10. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ - МАХОВИКИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
В качестве привода маховиков принципиально могут быть использованы различные типы электродвигателей переменного тока. Однако благодаря специфическим требованиям, предъявляемым к системам ориентации и стабилизации, только некоторые типы электродвигателей переменного тока находят практическое применение в исполнительных устройствах с электродвигателями-маховиками. Рассмотрим особенности различных электродвигателей переменного тока с целью оценки возможности их использования в исполнительных устройствах систем ориентации и стабилизации.
Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором обладает существенно нелинейными регулировочными характеристиками. Для плавного регулирования скорости этого электродвигателя необходимо плавно менять частоту питающей сети. При этом для того, чтобы электродвигатель работал с постоянным потоком, напряжение должно также меняться пропорционально частоте. Это требует отдельного источника энергии с регулируемой частотой и
напряжением. Кроме того, регулирование скорости трехфазного асинхронного электродвигателя в диапазоне малых скоростей сопровождается чрезмерным перегревом.
Синхронный электродвигатель теоретически является идеальным приводом для маховиков, так как угловая скорость вращения его вала не зависит от нагрузки и точно определяется числом пар его полюсов и частотой питающей сети. Управление синхронным электродвигателем может осуществляться изменением частоты и амплитуды приложенного напряжения. В этом случае также требуется наличие источника энергии с регулируемой частотой и напряжением. Синхронный электродвигатель, как и асинхронный с короткозамкнутым ротором, не пригоден для управления малыми угловыми скоростями, особенно скоростями, близкими к нулю. Хорошее регулирование скорости вращения синхронного электродвигателя возможно только при уменьшении ее не белее чем на 30% от максимальной. Дальнейшее уменьшение скорости вращения приводит к интенсивному нагреванию якоря. По этим причинам применение синхронного электродвигателя в качестве привода маховиков ограничено.
Управление асинхронными и синхронными электродвигателями, кроме частотного способа, при котором входной сигнал формирует амплитуду и частоту напряжения статорных обмоток, определяющих скорость вращения электродвигателя, может осуществляться частотно-токовым способом (см. гл. IV настоящей книги), при котором входной сигнал определяет величину тока в статорных обмотках, т. е. момент на валу электродвигателя. В этом случае в приводе с асинхронным электродвигателем частота вращения ротора вместе с частотой, зависящей от входного сигнала, определяет выходную частоту токов статора. В приводе с синхронным электродвигателем частота вращения ротора независимо от входного сигнала определяет частоту синусоидальных токов, вырабатываемых силовой частью привода для питания статорных обмоток.
Привод с частотно-токовым управлением имеет идеально «мягкую» механическую характеристику (момент не зависит от угловой скорости вала и определяется входным сигналом). Это обстоятельство не имеет принципиального значения, так как электродвигатель-маховик используется в замкнутой системе регулирования. В скоростной системе регулирования с асинхронным электродвигателем, электронной схемой управления и полупроводниковым усилителем при частотно-токовом управлении можно обеспечить жесткость механической характеристики не хуже 0,35%, а с синхронным электродвигателем с электронной схемой управления и полупроводниковым усилителем — не хуже 
Применение частотно-токового управления асинхронными и синхронными электродвигателями переменного тока представляет определенный практический интерес, так как позволяет получить новые качества этих электродвигателей, такие как плавный пуск, торможение, большая перегрузочная способность. Однако в настоящее время на пути широкого внедрения электродвигателей с частотно-токовым управлением имеется немало трудностей.
Наиболее подходящим среди электродвигателей переменного тока для применения в качестве привода маховиков является двухфазный асинхронный электродвигатель. Регулирование угловой скорости вращения такого электродвигателя осуществляется изменением аплитуды напряжения в обмотке управления, что позволяет плавно изменять скорость вращения от нуля до максимальной. К основным достоинствам двухфазного асинхронного электродвигателя следует отнести: отсутствие щеток и коллектора, простоту усиления управляющего сигнала усилителем переменного тока, а также возможность обеспечения постоянства электромагнитного момента в широком диапазоне изменения угловой скорости вращения. Он имеет приемлемую линейность моментной характеристики и к. п. д. при максимальной выходной мощности примерно 30%.
Одним из недостатков этого типа электродвигателей является значительная мощность холостого хода, так как обмотка возбуждения электродвигателя питается непрерывно. Мощность холостого хода можно уменьшить путем соответствующего перераспределения мощностей обмоток управления и возбуждения [10].
В настоящее время в качестве привода маховиков в основном применяются двухфазные асинхронные электродвигатели переменного тока. Весьма перспективной для применения в качестве электродви-гателя-маховика считается инерциальная сфера (шаровой маховик), позволяющая управлять аппаратом одновременно относительно трех осей.
