Motori esecutivi asincroni

I motori attuatori asincroni sono utilizzati nei sistemi di controllo automatico per controllare e regolare vari dispositivi.

I motori attuatori asincroni iniziano a funzionare quando ricevono un segnale elettrico, che convertono in un certo angolo di rotazione dell'albero o della sua rotazione. La rimozione del segnale determina un'immediata transizione del rotore del motore in moto ad uno stato stazionario senza l'utilizzo di dispositivi di frenatura. Il funzionamento di tali motori continua sempre in condizioni transitorie, per cui la frequenza di rotazione del rotore spesso non raggiunge un valore stazionario con un segnale breve. Anche le frequenti partenze, i cambi di direzione e gli arresti contribuiscono a questo.

In base alla progettazione, i motori esecutivi sono macchine asincrone con un avvolgimento statorico bifase, realizzato in modo tale che gli assi magnetici delle sue due fasi siano spostati nello spazio l'uno rispetto all'altro e non ad un angolo di 90 gradi.

Una delle fasi dell'avvolgimento dello statore è l'avvolgimento di campo e ha fili ai terminali etichettati C1 e C2.L'altro, che funge da bobina di controllo, ha fili collegati ai terminali etichettati U1 e U2.

Entrambe le fasi dell'avvolgimento dello statore sono alimentate con corrispondenti tensioni alternate della stessa frequenza. Quindi il circuito della bobina di eccitazione è collegato alla rete di alimentazione con una tensione costante U e un segnale viene fornito al circuito della bobina di controllo sotto forma di una tensione di controllo Uy (Fig. 1, a, b, c).

Riso. 1. Schemi per l'accensione di motori esecutivi asincroni durante il controllo: a — ampiezza, b — fase, c — fase di ampiezza.

Di conseguenza, in entrambe le fasi dell'avvolgimento dello statore si verificano correnti corrispondenti che, a causa degli elementi di sfasamento inclusi sotto forma di condensatori o di un regolatore di fase, vengono spostate l'una rispetto all'altra nel tempo, il che porta all'eccitazione di un campo magnetico rotante ellittico, che include il rotore a gabbia di scoiattolo.

Quando si cambiano le modalità operative del motore, il campo magnetico rotante ellittico nei casi limite diventa alternato con un asse fisso di simmetria o rotazione circolare, che influisce sulle proprietà del motore.

L'avviamento, la regolazione della velocità e l'arresto dei motori esecutivi sono determinati dalle condizioni di formazione del campo magnetico mediante controllo di ampiezza, fase e ampiezza-fase.

Nel controllo di ampiezza, la tensione U ai capi della bobina di eccitazione viene mantenuta invariata e cambia solo l'ampiezza della tensione Uy. Lo sfasamento tra queste tensioni, grazie al condensatore disconnesso, è di 90° (Fig. 1, a).

Il controllo di fase è caratterizzato dal fatto che le tensioni U e Uy rimangono invariate e lo sfasamento tra di esse viene regolato ruotando il rotore del regolatore di fase (Fig. 1, b).

Con il controllo della fase di ampiezza, sebbene sia regolata solo l'ampiezza della tensione Uy, ma allo stesso tempo, a causa della presenza di un condensatore nel circuito di eccitazione e dell'interazione elettromagnetica delle fasi dell'avvolgimento dello statore, vi è un simultaneo cambiamento nella fase della tensione ai terminali dell'avvolgimento per l'eccitazione e lo sfasamento tra questa tensione e la tensione dai terminali della bobina di controllo (Fig. 1, c).

A volte, oltre al condensatore nel circuito dell'avvolgimento di campo, viene fornito un condensatore nel circuito dell'avvolgimento di controllo, che compensa la forza di magnetizzazione reattiva, riduce le perdite di energia e migliora le caratteristiche meccaniche del motore asincrono.

Nel controllo di ampiezza, si osserva un campo magnetico rotante circolare ad un segnale nominale indipendentemente dalla velocità del rotore, e quando diminuisce, diventa ellittico.Nel caso del controllo di fase, un campo magnetico rotante circolare viene eccitato solo con un segnale nominale e uno sfasamento tra le tensioni U e Uy, pari a 90° indipendentemente dalla velocità del rotore, e con uno sfasamento diverso diventa ellittico. Nel controllo della fase di ampiezza, un campo magnetico rotante circolare esiste in una sola modalità: a un segnale nominale al momento dell'avvio del motore, e quindi, quando il rotore accelera, diventa ellittico.

In tutti i metodi di controllo, la velocità del rotore viene controllata modificando la natura del campo magnetico rotante e la direzione di rotazione del rotore viene modificata modificando di 180 ° la fase della tensione applicata ai terminali della bobina di controllo .

