Motores ejecutivos asíncronos

Los motores actuadores asíncronos se utilizan en sistemas de control automático para controlar y regular varios dispositivos.

Los motores actuadores asíncronos comienzan a funcionar cuando reciben una señal eléctrica, que convierten en un cierto ángulo de rotación del eje o su rotación. La eliminación de la señal da como resultado una transición inmediata del rotor del motor en marcha a un estado estacionario sin el uso de dispositivos de frenado. El funcionamiento de dichos motores continúa todo el tiempo en condiciones transitorias, como resultado de lo cual la frecuencia de rotación del rotor a menudo no alcanza un valor estacionario con una señal corta. Los frecuentes arranques, cambios de dirección y paradas también contribuyen a ello.

Por diseño, los motores ejecutivos son máquinas asíncronas con un devanado de estator bifásico, hecho de manera que los ejes magnéticos de sus dos fases se desplazan en el espacio entre sí, y no en un ángulo de 90 grados.

Una de las fases del devanado del estator es el devanado de campo y tiene conexiones a los terminales etiquetados como C1 y C2.El otro, que actúa como bobina de control, tiene cables conectados a los terminales etiquetados como U1 y U2.

Ambas fases del devanado del estator se alimentan con tensiones alternas correspondientes de la misma frecuencia. Entonces, el circuito de la bobina de excitación está conectado a la red de suministro con un voltaje constante U, y se suministra una señal al circuito de la bobina de control en forma de voltaje de control Uy (Fig. 1, a, b, c).

Arroz. 1. Esquemas para encender motores ejecutivos asíncronos durante el control: a — amplitud, b — fase, c — fase de amplitud.

Como resultado, surgen corrientes correspondientes en ambas fases del devanado del estator que, debido a los elementos de cambio de fase incluidos en forma de condensadores o un regulador de fase, se desplazan entre sí en el tiempo, lo que conduce a la excitación de un campo magnético giratorio elíptico, que incluye el rotor de jaula de ardilla.

Al cambiar los modos de funcionamiento del motor, el campo magnético giratorio elíptico en casos límite se vuelve alternante con un eje de simetría fijo o giratorio circular, lo que afecta las propiedades del motor.

El arranque, regulación de velocidad y parada de los motores ejecutivos están determinados por las condiciones de formación del campo magnético mediante control de amplitud, fase y amplitud-fase.

En el control de amplitud, el voltaje U en los terminales de la bobina de excitación se mantiene sin cambios y solo cambia la amplitud del voltaje Uy. El cambio de fase entre estos voltajes, gracias al capacitor desconectado, es de 90 ° (Fig. 1, a).

El control de fase se caracteriza por el hecho de que los voltajes U y Uy permanecen sin cambios, y el cambio de fase entre ellos se ajusta girando el rotor del regulador de fase (Fig. 1, b).

Con control de amplitud-fase, aunque solo se regula la amplitud del voltaje Uy, pero al mismo tiempo, debido a la presencia de un capacitor en el circuito de excitación y la interacción electromagnética de las fases del devanado del estator, hay un simultáneo cambio en la fase del voltaje en los terminales del devanado para la excitación y el cambio de fase entre este voltaje y el voltaje de los terminales de la bobina de control (Fig. 1, c).

A veces, además del capacitor en el circuito de devanado de campo, se proporciona un capacitor en el circuito de devanado de control, que compensa la fuerza de magnetización reactiva, reduce las pérdidas de energía y mejora las características mecánicas del motor de inducción.

En el control de amplitud se observa un campo magnético rotatorio circular a una señal nominal independientemente de la velocidad del rotor, y cuando decrece se vuelve elíptico, en el caso del control de fase un campo magnético rotatorio circular es excitado solo con una señal nominal y un desfase entre las tensiones U y Uy, igual a 90° independientemente de la velocidad del rotor, y con un desfase diferente se vuelve elíptico. En el control de amplitud-fase, existe un campo magnético giratorio circular en un solo modo: en una señal nominal en el momento de arrancar el motor, y luego, cuando el rotor acelera, se vuelve elíptico.

En todos los métodos de control, la velocidad del rotor se controla cambiando la naturaleza del campo magnético giratorio, y la dirección de rotación del rotor se cambia cambiando la fase del voltaje aplicado a los terminales de la bobina de control en 180 ° .

