Получение кругового поля в конденсаторном микродвигателе

Рис.2.7. Схема включения конденсаторного двигателя (общий случай)

Рассмотрим двигатель с двумя обмотками А и В (рис.2.7). Последовательно с обмоткой В кроме конденсатора С включено добавочное сопротивление R_д, а главная обмотка питается от сети через делитель напряжения.

Необходимым условием получения кругового поля является равенство нулю одной из последовательностей токов, например, обратной

(2.4)

Это значит, что

(2.5)

Обозначим через коэффициент α отношение напряжения на обмотке А к напряжению сети U_B: α = U_A /U_B

Раскрывая полные сопротивления Z_B1 и Z_A1, получим

Используя (1.21), выразим параметры обмотки В через параметры обмотки А:

Комплексное число равно нулю, если равны нулю действительная и мнимая части:

(2.7)

Таким образом, если одновременно выполнить условия (2.6) и (2.7), поле в двигателе станет круговым.

На практике круговое поле в конденсаторном двигателе получают одним из следующих способов:

1) подбором емкости конденсатора С и коэффициента трансформации k;

2) подбором емкости конденсатора С и соотношения фазных напряжений α;

3) подбором емкости конденсатора С и добавочного сопротивления R_д.

1. Получение кругового поля подбором емкости конденсатора и коэффициента трансформации. При R_д = 0, α = 1 (рис. 2.8) уравнения (2.6), (2.7) принимают вид

Рис.2.8. Схема включения (а) и векторная диаграмма (б) конденсаторного двигателя при R_д = 0 и α = 1

Решая первое уравнение системы (2.8), найдем коэффициент трансформации

где φ_A - угол между током и напряжением фазы А.

Решая второе уравнение системы (2.8), найдем емкостное сопротивление конденсатора

Или с учетом k = x_A1 /r_A1; k² x_A1 = x_B1

Зная x_c, легко определить емкость конденсатора, мкФ

C = 10⁶/(2πfx_c).

Поскольку полные сопротивления r_A1, x_A1, x_B1 зависят от скольжения, а коэффициент трансформации и емкость конденсатора должны иметь конкретные значения, круговое поле в двигателе будет иметь место лишь при определенном скольжении S. Таким скольжением чаще всего выбирают скольжение S = 1 или S = S_ном. Во всех остальных режимах, т.е. при всех остальных скольжениях, поле в микродвигателе будет эллиптическим.

На рис. 2.8,б построена векторная диаграмма асинхронного конденсаторного двигателя при круговом поле, из которой можно определить рабочее напряжение конденсатора - второй, после емкости, важный параметр конденсатора

2. Получение кругового поля подбором емкости конденсатора и соотношения фазных напряжений

Рис.2.9. Схема включения конденсаторного двигателя при R_Д = 0 и α ≠ 1

В этом случае (рис. 2.9) уравнения (2.6), (2.7) принимают следующий вид

Решая систему (2.9), найдем

3. Получение кругового поля подбором емкости конденсатора и добавочного сопротивления

Рис.2.10. Схема включения конденсаторного двигателя при R_Д = 0 и α = 1

Схема включения показана на рис. 2.10. Уравнения (2.6), (2.7) принимают вид

Откуда находим:

Данный способ имеет одно ограничение: разность kx_A1 – k²r_A1 должна быть > 0.

Необходимо еще раз подчеркнуть, что все три способа позволяют получить круговое поле только при одном скольжении. При всех других оно становится эллиптическим.

ЛЕКЦИЯ 6
§ 2.5. Асинхронный двигатель с пусковым конденсатором

Двигатель пускают как однофазный, а при достижении определенной частоты вращения вспомогательную обмотку отключают и он продолжает работать как однофазный (рис.2.11)

Рис.2.11. Схема включения (а) и механическая характеристика (б) асинхронного двигателя с пусковым конденсатором

В целях лучшего использования обмоток, главную обмотку укладывают в 2/3 пазов статора, а вспомогательную - в 1/3 пазов статора. Число витков вспомогательной обмотки, емкость конденсатора выбирают исходя из условия получения кругового поля при пуске. Правда, поскольку N_ZA ≠ N_ZB, для расчета k и x_c следует использовать формулы (1.22).

На рис.2.12 приведена круговая диаграмма пусковых токов при изменении емкости конденсатора.

Рис.2.12. Круговая диаграмма пусковых токов асинхронного двигателя с пусковым конденсатором

Известно, что пусковой момент несимметричного двухфазного асинхронного двигателя пропорционален произведению амплитуд МДС фаз А, В и синусам углов их пространственного q и временного b сдвигов (1.10). Поскольку q= 90^о, F ~ I, параметры фазы А постоянны, получается, что

М_П ~ I_BK·sinb.

Согласно рис. 2.12, I_BK·sinb ~ ab. Таким образом,

МП ~ ab.

(2.11)

Из круговой диаграммы можно найти наибольший пусковой момент двигателя, который определяется отрезком a_mb_m, полученным как перпендикуляр, проведенный через центр окружности к продолжению вектора тока I_AK

М_П.max~ a_mb_m,

после чего нетрудно определить емкость конденсатора, обеспечивающего этот момент.

Двигатель имеет неплохие пусковые параметры M_п/M_ном=1,5 - 2; I_п/I_ном = 3 - 6, но низкие энергетические показатели в номинальном режиме: КПД = 40 - 70 %, сosφ = 0,5 - 0,6; M_мах/M_ном = 1,4 - 2.