Рис. 2.15 

      Анализ  механических характеристик по уравнению  момента (2.9) показывает, что при всех способах управления характеристики нелинейны и их жесткость уменьшается с уменьшением сигнала управления. Нелинейность механической характеристики, т. е. отклонение ее от линейной, определяется как отношение наибольшей по абсолютному значению разности между действительным вращающим моментом и значением момента, рассчитанным по уравнению прямой линии, проходящей через точки холостого хода и пускового момента, к значению пускового момента, т. е. ∆М^∂_max/М_п^∂ (рис. 2.13, а). Улучшению линейности механических характеристик способствуют увеличение активного сопротивления ротора и в меньшей степени уменьшение индуктивного сопротивления рассеяния обмоток статора и ротора. Однако, как известно, увеличение активного сопротивления ротора ухудшает энергетические показатели двигателя. Поэтому у исполнительных асинхронных микродвигателей, работающих в системах автоматики, допускается нелинейность порядка 10%. На рис. 2.15, а–в показаны зависимости коэффициента внутреннего демпфирования от угловой скорости и коэффициента сигнала при различных способах управления.

      Как видно из рис. 2.13 и 2.15, наиболее линейными являются характеристики при фазовом управлении, причем жесткость характеристик практически не меняется при изменении коэффициента сигнала. Наименее линейны механические характеристики при амплитудно-фазовом управлении. При всех способах управления механические характеристики обеспечивают устойчивость работы во всем диапазоне двигательного режима и с уменьшением, коэффициента сигнала смещаются в сторону меньших моментов и угловых скоростей. Вращающий момент и механическая мощность, развиваемые двигателем, получаются наибольшими при амплитудно-фазовом управлении. Это объясняется тем, что при увеличении угловой скорости ротора конденсаторного микродвигателя несколько увеличиваются напряжение, магнитный поток обмотки возбуждения и соответственно вращающий момент двигателя по сравнению с моментом при амплитудном и фазовом управлениях. Недостатком амплитудно-фазового управления является некоторое снижение устойчивости в области малых угловых скоростей.

      Анализ  регулировочных характеристик (см. рис. 2.14) и зависимостей коэффициента передачи от коэффициента сигнала (рис. 2.16) показывает, что при всех способах управления они нелинейны. Нелинейность, т. е. отклонение действительной регулировочной характеристики от линейной, наибольшая в режиме холостого хода и зависит в основном от тех же параметров двигателя, что и нелинейность механических характеристик. Ближе всех к линейным характеристики микродвигателя с фазовым управлением, затем следуют характеристики микродвигателей с амплитудным и амплитудно-фазовым управлениями (рис. 2.16). При амплитудно-фазовом управлении (конденсаторном) нелинейность можно изменять в определенном диапазоне путем выбора соответствующей емкости конденсатора, т.е. воздействуя на эллиптичность магнитного поля. Линейность регулировочных характеристик улучшается при усилении эллиптичности поля. Поэтому наибольшую линейность и крутизну характеристики имеют в начальной части. Для обеспечения линейности регулирования двигатель должен работать при малых сигналах и относительных угловых скоростях. Уменьшение относительных угловых скоростей наиболее эффективно достигается повышением рабочей частоты напряжения питания двигателя, так как при этом пропорционально повышается синхронная угловая скорость.

      Количественно нелинейность регулировочной характеристики ∆ω_дв определяется как отношение наибольшей по абсолютному значению разности между угловой скоростью, рассчитанной по уравнению прямой линии, аппроксимирующей действительную регулировочную характеристику в номинальном диапазоне напряжений управления, и действительной угловой скоростью к наибольшему значению угловой скорости в номинальном диапазоне напряжения управления. Пример определения нелинейности при холостом ходе показан на рис. 2.14, а, где ∆ω_дв = ∆ω^∂_2max/ω^∂₂₀. При нелинейности механических характеристик меньше 10% нелинейность регулировочной характеристики холостого хода не превышает 20% в диапазоне изменения коэффициента сигнала 0 – 0,7.

      Пусковой момент при всех способах управления прямо пропорционален сигналу управления и в относительных единицах равен эффективному коэффициенту сигнала.

      Мощностью возбуждения является мощность, потребляемая цепью обмотки возбуждения микродвигателя:

       ,     (2.17)

где φ_в – угол сдвига между напряжением сети и током в обмотке возбуждения.

      Мощность  управления – это мощность, потребляемая обмоткой управления микродвигателя:

       ,     (2.18)

где φ_у – угол сдвига между напряжением и током в обмотке управления.

