10.2 Характеристики асинхронного исполнительного двигателя с полым немагнитным ротором

О рабочих свойствах асинхронных исполнительных двигателей с полым ротором принято судить по их характеристикам, основными из которых являются:

1. Механические характеристики — зависимости вращающего момента М от частоты вращения n₂ при постоянном сигнале управления:

M = f(n₂) при U_y = const или β= const.

2. Регулировочные характеристики — зависимости частоты вращения n₂ от величины или фазы сигнала управления при постоянном моменте сопротивления на валу:

n₂=f(U_у) или n₂=f(sinβ) при М= const.

3. Зависимости механической мощности на валу Р₂ от частоты вращения n₂ при постоянном сигнале управления:

P₂ = f(n₂) при U_y = const или β= const.

Для придания характеристикам универсальности — пригодности для оценки свойств двигателей различных мощностей, частот вращения и т. п. — их строят в относительных единицах.

За базовые (единичные) величины в системе относительных единиц принимают постоянные для любого двигателя величины:

за единицу момента — пусковой момент М_пуск0. при круговом вращающемся поле;

за единицу частоты вращения — синхронную частоту ;

за единицу мощности — мощность Р_пуск0., потребляемую двигателем при пуске, при круговом вращающемся поле;

за единицу напряжения управления — номинальное напряжение управления U_y.ном. , обеспечивающее круговое вращающееся поле при пуске.

Вращающий момент m, частота вращения ν, мощность р₂, напряжение управления — коэффициент сигнала α— в относительных единицах находятся как отношения действительных величин М, n₂, Р₂, U_y к соответствующим базовым (единичным) величинам:

; ; ; .

На рис. 11.3, 11.4 и 11.5 приведены механические и регулировочные характеристики, а также зависимости механической мощности на валу от частоты вращения для исполнительных двигателей полым немагнитным ротором при следующих способах управления: а — амплитудном; б — фазовом; в — амплитудно-фазовом.

Рис. 11.3. Механические характеристики исполнительного двигателя с полым немагнитным ротором при различных способах управления:

а) амплитудном; б) фазовом; в) амплитудно-фазовом

Механические характеристики m=f(v) исполнительного двигателя с полым немагнитным ротором. При различных способах управления (рис. 11.3) эти характеристики похожи друг на друга. Максимальный момент имеет место при пуске (при ν=0). С увеличением частоты вращения момент постепенно уменьшается и при частоте вращения холостого хода становится равным нулю. Максимальный вращающий момент и максимальную частоту вращения холостого хода двигатель имеет при коэффициенте сигнала, равном единице (α_е=1, sinβ= 1).

При уменьшении коэффициента сигнала наблюдается смещение механических характеристик в сторону меньших частот вращения и вращающих моментов.

Механические характеристики при всех способах управления нелинейны — вращающий момент уменьшается с возрастанием частоты вращения не по прямолинейному закону. Наибольшую линейность имеют характеристики при фазовом управлении, наименьшую — при амплитудно-фазовом.

Сравнивая механические характеристики при амплитудном (рис. 11.3, а) и амплитудно-фазовом (рис. 11.3, в) способах управления, можно заметить, что при амплитудно-фазовом управлении двигатель развивает больший момент при средних частотах вращения, но имеет меньшие частоты вращения холостого хода. Первое объясняется тем, что с увеличением частоты вращения ν напряжение U_В непосредственно на обмотке возбуждения конденсаторного двигателя (после конденсатора) не остается постоянным, как при других способах управления, а возрастает. Это вызывает увеличение магнитного потока машины, а следовательно, и вращающего момента.

Уменьшение частоты вращения холостого хода в конденсаторном двигателе по сравнению с двигателем при амплитудном управлении объясняется наличием обратного вращающегося поля, которое имеет место при всех режимах амплитудно-фазового управления, кроме пускового. (ν=0) при α=α₀.

Регулировочные характеристики (рис. 11.4). Эти характеристики нелинейны — частота вращения двигателя при всех способах управления с увеличением сигнала управления (α_е, sinβ, α) растет не по прямолинейному закону. Последнее является весьма существенным недостатком исполнительных двигателей переменного тока, так как в схемах автоматики всегда стремятся к линейному регулированию.

Рис. 11.4 Регулировочные характеристики исполнительного двигателя с полым немагнитным ротором при различных способах управления:

а) амплитудном; б) фазовом; в) амплитудно-фазовом

Наибольшую линейность имеют характеристики при фазовом управлении (рис. 11.4, б), наименьшую —при амплитудно-фазовом (рис. 11.4, в).

Регулировочные характеристики при всех способах управления имеют наиболее линейные участки при малых относительных частотах вращения (в начальной их части). Именно поэтому на практике стараются работать в зоне малых относительных частот вращения, для чего применяют двигатели, рассчитанные на повышенные частоты переменного тока f₁:

Рассматривая семейства регулировочных характеристик, нетрудно заметить, что напряжение (сигнал) трогания двигателя, т. е. то минимальное напряжение управления, при котором ротор двигателя, имея определенную нагрузку на валу, трогается с места, пропорционально моменту сопротивления (U_у.тр≡М). Напряжение трогания в относительных единицах (коэффициенты сигнала α_е, sinβ, α) равно моменту сопротивления m.

Зависимости механической мощности на валу от частоты вращения p₂=f(ν) (рис. 11.5). Эти характеристики нетрудно получить из механических характеристик путем умножения вращающего момента m на соответствующую ему частоту вращения ν:

p₂ = mv.

Рис. 11.5 Зависимости механической мощности на валу от частоты вращения исполнительного двигателя с полым немагнитным ротором

Механическая мощность на валу р₂ равна нулю при пуске, когда ν=0, и холостом ходе, когда m = 0, и достигает максимума при частотах, примерно равных половине частоты вращения холостого хода.

За номинальную мощность исполнительного двигателя обычно принимают максимальную механическую мощность р_2mах. Частота вращения, соответствующая этой мощности, считается номинальной.

Чем больше механическая характеристика приближается к линейной, тем меньше максимальная механическая мощность двигателя и тем ближе номинальная частота вращения к частоте, равной половине частоты холостого хода. Наибольшие номинальные частоты вращения, а следовательно, и максимальные механические мощности имеют двигатели с амплитудно-фазовым управлением (рис. 11.5, в), наименьшие — двигатели с фазовым управлением (рис. 11.5, б).

К положительным свойствам двигателей с полым немагнитным ротором следует отнести: малую инерционность ротора, значительный диапазон регулирования частоты вращения, высокую надежность, бесшумность, хорошую стабильность характеристик.

К недостаткам следует отнести низкие КПД и cosφ, большие габариты и вес.

Лекция №12 АСИНХРОННЫЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ И АСИНХРОННЫЕ ТАХОГЕНЕРАТОРЫ