В отличие от рассмотренного ранее однофазного асинхронного двигателя в конденсаторном двигателе вспомогательная обмотка после пуска не отключается и остается включенной в течение всего периода работы, при этом емкость Сраб создает фазовый сдвиг между токами IА и IB.
Таким образом, если однофазный асинхронный двигатель по окончании процесса пуска работает с пульсирующей МДС статора, то конденсаторный двигатель — с вращающейся. Поэтому конденсаторные двигатели по своим свойствам приближаются к трехфазным двигателям.
Необходимая для получения кругового вращающегося поля емкость (мкФ),
при этом отношение напряжений на главной UA и на вспомогательной UB обмотках должно быть
Здесь φА … — угол сдвига фаз между током 1А и напряжением UA при круговом поле;
— коэффициент трансформации, представляющий собой отношение эффективных чисел витков вспомогательной и главной обмоток; kA и kВ — обмоточные коэффициенты обмоток статора.
Рис. 4.27. Конденсаторный двигатель:
а — с рабочей емкостью, б — с рабочей и пусковой емкостями, в — механические характеристики; 1 — при рабочей емкости, 2 — при рабочей и пусковой емкостях
При заданных коэффициенте трансформации k и отношении напряжений UA/UB емкость Сраб обеспечивает получение кругового вращающегося поля лишь при одном, вполне определенном режиме работы двигателя. Если же изменится режим (нагрузка), то изменятся и ток IA и фазовый угол φА, а следовательно, и Сраб, соответствующая круговому полю.
Таким образом, если нагрузка двигателя отличается от расчетной, вращающееся поле двигателя становится эллиптическим и рабочие свойства двигателя ухудшаются. Обычно расчет Сраб ведут для номинальной нагрузки или близкой к ней.
Обладая сравнительно высоким КПД и коэффициентом мощности (соsφ = 0,80-0,95), конденсаторные двигатели имеют неудовлетворительные пусковые свойства, так как емкость Сраб обеспечивает круговое поле лишь при расчетной нагрузке, а при пуске двигателя поле статора эллиптическое. При этом пусковой момент обычно не превышает 0,5Мном
Для повышения пускового момента параллельно емкости Сраб включают емкость Спуск, называемую пусковой (рис. 4.27, б). Величину Спуск выбирают, исходя из условия получения кругового поля статора при пуске двигателя, т. е. получения наибольшего пускового момента. По окончании пуска емкость Спуск следует отключить, так как при небольших скольжениях в цепи обмотки статора, содержащей емкость С и индуктивность L, возможен резонанс напряжений, из-за чего напряжение на обмотке и на конденсаторе может в два-три раза превысить напряжение сети.
При выборе типа конденсатора следует помнить, что его рабочее напряжение определяется амплитудным значением синусоидального напряжения, приложенного к конденсатору Uс. При круговом вращающемся поле это напряжение (В) превышает напряжение сети U1 и определяется выражением:
Конденсаторные двигатели иногда называют двухфазными, так как обмотка статора этого двигателя содержит две фазы. Двухфазные двигатели могут работать и без конденсатора или другого ФЭ, если к фазам обмотки статора подвести двухфазную систему напряжений (два напряжения, одинаковые по значению и частоте, но сдвинутые по фазе относительно друг друга на 90°). Для получения двухфазной системы напряжений можно воспользоваться трехфазной линией с нулевым проводом, включив обмотки статора так, как показано на рис. 4.28, а: одну обмотку — на линейное напряжение UAB, а другую — на фазное напряжение Uc через автотрансформатор AT (для выравнивания значения напряжений на фазных обмотках двигателя). Возможно включение двигателя и без нулевого провода (рис. 4.28, б), но в этом случае напряжения на обмотках двигателя будут сдвинуты по фазе на 120°, что приведет к некоторому ухудшению рабочих свойств двигателя.
Рис 4.28. Схемы включения двухфазного двигателя в трехфазную сеть
| | | следующая страница ==> | |
| Принцип действия и пуск однофазного асинхронного двигателя | | | Работа трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети |
Дата добавления: 2014-04-17; просмотров: 4.
