1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И КОНСТРУКЦИЯ ДВУХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Двухфазные асинхронные электродвигатели нашли широкое применение в системах автоматического регулирования и маломощных следящих системах приборного типа. Особенно широкое распространение получили двухфазные асинхронные электродвигатели с ротором в виде полого тонкостенного цилиндра.

К преимуществам двухфазных электродвигателей относятся: отсутствие щеток и коллектора, незначительный момент инерции ротора, простота и стабильность усиления управляющего сигнала с помощью усилителей переменного тока. Это создает особенно благоприятные условия для применения двухфазных электродвигателей в следующем приводе в качестве исполнительного элемента.

Рис. III. 1. Схема включения обмоток двухфазного электродвигателя и емкости С

Двухфазный асинхронный электродвигатель имеет короткозамкнутый ротор, выполненный в виде «беличьей клетки», образованной проводниками, расположенными в пазах вдоль цилиндрической поверхности ротора, замкнутыми накоротко в обеих торцовых частях поперечными кольцами, или в виде тонкостенного полого цилиндра, внутри которого обычно размещается неподвижный магнитопровод. Статор электродвигателя, собранный в виде пакета из стальных пластин с пазами вдоль расточки, имеет две обмотки, которые укладываются в пазы так, чтобы магнитные оси их для двухполюсной машины были взаимно перпендикулярными. Одна из обмоток статора — возбуждающая — подключается к источнику питания переменного тока с фиксированным напряжением, а другая — управляющая — обычно питается напряжением переменного тока той же частоты, что и напряжение возбуждения, но через управляющий усилитель. Для нормальной работы

электродвигателя необходимо, чтобы оба напряжения были сдвинуты по фазе на у.

Рис. III.2. Конструкция двухфазного асинхронного электродвигателя с тонкостенным ротором

В этом случае возникает вращающееся магнитное поле: круговое — при одинаковых амплитудах магнитных потоков, действующих вдоль магнитных осей обмоток управления и возбуждения, эллиптическое, если амплитуды магнитных потоков не равны друг другу. Вращающееся магнитное поле индуктирует в стержнях или соответственно в стенках ротора токи, которые, взаимодействуя с магнитным потоком, обусловливают появление вращающего момейта, увлекающего ротор в сторону вращения магнитного поля. Для изменения, направления вращения ротора необходимо изменить фазу управляющего напряжения на 180°, что приводит к изменению направления вращения поля.

Для получения оптимального фазового сдвига, равного между управляющим напряжением и напряжением возбуждения последовательно с обмоткой возбуждения включают емкость (рис. III.1)

На рис. III.2 приведена конструкция одного из образцов двухфазного электродвигателя с тонкостенным ротором. Обмотки управления и возбуждения 1 расположены на статоре и являются неподвижными.

Для исключения влияния эксцентриситета ротор 2 выполнен в виде полого стакана из немагнитного материала (алюминия или меди).

Рис. III.3. Механические характеристики электродвигателя при Гц; кривые 1, 2, 3 — механические характеристики при ; кривые III — характеристики механической мощности

Если изготовить ротор из стали, то наличие эксцентриситета приводит к притяжению ротора к статору в положениях минимального зазора и неустойчивому вращению, особенно при небольших напряжениях на обмотке управления. Толщина стенки цилиндра в маломощных электродвигателях составляет мм, а в более мощных электродвигателях мм.

На рис. III.3 приведены основные характеристики электродвигателя. Кривые 1—3 зависимости угловой скорости от вращающего момента при одном и том же напряжении возбуждения и различных напряжениях на обмотке управления . Кривые I—III характеризуют механическую мощность электродвигателя при изменении частоты вращения. Механические характеристики электродвигателя являются падающими с отрицательным углом наклона (кривые 1—3) на всем диапазоне изменения частоты вращения, что обеспечивает более устойчивую работу следящего привода. Такие механические характеристики могут быть получены при повышенном активном сопротивлении ротора. В двухфазных электродвигателях с ротором типа «беличьей клетки» повышение активного сопротивления ротора может быть достигнуто изготовлением стержней клетки из материала с большим удельным сопротивлением или уменьшением сечения медных проводников «беличьей клетки», как это осуществляется, например, в электродвигателях серии ACM.