Asynchrone Exekutivmotoren

Asynchrone Stellmotoren werden in automatischen Steuerungssystemen zur Steuerung und Regelung verschiedener Geräte eingesetzt.

Asynchrone Stellmotoren nehmen ihre Arbeit auf, wenn ihnen ein elektrisches Signal zugeführt wird, das sie in einen bestimmten Drehwinkel der Welle bzw. deren Drehung umwandeln. Das Entfernen des Signals führt zu einem sofortigen Übergang des Rotors des laufenden Motors in einen stationären Zustand, ohne dass Bremsvorrichtungen erforderlich sind. Der Betrieb solcher Motoren läuft ständig unter Übergangsbedingungen weiter, wodurch die Rotordrehfrequenz bei einem kurzen Signal oft keinen stationären Wert erreicht. Dazu tragen auch häufige Starts, Richtungswechsel und Stopps bei.

Ausführungsmotoren sind konstruktionsbedingt Asynchronmaschinen mit einer zweiphasigen Statorwicklung, die so konstruiert sind, dass die magnetischen Achsen ihrer beiden Phasen im Raum relativ zueinander und nicht in einem Winkel von 90 Grad verschoben sind.

Eine der Phasen der Statorwicklung ist die Feldwicklung und hat Anschlüsse zu den mit C1 und C2 gekennzeichneten Anschlüssen.Die andere, die als Steuerspule fungiert, verfügt über Drähte, die an die mit U1 und U2 gekennzeichneten Anschlüsse angeschlossen sind.

Beide Phasen der Statorwicklung werden mit entsprechenden Wechselspannungen gleicher Frequenz versorgt. Dabei wird der Erregerspulenkreis mit einer konstanten Spannung U an das Versorgungsnetz angeschlossen und dem Steuerspulenkreis ein Signal in Form einer Steuerspannung Uy zugeführt (Abb. 1, a, b, c).

Reis. 1. Schemata zum Einschalten asynchroner Exekutivmotoren während der Steuerung: a – Amplitude, b – Phase, c – Amplitudenphase.

Dadurch entstehen in beiden Phasen der Statorwicklung entsprechende Ströme, die aufgrund der enthaltenen phasenschiebenden Elemente in Form von Kondensatoren oder eines Phasenreglers zeitlich gegeneinander verschoben werden, was zur Erregung führt ein elliptisches rotierendes Magnetfeld, das den Käfigläufer umfasst.

Beim Wechsel der Betriebsarten des Motors wird das elliptische rotierende Magnetfeld in Grenzfällen abwechselnd mit einer festen Symmetrieachse oder kreisförmig rotierend, was sich auf die Eigenschaften des Motors auswirkt.

Das Starten, die Geschwindigkeitsregelung und das Stoppen der ausführenden Motoren werden durch die Bedingungen für die Bildung des Magnetfelds mittels Amplituden-, Phasen- und Amplituden-Phasen-Steuerung bestimmt.

Bei der Amplitudenregelung bleibt die Spannung U an den Anschlüssen der Erregerspule unverändert und nur die Amplitude der Spannung Uy ändert sich. Die Phasenverschiebung zwischen diesen Spannungen beträgt dank des abgeschalteten Kondensators 90° (Abb. 1, a).

Die Phasensteuerung zeichnet sich dadurch aus, dass die Spannungen U und Uy unverändert bleiben und die Phasenverschiebung zwischen ihnen durch Drehen des Rotors des Phasenreglers eingestellt wird (Abb. 1, b).

Bei der Amplituden-Phasen-Steuerung wird zwar nur die Amplitude der Spannung Uy geregelt, gleichzeitig kommt es jedoch aufgrund des Vorhandenseins eines Kondensators im Erregerkreis und der elektromagnetischen Wechselwirkung der Phasen der Statorwicklung zu einer Gleichzeitigkeit Änderung der Phase der Spannung an den Wicklungsklemmen zur Erregung und die Phasenverschiebung zwischen dieser Spannung und der Spannung an den Klemmen der Steuerspule (Abb. 1, c).

Manchmal ist zusätzlich zum Kondensator im Feldwicklungskreis ein Kondensator im Steuerwicklungskreis vorgesehen, der die reaktive Magnetisierungskraft ausgleicht, Energieverluste reduziert und die mechanischen Eigenschaften des Induktionsmotors verbessert.

Bei der Amplitudensteuerung wird unabhängig von der Rotordrehzahl ein kreisförmiges rotierendes Magnetfeld bei einem Nennsignal beobachtet, und wenn es abnimmt, wird es elliptisch. Bei der Phasensteuerung wird ein kreisförmiges rotierendes Magnetfeld nur mit einem Nennsignal angeregt und eine Phasenverschiebung zwischen den Spannungen U und Uy, die unabhängig von der Rotordrehzahl 90° beträgt und bei unterschiedlicher Phasenverschiebung elliptisch wird. Bei der Amplituden-Phasen-Steuerung existiert ein kreisförmiges rotierendes Magnetfeld nur in einem Modus – bei einem Nennsignal zum Zeitpunkt des Startens des Motors und dann, wenn der Rotor beschleunigt, wird es elliptisch.

Bei allen Steuermethoden wird die Drehzahl des Rotors durch Ändern der Art des rotierenden Magnetfelds gesteuert, und die Drehrichtung des Rotors wird durch Ändern der Phase der an den Anschlüssen der Steuerspule angelegten Spannung um 180 ° geändert .