Поделиться с ДРУЗЬЯМИ:refac.ru
Конденсаторным называют асинхронный электродвигатель, который питается от однофазной сети, имеет на статоре 2 обмотки: первая питается от сети непосредственно, а вторая — последовательно с электроконденсатором, чтобы создавать вращающееся магнитное поле. Конденсаторы образуют сдвиг по фазе токов обмоток, оси у которых повернуты в пространстве.
Максимальная величина вращающегося момента достигается при сдвиге фаз токов на 90°, причем именно в тот момент, когда их амплитуды подбираются так, чтобы вращающееся поле было круговым. Во время пуска конденсаторных асинхронных двигателей оба конденсатора подключены, но сразу же после разгона один из них обязательно отключают. Это объясняется тем, что для номинальной частоты вращения необходима значительно меньшая емкость, нежели при самом пуске. Конденсаторный асинхронный электродвигатель по своим пусковым и рабочим параметрам очень похож на трехфазный асинхронный двигатель. Его используют в электроприводах небольшой мощности; если необходима мощность свыше 1 кВт, такой электродвигатель использовать нецелесообразно, ввиду высокой стоимости и размеров конденсаторов.
Асинхронный электродвигатель, питаемый от однофазной сети 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. Наибольший вращающий момент развивается, когда сдвиг фаз токов составляет 90°, а их амплитуды подобраны так, что вращающееся поле становится круговым. При пуске К. а. д. оба конденсатора включены, а после его разгона один из конденсаторов отключают; это обусловлено тем, что при номинальной частоте вращения требуется значительно меньшая емкость, чем при пуске. К. а. д.
по пусковым и рабочим характеристикам близок к трёхфазному асинхронному двигателю.
Применяется в электроприводах малой мощности; при мощностях свыше 1 квт используется редко вследствие значительной стоимости и размеров конденсаторов.
Трёхфазный асинхронный электродвигатель, включаемый через конденсатор в однофазную сеть.
Рабочая ёмкость конденсатора для 3-фазного двигателя определяется по формуле Ср = 2800 1/U мкф, если обмотки соединены по схеме «звезда», или Ср = 48001/U (мкф), если обмотки соединены по схеме «треугольник». Ёмкость пускового конденсатора Сп=(2,5 — 3)Ср. Рабочее напряжение конденсаторов должно быть в 1,5 раза выше напряжения сети; конденсаторы устанавливаются обязательно бумажные.
Эти двигатели используются в устройствах автоматики, служат для преобразования подводимого к ним электрического сигнала в механическое перемещение вала. Исполнительные двигатели являются управляемыми двигателями. При заданном моменте нагрузки скорость двигателя должна строго соответствовать подводимому напряжению и меняться при изменении его величины и фазы. В качестве исполнительных двигателей применяются, главным образом, двухфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (рис. 2.19а).
Рис. 2.19. Принципиальная схема асинхронного исполнительного двигателя (а)
и векторные диаграммы его напряжений при амплитудном (б) и фазовом (в) методах управления.
Одна из обмоток статора B, называемая обмоткой возбуждения, подключается к сети переменного тока с постоянным действующим значением напряжения 
. Ко второй обмотке статора У, называемой обмоткой управления, подключается напряжение управления 
, от управляющего устройства УУ.
Различают три основных способа изменения напряжения на обмотке управления: амплитудное, фазовое и амплитудно-фазовое.
При амплитудном управлении изменяется лишь величина амплитуды напряжения управления или пропорциональное ей действующее значение 
этого напряжения (рис.2.19б). Величина напряжения управления 
может быть оценена коэффициентом сигнала 
.
Векторы напряжений управления и возбуждения при всех значениях коэффициента 
образуют угол 
.Фазовое управление характерно тем, что напряжение управления 
остается неизменным по величине, а регулирование скорости достигается изменением угла сдвига фаз 
между векторами управления и возбуждения (рис. 2.19в). В качестве коэффициента сигнала при фазовом управлении принимается величина, равная синусу угла сдвига фаз между векторами напряжений управления 
и возбуждения 
, т. е. 
.
