3.10. Масса и номинальная скорость вращения

Удельный вес электродвигателя для двигателей авиационного назначения имеет большое значение. Как было отмечено ранее, снижение веса двигателя достигается увеличением номинальной скорости вращения двигателя. Для двигателей переменного тока это обеспечивается повышенным уровнем частоты питающего напряжения. Стандартный уровень частоты напряжения на самолетах – 400 Гц. Максимальная синхронная скорость, достигаемая при этой частоте напряжения статорных обмоток у двухполюсных АД, составляет 24 000 об/мин. Такие быстроходные электродвигатели целесообразно применять в составе привода ротора гироскопа.

При частоте напряжения 400 Гц и стандартном уровне напряжения трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, благодаря отсутствию коллектора и щеток, а также изоляции обмотки ротора, весят, примерно, на 30% меньше, чем двигатели постоянного тока при той же номинальной мощности и скорости вращения.

По другим источникам масса АД на единицу мощности в 1,5-2,0 раза ниже, чем у машин постоянного тока [17, 21], момент инерции ротора у АД меньше в 2 раза, а стоимость в 3 раза меньше [21].

В ряде случаев, например, в случае привода центробежных вентиляторов и бензопомп, возникают затруднения, связанные с устранением шумов редукторов и обеспечением надежной смазки. В этих случаях находят применение тихоходные двигатели без редукторов, имеющие 6, 8 и более полюсов.

Управление АД

Выделим три операции управления АД:

- пуск АД;

- реверсирование АД;

- регулирование угловой скорости АД.

- торможение АД

3.11. Пуск АД

3.11.1. Проблемы пуска АД

При включении асинхронного двигателя в сеть переменного тока по обмоткам его статора и ротора будут проходить токи, в несколько раз больше номинальных. Это объясняется тем, что при неподвижном роторе вращающееся магнитное поле пересекает его обмотку с большой частотой, равной частоте вращения магнитного поля в пространстве, и индуцирует в этой обмотке большую ЭДС. Эта ЭДС создает большой ток в цепи ротора, что вызывает возникновение соответствующего тока и в обмотке статора. При увеличении частоты вращения ротора скольжение уменьшается, что приводит к уменьшению ЭДС и тока в обмотке статора [34].

Большой пусковой ток нежелателен как для двигателя, так и для источника, от которого источник получает энергию. При частых пусках большой пусковой ток приводит к резкому повышению температуры обмоток двигателя, что может вызвать преждевременное старение его изоляции.  В сети при больших токах понижается напряжение, что оказывает влияние на работу других приемников энергии, включенных в эту же сеть. Поэтому прямой пуск двигателя непосредственным включением его в сеть допускается только в том случае, когда мощность двигателя намного меньше мощности источника энергии, питающего сеть. Если мощность двигателя соизмерима с мощностью источника энергии, необходимо уменьшить ток, потребляемый этим двигателем при пуске в ход [34].

3.11.2. Требования к пусковым свойствам АД

1) АД должен развивать пусковой момент, который должен быть больше статического момента сопротивления на валу, чтобы ротор двигателя мог прийти во вращение и достичь номинальной скорости вращения [14].

2) При прочих равных условиях превышение пускового момента над статическим моментом нагрузки должно быть тем большим, чем за меньшее время необходимо достичь номинальной скорости вращения.

3) Чем больше момент инерции системы механизмов, вращающихся вместе с ротором двигателя, тем больше должен быть вращающий момент, чтобы обеспечить пуск двигателя в течение заданного времени.

4) В ряде случаев необходимо ограничивать пусковой момент, так как некоторые самолетные исполнительные механизмы требуют плавности пуска. Это относится в первую очередь к сложным передаточным системам механизмов, состоящим из большого числа шестерен. Из-за наличия «люфтов» между передачами при нормальном пусковом моменте неизбежны большие толчки, которые могут привести к поломке отдельных частей механизма.

5) Величина пускового тока должна быть ограничена такой величиной, чтобы не происходило повреждения двигателя и нарушения нормальной работы сети [14].

В частности, при пуске АД, соизмеримого по мощности с питающим синхронным генератором, большой пусковой ток вызывает значительное снижение напряжения сети и ухудшение работы других потребителей [27].

Таким образом, пуск АД должен быть простым, без сложных пусковых устройств, с достаточным значением пускового момента (как правило, требуется его повышение) и приемлемым пусковым током (как правило, требуется его понижение) [27].

Условия пуска

Под тяжелыми условиями пуска понимается приведение во вращение механизмов с большими моментами инерции [14].

3.11.3. Частота пусков АД.

При пуске АД на холостом ходу в активном сопротивлении ротора выделяется тепловая энергия, равная кинетической энергии приводимых во вращение элементов двигателя. При пуске под нагрузкой количество выделяемой энергии увеличивается. Выделение энергии в обмотке статора несколько больше, чем в обмотке ротора. При частых пусках, а также при тяжелых условиях пуска, возникает опасность перегрева обмоток двигателя. Число пусков АД в час, допустимое по условиям его нагрева, тем больше, чем меньше номинальная мощность двигателя и чем меньше момент инерции нагрузки. АД мощностью 3-10 кВт в обычных условиях допускают до 5-10 включений в час [14].