Однофазный асинхронный двигатель

ЛЕКЦИЯ 19

На статоре однофазного АД располагается одна обмотка. Ротор имеет короткозамкнутую обмотку. Протекающий по обмотке статора переменный ток создает пульсирующий магнитный поток, изменяющий свое направление с частотой напряжения сети. Этот поток все время направлен по осевой линии полюсов, и его значение во времени изменяется по синусоидальному закону.

Принцип действия. Пульсирующий магнитный поток можно представить как результат сложения двух вращающихся с одинаковой частотой в противоположном направлении потоков, значения которых равны.

Если пульсирующий поток изменяется по закону Ф = Ф _махcosω t, то при t =0 поток Ф = Ф _мах. Вращающиеся потоки Ф₁ и Ф ₁₁ равны 0,5 Ф _мах и при t =0 совпадают по направлению. Сумма вращающихся потоков равна пульсирующему потоку при t =0.

Через некоторое время при t = Т /8 пульсирующий поток Ф = Ф _махcos(π/4) = 0,707 Ф _мах. За это время поток Ф_1, вращающийся по часовой стрелке с частотой n ₁ повернется на угол π/4. на такой же угол, но в противоположном направлении, повернется вращающийся поток Ф ₁₁, частота вращения которого n ₁₁. Частоты вращения равны между собой: n ₁ = n ₁₁ = 60 f / p. При t = Т /8 имеем Ф₁ + Ф ₁₁ = Ф.

Из рисунка следует, что для каждого момента времени векторная сумма вращающихся потоков равна пульсирующему магнитному потоку. Это позволяет рассматривать однофазный АД при условии существования двух вращающихся магнитных потоков Ф₁ и Ф _11.

_{При неподвижном роторе эти потоки создают вращающиеся моменты, направления которых совпадают с направлением вращения магнитных потоков, а значения.пропорциональны их значениям. Следовательно, потоки} Ф₁ и Ф ₁₁ создают равные, но противоположные по направлению вращающие моменты, в результате чего ротор не может тронуться с места. Пусковой момент двигателя равен нулю.

Если ротор вращать в направлении вращения потока Ф₁, то поток Ф₁ будет прямым, а поток Ф ₁₁- обратным. При этом скольжение ротора по отношению к потокам Ф₁ и Ф ₁₁.становиться различным.

Скольжение по отношению к прямому потоку s ₁ = (n ₁ – n ₂)/ n ₁, а скольжение по отношению к обратному потоку, определяемое также как в режиме электромагнитного тормоза, s ₁₁ = (n ₁₁ + n ₂)/ n ₁₁ = (n ₁ – n ₂)/ n ₁ = [ n ₁ + n ₁(1 - s ₁) ] = 2 - s ₁.

При пуске двигателя s ₁ = 1 и s ₁₁ = 1_. Если s 1 = 0, то и s 11 = 2, а если

s 1 = 2, то и s 11 = 0.

Каждый из вращающихся потоков создает вращающий момент зависимости от скольжения которых имеет такой же вид, как для трехфазных асинхронных двигателей.

М ₁ = (с '_м R '₂/ s ₁)/ [(с '_м R '₂/ s ₁)² + Х _к²], М ₁₁ = (с '_м R '₂/ s ₁₁)/ [(с '_м R '₂/ s ₁₁)² + Х _к²]

С учетом связи между s ₁ и s ₁₁ и того, что моменты М ₁ и М ₁₁противоположны по направлению строят зависимость М ₁ (s ₁), М ₁₁ (s ₁₁), и суммарного момента М (s).

Проанализируем зависимость М (s). При s ₁ = s ₁₁ = 1 вращающий момент М = М _п = 0. При уменьшении скольжения s ₁ двигатель развивает вращающий момент, направленный в сторону вращения потока Ф ