Загальні відомості про спеціалізовані асинхронні машини.

Базуючись на принципі дії асинхронної машини, створено велике різноманіття електротехнічних пристроїв, які широко використовуються в засобах автоматизації і спеціалізованих електроприводах.

Так, для плавного регулювання величини і фази напруги, яка підводиться до споживача, широко використовують індукційні регулятори ІР і фазорегулятори ФР. За конструкцією ці пристрої фактично являють собою АД з загальмованим фазним ротором (рис. 4. 30).

Оскільки в ІР обмотки статора і ротора крім магнітного мають ще і електричний зв’язок, то цей пристрій часто називають поворотним автотрансформатором. У ФР між обмотками ротора статора електричного зв’язку немає. Тому цей пристрій називають поворотним трансформатором.

В ІР (рис. 4.30, а) напругу мережі U₁ підводять до роторної обмотки, яка може бути з’єднана у зірку чи трикутник. Це призводить до виникнення обертового магнітного поля ротора, яке наводить в обмотках ротора і статора ЕРС, відповідно, і . Фазовий зсув між і визначається взаємним розташуванням у просторі вісі обмотки ротора і вісі обмотки статора, тобто кутом a. Оскільки напруга на затискачах статорних обмоток визначається геометричною сумою

,

то при зміні кута a, наприклад за допомогою черв’ячної передачі, змінюється - величина напруги, яка підводиться до споживача.

В ФР (рис. 4.30, б) первинною звичайно являється обмотка статора, а вторинною – ротора. Змінюють фазу вторинної напруги без зміни її величини тут також за рахунок величини кута a.

Раніше було показано, що частота струму у колі ротора АД залежить від величини ковзання, тобто різниці частот обертання магнітного поля статора n₁ і ротора n₂. Ця обставина дає можливість використовувати асинхронну машину з фазним ротором в якості асинхронного перетворювача частоти АПЧ.

В АПЧ (рис. 4.31) обмотку статора підключають до трифазної мережі з частотою f₁, а ротор обертають за допомогою приводного двигуна ПД. При обертанні ротора у напрямку протилежному обертанню поля статора (ковзання s > 1) в обмотці ротора наводиться ЕРС з частотою f₂> f₁. Ця ЕРС через контактні кільця і щітки подається на вихід АПЧ. Для отримання на виході АПЧ напруги з частотою f₂< f₁ ротор обертають у напрямку обертання поля статора із частотою n₂< n₁.

Для перетворення електричних сигналів в механічне переміщення у засобах автоматизації використовують так звані виконавчі двигуни. За конструкцією вони практично не відрізняється від однофазних асинхронних двигунів з пусковою обмоткою. Разом з тим, оскільки асинхронний виконавчий двигун повинен задовольняти таким основним вимогам як швидкодія (при подачі керуючого сигналу ротор повинен швидко досягати потрібної частоти обертання) і відсутність самоходу (при знятті керуючого сигналу ротор повинен швидко і точно зупинятися), то у порівнянні із звичайним двигуном виконавчий двигун має значно підвищений пусковий момент і більший активний опір кола ротора.

Електрична схема асинхронного виконавчого двигуна показана на рис. 4.32. Тут одна із статорних обмоток, її називають обмоткою збудження ОЗ, постійно увімкнена у мережу з напругою U₁. Другу із статорних обмоток двигуна називають обмоткою керування ОК. При необхідності приведення ротора ВД у рух на ОК подають керуючий сигнал U_к. Для зупинки двигуна цей сигнал знімають.

.

На практиці для приводу робочих машин з поступальним рухом використовують чотири види лінійних двигунів. Простішими і найбільш поширеними серед яких є так звані лінійні (індукційні) асинхронні двигуни ЛАД.

Моделлю ЛАД може слугувати АД з обертовим ротором (рис. 4.33, а), статор якого “розрізаний” і розгорнутий у вигляді дуги a, а діаметр ротора збільшений (рис. 4.33, б). Частота обертання поля статора такого дугового АД буде:

,

де n₁ – частота обертання магнітного поля до “розрізання” статора двигуна.

З результатів аналізу наведеної формули випливає, що принципово можна зробити дуговий АД з будь-якою синхронною швидкістю меншою за n₁. Дугові АД використовують для безредукторного приводу робочих машин, які потребують невеликих частот обертання, наприклад привод барабанного млина.

Якщо “розрізаний” статор розгорнути до a =180° (рис. 4.33, в), то отримаємо індукційний лінійний двигун. При проходженні по обмотці такого статора (індуктора) струму з частотою f₁ утворюється магнітне поле, яке “біжить” вдовж осердя із швидкістю:

,

де t – частина довжини індуктора, яка приходиться на один полюс (полюсне поділення), м; l – довжина осердя індуктора, м.

Рухома частина двигуна виконується із сталі і може бути з короткозамкненою обмоткою чи без неї. За формою “ротор” ЛАД звичайно являє собою брус. Внаслідок дії поля індуктора тут наводяться вихрові струми, у системі індуктор-брус виникають електромагнітні сили, які рухають брус із швидкістю n₂ у напрямку руху поля індуктора. Тут же відмітимо, що стосовно ЛАД загальноприйняте поділення на статор (індуктор) – нерухома частина і ротор – рухома є умовним. Покажемо це на прикладі ЛАД візка (рис. 4.34).

Тут індуктор ЛАД, до складу якого входить шихтоване осердя 5 і обмотка 6, розташований на візку 3. Направляюча коліс 2 візка являє собою стальну балку 1, до нижньої частини якої прикріплена стальна смуга 4. Вона виконує функції “ротора” ЛАД. Електромагнітні сили, які виникають у системі індуктор-“ротор”, рухають візок (індуктор) вздовж нерухомої стальної смуги 4.

4.1.15. Питання для самоперевірки за розділом “Асинхронні двигуни”

1. Яку будову мають трифазні асинхронні двигуни з короткозамкненим та фазним роторами?

2. У чому полягає відмінність фізичних процесів які відбуваються у трифазному асинхронному двигуні з загальмованим ротором та у двигуні, ротор якого обертається?

3. Від чого залежить величина обертального моменту трифазного асинхронного двигуна?

4. Як на практиці розраховують механічну характеристику асинхронного двигуна?

5. Як здійснюють розмітку виводів та як з’єднують затискачі статорних обмоток трифазного асинхронного двигуна?

6. Як здійснюють пуск і реверс трифазних асинхронних двигунів?

7. У чому полягає відмінність будови асинхронного двигуна з покращенним пусковим моментом у порівнянні з асинхронним двигуном загального призначення?

8. Як здійснюють регулювання частоти обертання ротора трифазних асинхронних двигунів?

9. У чому полягає відмінність будови багатошвидкісного асинхронного двигуна у порівнянні з асинхронним двигуном загального призначення?

10. Як здійснюють гальмування асинхронного двигуна?

11. Як покращити коефіцієнт потужності мережі живлення асинхронних двигунів?

12. Яку будову має однофазний асинхронний двигун?