Глава №12: Асинхронные исполнительные двигатели

Вопрос №1: Сопоставьте конструктивные исполнения АИД и обычных АД.

В целях обеспечения устойчивой работы АИД во всем диапазоне частот вращения от n = 0 до n = nс, расширения зоны регулирования, а также устранения самохода АИД изготавливаются с роторами, имеющими большое активное сопротивление. Критическое скольжение АИД в отличие от обычных асинхронных микродвигателей( у которых sк = 0.1 - 0.5) всегда больше единицы. Увеличение активного сопротивления ротора, обеспечивая необходимые АИД свойства, приводит к снижению механической мощности на валу и КПД. Номинальная мощность АИД примерно в 2-3 раза меньше номинальной мощности обычного АД того же габарита.

Рис.1 Механические характеристики асинхронных двигателей:

обычного (1) и исполнительных (2,3)

Вопрос №2: Укажите достоинства и недостатки АИД с полым немагнитным ротором.

К положительным свойствам АИД с полым немагнитным ротором следует отнести следующие:

1. Малый момент инерции ротора, что в совокупности со значительным пусковым моментом обеспечивает хорошее быстродействие. Малые электромеханические постоянные времени( не превышают 60 мс).

2. Сравнительно хорошая линейность механических и регулировочных характеристик.

3. Высокая чувствительность – малый сигнал трогания, что обеспечивается малым моментом инерции ротора, малой его массой, большим пусковым моментом и отсутствием радиальных сил притяжения ротора к статору.

4. Плавность и бесшумность хода, постоянство пускового момента в любом положении ротора.

К недостаткам этих двигателей относятся:

1. Низкий КПД( ηном ≤ 0.2 – 0.4).

2. Низкий коэффициент мощности cosφ ≤ 0.2 – 0.4, вследствие большого немагнитного промежутка между внешним и внутренним статорами.

3. Большие габаритные размеры и масса. По габаритным размерам и массе АИД с полым немагнитным ротором больше обычных АД и ИДПТ одной и той же номинальной мощности примерно в 2 - 4 раза.

Вопрос №3: Каковы способы управления АИД.

Регулирование частоты вращения АИД на практике чаще всего осуществляется одним из трех способов: либо путем изменения значения(амплитуды) напряжения управления при неизменной его фазе – амплитудное управление, либо путем изменения фазы напряжения управления при его неизменном значении – фазовое управление, либо путем одновременного изменения амплитуды напряжения управления и угла фазового сдвига между напряжениями управления и возбуждения – амплитудно-фазовое управление.

При амплитудном управлении обмотка возбуждения подключается к сети U = Uв = const. На обмотку управления подается напряжение Uу, сдвинутое на четверть периода β = π/2 относительно напряжения возбуждения Uв. Круговое вращающееся поле при амплитудном управлении независимо от режима работы АИД имеет место при αе = 1.

При фазовом управлении на обмотку возбуждения также подается напряжение сети U = Uв = const. На обмотку управления подается постоянное по значению (амплитуде) напряжение, равное приведенному напряжению возбуждения Uу = Uв'= Uв/k, которое в процессе регулирования изменяется по фазе (β = var).При sin β = 1, в АИД независимо от режима работы(частоты вращения) имеет место круговое вращающееся поле. При 0 < sin β < 1 поле эллиптическое; при sin β = 0 – пульсирующее; при sin β < 0 ротор АИД изменяет направление вращения.

Амплитудно-фазовое управление АИД осуществляется при помощи включаемого последовательно с обмоткой возбуждения фазосдвигающего конденсатора.

Вопрос №4: Что такое параметрический и технологический самоход.

Самоходом называется вращение ротора АИД при отсутствии сигнала управления (αе=0; sinβ=0; α=0). На практике различают два вида самохода: параметрический, причиной которого является неправильный выбор параметров АИД при его проектировании, и технологический, появляющийся из-за технологических допусков и низкокачественного изготовления АИД.

