УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ОДНОФАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ

После изучения данной главы студент должен:

знать

• особенности и отличительные признаки устройства и принципы работы однофазного асинхронного двигателя;

уметь

  • • решать задачи, связанные с выбором пускового устройства для однофазного двигателя;
  • • применять теоретические знания при подключении трехфазного двигателя в однофазную сеть;
  • • проводить расчеты по подбору емкости пускового конденсатора для работы двигателя в однофазной сети;

владеть

  • • спецификой подбора однофазного двигателя для технологического процесса;
  • • навыками разрешения проблем, возникающих при работе с однофазными двигателями.

Однофазный асинхронный двигатель

В тех случаях, когда потребление электрической энергии невелико (жилые дома, торговые предприятия и т.д.) или когда использование трехфазной сети затруднительно, применяются однофазные электрические сети. При этом возникает необходимость использования однофазных двигателей переменного тока. Их мощность, как правило, невелика (до 10 кВт) [8].

Конструктивно однофазный двигатель не отличается от трехфазного. Ротор выполнен подобно трехфазному — с короткозамкнутой обмоткой, а статор имеет однофазную обмотку (рис. 4.1). В ней создается пульсирующее переменное магнитное ноле Ф (рис. 4.2). Это магнитное поле, изменяющееся от +Ф до -Ф, можно заменить на два вращающихся в противоположные стороны с одинаковой скоростью Ф} и Ф2 (рис. 4.3). Поля вращаются с частотой питающего тока со0 = 2nfx/p = const.

Схема однофазного двигателя только с рабочей обмоткой

Рис. 4.1. Схема однофазного двигателя только с рабочей обмоткой

Изменение магнитного поля в обмотке однофазного ЭД

Рис. 4.2. Изменение магнитного поля в обмотке однофазного ЭД

При неподвижном роторе (в момент пуска п = 0) эти поля создают одинаковые по величине, но разные по знаку моменты и -М2; | М{ = |-М2|.

Суммарный момент М = - М2 при пуске равен нулю, и ротор не может

самостоятельно запуститься (начать вращаться).

Примем поле, вращающееся по часовой стрелке, за прямое, а против часовой стрелки — за обратное.

Условное замещение магнитного поля статора на две составляющие

Рис. 4.3. Условное замещение магнитного поля статора на две составляющие

По абсолютной величине прямой момент М, равен обратный момент равен

где /2 и Г2 токи в роторе от прямого и обратного магнитных полей; ср2 и ср2 — углы сдвига между током и ЭДС ротора от прямого и обратного магнитных полей, соответственно.

Если ротор привести во вращение в ту или иную сторону, то один из моментов будет больше другого. Допустим, ротор раскрутили по часовой стрелке, и скольжение от прямого вращения достигло величины $пр = 0,05, т.е.

Так как /2 пр =f • s, го частота тока в роторе от прямого магнитного ноля будет

Вследствие этого индуктивное сопротивление ротора от прямого поля

мало, а следовательно, ток ротора /2 и cos(p2 большие, значит, и прямой момент М, большой.

Обратное скольжение

Обратное скольжение большое (почти в 40 раз больше прямого), следовательно, частота тока ротора от обратного поля будет большой:

Из этого следует, что индуктивное сопротивление (4.1) от обратного поля большое, а значит, ток ротора /2 и cos(p2 малы и обратный вращающий момент М2 мал.

Возникают условия, при которых прямой момент больше обратного (М, > М2), и двигатель начнет вращаться (работать). Это можно проследить и на графике моментов (рис. 4.4).

Как видно из графика, при s = 1 (ротор неподвижен) результирующий момент однофазного двигателя в момент пуска равен нулю. Но если ротор привести во вращение в любую сторону, то результирующий момент (М) отличен от нуля, и ротор начнет вращаться.

График моментов от прямого (+Ф,) и обратного (-Ф) магнитных полей

Рис. 4.4. График моментов от прямого (+Ф,) и обратного (-Ф2) магнитных полей

Чтобы ротор начал вращение, необходимы дополнительные меры но созданию пускового момента. Эти меры направлены на усиление прямого поля при пуске и ослабление обратного, чтобы при s = 1 выполнялось условие

Наилучшие условия пуска достигаются при условии, когда обратное поле при пуске полностью отсутствует, т.е. М2 = 0.

