Однофазные и двухфазные асинхронные двигатели

Принцип действия однофазного двигателя. В однофазном асинхронном двигателе обмотка статора расположена в пазах, занимающих примерно 2/3 окружности, соответствующей паре полюсов (рис. 270, а). По этой причине мощность однофазного двигателя также составляет около 2/3 мощности трехфазного двигателя с теми же габаритными размерами.

Однофазная обмотка статора 2 создает пульсирующее магнитное поле, которое можно представить в виде двух полей, вращающихся в разные стороны с частотой n₁ (рис. 270,б). Поле 5, которое вращается в том же направлении, что и ротор 3, называется прямым полем; поле 6, вращающееся в противоположном направлении,— обратным полем. Эти поля, воздействуя на ротор, создают два противоположно направленных электромагнитных момента М_пр и М_обр. Следовательно однофазный асинхронный

Рис. 270. Разрез однофазного асинхронного двигателя (а), прямое и обратное вращающиеся магнитные поля (б)

Рис. 271. Зависимости М(s) однофазного двигателя от прямого и обратного вращающихся полей

двигатель может быть представлен в виде двух совершенно одинаковых трехфазных двигателей, роторы которых тесно связаны друг с другом, а обмотки подключены к трехфазной сети так, что их магнитные поля вращаются в противоположных направлениях.

Однако если ротор раскрутить в каком-либо направлении, то моменты М_пр и М_обр не будут равны. В этом случае на вал двигателя будет действовать некоторый результирующий момент M_рез, который обеспечит его дальнейшее вращение в заданном направлении. Объясняется это тем, что ток в обмотке ротора, созданный обратным полем, оказывает сильное размагничивающее действие и существенно ослабляет обратное поле.

Из анализа кривых М (s), показанных на рис. 271, следует, что:

однофазный двигатель не имеет начального пускового момента так как при s=1, т. е. при неподвижном роторе, результирующий момент М_рeз = 0;

частота вращения однофазного двигателя при холостом ходе меньше, чем у трехфазного двигателя, из-за наличия тормозящего момента М_обр. По этой же причине однофазный двигатель имеет худшие рабочие характеристики: меньший к. п. д., меньшую перегрузочную способность, повышенное скольжение при номинальной нагрузке.

Пусковые устройства. Чтобы получить пусковой момент, однофазные двигатели снабжают пусковой обмоткой Я, расположенной со сдвигом на 90° по отношению к основной рабочей обмотке Р (рис. 272,а и б). На период пуска пусковую обмотку присоединяют к сети через фазосдвигающие элементы — конденсатор или резистор. После окончания разгона двигателя пусковую обмотку отключают, и двигатель продолжает работать как однофазный. Поскольку пусковая обмотка работает лишь короткое время, ее изготовляют из провода меньшего сечения по сравнению с рабочей обмоткой и укладывают в меньшее число пазов.

Если использовать в качестве фазосдвигающего элемента конденсатор С (рис. 273, а), то можно получить режим работы при пуске, близкий к симметричному, т. е. получить круговое вращающееся поле.

При легких условиях пуска (небольшой нагрузочный момент в пусковой период) применяют двигатели с пусковым резистором R (рис. 273,б). Наличие резистора в цепи пусковой обмотки обеспечивает меньший сдвиг фаз?₁ между напряжением и током в этой обмотке, чем сдвиг фаз?₂ в рабочей обмотке. В связи с этим

Рис. 272. Расположение обмоток статора в двухфазной двухполюсной машине

токи в рабочей и пусковой обмотках оказываются сдвинутыми по фазе на угол?₁ –?₂ и образуют несимметричное (эллиптическое) вращающееся поле, благодаря чему и возникает пусковой момент. Однофазные двигатели с конденсаторным пуском и двигатели с пусковым резистором имеют высокую эксплуатационную надежность.

Поскольку включение второй обмотки существенно улучшает характеристики двигателя, в некоторых случаях применяют двухфазные двигатели, в которых обе обмотки включены постоянно. Если сдвиг по фазе 90° между токами в фазах А и В (рис. 274) осуществляется путем включения в одну из них конденсаторов, то такие двигатели называются конденсаторными.