      Анализ  выражения (2.18) показывает, что при амплитудном управлении мощность управления исполнительных асинхронных микродвигателей примерно такая же, как и при амплитудно-фазовом, и так же сильно зависит от коэффициента сигнала. При фазовом управлении эта мощность с уменьшением коэффициента сигнала практически не меняется (рис. 2.17). В этом отношении амплитудный и амплитудно-фазовый способы управления имеют существенное преимущество перед фазовым.

      Коэффициент полезного действия исполнительных асинхронных микродвигателей несколько ниже, чем у одинаковых по мощности асинхронных микродвигателей общего применения, из-за повышенного активного сопротивления ротора, причем наиболее высокий к.п.д. имеют двигатели с амплитудным управлением, затем следуют двигатели с амплитудно-фазовым управлением (конденсаторные). Самый низкий к.п.д. у двигателей с фазовым управлением (за счет большой мощности управления). Более высокий коэффициент мощности имеют микродвигатели с амплитудно-фазовым управлением благодаря наличию конденсатора в цепи возбуждения (cos φ = 0,8 ÷ 0,95). 

Рис. 2.17   Рис. 2.18 

      Среди схем питания исполнительных асинхронных  микродвигателей наибольшей простотой отличается схема конденсаторного микродвигателя, так как она не имеет сложных устройств для сдвига фаз между напряжениями управления и возбуждения.

      Таким образом, амплитудно-фазовый способ управления с конденсатором в цепи возбуждения двигателя имеет ряд преимуществ, поэтому его широко применяют в схемах автоматики и вычислительных устройствах. Однако в каждом конкретном случае выбор способа управления должен определяться условиями работы системы, звеном которой является двигатель, и требованиями, предъявляемыми к этому звену.

      У исполнительных асинхронных микродвигателей, работающих в системах автоматики, важно обеспечить отсутствие самохода.

      Рассмотрим  явление самохода асинхронного микродвигателя. Для этого воспользуемся зависимостями  M = f(s) момента прямой M₁ и обратной M₂ последовательностей при пульсирующем поле статора и различных значениях критического скольжения s_к (рис. 2.18).

      На  рис. 2.18 кривую результирующего момента M при пульсирующем поле статора получают как сумму моментов прямой и обратной последовательностей.

      В случае, показанном на рис. 2.18, а, критическое скольжение по отношению к полю прямой последовательности s_к = 0,5 и результирующий момент в пределах двигательного режима (s = 0 ÷ 1) имеет одно направление с моментом прямой последовательности, а значит, и с направлением вращения ротора. Следовательно, ротор не остановится после снятия сигнала управления, если момент сопротивления M_ст будет меньше максимального результирующего момента (момента самохода). Возникает параметрический самоход, и двигатель работает с угловой скоростью и моментом, соответствующими точке А характеристики M = f(s).

      В случае, показанном на рис. 2.18, б, критическое скольжение по отношению к полю прямой последовательности s_к = 1. Здесь кривая результирующего момента пересекает ось скольжения только в одной точке s = 1, и в пределах двигательного режима момент M отрицателен, т. е. является тормозящим, направленным против вращения ротора. Поэтому при снятии сигнала управления ротор обязательно остановится. То же самое произойдет и при s_к > l.

      Следует отметить, что значение s_к (при соблюдении условия s_к > l), при котором гарантируется отсутствие параметрического самохода, зависит от схемы включения обмотки управления. Например, при снятии сигнала управления размыканием цепи обмотки управления требуемое критическое скольжение больше, чем при снятии сигнала без размыкания.

      У асинхронных микродвигателей возможен также технологический самоход, который вызывается образованием короткозамкнутых витков в магнитопроводе и обмотке. При этом двигатель начинает работать как двигатель с экранированными полюсами.

      Реверсирование  исполнительных асинхронных микродвигателей  производят изменением фазы напряжения управления на 180° (например, путем переключения концов обмотки У). При этом магнитное поле статора начинает вращаться в противоположную сторону и изменяется направление вращения ротора. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Список  литературы

1. Брускин Д.Э. и др. ²Электрические машины² ч.1, ч.2, 1987 г.
2. Вольдек А.И. ²Электрические машины² 1978 г.
3. Копылов И.П. ²Электрические машины² 1986 г.
4. Токарев Б.Ф. ²Электрические машины² 1990 г.
5. Кацман М.М. ²Электрические машины² 2000 г.