Асинхронные машины на воздушных судах (ВС) применяются преимущественно в качестве электродвигателей. Эти машины просты по конструкции, надежны, не требуют больших трудозатрат в эксплуатации. Асинхронные двигатели (АСД) используются на самолётах и вертолетах для привода различных механизмов, в насосах для перекачки топлива и в системах автоматического управления.
Конструктивно АСД состоят из двух частей: ротора и статора. Магнитопроводы ротора и статора набраны из листов электротехнической стали. В листах выштампованы пазы, в которые укладываются обмотки.
Различают АСД с короткозамкнутой и фазной обмоткой на роторе. Короткозамкнутая обмотка выполняется в виде медных стержней, уложенных в пазы ротора. Стержни привариваются к соединительным кольцам. Такая обмотка имеет вид беличьей клетки. В некоторых маломощных двигателях короткозамкнутая обмотка ротора выполняется отливкой под давлением из алюминия.
Двигатели с фазным ротором на ВС практически не применяются.
|
|
По числу обмоток статора АСД делятся на однофазные, двухфазные и трехфазные.
Однофазные АСД нашли ограниченное применение на ВС. К ним можно отнести АСД серии МО (мотор однофазный). В пазах магнитопровода статора этих двигателей укладывается одна однофазная и пусковая обмотки. Пусковая обмотка необходима для пуска двигателя, так как пусковой момент однофазных АСД равен нулю.
Двухфазные двигатели серий ДИД и ДКМ широко применяются в системах автоматического управления, так как у них хорошие регулировочные свойства. В пазах статора таких двигателей укладываются обмотка управления и обмотка возбуждения.
Мощность однофазных и двухфазных АСД обычно невелика (0,1-300 Вт).
В мощных электромеханизмах (лебёдках, насосах) используют трехфазные АСД с мощностью до 35000 ВА. Основной серией трехфазных АСД является серия МТ (мотор трехфазный), на базе которой разработаны различные модификации. Все двигатели этой серии выполняются с короткозамкнутой обмоткой на роторе, защищенного исполнения, с корпусом и подшипниковыми щитами из алюминиевого сплава.
Двигатели серии МГТ (мотор герметичный трёхфазный) имеют герметичную конструкцию и охлаждаются за счет теплопередачи от ребристого или гладкого корпуса. Они нашли широкое применение в топливных перекачивающих насосах.
Аналогично сериям МТ и МГТ конструктивно выполняются и двигатели серии АДС (асинхронный двигатель самолетный).
Кратко суть принципа действия АСД заключается в том, что статорной обмоткой создается круговое вращающееся магнитное поле, которое пересекает витки (стержни) обмотки ротора. В роторе наводится ЭДС и протекающий по короткозамкнутой ротора обмотке ток, взаимодействуя с вращающимся полем, создает момент, приводящий во вращение ротор АСД.
|
|
Рассмотрим более подробно физические процессы, происходящие в АСД (рисунок 18).
Рисунок 18 - Принцип действия трехфазных АСД (функциональная связь параметров)
К трехфазной статорной обмотке подводится переменное напряжение . Ток , протекая по этой обмотке, создает в статоре МДС , под действием которой возникает вращающееся магнитное поле. Частота вращения поля статора зависит от частоты тока и числа пар полюсов:
Основной магнитный поток наводит в обмотке статора ЭДС самоиндукции , а поток рассеяния наводит ЭДС рассеяния . Таким образом напряжение уравновешивается падением напряжения на активном и реактивном сопротивлениях и ЭДС .
Вращающийся магнитный поток , пересекая стержни (витки) обмотки ротора, наводит в ней ЭДС взаимоиндукции , вследствие чего в короткозамкнутой обмотке возникает ток и МДС ротора. На рисунке 18 показано влияние вторичной цепи на первичную, т.е. влияние на . Векторы этих полей направлены в противоположные стороны и с увеличением увеличивается , т.е. первичная цепь компенсирует размагничивающее действие вторичной цепи. При этом результирующая МДС остается практически неизменной. Здесь результирующая МДС - МДС холостого хода.