При амплитудно-фазовом управлении изменяется как амплитуда напряжения управления, так и угол сдвига фаз между напряжениями 
и 
, подаваемыми на обмотки статора. Этот способ осуществляется практически путем включения в цепь обмотки возбуждения конденсатора, поэтому схема амплитудно-фазового управления часто называется конденсаторной.
При всех методах управления скорость асинхронного двигателя изменяется за счет создания несимметричного эллиптического магнитного поля.
studfiles.net
ГЛАВА 16
• Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели
§16.1. 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 (см. рис. 8.8), и короткозамкнутого ротора. Особенность работы однофазного асинхронного двигателя заключается в том, что при включении однофазной обмотки статора С1—С2 в сеть (рис. 16.1) МДС статора создает не вращающийся, а пульсирующий магнитный поток (см. § 9.4) с амплитудой Фmах, изменяющейся от + Фmах до – Фmах При этом ось магнитного потока остается неподвижной в пространстве.
Для объяснения принципа действия однофазного двигателя пульсирующий поток Фmах разложим на два вращающихся в противоположные стороны потока Фпр и Фобр (рис. 16.2), каждый из которых равен 0,5Фmax и вращается с частотой (об/мин)
nпр = nобр = f160/ p = n1
Условимся считать поток Фпр вращающийся в направлении вращения ротора, прямым, а поток Фо6р -обратным. Допустим, что ротор двигателя вращается против часовой стрелки, т. е. в направлении потока Фпр.
Частота вращения ротора n2 меньше частоты вращения магнитного поля статора n1, поэтому скольжение ротора относительно вращающегося потока Фпр будет
sпр = (n1 – n2)/ n1 = s (16.1)
Обратный поток Фобр вращается противоположно ротору, поэтому частота вращения ротора n2 относительно Фобр - отрицательная. В этом случае скольжение ротора относительно Фобр определится выражением
sобр = 
(16.2)
Прямое поле наводит в обмотке ротора ЭДС Е2пр, а обратное поле — ЭДС Е2обр. Эти ЭДС создают в обмотке ротора токи I/2пр и I/2обр.
Известно, что частота тока в роторе пропорциональна скольжению (f2 = sf1). Так как snp < sобр, то частота тока I/2обр намного больше частоты тока I/2пр. Так, для однофазного двигателя с n1 = 1500 об/мин, n2 = 1450 об/мин и f1 = 50 Гц получим:
snp = (1500 - 1450)/ 1500 = 0,033;
f2пр = 0,033 - 50 = 1,8 Гц;
sобр = (1500 +1450)/ 1500 = 1,96;
f2о6р = 1,96 - 50 = 98 Гц.
Рис.16.1 Схема включения однофазного
асинхронного двигателя
Индуктивное сопротивление обмотки ротора току I/2обр во много раз больше ее активного сопротивления (потому что f2обр >>f2пр). Ток I/2о6р является почти чисто индуктивным, оказывающим сильное размагничивающее действие на обратное поле Фобр. В результате обратное поле и обусловленный им момент Мобр оказываются значительно ослабленными и ротор однофазного двигателя вращается и направлении прямого поля под действием момента
М = Мпр - М06р, (16.3)
где Мпр — электромагнитный момент, обусловленный прямым полем.
Рис. 16.2. Разложение пульсирующего магнитного потока на два вращающихся
На рис. 16.3 представлен график зависимости вращающего момента М в функции скольжения s = sпр. Этот график получен путем наложения графиков Мпр = f(snp) и Мо6р = f(sобр)- При малых значениях скольжения s, что соответствует работе двигателя в пределах номинальной нагрузки, вращающий момент Мсоздается главным образом моментом Мпр.
При sпр = sобр = 1 моменты Мпр и Мо6р равны, а поэтому пусковой момент однофазного двигателя равен нулю. Следовательно, однофазный асинхронный двигатель не может самостоятельно прийти во вращение при подключении его к сети, а нуждается в первоначальном толчке, так как лишь при s≠ 1 на ротор двигателя действует вращающий момент М = Мпр- Мобр
Рис. 16.3. Механические характе- Рис. 16.4. Схема однофазного ристики однофазного асинхронного асинхронного двигателя с пусковой двигателя обмоткой
Приведенные на рис. 16.3 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 Априменяют 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 
и 
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 ем кость (рис. 16.4). По достижении частотой вращения значения близкого к номинальному, пусковую обмотку Вотключают с по мощью 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. 16.5):
а) МДС рабочей и пусковой обмоток 
и 
должны быть и равны и сдвинуты в пространстве относительно друг друга на 90 эл. град;
б) токи в обмотках статора и должны быть сдвинуты по фазе относительно друг друга на 90°.
