Размещено на http://www.allbest.ru

Асинхронные микродвигатели: Общие сведения

1. Принцип действия и основные особенности однофазных асинхронных микродвигателей

Асинхронные микродвигатели (АМД) выполняют те же функции, что и обычные силовые двигатели средней и большой мощности. Поэтому к ним предъявляются аналогичные требования:

- высокие энергетические показатели (КПД, );

- хорошие пусковые свойства (большой пусковой момент при малом пусковом токе).

Двигатели получили большое распространение благодаря простоте конструкции, высокой надежности, хорошей технологичности.

В подавляющем большинстве случаев они имеют на статоре две обмотки, сдвинутые на 90 эл. градусов. Одна обмотка включается в сеть непосредственно и называется главной. Другая включается в сеть через фазосдвигающий элемент и называется вспомогательной (пусковой).

Ротор всегда короткозамкнутый.

В зависимости от использования вспомогательной обмотки и от фазосдвигающего элемента асинхронные микродвигатели подразделяются на 5 групп: однофазный асинхронный микродвигатель поле

1) с пусковым сопротивлением;

2) с пусковым конденсатором;

3) с пусковым и рабочим конденсатором;

4) с рабочим конденсатором;

5) с экранированными полюсами.

Двигатели первой и второй групп пускаются как двухфазные, но при достижении скорости, близкой к номинальной, вспомогательную обмотку отключают и они продолжают работать как однофазные.

2. Свойства фазосдвигающих элементов

При питании однофазной обмотки статора переменным током возникает пульсирующее магнитное поле, которое можно представить двумя круговыми полями и , вращающимися в разные стороны (рис. 1). Каждое из этих полей индуцирует в обмотке ротора ЭДС и токи. Токи ротора, взаимодействуя с соответствующим полем статора, создают вращающие моменты ( и ). При неподвижном роторе эти моменты совершенно одинаковы, поэтому результирующий момент микродвигателя равен 0.

Механическую характеристику однофазного двигателя можно получить сложением вращающих моментов прямого () и обратного () полей (рис. 2). Анализ этой характеристики позволяет сделать следующие выводы:

- однофазный двигатель не имеет собственного пускового момента. В этом его характерная особенность и главный недостаток.

- двигатель не имеет определенного направления вращения. Оно зависит от первичного толчка.

- для однофазного двигателя не возможен режим электромагнитного тормоза (при ).

- при одном и том же нагрузочном моменте, что и у симметричного трехфазного или двухфазного двигателя, однофазный будет иметь большее скольжение, следовательно, большие потери в роторе и меньший КПД.

- перегрузочная способность однофазного двигателя зависит от активного сопротивления ротора. В последнем легко убедиться, рассматривая рис. 3, где приведены механические характеристики двух двигателей с (а) и (б).

а б

Рис. 3. Зависимость максимального момента однофазного асинхронного двигателя от активного сопротивления ротора

Итак, при пуске однофазного двигателя () в нем возникает пульсирующее магнитное поле. Но если привести его во вращение, поле станет эллиптическим. Объясняется это следующим образом.

При работе двигателя с небольшим скольжением, например s = 0,1, частота тока в роторе от прямого поля статора близка к нулю (при ), а частота тока от обратного поля - близка к двойной частоте сети ().

Поскольку индуктивное сопротивление обмотки ротора пропорционально частоте, ток ротора (), отстает от ЭДС (), индуцированной в нем обратным полем статора (), на угол близкий к (). Магнитный поток , созданный током , находится почти в противофазе к обратному полю статора и в значительной мере его ослабляет.

Получается, что в двигателе имеет место прямое поле и небольшое обратное поле. Они вместе образуют одно результирующее поле - эллиптическое.

При работе двигателя в режиме холостого хода, когда скольжение близко к нулю (), демпфирующее действие обратного потока ротора оказывается на столько сильным, что обратное поле статора практически пропадает и результирующее поле становится почти круговым.

