67536

Амплитудное и фазовое управление двухфазным асинхронным двигателем с полым ротором. Следящий электропривод переменного тока с сельсинами

Лекция

Производство и промышленные технологии

Одна из фаз называется обмоткой возбуждения а другая – обмоткой управления. Если на обмотки возбуждения и управления подать напряжения сдвинутые по фазе на угол π 2 например то получается магнитное поле вращающееся с синхронной частотой ω1. При уменьшении напряжения управления магнитное...

Русский

2014-09-12

229 KB

19 чел.

ЛЕКЦИЯ  12

Амплитудное и фазовое управление двухфазным асинхронным

двигателем с полым ротором. Следящий электропривод

переменного тока с сельсинами

Двухфазные управляемые асинхронные двигатели (АД) с полым немагнитным ротором используются в качестве исполнительных двигателей переменного тока в следящих системах (в электрических рулевых машинках, в приводах радиолокационных антенн), в счетно-решающих устройствах, в электромеханических системах пространственной стабилизации приборных платформ. Двигатели с полым ротором изготовляются с мощностью от сотых долей до нескольких сотен Вт при частоте питания от 50 до 1000 Гц.

Основными достоинствами АД с полым ротором являются: малый момент инерции ротора и большие угловые ускорения; большой пусковой момент и отсутствие ”самохода” благодаря повышенному сопротивлению ротора; близкая к прямой механическая характеристика в первом квадранте (малая нелинейность); возможность плавного регулирования скорости вращения в широких пределах.

Недостатками этого АД являются: сравнительно низкий КПД; наличие пульсации электромагнитного момента при эллиптическом магнитном поле; низкая жесткость механической характеристики.

Рис. 12.1. Конструктивная схема асинхронного двигателя с полым ротором

Конструктивная схема управляемого АД с полым немагнитным ротором показана на рис. 12.1. Двигатель имеет наружный магнитопровод 1 с двухфазной обмоткой 2 и внутренний магнитопровод 3, установленные на корпусе 4 и на крышке 5, полый ротор 6, насаженный на вал 7, и подшипники 8.

Магнитопроводы неподвижны, для уменьшения потерь в стали они выполняются из электротехнической стали шихтованными (толщина листов – 0,5 мм   или  0,35 мм). Фазы обмотки статора сдвинуты на угол π/2 рад. (при числе пар полюсов p > 1на угол π/2p рад.). Одна из фаз называется обмоткой возбуждения, а другая – обмоткой управления. Полый ротор выполняется из алюминиевого сплава.

Принцип действия АД состоит в следующем. Если на обмотки возбуждения и управления подать напряжения, сдвинутые по фазе на угол π/2, например,

   

то получается магнитное поле, вращающееся с синхронной частотой ω1. Оно называется круговым, т.к. вектор магнитного потока имеет постоянную длину, а его конец описывает окружность. Магнитное поле вращается относительно ротора, в нем наводится ЭДС и протекают токи. Они взаимодействуют с магнитным потоком, и возникает электромагнитный момент

М = с Ф0 I2 cos φ2,

где Ф0 – основной магнитный поток; I2 – ток фазы обмотки ротора; φ2 – угол сдвига по фазе между ЭДС и током в обмотке ротора; с – конструктивный коэффициент.

Под действием электромагнитного момента ротор разгоняется и вращается со скоростью ω < ω1, зависящей от приложенного к валу момента сопротивления.

Механические характеристики при малом и большом сопротивлении обмотки ротора r2 показаны на рис. 12.2. Как видно, при малом активном сопротивлении  r2 механическая  характеристика  существенно  нелинейная, а зона устойчивой   работы   при   постоянном   моменте  нагрузки  лежит  в  пределах

от синхронной частоты вращения 1 до критической частоты вращения к.

Рис. 12.2. Механические характеристики: 1 –  r2 мало; 2 – r2 велико.

При питании обмоток двигателя напряжениями

     

получается эллиптическое магнитное поле, которое можно разложить на два вращающихся в противоположных направлениях магнитных поля. При уменьшении напряжения управления магнитное поле, вращающееся в прямом направлении, т.е. с частотой  1, уменьшается,  а магнитное  поле,  вращающееся в  обратном  направлении, т.е. с  частотой  –1,  увеличивается.  При  Uуm = 0 эти   магнитные   поля   будут   одинаковыми,   а   при    Uуm < 0    обратное маг-

Рис. 12.3. Напряжения обмоток при амплитудном управлении

нитное поле превышает прямое, и двигатель изменяет направление вращения (происходит реверс). Напряжение управления при реверсе показано  на рис. 12.3 штриховой линией.

Механические характеристики при различных значениях амплитуды напряжения управления Uуm показаны на рис. 12.4. Как видно, все характеристики имеют отрицательный наклон. Пусковой момент прямо пропорционален напряжению управления Uуm. При малом модуле амплитуды Uуm крутизна механической характеристики возрастает, т.е. жесткость уменьшается. При постоянном моменте нагрузки Mc частота вращения уменьшается при уменьшении амплитуды Uуm . При увеличении момента Mc частота вращения уменьшается.

Рис. 12.4. Механические характеристики асинхронного

двигателя при различных напряжениях управления;  Mc' < Mc''

Для получения угла сдвига по фазе между напряжениями управления и возбуждения, близкого к /2, последовательно с обмоткой возбуждения часто включают конденсатор.

Напряжением трогания называется минимальное напряжение управления, при котором ротор двигателя начинает вращаться. При этом электромагнитный момент равен статическому моменту при частоте вращения = 0. Регулировочной характеристикой называется зависимость частоты вращения от напряжения управления при постоянном моменте на валу двигателя.