При строгом соблюдении указанных условий вращающееся поле статора является круговым, что соответствует наибольшему вращающему моменту. При частичном нарушении какого-либо из условий поле статора становится эллиптическим, содержащим обратную составляющую (см. рис. 9.5, б). Обратная составляющая поля создает тормозной момент и ухудшает пусковые свойства двигателя.
Из векторных диаграмм, приведенных на рис. 16.6, 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 в момент пуска (s = 1) опережал по фазе напряжение 
, на угол φв, дополняющий угол φА до 90°:
Рис. 16.5. Получение вращающегося магнитного
поля двухфазной системой токов
Если при этом обе обмотки создают одинаковые по значению МДС, 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.
Рис. 16.6. Сравнение свойств фазосмещающих элементов:
а— активное сопротивление, б— индуктивность, в— емкость, г— механические характеристики двигателя при различных фазосмещающих элементах; 1 — активное сопротивление; 2— емкость
Применение емкости в качестве ФЭ позволяет получить пусковой момент Мп= (1,6÷2,0) Мном. На рис. 16.6, г приведены механические характеристики однофазного асинхронного двигателя при различных ФЭ. Для большей наглядности значения момента даны в относительных единицах.
ГЛАВА 17
• Асинхронные машины специального назначения
ГЛАВА 18
• Конструктивные формы исполнения электрических машин
ГЛАВА 16
• Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели
§16.1. 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 (см. рис. 8.8), и короткозамкнутого ротора. Особенность работы однофазного асинхронного двигателя заключается в том, что при включении однофазной обмотки статора С1—С2 в сеть (рис. 16.1) МДС статора создает не вращающийся, а пульсирующий магнитный поток (см. § 9.4) с амплитудой Фmах, изменяющейся от + Фmах до – Фmах При этом ось магнитного потока остается неподвижной в пространстве.
Для объяснения принципа действия однофазного двигателя пульсирующий поток Фmах разложим на два вращающихся в противоположные стороны потока Фпр и Фобр (рис. 16.2), каждый из которых равен 0,5Фmax и вращается с частотой (об/мин)
nпр = nобр = f160/ p = n1
Условимся считать поток Фпр вращающийся в направлении вращения ротора, прямым, а поток Фо6р -обратным. Допустим, что ротор двигателя вращается против часовой стрелки, т. е. в направлении потока Фпр.
Частота вращения ротора n2 меньше частоты вращения магнитного поля статора n1, поэтому скольжение ротора относительно вращающегося потока Фпр будет
sпр = (n1 – n2)/ n1 = s (16.1)
Обратный поток Фобр вращается противоположно ротору, поэтому частота вращения ротора n2 относительно Фобр - отрицательная. В этом случае скольжение ротора относительно Фобр определится выражением
sобр = (16.2)
Прямое поле наводит в обмотке ротора ЭДС Е2пр, а обратное поле — ЭДС Е2обр. Эти ЭДС создают в обмотке ротора токи I/2пр и I/2обр.
Известно, что частота тока в роторе пропорциональна скольжению (f2 = sf1). Так как snp < sобр, то частота тока I/2обр намного больше частоты тока I/2пр. Так, для однофазного двигателя с n1 = 1500 об/мин, n2 = 1450 об/мин и f1 = 50 Гц получим:
snp = (1500 - 1450)/ 1500 = 0,033;
f2пр = 0,033 - 50 = 1,8 Гц;
sобр = (1500 +1450)/ 1500 = 1,96;
f2о6р = 1,96 - 50 = 98 Гц.