В двухфазных двигателях обе обмотки А и В занимают, как правило, одинаковое число пазов и имеют равную мощность. При пуске конденсаторного двигателя рационально иметь увеличенную емкость С_р+ С_п. После разгона двигателя и уменьшения тока часть конденсаторов С_п отключают, чтобы увеличить емкостное сопротивление и при номинальном режиме (когда ток двигателя становится меньшим, чем при пуске) обеспечить режим работы дви-

Рис. 273. Схемы пуска однофазного асинхронного двигателя при использовании конденсатора (а) и резистора (б)

Рис. 274. Схема конденсаторного асинхронного двигателя

Рис. 275. Устройство однофазного асинхронного двигателя с беличьей клеткой на роторе (а) и с полым немагнитным ротором (б): 1-обмотка статора; 2 – корпус; 3 – внешний статор; 4 – ротор; 5 — подшипниковый щит; 6 — вал; 7 — внутренний статор

гателя в условиях, близких условиям работы при круговом вращающемся поле.

Устройство. Однофазные и двухфазные асинхронные двигатели устроены также, как и трехфазные: в них имеются однофазные или двухфазные обмотки статора и короткозамкнутый ротор с беличьей клеткой (рис. 275, а). Широкое распространение получили однофазные двигатели с полым немагнитным ротором (рис. 275, б) и внешним статором, на котором расположены две обмотки, сдвинутые в пространстве на 90°. Ротор выполнен в виде тонкостенного полого цилиндра из алюминия. Для уменьшения магнитного сопротивления магнитопровода двигателя имеется внутренний статор, набираемый из листов электротехнической стали, так же, как и внешний статор.

Полый ротор можно представить в виде совокупности элементарных проводников. Вращающееся магнитное поле, создаваемое обмоткой статора, индуцирует в каждом элементарном проводнике полого ротора э. д. с, под действием которой по ним протекают вихревые токи. В результате взаимодействия этих токов с вращающимся полем возникают электромагнитные силы и вращающий момент.

14. Асинхронные конденсаторные двигатели. Конденсаторные асинхронные двигатели. Выбор рабочей и пусковой емкости. Работа трехфазного АД от однофазной сети.

1) Асинхронный электродвигатель, питаемый от однофазнойсети и имеющий на статоре две обмотки, одна из которых включается в сеть непосредственно, а другая —последовательно с электрическим конденсатором для образования вращающегося магнитного поля.Конденсаторы создают сдвиг фаз между токами обмоток, оси которых сдвинуты в пространстве. Наибольшийвращающий момент развивается, когда сдвиг фаз токов составляет 90°, а их амплитуды подобраны так, чтовращающееся поле становится круговым. При пуске К. а. д. оба конденсатора включены, а после его разгонаодин из конденсаторов отключают; это обусловлено тем, что при номинальной частоте вращения требуетсязначительно меньшая емкость, чем при пуске. К. а. д. по пусковым и рабочим характеристикам близок ктрёхфазному асинхронному двигателю. Применяется в электроприводах малой мощности; при мощностяхсвыше 1 квт используется редко вследствие значительной стоимости и размеров конденсаторов.

2) Трёхфазный асинхронный электродвигатель, включаемый через конденсатор в однофазную сеть.Рабочая ёмкость конденсатора для 3-фазного двигателя определяется по формуле С_р = 2800 <="" em="" style="padding: 0px; margin: 0px; border-style: none; cursor: default;">(мкф), еслиобмотки соединены по схеме «звезда», или С_р = 4800 (мкф), если обмотки соединены по схеме«треугольник». Ёмкость пускового конденсатора С_п=(2,5 — 3)․С_р. Рабочее напряжение конденсаторовдолжно быть в 1,5 раза выше напряжения сети; конденсаторы устанавливаются обязательнобумажные.

Рис. 1. Схема (а) и векторная диаграмма (б) конденсаторного асинхронного двигателя: U, U_Б, U_C —напряжения; I_A, I_Б — токи; А и Б — обмотки статора; В — центробежный выключатель для отключенияС₁ после разгона двигателя; C₁ и C₂ — конденсаторы.

