Электромеханическое и математическое моделирование системы по исследованию характеристик асинхронного управляемого двигателя

Введение

Конструкции асинхронных исполнительных двигателей

Асинхронные исполнительные двигатели выпускаются  следующих видов:1) с полым немагнитным  ротором; 2) с полым ферромагнитным ротором; 3) с короткозамкнутым ротором  типа "беличья клетка".Асинхронные исполнительные двигатели с полым немагнитным ротором. Сегодня это, пожалуй, самые распространенные асинхронные исполнительные двигатели. Они применяются в различных системах автоматического управления и выпускаются целым рядом заводов. Их мощности - от десятых долей ватта до сотен ватт. Они рассчитываются на промышленную частоту (50 Гц) и на повышенные частоты (200, 400, 500 Гц). Угловые скорости вращения колеблются от 1500 до 30000 об/мин.Одна из конструктивных схем двигателя с полым немагнитным ротором представлена на рис. 1.17. Двигатель состоит из внешнего статора 1 с обмотками возбуждения и управления; внутреннего статора-сердечника 2 без обмоток, служащего лишь для уменьшения магнитного сопротивления на пути главного потока; полого немагнитного ротора 3, выполненного из материала с высоким удельным сопротивлением (чаще всего из сплавов алюминия). Толщина стенок ротора составляет 0,1-1 мм. Весьма небольшая масса ротора делает его малоинерционным, что придает двигателю очень ценные свойства. Между стенками ротора и обоими статорами выполняются воздушные зазоры, величина которых обычно не превосходит 0,15-0,25 мм. Однако, эти зазоры вместе c немагнитным ротором создают большие немагнитные промежутки между внешним и внутренним статорами, что приводит к большим намагничивающим токам, достигающим 90 % от номинального значения.

Д о  с т о и н с т в а  двигателей с полым немагнитным  ротором.

1) Малый  момент инерции 2) Сравнительно хорошая линейность механических и регулировочных характеристик3) Высокая чувствительность - малое напряжение трогания, что объясняется малым моментом инерции и отсутствием односторонних сил магнитного притяжения, поскольку ротор выполнен из немагнитного материала.Н е д о с т а т к и двигателей с полым немагнитным ротором.1) Низкие энергетические показатели, что объясняется большими намагничивающими токами, приводящими к значительным потерям в обмотках.2) Большие габариты и масса, обусловленные первым недостатком.Асинхронные исполнительные двигатели с полым немагнитным ротором выпускаются сериями АДП, ДИД, ЭМ. Как правило, первая серия предназначена для устройств наземной автоматики, вторая - для авиационной и космической техники, а третья - для средств вычислительной техники.

Асинхронные исполнительные двигатели  с полым ферромагнитным ротором. В отличии от двигателей первого типа ротор этого двигателя выполняется из магнитного материала с толщиной стенок 0,3-3 мм, поэтому здесь отсутствует внутренний статор. Воздушный зазор небольшой (0,2-0,3 мм). Однако намагничивающий ток (I_m) этого двигателя практически мало отличается от I_m двигателя с полым немагнитным ротором, т.к.проводимость ротора и здесь невысокая вследствие его малой толщины.

Двигатель имеет большой момент инерции  и небольшой пусковой момент, что  значительно ухудшает его быстродействие. Приемы, связанные сомеднением ротора с целью увеличения пускового момента, оказались малоэффективными.Существенным недостатком являются большие силы одностороннего магнитного притяжения, приводящие порой к залипанию ротора и отказам вработе. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором выпускаются обычного исполнения и специальной, так называемой "сквозной" конструкции.Первые отличаются от силовых машин только повышенным активным сопротивлением ротора и используются в тех установках, где требования высокого быстродействия не играют существенной роли. Вторые имеют оригинальную конструкцию, суть которой состоит в том, что диаметр расточки статора D_i равен наружному диаметру подшипника D_п (рис. 1.18) Такая конструкция позволяет проводить окончательную обработку (шлифовку) внутренней поверхности статора и отверстий под подшипники в подшипниковых щитах за одну установку двигателя на станке. Конечно, перед этим подшипниковые щиты должны быть закреплены на статоре. Обычно лобовые части покрывают специальным компаундом для предохранения их от металлической стружки. "Сквозная" конструкция позволяет получать воздушные зазоры в 0,03-0,05 мм, что на порядок меньше, чем в двигателях традиционной конструкции. Кроме того, для уменьшения момента инерции их выполняют с малым диаметром и увеличенной длиной ротора. Управляемые асинхронные микродвигатели получили большое распространение в следящих системах, в счётно-решающих устройствах, во всевозможных регуляторах, где они используются как исполнительные органы. В этих случаях исполнительный двигатель (ИД) служит для преобразования электрического сигнала (напряжения управления) в механическое перемещение вала.По своей конструкции асинхронные исполнительные двигатели – это двухфазные двигатели, имеющие на статоре две сдвинутые в пространстве на 90 электрических градусов обмотки: обмотку возбуждения, непосредственно подключённую к сети, и обмотку управления, на которую подаётся управляющий сигнал, изменяющийся по величине и фазе. Для того, чтобы токи обмоток создавали вращающееся магнитное поле, необходим их сдвиг во времени. В схемах автоматически сдвиг токов (напряжений) во времени достигается различными путями: за счёт схем управления, фазовращателей, конденсаторов или различных преобразователей. Наилучшие энергетические показатели, наибольшую мощность и момент, исполнительные двигатели развивают при круговом вращательном поле, которое получается в случае сдвига токов в обмотках управления и возбуждения на 90 электрических градусов при равенстве амплитуд намагниченных сил этих обмоток.

    Регулирование частоты вращения асинхронных исполнительных двигателей – управление двигателями  – на практике чаще всего осуществляется одним из трёх способов: либо путём изменения значения (амплитуды) напряжения управления при неизменной его фазе (амплитудное управление). Либо путём изменения фазы напряжения управления при неизменной его величине (фазовое управление), либо путём одновременного изменения амплитуды напряжения управления и угла фазового сдвига между напряжениями управления и возбуждения (амплитудно-фазовое управление). Каждому способу управления соответствует своя схема включения исполнительного двигателя (рис. 1, а, б, в).

      а                                            б                                          в

Рис. 1. Схемы  включения асинхронных управляемых  двигателей при различных способах управления: а – амплитудное; б – фазовое; в –  амплитудно-фазовое