Se imponen requisitos específicos a los motores ejecutivos asíncronos en cuanto a la falta de potencia autopropulsada que proporciona una amplia gama de control de velocidad del rotor, velocidad, gran par de arranque y bajo poder de control con relativa preservación de la linealidad de sus características.

Los motores ejecutivos asíncronos autopropulsados ​​se manifiestan en forma de rotación espontánea del rotor en ausencia de una señal de control. Es causado por una resistencia activa insuficientemente grande del devanado del rotor, metódicamente autopropulsado, o por un rendimiento deficiente del propio motor, tecnológicamente autopropulsado.

El primero se elimina en el diseño de motores, que prevé la producción de un rotor con mayor resistencia del devanado y deslizamiento crítico scr = 2 — 4, que, además, proporciona un amplio rango estable de control de la velocidad del rotor, y el segundo: producción de alta calidad de circuitos magnéticos y bobinas de máquinas con un montaje cuidadoso.

Dado que los motores ejecutivos asíncronos con un rotor en cortocircuito con una mayor resistencia activa se caracterizan por una baja velocidad caracterizada por una constante de tiempo electromecánica, el tiempo en que el rotor aumenta la velocidad de cero a la mitad de la velocidad síncrona, Tm = 0,2 — 1,5 s. , luego, en las instalaciones automáticas, se da preferencia para el control a los motores ejecutivos con un rotor hueco no magnético, en el que la constante de tiempo electromecánica tiene un valor más bajo: Tm = 0.01 — 0.15 s.

Los motores ejecutivos de inducción de rotor hueco no magnético de alta velocidad tienen un estator externo con un circuito magnético de construcción convencional y un devanado bifásico con fases que actúan como devanados de excitación y control, y un estator interno en forma de un hueco ferromagnético laminado. cilindro montado en el escudo del cojinete del motor.

Las superficies de los estatores están separadas por un espacio de aire, que en la dirección radial tiene un tamaño de 0,4 a 1,5 mm. En el espacio de aire, hay un vidrio de aleación de aluminio con un espesor de pared de 0,2 a 1 mm, fijado en el eje del motor. La corriente de ralentí de los motores asíncronos con rotor hueco no magnético es grande y alcanza 0,9 Aznom, y la eficiencia nominal = 0,2 — 0,4.

En las instalaciones de automatización y telemecánica se utilizan motores con rotor hueco ferromagnético con un espesor de pared de 0,5 a 3 mm. En estas máquinas, utilizadas como motores ejecutivos y auxiliares, no hay estator interno, y el rotor está montado en tapones metálicos de uno o dos extremos prensados.

El espacio de aire entre las superficies del estator y el rotor en dirección radial es de solo 0,2 - 0,3 mm.

Las características mecánicas de los motores con rotor ferromagnético hueco son más lineales que las características de los motores con rotor de ardilla convencional, así como con un rotor fabricado en forma de cilindro hueco no magnético.

A veces, la superficie exterior de un rotor ferromagnético hueco se cubre con una capa de cobre con un espesor de 0,05 a 0,10 mm, y sus superficies finales con una capa de cobre de hasta 1 mm para aumentar la potencia nominal y el par motor, pero su eficiencia disminuye un poco.

Una desventaja significativa de los motores con rotor ferromagnético hueco es que el rotor se pega por un lado al circuito magnético del estator debido a la irregularidad del entrehierro, lo que no ocurre en las máquinas con rotor no magnético hueco. Los motores de rotor hueco ferromagnético no son autopropulsados; funcionan de manera estable en el rango de velocidad desde cero hasta la velocidad síncrona del rotor.

Los motores ejecutivos asíncronos con un rotor ferromagnético masivo, fabricados en forma de cilindro de acero o hierro fundido sin devanado, se distinguen por su diseño simple, alta resistencia, alto par de arranque, estabilidad de operación a una velocidad dada y pueden ser utilizado a muy altas revoluciones en el rotor.

Hay motores invertidos con un rotor ferromagnético masivo, que está hecho en forma de una parte giratoria externa.

Los motores ejecutivos asíncronos se fabrican para potencia nominal desde fracciones hasta varios cientos de vatios y están diseñados para potencia de fuentes de voltaje variable con una frecuencia de 50 Hz, así como con frecuencias aumentadas hasta 1000 Hz y más.
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