Рис.16.1 Схема включения однофазного
асинхронного двигателя
Индуктивное сопротивление обмотки ротора току I/2обр во много раз больше ее активного сопротивления (потому что f2обр >>f2пр). Ток I/2о6р является почти чисто индуктивным, оказывающим сильное размагничивающее действие на обратное поле Фобр. В результате обратное поле и обусловленный им момент Мобр оказываются значительно ослабленными и ротор однофазного двигателя вращается и направлении прямого поля под действием момента
М = Мпр - М06р, (16.3)
где Мпр — электромагнитный момент, обусловленный прямым полем.
Рис. 16.2. Разложение пульсирующего магнитного потока на два вращающихся
На рис. 16.3 представлен график зависимости вращающего момента М в функции скольжения s = sпр. Этот график получен путем наложения графиков Мпр = f(snp) и Мо6р = f(sобр)- При малых значениях скольжения s, что соответствует работе двигателя в пределах номинальной нагрузки, вращающий момент Мсоздается главным образом моментом Мпр.
При sпр = sобр = 1 моменты Мпр и Мо6р равны, а поэтому пусковой момент однофазного двигателя равен нулю. Следовательно, однофазный асинхронный двигатель не может самостоятельно прийти во вращение при подключении его к сети, а нуждается в первоначальном толчке, так как лишь при s≠ 1 на ротор двигателя действует вращающий момент М = Мпр- Мобр
Рис. 16.3. Механические характе- Рис. 16.4. Схема однофазного ристики однофазного асинхронного асинхронного двигателя с пусковой двигателя обмоткой
Приведенные на рис. 16.3 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 Априменяют 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 и 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 ем кость (рис. 16.4). По достижении частотой вращения значения близкого к номинальному, пусковую обмотку Вотключают с по мощью 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. 16.5):
а) МДС рабочей и пусковой обмоток и должны быть и равны и сдвинуты в пространстве относительно друг друга на 90 эл. град;
б) токи в обмотках статора и должны быть сдвинуты по фазе относительно друг друга на 90°.
При строгом соблюдении указанных условий вращающееся поле статора является круговым, что соответствует наибольшему вращающему моменту. При частичном нарушении какого-либо из условий поле статора становится эллиптическим, содержащим обратную составляющую (см. рис. 9.5, б). Обратная составляющая поля создает тормозной момент и ухудшает пусковые свойства двигателя.
Из векторных диаграмм, приведенных на рис. 16.6, 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 в момент пуска (s = 1) опережал по фазе напряжение , на угол φв, дополняющий угол φА до 90°:
Рис. 16.5. Получение вращающегося магнитного
поля двухфазной системой токов
Если при этом обе обмотки создают одинаковые по значению МДС, 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.
Рис. 16.6. Сравнение свойств фазосмещающих элементов:
а— активное сопротивление, б— индуктивность, в— емкость, г— механические характеристики двигателя при различных фазосмещающих элементах; 1 — активное сопротивление; 2— емкость
Применение емкости в качестве ФЭ позволяет получить пусковой момент Мп= (1,6÷2,0) Мном. На рис. 16.6, г приведены механические характеристики однофазного асинхронного двигателя при различных ФЭ. Для большей наглядности значения момента даны в относительных единицах.
Асинхронные конденсаторные двигатели
Асинхронный конденсаторный двигатель имеет на статоре две обмотки, занимающие одинаковое число пазов и сдвинутые в пространстве относительно друг друга на 90 эл. град. Одну из обмоток — главную — включают непосредственно в однофазную сеть, а другую — вспомогательную — включают в эту же сеть, но через рабочий конденсатор Сра6 (рис. 16.7, а).
В отличие от рассмотренного ранее однофазного асинхронного двигателя в конденсаторном двигателе вспомогательная обмотка после пуска не отключается и остается включенной в течение всего периода работы, при этом емкость Сраб создает фазовый сдвиг между токами и .
Таким образом, если однофазный асинхронный двигатель по окончании процесса пуска работает с пульсирующей МДС статора, то конденсаторный двигатель - с вращающейся. Поэтому конденсаторные двигатели по своим свойствам приближаются к трехфазным двигателям.
Необходимая для получения кругового вращающегося поля емкость (мкФ)
Cраб = 1,6 
105 IA sin φA / (f1UA k2), (16.4)
при этом отношение напряжений на главной UА и на вспомогательной UBобмотках должно быть
UA /UB = tg φA ≠ 1.