Схему замещения однофазного микродвигателя получим, если в (1.24) положим , . Тогда

; (1)

Ток однофазного двигателя

, (2)

Знаменатель выражения (2) является входным сопротивлением однофазного двигателя. Его можно представить (индекс опущен) как

. (3)

где: - полное сопротивление обмотки статора; , - полные сопротивления контуров намагничивания и ротора токам прямой и обратной последовательностей.

Сопротивлению (3) соответствует схема рис. 4, которая и будет схемой замещения однофазного микродвигателя.

Рис. 4. Схемы замещения однофазного асинхронного микродвигателя

Задача 1. Во сколько раз (приблизительно) ток холостого хода однофазного двигателя отличается от тока холостого хода симметричного трехфазного двигателя?

3. Получение кругового поля в конденсаторном микродвигателе

Рассмотрим двигатель с двумя обмотками А и В, сдвинутыми в пространстве на 90 эл. градусов (рис. 5). Будем считать, что обмотки совершенно одинаковые, т.е. (диаграмма токов для этого случая показана на рис. 6,а). Для того, чтобы образовалось вращающееся магнитное поле, необходим сдвиг токов во времени, поэтому в цепь обмотки включим фазосдвигающий элемент .

Рис. К вопросу о свойствах фазосдвигающих элементов

Если использовать активное сопротивление (рис. 6, б), ток в фазе B уменьшится по величине, но станет более активным. Его вектор приблизится к вектору напряжения и между токами образуется временной сдвиг b. Если же использовать индуктивность (рис. 6, в), ток в фазе B тоже уменьшится по величине, но станет более реактивным. Его вектор отойдет от вектора напряжения и между токами опять образуется временной сдвиг b. В случае включения конденсатора, ток в фазе B станет опережающим (рис. 6, г).

Анализ диаграмм токов на рис. 6 позволяет сделать вывод, что наилучшими фазосдвигающими свойствами обладает емкость. Только она обеспечивает сдвиг токов во времени на угол, близкий к . К тому же она еще и улучшает двигателя.

Рис. 6. Диаграммы токов двухфазного двигателя с различными фазосдвигающими элементами

Активное сопротивление и индуктивность сдвигают токи на угол, далеко не равный . Кроме того, индуктивность ухудшает двигателя.

Задача 2.2. Определить угол между векторами токов в фазах и , если , и: а) ; б) ; в) .

Рис.7. Схема включения конденсаторного двигателя (общий случай)

Рассмотрим двигатель с двумя обмотками и (рис. 7). Последовательно с обмоткой В кроме конденсатора С включено добавочное сопротивление , а главная обмотка питается от сети через делитель напряжения.

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

(4)

Это значит, что

(5)

Обозначим через коэффициент отношение напряжения на обмотке к напряжению сети : .

Раскрывая полные сопротивления и , получим

.

Выразим параметры обмотки В через параметры обмотки А:

(6)

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

; . (7)

Таким образом, если одновременно выполнить условия (6) и (7), поле в двигателе станет круговым.

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

1) подбором емкости конденсатора и коэффициента трансформации;

2) подбором емкости конденсатора и соотношения фазных напряжений ;

3) подбором емкости конденсатора и добавочного сопротивления .

1. Получение кругового поля подбором емкости конденсатора и коэффициента трансформации.

При , (рис. 8) уравнения (6), (7) принимают вид

; . (8)

Рис. 8. Схема включения (а) и векторная диаграмма (б) конденсаторного двигателя при и

Решая первое уравнение системы (8), найдем коэффициент трансформации

где - угол между током и напряжением фазы .

Решая второе уравнение системы (8), найдем емкостное сопротивление конденсатора

.

Или с учетом ,

Зная , легко определить емкость конденсатора, мкФ

.

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

На рис. 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

В этом случае (рис. 9) уравнения (6), (7) принимают следующий вид

; .

Рис.9. Схема включения конденсаторного двигателя при и

Решая систему (9), найдем

;

.

3. Получение кругового поля подбором емкости конденсатора и добавочного сопротивления

Рис.10. Схема включения конденсаторного двигателя при и

Схема включения показана на рис. 10. Уравнения (6), (7) принимают вид

;

Откуда находим:

;

.

Данный способ имеет одно ограничение: разность 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.

Размещено на Allbest.ru