Рис. 2. Схема включения в однофазную сеть трёхфазного асинхронного двигателя с обмоткамистатора, соединёнными по схеме «звезда» (а) или «треугольник» (б): B₁ и В₂ — выключатели; С_р —рабочий конденсатор; C_п — пусковой конденсатор; АД — асинхронный электродвигатель.

15. Индукционный регулятор напряжения. Фазорегулятор. Принципы работы. Асинхронные тахогенераторы с полым ротором. Конструкции сельсинов.

Индукционный регулятор напряжения (ИР) представляет собой асинхронную машину с фазным ротором, предназначенную для плавного регулиро­вания напряжения. Рассмотрим работу трехфазного ИР, получившего преимущественное применение. Ротор ИР заторможен посредством червячной пере­дачи, которая не только удерживает его в заданном положении, но и позволяет плавно поворачивать его относительно статора. Обмотки статора и ротора в ИР имеют автотрансформаторную связь (рис. 17.1, а), поэтому ИР иногда называют поворотным авто­трансформатором.

Напряжение сети U₁подводится к обмотке ротора, при этом ротор создает вращающееся магнитное поле, наводящее в обмотке ротора ЭДС = - , а в об­мотке статора — ЭДС (рис. 17.2, а).

Фазовый сдвиг этих ЭДС относительно друг друга зависит от взаимного пространственного по­ложения осей обмоток статора и ротора, определяе­мого углом α. При α = 0 оси обмоток совпадают, вращающееся поле одновременно сцепляется с обеими обмотками и ЭДС и совпадают по фазе (при этом и находятся в противофазе). При α = 180 эл. град ЭДС и окажутся в про­тивофазе ( и совпадают по фазе). Если пре­небречь внутренними падениями напряжения, то напряжение на выходе ИР определяется геометриче­ской суммой:

= ­­+ (17.1)

При повороте ротора концы векторов и описывают окружность (рис. 17.2, б), при этом изменяется от = - при α = 0 до = + при α = 180 эл. град (рис. 17.2, в). Поворот ротора осуществляется либо вручную штурвалом, либо дистанционно включением исполнительного двигателя.

ИР применяются во всех случаях, где необходима плавная ре­гулировка напряжения, например в лабораторных исследованиях.

Фазорегулятор (ФР). Предназначен для изменения фазы вто­ричного напряжения относительно первичного при неизменном вторичном напряжении. В отличие от ИР об­мотки ротора и статора ФР электрически не соединены друг с дру­гом, т. е. имеют транс­форматорную связь (см. рис. 17.1, б),поэтому ФР иногда называют поворотным транс­форматором.

Изменение фазы вторичного напряже­ния осуществляется поворотом ротора от­носительно статора. Первичной обмоткой в ФР обычно является обмотка статора. Фазорегуляторы приме­няются в устройствах автоматики (для фазового управления) и измерительной технике

(для проверки ваттметров и счетчиков).

Рис. 17.1. Схемы соединения индукционного

регулятора напряжения (а) и фазорегулятора (б)

Сельсинами называют электрические микромашины переменного тока,обладающие способностью самосинхронизации и применяемые в синхронных системах дистанционной передачи угла в качестве датчиков и приемников. Передача угловой величины в такой системе происходит синхронно, синфазно и плавно. При этом между устройством, задающим угол (датчиком), и устройством, принимающим передаваемую величину (приемником), существуют только электрические соединения в виде линии связи.

Индикаторный режим используется при отсутствии другого исполнительного двигателя. Синхронизирующий момент между валами сельсина- датчика и сельсина- приемника создается при наличии некоторого пространственного угла =-, называемого углом рассогласования. Появляющиеся при этом ЭДС обеспечивают протекание тока по обмоткам синхронизации датчика и приемника. В результате в сельсине- приемнике возникает момент, старающийся повернуть его вал на угол равный углу поворота датчика. Из - за наличия механической нагрузки на валу приемника угол рассогласования, как правило, больше нуля.