ЗдесьφA - угол сдвига фаз между током и напряжением 
при круговом поле; k = ωB kB/ (wAkA) - коэффициент трансформации, представляющий собой отношение
Рис. 16.7. Конденсаторный двигатель:
а— с рабочей емкостью, б — с рабочей и пусковой емкостями, в — механические характеристики; 1— при рабочей емкости, 2— при рабочей и пусковой емкостях
эффективных чисел витков вспомогательной и главной обмоток; kAи kB— обмоточные коэффициенты обмоток статора.
Анализ (16.4) показывает, что при заданных коэффициенте трансформации kи отношении напряжений UA/ UBемкость Сра6 обеспечивает получение кругового вращающегося поля лишь при одном, вполне определенном режиме работы двигателя. Если же и изменится режим (нагрузка), то изменятся и ток IAи фазовый угол φA, а следовательно, и Сраб, соответствующая круговому полю. Таким образом, если нагрузка двигателя отличается от расчетной, то вращающееся поле двигателя становится эллиптическим и рабочие свойства двигателя ухудшаются. Обычно расчет Сраб ведут для номинальной нагрузки или близкой к ней.
Обладая сравнительно высокими КПД и коэффициентом мощности (соs φ1 = 0,80 ÷ 0,95), конденсаторные двигатели имеют неудовлетворительные пусковые свойства, так как емкость Сраб обеспечивает круговое поле лишь при расчетной нагрузке, а при пуске двигателя поле статора эллиптическое. При этом пусковой момент обычно не превышает 0,5МНОМ.
Для повышения пускового момента параллельно емкости Сраб включают емкость Спуск, называемую пусковой(рис. 16.7, б). Величину Спуск выбирают, исходя из условия получения кругового поля статора при пуске двигателя, т. е. получения наибольшего пускового момента. По окончании пуска емкость Спуск следует отключать, так как при небольших скольжениях в цепи обмотки статора, содержащей емкость Си индуктивность L, возможен резонанс напряжений, из-за чего напряжение на обмотке и на конденсаторе может в два-три раза превысить напряжение сети.
При выборе типа конденсатора следует помнить, что его рабочее напряжение определяется амплитудным значением синусоидального напряжения, приложенного к конденсатору Uc. При круговом вращающемся поле это напряжение (В) превышает напряжение сети U1и определяется выражением
Uc = U1 
(16.5)
Рис 16.8. Схемы включения двухфазного двигателя в трехфазную сеть
Конденсаторные двигатели иногда называют двухфазными, так как обмотка статора этого двигателя содержит две фазы. Двухфазные двигатели могут работать и без конденсатора или другого ФЭ, если к фазам обмотки статора подвести двухфазную систему напряжений (два напряжения, одинаковые по значению и частоте, но сдвинутые по фазе относительно друг друга на 90°). Для получения двухфазной системы напряжений можно воспользоваться трехфазной линией с нулевым проводом, включив обмотки статора так, как показано на рис. 16.8, а: одну обмотку — на линейное напряжение UAB,а другую — на фазное напряжение Uc через автотрансформатор AT (для выравнивания значения напряжений на фазных обмотках двигателя). Возможно включение двигателя и без нулевого провода (рис. 16.8, б), но в этом случае напряжения на обмотках двигателя будут сдвинуты по фазе на 120°, что приведет к некоторому ухудшению рабочих свойств двигателя.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
zdamsam.ru
Реферат на тему:
Трёхфазный двигатель
Трёхфазный двигатель — электродвигатель, который конструктивно предназначен для питания от трехфазной сети переменного тока.
Представляет собой машину переменного тока, состоящую из статора с тремя обмотками, магнитные поля которых сдвинуты в пространстве на 120° и при подаче трехфазного напряжения образуют вращающееся магнитное поле в магнитной цепи машины, и из ротора - различной конструкции - вращающегося строго со скоростью поля статора (Синхронный двигатель) или несколько медленнее его (Асинхронный двигатель).
Наибольшее распространение в технике и промышленности получил асинхронный трёхфазный электродвигатель с короткозамкнутой обмоткой ротора, также называемой «беличье колесо». Под выражением "трехфазный двигатель" обычно подразумевается именно этот тип двигателя, и именно он описывается далее в статье.
