работы управляемого двигателя автоматической системы является то, что они практически никогда не работают в номинальном режиме – при номинальной частоте вращения. Для их работы в отличие от обычных силовых двигателей характерны частые пуски, остановы, реверсы.
На статоре асинхронного двухфазного двигателя размещены две обмотки, сдвинутые одна относительно другой на 90° эл. (рис. 6.8). На одну из них (обмотку возбуждения) постоянно подается напряжение питающей сети. На другую (обмотку управления) электрический управляющий сигнал, изменяющийся по величине или фазе, подается лишь тогда, когда необходимо вращение вала.
Регулирование частоты вращения осуществляют либо изменяя значения напряжения при неизменной фазе (амплитудное управление), либо изменяя фазы напряжения управления при неизменной амплитуде (значении) напряжения (фазовое управление), либо одновременно изменяя и величину и фазу управляющего напряжения (амплитудно-фазовое управление). Во всех способах уменьшение частоты вращения достигается путем увеличения эллиптичности – возрастания обратно вращающегося поля, которое создает тормозной момент. Простота и дешевизна способов управления оправдывает их неэкономичность.
|
|
|
Для обеспечения устойчивой работы двигателя во всем диапазоне изменения частоты вращения от 
до 
и устранения самохода его роторные обмотки выполняют с большим активным сопротивлением. Критическое скольжение такого двигателя всегда 
, а его механическая характеристика 2 представлена на рис. 6.9, а. Цифрой 1 отмечена характеристика двигателя общего назначения. Жирными линиями показаны части характеристик, обеспечивающие устойчивую работу. Вместе с увеличением диапазона устойчивой работы у двигателя с повышенным сопротивлением отсутствует самоход: двигатель тормозится при снятии управляющего сигнала. Действительно, при переходе в однофазный режим его результирующий момент ( 
) становится отрицательным (рис. 6.9, б) и двигатель быстро останавливается. Механическая характеристика двухфазного управляемого асинхронного двигателя при меньшем напряжении управления показана на рис. 7.9, а штриховой линией.
а) б)
Значительное распространение получили двигатели с полым немагнитным ротором (рис. 6.10) и запрессованным в корпус 2 внешним статором 1, на котором укреплены две обмотки 3, сдвинутые в пространстве на угол 90° эл. Ротор 4 выполнен в виде тонкостенного стакана из немагнитного материала, чаще всего из алюминия. Своим дном ротор жестко укреплен на оси 7, которая свободно вращается в подшипниках 6, расположенных в подшипниковых щитах 5. Для уменьшения магнитного сопротивления на пути основного магнитного потока, проходящего через воздушный зазор, внутри ротора устанавливают внутренний статор 8. Его набирают из листов электротехнической стали и укрепляют на цилиндрическом выступе одного из подшипниковых щитов. Полый ротор обладает очень малой массой и, следовательно, незначительным моментом инерции.
|
|
|
При протекании тока по обмоткам статора создается вращающееся магнитное поле и в роторе индуцируется ЭДС, направленная по образующей цилиндра (поверхность цилиндра можно представить в виде бесконечного числа волокон – проводников ротора).
Полый немагнитный ротор управляемого асинхронного двигателя в отличие от роторов других типов обладает незначительным индуктивным сопротивлением, что повышает линейность механических характеристик.
Характерной особенностью двигателя с полым немагнитным рото-ром является значительный ток холостого хода, составляющий 85-95 % от номинального. Это объясняется тем, что в рассматриваемом двигателе расчетная величина эффективного немагнитного зазора 
0,6-1,2 мм (с учетом толщины полого ротора), значительно больше, чем в двигателе с короткозамкнутым ротором нормального исполнения ( 0,03-0,15 мм). С целью снижения массы и габаритов двигателя повышают частоту питающего напряжения до 400-1000 Гц.
|
|
|
Вращающиеся трансформаторы
Вращающимися трансформаторами называют электрические микромашины переменного тока, преобразующие угол поворота ротора θ в напряжение, пропорциональное синусу или косинусу этого угла или пропорциональное самому углу поворота. Эти машины широко применяются в автоматических и вычислительных устройствах, предназначенных для решения геометрических и тригонометрических задач, выполнения различных математических операций, построения треугольников, преобразования координат, разложения векторов и т. д.