Вид регулировочной характеристики при трех значениях момента на валу показан на рис. 12.5.

Рис. 12.5. Регулировочные характеристики:

1 – М2 = 0;   2 – М2 = 0,5Мн;   3 – М2 = Мн

Вторым способом является фазовое управление, когда напряжения возбуждения и управления изменяются по законам

     .

На рис. 12.6 показана векторная диаграмма с постоянной начальной фазой напряжения возбуждения и с несколькими значениями начальной фазы напряжения управления φ.

Максимальная скорость вращения двигателя получается при начальной фазе φ = π/2. При  φ = 0 скорость вращения ротора ω = 0. При изменении знака начальной фазы φ происходит реверс двигателя. Механические характеристики АД при фазовом управлении показаны на рис. 12.7.

Рис. 12.6. Векторная диаграмма напряжений при фазовом управлении

Рис. 12.7. Механические характеристики АД при фазовом управлении

Электропривод с управляемым асинхронным двигателем.

Функциональная схема электропривода с управляемым асинхронным дви-гателем и двумя сельсинами показана на рис. 12.8. Сельсин – это информаци-онная электрическая микромашина, относящаяся к классу вращающихся транс-форматоров. На статорах сельсина датчика СД и сельсина приемника СП имеются трехфазные обмотки  A, B, C  и A', B’, C’, соединенные линейными проводами. На роторе сельсина датчика имеется обмотка возбуждения, к которой подводится переменное напряжение  Um sin ω1t,  Um  = const,  ω1 = const. В сельсине СД создается пульсирующий магнитный поток Фд , ось которого параллельна оси ротора СД. В фазах A, B, C наводятся переменные ЭДС

eA =Em sin(pд) sin ω1t,

eB =Em sin(pд – 2π/3 ) sin ω1t,

eC =Em sin(pд – 4π/3 ) sin ω1t,

где д – угол поворота ротора СД;  pчисло пар полюсов.

Рис. 12.5. Электропривод с управляемым асинхронным двигателем

По линейным проводам AA',  BB' и  CC'  протекают токи, которые создают в сельсине приемнике  СП  пульсирующий магнитный поток Фп, ось которого расположена под углом д. Пусть угол поворота ротора СП  п = д + + π/2 + Δα. Если оси роторов  СД  и  СП  перпендикулярны, то Δα = 0. В сигнальной обмотке на роторе  СД  ЭДС  не наводится, и двигатель неподвижен.

Если  Δα0, то в сигнальной обмотке на роторе  СД  наводится ЭДС, на ее зажимах появляется напряжение

uп = k sin (p Δ) sin ω1t,

которое при малом значении Δα можно представить в виде

uп = k p Δ sin ω1t.

Это напряжение усиливается усилителем мощности  УМ. Напряжение  uу питает обмотку управления двухфазного двигателя с полым ротором. Его обмотка возбуждения питается от сети переменного тока через конденсатор  C для получения угла сдвига по фазе между напряжениями uв и uу, близкого к π/2.

Ротор двигателя начинает вращаться и через редуктор  Р  вращает объект управления  ОУ и ротор СП в сторону уменьшения погрешности  Δ  до нуля. В результате поддерживается перпендикулярность оси ротора СП к оси ротора СД, который поворачивается задатчиком угла  ЗУ.

Отметим, что в данном электроприводе сельсины работают в трансформаторном режиме, а для двигателя реализовано амплитудное управление.

Вопросы для самопроверки

1. Каковы особенности конструкции двухфазного асинхронного двигателя с полым ротором?

2. Перечислите основные достоинства двухфазного АД.

3. Укажите основные недостатки двухфазного АД с полым ротором.

4. По какой кривой движется конец вектора магнитного потока при амплитудном управлении ?

5. Нарисуйте семейство механических характеристик при амплитудном управлении.

6. Каков угол сдвига по фазе между ЭДС, индуцируемыми в фазах статора сельсина?

7. Магнитный поток в сельсине вращается или пульсирует при неподвижном роторе?

8. Зачем применяется конденсатор в цепи обмотки возбуждения двигателя?

Uуm=0,5Uнm

Uуm=Uнm

M

0

Mс'

Mс''

Mк

M

1

к

0

2

1

8

8

6

5

4

2

1

7

Фп

Фд

B

3

С

АД

t

С'

B'

uв (t)

uу (t)

φ = π/2

φ = π/4

φ = 0

φ = π/4

φ = π/2

M

0

u

0

Uу''

φ

0

Uу'

Uу

Uв

3

2

1

Uу

ω

0

Uуm= –Uнm

Uуm= –0,5Uнm

Uуm=0

A'

A

~

~

С

uв

uу

uп

αп

αд

СП

СД

Р

ЗУ

ОУ

УМ


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

62135. Основы пограммирования 78.36 KB
  Применение рабочей тетради в обучении программированию на языке Pascal улучшает качество образования, повышает эффективность учебного процесса на основе его индивидуализации, появляется возможность реализации перспективных методов обучения.
62136. ИНТЕГРАЛ ЛЕБЕГА, ТЕОРЕМЫ О ПРЕДЕЛЬНОМ ПЕРЕХОДЕ 627 KB
  Определение. Назовём функцию f интегрируемой (суммируемой) на X, если существует последовательность простых интегрируемых на X функций, сходящаяся равномерно к f. Интегралом Лебега функции f на множестве X называется предел интегралов от функций
62137. Деньги, их функции 18.52 KB
  Цели урока: Образовательная: выявить причины появления денег главные функции денег; научиться применять полученные знания на примере конкретных жизненных ситуаций; выявить научный смысл понятий: деньги банкнота и кредитная карточка.