Requisiti specifici sono imposti ai motori esecutivi asincroni in termini di mancanza di potenza semovente fornendo un'ampia gamma di controllo della velocità del rotore, velocità, grande coppia di avviamento e bassa potenza di controllo con relativa conservazione della linearità delle loro caratteristiche.

I motori esecutivi asincroni semoventi si manifestano sotto forma di rotazione spontanea del rotore in assenza di un segnale di controllo. È causato da una resistenza attiva insufficientemente grande dell'avvolgimento del rotore, metodicamente semovente, o da scarse prestazioni del motore stesso, tecnologicamente semovente.

Il primo viene eliminato nella progettazione dei motori, che prevede la produzione di un rotore con maggiore resistenza all'avvolgimento e scorrimento critico scr = 2 - 4, che, inoltre, fornisce un'ampia gamma stabile di controllo della velocità del rotore, e il secondo - produzione di alta qualità di circuiti magnetici e bobine di macchine con assemblaggio accurato.

Poiché i motori esecutivi asincroni con rotore in cortocircuito con resistenza attiva aumentata sono caratterizzati da una bassa velocità caratterizzata da una costante di tempo elettromeccanica - il tempo in cui il rotore prende velocità da zero a metà della velocità sincrona - Tm = 0,2 - 1,5 s , quindi negli impianti automatici la preferenza per il controllo è data ai motori esecutivi con rotore cavo non magnetico, in cui la costante di tempo elettromeccanica ha un valore inferiore — Tm = 0,01 — 0,15 s.

I motori esecutivi ad induzione a rotore cavo amagnetico ad alta velocità hanno sia uno statore esterno con un circuito magnetico di costruzione convenzionale e un avvolgimento bifase con fasi che fungono da avvolgimenti di eccitazione e controllo, sia uno statore interno sotto forma di un cavo ferromagnetico laminato cilindro montato sullo scudo del cuscinetto del motore.

Le superfici degli statori sono separate da un traferro, che nella direzione radiale ha una dimensione di 0,4 - 1,5 mm. Nel traferro è presente un vetro in lega di alluminio con uno spessore della parete di 0,2 - 1 mm, fissato sull'albero motore. La corrente al minimo dei motori asincroni con un rotore cavo non magnetico è grande e raggiunge 0,9 Aznom e l'efficienza nominale = 0,2 - 0,4.

Nelle installazioni di automazione e telemeccanica vengono utilizzati motori con rotore ferromagnetico cavo con uno spessore della parete di 0,5 - 3 mm. In queste macchine, utilizzate come motori esecutivi e ausiliari, non è presente lo statore interno, ed il rotore è montato su un tappo metallico stampato o su due estremità.

Il traferro tra le superfici dello statore e del rotore nella direzione radiale è di soli 0,2 - 0,3 mm.

Le caratteristiche meccaniche dei motori con rotore ferromagnetico cavo sono più vicine a quelle lineari rispetto alle caratteristiche dei motori con rotore a scoiattolo convenzionale, nonché con un rotore realizzato sotto forma di un cilindro cavo non magnetico.

A volte la superficie esterna di un rotore ferromagnetico cavo è ricoperta da uno strato di rame con uno spessore di 0,05 - 0,10 mm e le sue superfici terminali con uno strato di rame fino a 1 mm per aumentare la potenza nominale e la coppia del motore, ma la sua efficienza diminuisce leggermente.

Uno svantaggio significativo dei motori con rotore ferromagnetico cavo è l'adesione unilaterale del rotore al circuito magnetico dello statore a causa dell'irregolarità del traferro, che non si verifica nelle macchine con rotore cavo non magnetico. I motori a rotore ferromagnetico cavo non sono semoventi; funzionano stabilmente nell'intervallo di velocità da zero alla velocità del rotore sincrono.

I motori esecutivi asincroni con un massiccio rotore ferromagnetico, realizzati sotto forma di un cilindro in acciaio o ghisa senza avvolgimento, si distinguono per semplicità di progettazione, elevata resistenza, elevata coppia di spunto, stabilità di funzionamento a una data velocità e possono essere utilizzato a giri molto elevati sul rotore.

Esistono motori invertiti con un enorme rotore ferromagnetico, realizzato sotto forma di una parte rotante esterna.

I motori esecutivi asincroni sono prodotti per potenza nominale da frazioni a diverse centinaia di watt e sono progettati per l'alimentazione da sorgenti di tensione variabile con una frequenza di 50 Hz, nonché con frequenze aumentate fino a 1000 Hz e oltre.
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