Принцип работы двух и многофазных двигателей был разработан Николой Теслой и запатентован. Доливо-Добровольский усовершенствовал конструкцию электродвигателя и предложил использовать три фазы вместо двух, используемых Н. Теслой. Усовершенствование основано на том, что сумма двух синусоид равной частоты различающихся по фазе дают в сумме синусоиду, это дает возможность использовать три провода (в четвертом "нулевом" проводе ток близок к нулю) при трех фазной системе против четырех необходимых проводов при двухфазной системе токов. Некоторое время усовершенствование Доливо-Добровольского было ограниченно патентом Н.Теслы, который к тому времени успел его продать Д. Вестингаузу.
Асинхронный двигатель, согласно принципу обратимости электрических машин, может работать как в двигательном, так и в генераторном режимах. Для работы асинхронного двигателя в любом режиме требуется источник реактивной мощности.
В двигательном режиме при подключении двигателя к трехфазной сети переменного тока в обмотке статора образуется вращающееся магнитное поле, под действием которого в короткозамкнутой обмотке ротора наводятся токи, образующие электромагнитный момент вращения, стремящийся провернуть ротор вокруг его оси. Ротор преодолевает момент нагрузки на валу и начинает вращаться, достигая подсинхронной скорости (она же и будет номинальной с учетом момента нагрузки на валу двигателя).
В генераторном режиме при наличии источника реактивной мощности, создающего поток возбуждения, асинхронная машина способна генерировать активную мощность.
Пуск - вектор результирующего магнитное поля статора равномерно вращается с частотой питающей сети, делённой на количество отдельных обмоток каждой фазы (в простейшем случае - по одной). Таким образом, через любое сечение ротора проходит магнитный поток, изменяющийся во времени по синусу. Изменение магнитного потока в роторе порождает в его обмотках ЭДС. Так как обмотки замкнуты накоротко и сделаны из проводника большого сечения ("беличье колесо"), ток в обмотках ротора достигает значительных величин и, в свою очередь, создаёт магнитное поле. Так как ЭДС в обмотках пропорциональна скорости изменения магнитного потока (то есть - производной по времени от синусной зависимости - косинусу), наведённая ЭДС беличьего колеса и соответственно результирующее магнитное поле (вектор) ротора на 90 градусов "опережает" вектора статора (если смотреть на направления векторов и направление их вращения). Взаимодействие магнитных полей создаёт вращающий момент ротора.
Электроэнергия, подводимая к электродвигателю в режиме пуска и полного торможения, тратится на перемагничивание ротора и статора, а также на активное сопротивление току в обмотке ротора. (Эквивалентно работе понижающего трансформатора с коротким замыканием вторичной обмотки).
Холостой ход - после начала движения, с увеличением оборотов ротора, его скорость относительно вектора магнитного поля статора будет уменьшаться. Соответственно будет уменьшаться и скорость изменения магнитного потока через (любое) сечение ротора, соответственно уменьшится наведённая ЭДС и результирующий магнитный момент ротора. В отсутствие сил сопротивления (идеальный холостой ход) угловая скорость ротора будет равна угловой скорости магнитного поля статора, соответственно разница скоростей, наведённая ЭДС и результирующее магнитное поле ротора будут равны нулю.
Электроэнергия, подводимая к электродвигателю в режиме холостого хода, не потребляется (индуктивная нагрузка). Эквивалентно работе понижающего трансформатора на холостом ходу (или короткозамкнутыми вторичными обмотками, расположенными вдоль сердечника)
Двигательный режим - среднее между полным торможением и холостым ходом. Полезная нагрузка и механические потери не позволяют ротору достичь скорости магнитного поля статора, возникающее их относительное скольжение наводит некоторую ЭДС и соответствующее магнитное поле ротора, которое своим взаимодействием с полем статора компенсирует тормозной момент на валу.
Механическая характеристика асинхронного двигателя является "жёсткой", то есть при незначительном уменьшении оборотов крутящий момент двигателя возрастает очень сильно - "стремится поддерживать номинальные обороты". Это хорошее свойство для приводов, требующих поддержания заданной скорости независимо от нагрузки (транспортёры, погрузчики, подъёмники, вентиляторы).
