Принцип действия и пуск однофазного асинхронного двигателя

По своему устройству однофазный асинхронный двигатель аналогичен трехфазному и состоит из статора, в пазах которого уложена однофазная обмотка, и короткозамкнутого ротора. Особенность работы однофазного асинхронного двигателя заключается в том, что при включении однофазной обмотки статора С1 — С2 в сеть (рис.4.22) МДС статора создает не вращающийся, а пульсирующий магнитный поток с амплитудой Фмах, изменяющейся от +Фмах до –Фмах. При этом ось магнитного потока остается неподвижной в пространстве.

Рис.4.22. Схема включения однофазного АД

Для объяснения принципа действия однофазного двигателя пульсирующий поток Фмах разложим на два вращающихся в противоположные стороны потока Ф_пр и Ф_обр (рис. 4.23), каждый из которых равен 0,5Ф_мах и вращается с частотой (об/мин)

Рис.4.23. Разложение пульсирующего магнитного потока на два вращающихся

Условимся считать поток Ф_пр, вращающийся в направлении вращения ротора, прямым, а поток Ф_обр — обратным. Допустим, что ротор двигателя вращается против часовой стрелки, т. е. в направлении потока Ф_пр.

Частота вращения ротора n₂ меньше частоты вращения магнитного поля статора n₁, поэтому скольжение ротора относительно вращающегося потока Ф_пр будет

Обратный поток Ф_обр вращается противоположно ротору, поэтому частота вращения ротора n₂ относительно Ф_обр — отрицательная. В этом случае скольжение ротора относительно Ф_обр определится выражением

Прямое поле наводит в обмотке ротора ЭДС Е_2пр, а обратное поле–ЭДС Е_2обр. Эти ЭДС создают в обмотке ротора токи I΄_2пр и I΄_2обр. Известно, что частота тока в роторе пропорциональна скольжению (f₂=sf₁) Так как s_np < s_o6p, то частота тока I΄_2oбр намного больше частоты тока I΄_2np.

Так, для однофазного двигателя с n₁ = 1500 oб/мин, n₂ = 1450 об/мин и f₁ = 50 Гц получим:

Индуктивное сопротивление обмотки ротора току I΄_2обр во много раз больше ее активного сопротивления (потому что f_2обр »f_2пp). Ток I΄_2обр является почти чисто индуктивным, оказывающим сильное размагничивающее действие на обратное поле Ф_обр. В результате обратное поле и обусловленный им момент М_обр оказываются значительно ослабленными и ротор однофазного двигателя вращается в направлении прямого поля под действием момента

М = М_пр – М_обр,

Где М_пр– электромагнитный момент, обусловленный прямым полем.

На рис. 4.24 представлен график зависимости М_вр в функции скольжения s = s_пр. Этот график получен путем наложения графиков М_пр =f (s_пр) и М_обр =f (s_обр). При малых значениях скольжения s, что соответствует работе двигателя в пределах номинальной нагрузки, вращающий момент М создается главным образом моментом М_пр.

При s_пр = s_обр = 1 моменты М_пр и М_обр равны, а поэтому пусковой момент однофазного двигателя равен нулю. Следовательно, однофазный асинхронный двигатель не может самостоятельно начать вращение при подключении его к сети, а нуждается в первоначальном толчке, так как

лишь при s ≠1 на ротор двигателя действует вращающий момент М = М_пр – М_обр.

Рис. 4.24. Механические характеристики однофазного асинхронного двигателя	Рис. 4.25. Схема однофазного асинхронного двигателя с пусковой обмоткой

Приведенные на рис. 4.24 зависимости моментов показывают, что однофазный асинхронный двигатель не создает пускового момента. Чтобы этот момент появился, необходимо во время пуска двигателя создать в нем вращающееся магнитное поле. С этой целью на статоре двигателя помимо рабочей обмотки А применяют еще одну обмотку – пусковую В. Эти обмотки располагают на статоре обычно так, чтобы их оси были смещены относительно друг друга на 90 эл. град. Кроме того, токи в обмотках статора I_А и I_В должны быть сдвинуты по фазе относительно друг друга. Для этого в цепь пусковой обмотки включают фазосмещающий элемент (ФЭ), в качестве которого могут быть применены активное сопротивление, индуктивность или емкость (рис. 4.25). По достижении частотой вращения значения, близкого к номинальному, пусковую обмотку В отключают с помощью реле. Таким образом, во время пуска двигатель является двухфазным, а во время работы – однофазным.

Для получения вращающегося магнитного поля посредством двух обмоток на статоре, смещенных относительно друг друга на 90 эл. град, необходимо соблюдать следующие условия (рис. 4.26):

· МДС рабочей и пусковой обмоток F_A и F_B должны быть равны и сдвинуты в пространстве относительно друг друга на 90 эл. град;

· токи в обмотках статора I_А и I_В должны быть сдвинуты по фазе относительно друг друга на 90°.

Рис. 4.26. Получение вращающегося магнитного поля двухфазной системой токов

При строгом соблюдении указанных условий вращающееся полe статора является круговым, что соответствует наибольшему вращающему моменту. При частичном нарушении какого-либо из

условий поле статора становится эллиптическим, содержащим общую составляющую. Обратная составляющая поля создает тормозной момент и ухудшает пусковые свойства двигателя.

Из векторных диаграмм, приведенных да рис. 4.27, видно, что активное сопротивление и индуктивность в качестве ФЭ не обеспечивают получения фазового сдвига между токами в 90°. Лишь только емкость С в качестве ФЭ обеспечивает фазовый сдвиг Ψ= 90°. Значение этой емкости выбирают таким, чтобы ток пусковой обмотки I_В в момент пуска (s = 1) опережал по фазе напряжение U₁ на угол φ_B, дополняющий угол φ_A до 90°:

Рис. 4.27. Сравнение свойств фазосмещающих элементов: а — активное сопротивление, б—индуктивность, в — емкость, г—механические характеристики двигателя при различных фазосмещающих элементах; 1 — активное сопротивление; 2 — емкость

Если при этом обе обмотки создают одинаковые по значению ЭДС, то в начальный период пуска вращающееся поле окажется круговым, и двигатель будет развивать значительный начальный пусковой момент. Однако применение емкости в качестве ФЭ часто ограничивается значительными габаритами конденсаторов, тем более что для получения кругового поля требуются конденсаторы значительной емкости. Например, для однофазного двигателя мощностью 200 Вт необходима емкость 30 мкФ при рабочем напряжении 300–500 В.

Получили распространение однофазные двигатели с активным сопротивлением в качестве ФЭ. При этом повышенное активное сопротивление пусковой обмотки достигается тем, что она выполняется проводом уменьшенного сечения (по сравнению с проводом рабочей обмотки). Так как эта обмотка включена на непродолжительное время (обычно несколько секунд), то такая ее конструкция вполне допустима. Пусковой момент таких двигателей обычно не превышает номинального, но это вполне приемлемо при пуске двигателей при небольшой нагрузке на валу.

Применение емкости в качестве ФЭ позволяет получить пусковой момент М_п = (1,6÷2,0)М_ном. На рис. 4.27, г приведены механические характеристики однофазного асинхронного двигателя при различных ФЭ. Для большей наглядности значения момента даны в относительных единицах.

Дата добавления: 2014-04-17; просмотров: 1004; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!