An asynchrone Exekutivmotoren werden besondere Anforderungen hinsichtlich der fehlenden Eigenantriebsleistung gestellt, die einen weiten Bereich der Rotorgeschwindigkeitssteuerung, Geschwindigkeit und großen Drehzahlen bietet Anlaufdrehmoment und geringe Regelleistung bei relativer Beibehaltung der Linearität ihrer Eigenschaften.

Selbstfahrende asynchrone Exekutivmotoren äußern sich in einer spontanen Drehung des Rotors ohne Steuersignal. Die Ursache liegt entweder in einem nicht ausreichend großen Wirkwiderstand der Rotorwicklung – methodisch selbstfahrend – oder in einer schlechten Leistung des Motors selbst – technologisch selbstfahrend.

Das erste wird bei der Konstruktion von Motoren eliminiert, was die Herstellung eines Rotors mit erhöhtem Wicklungswiderstand und kritischem Schlupf scr = 2 – 4 ermöglicht, was darüber hinaus einen breiten stabilen Bereich der Rotorgeschwindigkeitsregelung bietet, und das zweite – hochwertige Fertigung von Magnetkreisen und Maschinenspulen mit sorgfältiger Montage.

Da asynchrone Exekutivmotoren mit einem kurzgeschlossenen Rotor mit erhöhtem Wirkwiderstand durch eine niedrige Drehzahl gekennzeichnet sind, die durch eine elektromechanische Zeitkonstante gekennzeichnet ist – die Zeit, in der der Rotor eine Drehzahl von Null auf die Hälfte der Synchrondrehzahl aufnimmt – Tm = 0,2 – 1,5 s , dann werden in automatischen Anlagen zur Steuerung Exekutivmotoren mit einem hohlen nichtmagnetischen Rotor bevorzugt, bei denen die elektromechanische Zeitkonstante einen niedrigeren Wert hat – Tm = 0,01 – 0,15 s.

Hochgeschwindigkeits-Induktionsmotoren mit nichtmagnetischem Hohlrotor verfügen sowohl über einen externen Stator mit einem Magnetkreis herkömmlicher Bauart und einer Zweiphasenwicklung mit Phasen, die als Erreger- und Steuerwicklungen dienen, als auch über einen internen Stator in Form eines laminierten ferromagnetischen Hohlkörpers Zylinder am Motorlagerschild montiert.

Die Oberflächen der Statoren sind durch einen Luftspalt getrennt, der in radialer Richtung eine Größe von 0,4 – 1,5 mm hat. Im Luftspalt befindet sich ein Glas aus Aluminiumlegierung mit einer Wandstärke von 0,2 – 1 mm, das auf der Motorwelle befestigt ist. Der Leerlaufstrom von Asynchronmotoren mit einem hohlen nichtmagnetischen Rotor ist groß und erreicht 0,9 Aznom und der Nennwirkungsgrad = 0,2 – 0,4.

In Automatisierungs- und Telemechanikanlagen werden Motoren mit einem hohlen ferromagnetischen Rotor mit einer Wandstärke von 0,5 bis 3 mm verwendet. Bei diesen Maschinen, die als Haupt- und Hilfsmotoren verwendet werden, gibt es keinen internen Stator, und der Rotor ist auf einem oder zwei Endstopfen aus Metall montiert.

Der Luftspalt zwischen den Oberflächen des Stators und des Rotors in radialer Richtung beträgt nur 0,2 – 0,3 mm.

Die mechanischen Eigenschaften von Motoren mit einem hohlen ferromagnetischen Rotor sind eher linear als die Eigenschaften von Motoren mit einem herkömmlichen Eichhörnchen-Rotor sowie mit einem Rotor in Form eines hohlen nichtmagnetischen Zylinders.

Manchmal ist die Außenfläche eines hohlen ferromagnetischen Rotors mit einer Kupferschicht mit einer Dicke von 0,05 bis 0,10 mm und seine Endflächen mit einer bis zu 1 mm dicken Kupferschicht bedeckt, um die Nennleistung und das Drehmoment des Motors zu erhöhen seine Effizienz nimmt etwas ab.

Ein wesentlicher Nachteil von Motoren mit hohlem ferromagnetischem Rotor ist das einseitige Festkleben des Rotors am Magnetkreis des Stators aufgrund der Unebenheit des Luftspalts, was bei Maschinen mit hohlem nichtmagnetischem Rotor nicht auftritt. Hohlläufermotoren mit ferromagnetischem Rotor sind nicht selbstfahrend; Sie arbeiten stabil über den Drehzahlbereich von Null bis zur synchronen Rotordrehzahl.

Asynchrone Exekutivmotoren mit einem massiven ferromagnetischen Rotor, hergestellt in Form eines Stahl- oder Gusseisenzylinders ohne Wicklung, zeichnen sich durch einfache Konstruktion, hohe Festigkeit, hohes Anlaufdrehmoment, Betriebsstabilität bei einer bestimmten Drehzahl aus und können sein bei sehr hohen Drehzahlen am Rotor eingesetzt.

Es gibt Umkehrmotoren mit einem massiven ferromagnetischen Rotor, der in Form eines externen rotierenden Teils ausgeführt ist.

Asynchrone Exekutivmotoren werden für Nennleistungen von Bruchteilen bis zu mehreren hundert Watt hergestellt und sind für die Leistung aus variablen Spannungsquellen mit einer Frequenz von 50 Hz sowie mit erhöhten Frequenzen bis zu 1000 Hz und mehr ausgelegt.
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