Вращающие трансформаторы (ВТ) выполняют так же, как асинхронные двигатели с фазным ротором. На статоре и роторе размещают по две одинаковые распределенные обмотки, сдвинутые на 90°. Магнитопровод выполняют из листов электротехнической стали или пермаллоя, тщательно изолированных друг от друга.
|
|
|
Работает трансформатор в режиме поворота ротора или его вращения. Одну обмотку статора – обмотку возбуждения В - подключают к сети переменного тока, а другую – компенсационную обмотку К – к некоторому сопротивлению или замыкают накоротко. Иногда обе статорные обмотки получают независимое питание переменного тока.
Обмотки ротора S (синусная) и С (косинусная) присоединяют к контактным кольцам. Для уменьшения числа контактных колец концы двух обмоток ротора присоединяют к общему кольцу. В зависимости от схемы включения обмоток возможны различные режимы работы ВТ.
В синусно-косинусных трансформаторах (СКВТ) выходное напряжение одной обмотки пропорционально синусу угла поворота, а другой – косинусу угла поворота ротора. 
Если ось обмотки С ротора сдвинута относительно оси обмотки статора на некоторый угол 
(рис. 6.11, б), то максимальное значение потока, сцепленного с этой обмоткой,
,
а ЭДС, индуцированная в этой обмотке,
,
где 
число эффективных витков обмотки ротора.
Выразив ЭДС ротора через ЭДС статорной обмотки, наведенной в ней потоком 
, и отношение эффективных витков ( 
и 
) обмоток, получим
,
где 
- коэффициент трансформации вращающегося трансформатора, значение которого в отличие от обычного является функцией угла поворота .
Обмотка S ротора сдвинута относительно обмотки С на угол 90°, следовательно, выходная ЭДС в этой обмотке
.
При холостом ходе выходные напряжения на синусной и косинусной обмотках ротора равны соответствующей ЭДС:
,
,
т. е. изменяются по требуемым законам. При подключении нагрузки с высоким входным сопротивлением (например, электронное устройство) режим работы практически не изменится.
При любой другой нагрузке по обмоткам, например синусной (синусный ВТ), потечет ток, величина которого определится ЭДС синусной обмотки и сопротивлениями обмотки 
и нагрузки 
:
.
Созданная этим током МДС совпадает с осью фазы S (рис. 6.11, в), которую представим в виде двух составляющих: продольной 
и поперечной 
. Продольная составляющая, как в обычном трансформаторе, создает в обмотке возбуждения компенсирующий ток, МДС которого компенсирует действие 
, не искажая выходное напряжение. Поперечная составляющая 
создает во вращающемся трансформаторе поперечный поток 
, относительно которого обмотка S является косинусной, и, следовательно, в ней индуцируется косинусная составляющая ЭДС, пропорциональная току нагрузки. При включении нагрузки в цепь косинусной обмотки появляется синусная составляющая ЭДС. Итак, при нагрузке нарушается требуемый закон изменения ЭДС и выходного напряжения от функции угла поворота ротора и возникает погрешность. Для ее устранения применяют симметрирование трансформатора. При вторичном симметрировании (со стороны ротора) на выходе обеих обмоток ротора включают одинаковые нагрузочные сопротивления, создавая компенсирующие друг друга поперечные составляющие МДС. При первичном симметрировании (со стороны статора) замыкают накоротко или на добавочное сопротивление компенсационную обмотку, создающую поперечную МДС и компенсирующую погрешность.
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 276; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!