Значит, при изменении момента нагрузки от 0 до номинального момента результирующий поток остается практически неизменным.
Уравнение называется уравнением магнитодвижущих сил АСД.
Во вторичной цепи, как и в первичной, наводится ЭДС рассеяния , а полностью уравновешивается падением напряжения на активном и реактивном сопротивлениях.
При взаимодействии поля статора и поля ротора возникает электромагнитный момент , который приводит ротор во вращение с частотой .
В двигательном режиме , т.е. ротор отстает от поля статора. Это отставание характеризуется величиной скольжения
. (21)
В двигательном режиме изменяется от 0 до 1 (рисунок 19).
Рисунок 19 - Механическая характеристика АСД
Если ротор неподвижен (режим КЗ, начало пуска) , то . Если (режим ХХ), то .
Диапазон скольжений при номинальной нагрузке АСД составляет . При - устойчивый режим работы АСД, при – неустойчивый.
Рассмотрим влияние момента нагрузки на параметры АСД по следующей логической цепочке:
С увеличением тока увеличивается и момент до равенства моментов:
(22)
Здесь: - момент холостого хода;
- момент нагрузки (полезный);
– динамический момент, равный нулю в установившемся режиме ().
Таким образом, с увеличением момента нагрузки увеличивается потребляемый ток и электромагнитный момент .
Наряду с достоинствами, перечисленными выше, трехфазный АСД имеет существенный недостаток – малый пусковой момент , что видно из механической характеристики (рисунок 19).
Частота вращения трехфазных АСД регулируется изменением частоты питающего тока , числа пар полюсов и подводимого напряжения .
Технические данные некоторых типовых авиационных асинхронных трехфазных двигателей приведены в таблице 3.
Таблица 3
Тип двигателя | η | m | Режим работы | ||||||
Вт | В | с-1 | шт | кг | |||||
МТС-25-8 | 0,3 | 1,6 | 4,5 | Длит. | |||||
МТС-50-8 | 0,51 | 1,6 | 3,6 | 1,6 | Длит. | ||||
МТС-200-8 | 0,63 | 1,65 | 1,98 | Длит. | |||||
МТ-350-4 | 183,1 | 0,7 | 2,06 | 1,33 | Длит. | ||||
МГТ-750 | 0,7 | 3,2 | 3,7 | 1,3 | Длит. | ||||
АДС-1000ТВ | 0,7 | 6,5 | Повт-кратк. | ||||||
АДС-3000АТВ | 0,76 | 3,5 | 14,5 | Повт- кратк. | |||||
МТ-10000 | 0,8 | 2,3 | 21,9 | Кратко-врем. |
Асинхронные двигатели просты по конструкции, надежны, не требуют больших трудозатрат на обслуживание.
Основные неисправности асинхронных двигателей и пути их устранения приведены в таблице 4.
|
|
Таблица 4
Возможные неисправности | Отыскание неисправного элемента | Устранение неисправности |
Не вращается ротор АСД из-за: а) обрыв подводящих проводов; б) обрыв фазы обмотки, статора; | Проверить подводящие провода внешним осмотром или прозвонить тестером цепи фазы. Если обрыв есть, то сопротивление фазы велико. | Устранить неисправность. Заменить электродвигатель. Заменить электродвигатель. |
Чрезмерный нагрев электродвигателя из-за: а)короткого замыкания в обмотке статора; б) перегрузки электродвигателя; | Проверить сопротивление в фазах. Меньшее сопротивление у фазы с КЗ. Проверить нагрузку и режим работы электродвигателя. | Заменить электродвигатель. Соблюдать режим работы двигателя. Если кратковременный, то необходимо следить за временем включения и интервалами охлаждения. |