Исполнительные устройства с двигателями переменного тока

В автоматических системах регулирования в качестве исполнительных устройств широко применяются двух­фазные асинхронные двигатели переменного тока.

Двухфазные асинхронные двигатели по конструктив­ному исполнению подвижной части подразделяются на двигатели с_короткозамкнутым ротором, с полым немаг­нитным ротором и с полым ферромагнитным ротором.

У двигателей первого типа ротор выполнен в виде «беличьей клетки», образованной несколькими продоль­ными проводниками, замкнутыми накоротко в торцевой части поперечными кольцами.

У двигателей второго типа ротор выполняется в виде тонкостенного полого стакана. Применение полого рото­ра существенно уменьшает инерционность двигателя и момент трения на валу.

У двигателей третьего типа полый ротор выполняется из ферромагнитного материала, поэтому инерционность двигателя повышается.

В качестве примера на рис.83а приведена конст­рукция электродвигателя с полым немагнитным рото­ром.

1 - внутренний статор,

2 – ротор из немагнитного материала,

3 – внешний статор,

4 – обмотка статора,

5 – вал двигателя.

В двухфазных асинхронных электро­двигателях часто статор с обмотками располагают внутри ротора двигателя. В пазы внешнего статора 3 закла­дываются две обмотки 4 таким образом, чтобы магнит­ные оси их были взаимно перпендикулярны (рис.82б). Одна из обмоток статора является возбуждающей ОВ и подключается к источнику питания переменного тока с напряжением постоянной амплитуды U_В. Вторая обмотка является управляющей ОУ и обычно питается напря­жением переменного тока Uу той же частоты, что и воз­буждающая обмотка 0В, но сдвинутым по фазе относи­тельно напряжения Uв на 90°.

Принцип действия двухфазного асинхронного двига­теля основан на явлении вращающегося магнитного по­ля, которое возникает при подаче на обмотки статора ОВ и ОУ напряжений постоянной амплитуды, но сдви­нутых по фазе на 90°.

Частота вращения магнитного поля (синхронная ча­стота) постоянна и определяется выражением: n=60×f/р

где f - частота питающего напряжения; р - число пар полюсов обмотки статора.

В результате взаимодействия вращающегося магнит­ного поля с вихревыми токами, наводимыми в стенках ротора этим же вращающимся магнитным полем, в электродвигателе создается вращающий момент, увле­кающий ротор в сторону вращения магнитного поля. Во время холостого хода двигате­ля, когда его вращающий момент преодолевает лишь незначительный тормозящий момент от механических по­терь на трение в подшипниках и ротора о воздух, ротор вращается почти синхронно с вращающимся полем и то­ки в стенках ротора незначительны. Электромагнитный вращаю­щий момент асинхронного двигателя может создаваться только при условии, когда ротор его вращается несколь­ко медленнее вращающегося поля. При этом вращение ротора тем медленнее, чем больше механическая нагруз­ка на валу двигателя.

Управление двухфазными асинхронными двигателя­ми осуществляется двумя способами: изменением напряжения на обмотке управления U_У или изме­нением угла сдвига фаз между напряжениями возбуж­дения U_В и управления U_У. Первый способ регулирования частоты вращения называется амплитудным, вто­рой — фазовым. Применяемые в системах автоматики двухфазные асинхронные двигатели управляются в по­давляющем большинстве случаев первым способом.

В заключение следует отметить, что существенным недостатком двухфазных асинхронных двигателей явля­ется низкий КПД, который лежит в пределах от 15 до 30%. По этой причине мощность таких двигателей не превышает 10 - 20 Вт.