2.4.8. Исполнительный двигатель с амплитудно-фазовым управлением (конденсаторная схема)

Схема включения имеет вид (рис. 2.40а):

Рис.2.32. Схема исполнительного двигателя при амплитудно-фазовом управлении (а) и его векторная диаграмма при круговом вращающемся поле (б).

Напряжение управления имеет ту же фазу, что и напряжение сети , т. е. , а напряжение возбуждения будет сдвинуто по фазе относительно на некоторый угол, величина которого определяется падением напряжения на емкости . При этом

(2.99)

Так как при изменении напряжения управления или скорости вращения двигателя изменяется величина тока в цепи возбуждения, то будет изменяться по величине и фазе также и напряжение .

Если подобрать коэффициент сигнала и емкость так, чтобы поле было круговым, то векторная диаграмма напряжений будет иметь вид (рис. 2.32б). В этом случае будут существовать только поле и токи прямой последовательности, причем

(2.100)

Подставив сюда значения токов в фазах управления и возбуждения

и , (2.101)

где:

и - активное и реактивное сопротивления схем замещения двигателя для фазы управления.

- то же, для фазы возбуждения, получим

(2.102)

или

.

Отсюда

; .

Условия, необходимые для создания кругового поля

; . (2.103)

Величина емкости и коэффициента сигнала выбирают такими, чтобы круговое поле получалось при неподвижном роторе, т. е., чтобы

и , (2.104)

где индекс “k” означает, что сопротивления и берутся при неподвижном роторе (режим короткого замыкания).

2.4.8.1. Механические характеристики

В реальном исполнительном двигателе с амплитудно-фазовым управлением регулируется напряжение управления . Ток возбуждения при этом практически не меняется из-за большой величины намагничивающего тока, вследствие чего напряжение на обмотке возбуждения изменяется в сравнительно небольших пределах. Поэтому характеристики двигателя при данном способе управления будут близки к характеристикам при амплитудном управлении.

Рис. 2.33. Механические (а) и регулировочные (б) характеристики реального (сплошные линии) и идеального (пунктирные) асинхронного двухфазного двигателя при амплитудно-фазовом управлении.

На рис. 2.33а показаны механические характеристики реального двигателя при амплитудно- фазовом управлении (сплошные линии) и идеализированного двигателя при амплитудном управлении (пунктирные линии). При относительная скорость холостого хода меньше единицы. Это объясняется тем, что круговое вращающееся поле имеет место только при . При вращении ротора сопротивление его меняется, а следовательно, несколько меняются ток возбуждения и напряжение на обмотке возбуждения. Таким образом, даже при появляется обратное вращающееся поле, которое снижает скорость холостого хода по сравнению с идеализированным двигателем при амплитудном управлении. При скорости холостого хода становятся сначала близкими, а затем даже большими скорости холостого хода для идеализированного двигателя. Это объясняется тем, что действие токов обратной последовательности в реальном двигателе уменьшается по сравнению с идеализированным из-за наличия индуктивного сопротивления в обмотке ротора.

Нелинейность механических характеристик двигателя при амплитудно-фазовом управлении больше, чем при других методах управления, вследствие увеличения амплитуды обратного поля при повышении скорости вращения.

Общий вид регулировочных характеристик двигателя остается примерно таким же, как и при амплитудном управлении (рис. 2.33б), но линейность их несколько уменьшается.

По мере возрастания скорости двигателя мощность возбуждения увеличивается, так как одновременно происходит некоторое повышение напряжения на обмотке возбуждения из-за уменьшения падения напряжения на конденсаторе. Так как в двигателе с полым немагнитным ротором основной составляющей тока статора является ток холостого хода, то ток статора с изменением режима работы двигателя изменяется мало. Мало изменяется и мощность возбуждения, увеличиваясь на 10 – 20% при переходе от режима короткого замыкания к холостому ходу. Мощность управления при амплитудно-фазовом управлении, как и при амплитудном управлении, пропорциональна коэффициенту сигнала и сравнительно мало зависит от скорости вращения. Все другие характеристики (механическая мощность, КПД и др.) при амплитудно-фазовом управлении мало отличаются от характеристик двигателя при амплитудном управлении.

Достоинством амплитудно-фазового управления является сравнительная простота схемы и возможность получения значительных пусковых моментов, недостатком – некоторое снижение устойчивости в зоне малых скоростей.