Электроэнергия, подводимая к электродвигателю в двигательном режиме, потребляется (частью, обозначаемой "косинус фи") на совершение полезной работы и нагрев двигателя, остальная часть возвращается в сеть как индуктивная нагрузка. "Косинус фи" зависит от нагрузки на двигатель, на холостом ходу он близок к нулю. В характеристике двигателя указывается "косинус фи" для номинальной нагрузки.
Генераторный режим возникает при принудительном увеличении оборотов выше "идеального холостого хода". При наличии источника реактивной мощности, создающего поток возбуждения, магнитное поле ротора наводит ЭДС в обмотках статора и двигатель превращается в источник активной мощности (электрической).
Схемы не имеют особых преимуществ друг перед другом, однако "звезда" требует большего фазового напряжения, чем "треугольник" (для работы в номинальном режиме). Поэтому в характеристике трёхфазного двигателя указывают два номинальных напряжения через дробь (как правило, это 220/380 или 127/220 вольт).
Работающие по схеме "треугольник" двигатели можно соединять по схеме "звезда" на время пуска (для снижения пускового тока) посредством специальных пусковых реле.
Начала и концы обмоток выведены на колодку "два на три" вывода так, что:
Для смены направления вращения трехфазного электродвигателя необходимо поменять местами любые две фазы из трех в месте подключения питания к двигателю.
Может работать в однофазной сети с потерей мощности (не нагруженный на номинальную мощность). При этом для запуска необходим механический сдвиг ротора, либо фазосдвигающая цепь, которая обычно строится или из ёмкости или из индуктивности или из трансформатора.
При однофазном запуске на одну из обмоток подаётся напряжение (ток) через ёмкость или индуктивность, которая сдвигает фазу тока :
- вперёд на 90° - при включении в цепь емкости,
- назад на 90° - при включении в цепь индуктивности,
(без учёта потерь). После запуска напряжение с фазосдвигающей обмотки снимать нельзя. Снятии с фазосдвигающей обмотки напряжения эквивалентно работе трёхфазного двигателя с обрывом одной из фаз, так же при возрастании, даже не очень значительном, тормозного момента на валу двигатель остановится и сгорит.
В некоторых случаях, при питании от однофазной сети, запуск осуществляется вручную проворотом ротора. После проворота ротора двигатель работает самостоятельно.
Трёхфазный двигатель приспособлен к трёхфазной сети, а к однофазной сети лучше подходит двухфазный двигатель со сдвигом фазы во второй обмотке либо через конденсатор (конденсаторные двигатели), либо через индуктивность.
Запуск возможен только в случае соединения обмоток "звездой" с подключением нулевого провода (что не является обязательным для работы). Если нагрузка не позволит двигателю запуститься и развить номинальные обороты, то из-за увеличения тока в обмотках и уменьшения охлаждения он выйдет из строя через несколько минут (перегрев, пробой изоляции и короткое замыкание).
Продолжение работы будет при любом типе соединения обмоток, но так как при этом перестаёт поступать примерно половина энергии, то продолжительная работа возможна только при загрузке двигателя значительно менее чем на 50%. При большей (номинальной) нагрузке увеличение тока в работающих фазах неминуемо вызовет перегрев обмоток с дальнейшим пробоем изоляции и коротким замыканием. Это одна из частых причин преждевременного выхода из строя асинхронных двигателей.
Для защиты двигателей от пропадания и перекоса (разницы напряжений) фаз питающего напряжения применяют реле контроля фаз, которые в этих случаях полностью отключают питание (с автоматическим или ручным дальнейшим включением). Возможна установка одного реле на группу двигателей.
Более грубой и универсальной защитой, обязательной по правилам эксплуатации и обычно достаточной при правильно подобранных параметрах, является установка трёхфазных автоматических выключателей (по одному на двигатель), которые отключают питание в случае длительного (до несколько минут) превышения номинального тока по любой из фаз, что является следствием перегрузки двигателя, перекоса или обрыва фаз.
wreferat.baza-referat.ru