Параметрический самоход обычно проявляется при снятии сигнала управления у АИД, работающего с малым моментом сопротивления на валу, - его ротор продолжает вращаться и после того, как с обмотки управления сигнал снят. При снятии сигнала управления АИД становится однофазным. Явление самохода недопустимо в АИД, так как в этом случае АИД становится неуправляемым. В целях устранения самохода АИД изготавливают с повышенным сопротивлением ротора. Увеличение активного сопротивления ротора смещает максимум механической характеристики в сторону меньших скоростей( больших скольжений s). Независимо от способа снятия сигнала управления самоход отсутствует при параметрах АИД, обеспечивающих sк ≥ 1.2.

При технологическом самоходе неподвижный ротор АИД начинает вращаться сразу же после включения под напряжение лишь одной обмотки возбуждения. Причиной технологического самохода является возникновение слабого эллиптического поля, обусловленного либо короткозамкнутыми витками ( в обмотке статора или в пакете стали статора из-за их плохой изоляции), либо неравенством магнитной проводимости АИД в различных радиальных направлениях. Для устранения технологического самохода необходимо высококачественное изготовление АИД.

Вопрос №5: Сравните механические и регулировочные характеристики АИД при различных способах управления.

Механические характеристики m = f(ν) при αе = const идеального АИД при амплитудном управлении линейны( у реального – нелинейны). Линейность регулировочных характеристик возрастает с увеличением момента сопротивления на валу. Наибольшую нелинейность имеет регулировочная характеристика при холостом ходе ( при m = 0).

При фазовом управлении жесткость (наклон) механических характеристик идеального АИД одинакова; у реального АИД жесткость несколько снижается при уменьшении коэффициента сигнала за счет увеличения частоты вращения холостого хода. Механические характеристики реальных АИД при фазовом управлении более линейны, чем при амплитудном управлении. Однако при одной и той же частоте вращения АИД при фазовом управлении развивает меньший момент, чем при амплитудном управлении. При фазовом управлении, в отличие от амплитудного, регулировочные характеристики линейны. Регулировочные характеристики реальных АИД при фазовом управлении нелинейны, но в меньшей степени, чем при амплитудном.

При амплитудно-фазовом управлении момент конденсаторного АИД больше, чем момент, развиваемый АИД при амплитудном управлении. Регулировочные характеристики конденсаторного АИД имеют значительно большую нелинейность, чем характеристики АИД при амплитудном и особенно при фазовом управлении.

Вопрос №6: Что такое эффективный коэффициент сигнала.

Эффективный коэффициент сигнала – это отношение напряжения управления, изменяющегося в процессе управления по амплитуде Uу к приведенному(к числу витков обмотки управления) напряжению возбуждения U'в:

αе = Uу/ U'в = Uу/( U'в∙k), где k = wв/wу – эффективный коэффициент трансформации.

Вопрос №7: Из каких соображений выбирают коэффициент трансформации и емкость конденсатора АИД при амплитудно-фазовом управлении.

Как и в любом конденсаторном АИД, круговое вращающееся поле в АИД можно получить лишь в одном определенном режиме. Поскольку АИД чаще работают в пусковых режимах, параметры АИД выбирают такими, чтобы круговое поле было при скольжении s = 1.

Вопрос №8: Как изменяется напряжение на обмотке возбуждения от частоты вращения в конденсаторном АИД.

Особенностью конденсаторного АИД является то, что при постоянном напряжении управления при изменении частоты вращения напряжение на обмотке возбуждения не остается постоянным. С увеличением частоты вращения напряжение возбуждения возрастает.

Вопрос №9: Что такое напряжение трогания и от чего оно зависит.

Для того чтобы АИД начал вращаться, на его обмотку управления необходимо подать минимальное напряжение – напряжение трогания, при котором АИД развивает момент, равный собственному моменту сопротивления. Значения последнего при холостом ходе зависят от момента трения в подшипниках, реактивных моментов, вызываемых неодинаковыми магнитными сопротивлениями магнитопровода в различных радиальных направлениях, небалансом ротора и т.п. Чувствительность современных АИД составляет Uтр/ Uу.ном = 0.01 - 0.08.