Управление двухфазными асинхронными двигателями

В исполнительных приводах малой мощности широко в основном  используются управляемые и неуправляемые  двухфазные асинхронные двигатели. Эти , двигатели имеют две обмотки: одна включается в сеть непосредственно и называется обмоткой возбуждения (главной). На обмотку управления (вспомогательную), сдвинутую на статоре на90^o градусов напряжение подается через фазосдвигающий элемент. Ротор всегда короткозамкнутый.

При таком способе управления есть разные варианты: амплитудное, фазовое и амплитудно–фазовое управление. При этих способах. на второй обмотке можно менять амплитуду напряжения, его фазу или оба параметра одновременно. При этом поле превращается из кругового в эллиптическое. При этом наряду с напряжениями и токами прямой последовательности фаз, создающими двигательный режим, возникает напряжение и токи обратной последовательности, вызывающие торможение. Таким образом, меняя степень асимметрии, можно регулировать скорость двигателя. Рис.81.

Рис. 81. Конденсаторный и  управляемый двухфазные АД

При U_y=0, получим пульсирующее поле и w=0. Наиболее распространенным способом является конденсаторное управление. Чаще всего используется амплитудное несимметричное управление, когда U_B=U_C, а U_γ=α·U_c, где α меняется от 0 до 1. Можно получить выражения для вращающего момента при амплитудном управлении, аналогичное уравнению Клосса.

При симметрии напряжений, когда α=1, из этого уравнения получим нормальное уравнение выражение для асинхронной машины Так как в двухфазных двигателях S_M>1, то при α=0, т.е. при отключении обмотки управления двигатель тормозится, и останавливается при S=1.

Механические  и регулировочные характеристики асинхронного двигателя. нелинейны. Их заменяют в рабочей области прямыми:

M = b₁U-b₂w.

Коэффициенты b₁ и b₂ определяют по паспортным данным АД. В момент пуска М =М_п, w = 0, поэтому

М_п = b₁∙U_n и b₁ = М_н/U_n.

Для номинального режима аналогично получим, учитывая , что P_N = M_N∙w_N,

M_N = М_п -b₂∙ w_N  и  b₂∙ = (М_п -M_N)/w_N.

Мы получим уравнение линеаризованной механической  характеристики :

w = (b_1/ b₂)∙U-M/ b₂.

Механические  и регулировочные характеристики асинхронного двигателя показаны на рис. 82.

Рис. 82. Механическая  и регулировочная характеристики двухфазного АД

После линеаризации асинхронный двигатель  может быть представлен как линейная динамическая система, описываемая следующими уравнениями (b_w = b₁, b_u = b₂):

       .

Рассмотрим случай, когда сухое трение отсутствует и есть только скоростное трение, то есть М_Т = F∙w. Заменив .  и проведя преобразования получим:

.

Отсюда выражение для передаточной функции

, где коэффициент передачи  и электромеханическая постоянная времени

Этой передаточной функции соответствует структурная схема и переходный процесс, представленные на рис. 83.

Рис. 83. Структурная схема и переходный процесс АД

Применение двигателей возможно при следующих типах управления частотой вращения:

• Скалярное вольтчастотное – управление, при котором изменение частоты вращения достигается путем воздействия на частоту напряжения статорных обмоток при одновременном изменении амплитуды этого напряжения.

• Векторное – регулирование с обратной связью по частоте вращения, основанное на мгновенном управлении амплитудой и фазовым углом намагничивающей и рабочей составляющей токов статора.

• Бездатчиковое (безсенсорное) векторное – векторное управление, не требующее применения датчиков частоты вращения.