Разные виды однофазных двигателей различаются друг от друга способами создания пускового момента, отличного от нуля. Наиболее распространенным способом является устройство второй (пусковой) обмотки, сдвинутой в пространстве на 90° относительно рабочей (рис. 4.5).

Схема однофазного двигателя

Рис. 4.5. Схема однофазного двигателя

Последовательно с пусковой обмоткой включается фазосдвигающий (фазосмещающий) элемент (сопротивление) Z,, для создания сдвига фаз (р между токами рабочей (/р) и пусковой (/„) обмоток (рис. 4.6).

/р = /- cosсо?и /п = / • cos(co?±(p).

Путем построения векторных диаграмм можно определить, какой вид сопротивления (активное, индуктивное или емкостное) даст наибольший угол между токами и, следовательно, наибольший пусковой момент в рабочей и пусковой обмотках.

Учитывая, что сопротивления самих обмоток имеют активную и индуктивную составляющие, можно заключить, что при Zn=R и Zn = jwL не может быть получен максимально необходимый сдвиг между рабочим и пусковым токами |/ = 90° (рис. 4.7).

Для получения максимального пускового момента сдвиг токов в 90° может быть достигнут только при емкостном сопротивлении.

Обычно емкостное сопротивление включается в пусковую обмотку последовательно (рис. 4.8). После того как ротор наберет определенную скорость вращения, пусковая обмотка отключается. Двигатель продолжает работать только с рабочей обмоткой.

Пусковой конденсатор не должен быть включен постоянно. Большие токи могут сжечь рабочую обмотку, выполненную из более тонкого провода, чем пусковая, но с большим, чем у пусковой, числом витков.

Смещение токов в пусковой и рабочей обмотках фазосдвигающим устройством

Рис. 4.6. Смещение токов в пусковой и рабочей обмотках фазосдвигающим устройством

Векторные диаграммы определения типа пускового сопротивления

Рис. 4.7. Векторные диаграммы определения типа пускового сопротивления

Схема включения пускового сопротивления и механическая характеристика однофазного двигателя

Рис. 4.8. Схема включения пускового сопротивления и механическая характеристика однофазного двигателя:

а — с пусковым сопротивлением (конденсатором); б — после отключения пускового сопротивления

Обычно стремятся, чтобы Мп = (1,3-Н,4)МН.

Для создания больших пусковых моментов при тяжелых условиях пуска устанавливают конденсатор и в рабочую обмотку (рис. 4.9). После разгона двигателя пусковой конденсатор отключается и в работе остается только рабочий (рис. 4.10).

Схема с пусковым и рабочим конденсаторами

Рис. 4.9. Схема с пусковым и рабочим конденсаторами

Механические характеристики запуска ЭД

Рис. 4.10. Механические характеристики запуска ЭД

Обычно Сп = (2,5-^3,0)Ср При этом достигается кратность пускового момента р0= 1,3^ 1,4.

Рабочую емкость нельзя делать большой, так как она может вызвать перегрев обмоток, а, следовательно, обмотку пришлось бы делать из провода большого диаметра, что увеличивает габариты двигателя.

Частоту вращения однофазного асинхронного двигателя можно регулировать теми же способами, что и трехфазных асинхронных двигателей - частотой тока, числом пар полюсов, введением дополнительного сопротивления в цепь ротора, изменением напряжения и т.д.

Недостатки однофазного двигателя:

  • — максимальный момент (Мтах) однофазного двигателя зависит от активного сопротивления ротора (г2) — чем больше г2, тем меньше Мтах;
  • - КПД и coscp однофазного двигателя ниже, чем у трехфазных двигателей;
  • — пусковой и максимальный моменты ниже, чем у трехфазных двигателей той же мощности. Следовательно, и кратности моментов р0 и рк меньше;

хуже использование материалов — при одинаковых габаритах мощность однофазного двигателя составляет не более 50—60% от номинальной мощности трехфазного.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >