Гистерезисный асинхронный двигатель…

Единственный двигатель, у которого ротор – однородное тело (диск или полый цилиндр), не имеющий асимметрии магнитных свойств. Он выполнен из магнитожесткого материла с большой коэрцитивной силой. Под действием поля статора происходит намагничивание и ротор вращается как постоянный магнит. При моментальной нагрузке происходит поворот постоянного магнита как и в приведенном примере, однако при достижении некоторого угла домены начинают поворачиваться и сохраняют свою ориентацию со смещением относительно поля статора, хотя тело ротора вращается. Это можно представить в виде механической модели, в которой постоянные магниты расположены на немагнитном диске с сухим трением. Поэтому эта машина имеет пусковой момент.

Механическая характеристика имеет вид:

Конструкция синхронного гистерезисного двигателя идентична конструкции асинхронного двигателя с полным немагнитным двигателем

Асинхронная машина.

Принцип действия асинхронных машин принципиально отличается от всех других. Он основан на взаимодействии магнитного поля с движущимся проводящим телом.

Ток, возникающий в контуре под действием меняющегося магнитного поля, создает магнитное поле, всегда направленное против внешнего магнитного поля. Поэтому, любое проводящее тело увлекается движущимся магнитным полем. Асинхронный двигатель содержит статор, создающий вращающееся магнитное поле. И ротор, содержащий короткозамкнутую обмотку. При вращении поля в обмотке создаются коротко замкнутые токи, создающие поле ротора, которое сдвинуто относительно поля статора таким образом, что возникает вращающий момент, направленный в сторону вращения …

Отличительным признаком является наличие короткозамкнутой обмотки. Наличие магнитопровода не обязательно. Существует 3 резко отличающихся конструкции роторов АД машины:

1. Фазный ротор

На явно выраженных полюсах расположен а обычная фазовая обмотка по схеме звезды, концы выведены на внешние зажимы ч/з контактные кольца и щетки. Замыкается внешним реостатом. Применяется сравнительно редко в специальных случаях

2. Беличья клетка

Ротор представляет собой многополюсный барабан из изолированных пластин в пазы м/у неявно выраженными полюсами без изоляции помещается обмотка. Лобовые части закорачиваются проводящими кольцами.

3. Полный немагнитный ротор.

Выполняется в виде тонкостенного алюминиевого стакана. Внутри стакана располагается неподвижный магнитопровод. Обмотка такой машины двухфазная. Эти машины используют как исполнительные двигатели в автоматике.

Работа асинхронной машины. Скольжение. Вращающий момент.

Предположим, что ротор представляет собой проводящее тело в виде цилиндра. Статорные обмотки создают вращающееся поле , скорость вращения , которая равна угловой частоте питающей сети. Скорость ротора меньше скорости поля. Это явление называют скольжением .

В результате скольжения в теле возникает ЭДС вращения, коротко замкнутые токи и магнитное поле ротора. В результате взаимодействия с полем статора и возникают вращающие моменты. Угловая частота ЭДС вращения равна частоте скольжения. Если скорость ротора точно равна скорости вращения поля статора, то эта частота равна 0. Если ротор заторможен, т.е. , то частота равна частоте вращения поля статора и обозначается . Это константа для данной машины. Частоту скольжения можно выразить . Ток по закону Ома . Вращающий момент связан с модулем тока – модуль полного сопротивления ротора.

- индуктивное сопротивление ротора.

X_S – индуктивное сопротивление при заторможенном роторе.

X и R – сложные функции пространственных и электрических параметров тела ротора, некоторые интегральные характеристики, полученные с определенной точностью. Для упрощения представим тело ротора неподвижным. В этом случае поле статора будет вращаться относительно ротора с частотой . Электрическая машина является цепью переменного тока. Полный анализ проводится с помощью схем замещения, соответствующих им векторных диаграмм. Т.к. сопротивление ротора индуктивное, то ток отстает по фазе от . В результате возникает пространственный сдвиг вектора индукции поля ротора относительно поля статора. При отсутствии индуктивности этот сдвиг равен .

Сдвиг тока определяется соотношением

Вращающий_момент

– коэффициент момента. Машин постоянного тока является конструктивным коэффициентом.

При

При

При таких значениях S момент будет максимальным.

На максимум вращающего момента активное сопротивление влияния не оказывает, только индуктивное. Поэтому при одной и той же геометрии (выполнен из разных материалов с разной Р-удельным сопротивлением) поток не меняется, а только смещается по оси скоростей, максимум не меняется.

Он различный для различных сопротивлений R ротора и при малых R (ротор типа …) пусковой момент намного меньше максимально возможного для данной машины. При больших сопротивлениях R максимальный момент может оказаться за пределами диапазона скоростей двигателя.

1. Характеристика двигателя постоянного тока при различных способах возбуждения.

2. Передаточная функция двигателя постоянного тока.

Приведенные характеристики называются механическими. В таком виде они часто используются в теории электрических машин. В автоматике более подробные характеристики в виде так же как и для машин постоянного тока. … в этом случае семейство механических характеристик имеет вид:

На участке 0-1 ротор вращается быстрее скорости холостого хода, которая равна синхронной скорости или частоте питающей сети. Это возможно только под действием внешней силы (внешнего момента). Поэтому момент является тормозящим (отрицательным). Участок 1-3 – двигательный режим. При увеличении момента нагрузки скорость уменьшается и в точке 2 начинается отрицательный неустойчивый участок. Скорость скачком уменьшается до 0, двигатель останавливается. Эту скорость называют критической, а момент опрокидывающим. Ниже оси момента в области отрицательных скоростей противовключение. Приведена упрощенная модель асинхронной машины. Для реальной машины механические характеристики, отображенные как функция искажения – нечетные. Это связано в частности с явлением выталкивания магнитного поля ротора к его поверхности с увеличением скольжения.

Способы управления асинхронными двигателями.

Управление возможно скоростью, а так же моментом.

1. Управление напряжением.

При изменении напряжения на статорной обмотке меняется индукция вращающегося поля, скорость вращения не изменяется. Поэтому не меняется и скорость холостого хода. Т.е. управление ненагруженной машиной невозможно. Вращающий момент при некотором скольжении зависит от и . В входит магнитный поток статора, пропорциональный току обмоток, а значит и питающему напряжению. Е_С – ЭДС, наводимая в заторможенном роторе полем статора тоже будет пропорциональна напряжению питания. Поэтому механическая характеристика меняет масштаб по оси абсцисс.

Реверсировать можно только сменой чередования фаз.

2. Управление активным сопротивлением ротора.

Возможно только для специально созданного для него фазового ротора.

Управление внешним реостатом. Способ применяется для пуска двигателя.

В короткозамкнутой обмотке при малом активном сопротивлении, машина обладает высокими энергетическими показателями, однако пусковой момент может быть намного меньше номинального. Поэтому при включении реостата обеспечивают максимальный пусковой момент и по мере разгона машины выводят реостат до короткого замыкания.

3. Частотное управлений

Самый эффективный и экономичный способ управления, позволяющий регулировать скорость и на холостом ходу и под нагрузкой от 0 до некоторого предельного значения. При этом машина всегда находится на жестком наиболее конечном участке своих характеристик. До недавнего времени практическое применение этого способа было почти невозможно. При изменении частоты меняется комплексное сопротивление как обмоток статора, так и ротора. Например при снижении частоты индуктивность сопротивления падает и при том же напряжении питания растут токи намагничивания. Поэтому одновременно с частотой нужно управлять и напряжением. Эта сложная задача была практически нерешаема до появления современных силовых элементов, в том числе биполярных транзисторов с изолированным затвором.

Сложный алгоритм управления U(напряжение) и f(частота) производится контроллером, поэтому данный метод в настоящее время применяется во всех областях управляемых двигателей.

Существует на данный момент 2 способа частотного управления: скалярное и векторное.

1. Скалярное управление – в соответствующей взаимосвязи меняются частота и напряжение. Алгоритм может быть основан, например, на измерении тока намагничивания. Метод применим к конкретной машине, данные которой при необходимости вводятся в управляющую программу контролера.

2. Векторное управление более сложное. Оно основано на взаимосвязи большего числа параметров машины: момента, скольжения, токов намагничивания и др. управление идет вектором потокосцепления – величины, связанной с вращающим моментом. Речь идет о потокосцеплении не как о характеристике магнитного поля (скалярная величина), а о векторной диаграмме электрической машины, представляемой в виде схемы замещения. К ней применяется хорошо разработанный математический аппарат, в том числе и анализ векторных диаграмм. В полной мере реализация метода возможна если на валу двигателя имеется датчик скорости. В противном случае, как и в предыдущем случае управляющей программе для обеспечения оптимального управления требуются параметры конкретной машины. В настоящее время это господствующий способ управления управления асинхронными приводами.

Асинхронный двигатель с ротором «беличья клетка» не уступает по энергетическим параметрам машине постоянного тока, поэтому во многих областях данного направления происходят вытеснения машин постоянного тока асинхронными машинами. Это самые простые машины из всех типов и самые надежные.