Асинхронные исполнительные двигатели

Фазорегулятор

Электромеханическое устройство, обычно в виде асинхронной электрической машины с заторможенным фазным ротором (работающей как электрический трансформатор), позволяющее изменять сдвиг фаз между напряжениями на зажимах источника тока и нагрузки. Обмотку статора (играющую роль первичной обмотки трансформатора) подсоединяют к сети трёхфазного тока, а обмотку ротора (вторичную обмотку) через контактные кольца подсоединяют к нагрузке. Токи в статорной обмотке создают вращающееся магнитное поле, которое индуцирует в обмотках статора и ротора ЭДС. Сдвиг фаз между этими ЭДС определяется относительным положением статора и ротора φ. (углом взаимного сдвига электрических осей фазных обмоток). Поворачивая ротор относительно статора посредством механического приспособления, например при помощи червячного механизма, можно плавно изменять сдвиг фаз между ЭДС (а следовательно, между первичным и вторичным напряжениями) в пределах от 0° до 360°. При необходимости изменять фазу напряжения в относительно маломощных цепях однофазного переменного тока используют устройства, в которых вращающееся магнитное поле создаётся двумя обмотками, магнитный поток одной из которых сдвинут по фазе относительно потока второй на четверть периода включением электрического конденсатора. Применяется для испытания счетчиков электрической энергии.

Индукционный регулятор напряжения

Индукционные регуляторы напряжения представляют собой заторможенный асинхронный двигатель с фазным ротором. Им можно регулировать напряжение в широких пределах. Статорная и роторная обмотки в регуляторе соединены электрически, но так, чтобы они могли быть смещены относительно друг друга поворотом ротора.

При подключении индукционного регулятора к сети вращающийся магнитный поток наводит в обмотках статора и ротора ЭДС E₁ и E₂. При совпадении осей в обмотках ЭДС E₁ и E₂ совпадают по фазе, а на выходных зажимах регулятора устанавливается максимальное значение напряжения.

При повороте ротора оси обмоток поворачиваются на некоторый угол β. На такой же угол смещается и вектор E₂. При этом напряжение на выходе уменьшается. Поворотом ротора на угол 180° мы устанавливаем на выходе минимальное напряжение.

Сельсины

Сельсинами (самосинхронизирующийся) называют индукционные машины, обеспечивающие синхронный поворот или вращение двух или нескольких осей, механически не связанных между собой. Одна из таких машин механически соединена с ведущей осью и называется датчиком, а другая - с ведомой осью и называется приёмником.

Однофазные сельсины имеют следующее устройство:

На явновыраженных плюсах статора располагается обмотка возбуждения В, а в пазах цилиндрического ротора – трехфазная распределенная обмотка синхронизации С. Ось каждой фазы сдвинута на 120^о и аналогична трехфазной обмотке машины переменного тока.

Различают два режима работы сельсинов: индикаторный и трансформаторный.

Индикаторный режим.

В данном режиме имеются два сельсина: сельсин-датчик и сельсин-приемник.Синхронизирующий момент между валами сельсина- датчика и сельсина- приемника создается при наличии некоторого пространственного угла Δβ= -, называемого углом рассогласования. Когда , то , ток по ротору не протекает. При повороте датчика возникает , обеспечивающая протекание тока по обмоткам синхронизации датчика и приемника. В результате в сельсине- приемнике возникает момент, старающийся повернуть его вал на угол равный углу поворота датчика. Из - за наличия механической нагрузки на валу приемника угол рассогласования, как правило, больше нуля.

Индикаторные сельсины

Асинхронные исполнительные двигатели

Исполнительные двигатели служат для преобразования электрического сигнала в механическое перемещение вала. Частота вращения ИД должна строго соответствовать подводимому напряжению и изменяться от 0 до .

Исполнительными двигателями переменного тока служат главным образом двухфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (рис. 2). Одна из обмоток статора В, называемая обмоткой возбуждения, подключается к сети переменного тока с постоянным действующим значением напряжения U_в . Ко второй обмотке статора У,называемой обмоткой управления, подводится напряжение управления U_y от управляющего устройства УУ.

Рисунок 2 – Схема асинхронного исполнительного двигателя

Различают три основных способа управления частотой вращения исполнительного двигателя: амплитудное, фазовое и амплитудно-фазовое.

При амплитудном управлении изменяется только амплитуда напряжения управления или пропорциональное ей действующее значение U_y этого напряжения. Векторы напряжений управления и возбуждения при всех значениях напряжения U_y образуют угол 90° (рис. 3,а).

б)

а)

Рисунок 3 – Векторные диаграммы ИД с разными способами управления

Фазовое управление характерно тем, что напряжение управления U_y остается неизменным по величине и равным U_в , а регулирование частоты вращения достигается путем изменения угла сдвига фаз β между векторами напряжений возбуждения и управления (рис. 3, б).

При амплитудно-фазовом управлении изменяется как амплитуда напряжения управления, так и угол сдвига фаз между напряжениями U_y и U_в , подаваемыми на обмотки статора.

При всех методах управления частота вращения асинхронного двигателя изменяется за счет образования несимметричного эллиптического магнитного поля, которое можно представить в виде двух круговых вращающихся полей прямой и обратной последовательностей. Изменение напряжения на обмотке управления по величине или фазе приводит к изменению соотношений между амплитудами потоков прямой и обратной последовательностей. В связи с этим изменяется вид механической характеристики, а следовательно, и частота вращения двигателя. Уменьшения частоты вращения достигают путем увеличения эллиптичности магнитного поля, т. е. путем увеличения поля обратной последовательности, которое создает тормозной момент. Однако при этом возрастают и потери мощности в двигателе.

К исполнительным двигателям, работающим в автоматических устройствах, применяются следующие требования:

– управляемость двигателя при всех режимах работы (отсутствие самохода);

– линейность механических и регулировочных характеристик;

– высокое быстродействие;

– бесшумность работы, малая мощность управления, отсутствие радиопомех и др.

Отсутствие самохода.

Требование заключается в том, что когда и совпадают по фазе и величине, ИД переходит в однофазный режим и должен остановиться.

Однако, мы знаем, что и в однофазном режиме ИД может развивать на валу вращательный момент. Поэтому надо чтобы в диапазоне , т. е. . Ротор – короткозамкнутый выполняют из материала с повышенным удельным сопротивлением (латунь, фосфористая бронза и т. п.).

Тахогенератор

Тахогенераторы применяют в автоматических устройствах для преобразования механического вращения в электрический сигнал. В идеальном случае тахогенератор должен давать на выходе напряжение, пропорциональное частоте вращения:

U = kn.

Тахогенераторы предназначены для следующих целей: измерения частоты вращения; выработки ускоряющих и замедляющих сигналов; выполнения операции дифференцирования и интегрирования в схемах счетно-решающих устройств. Требования, предъявляемые к точности тахогенератора, различны в зависимости от условий работы. При измерении частоты вращения требуется сравнительно невысокая точность; обычно допустима погрешность 1 - 2,5 %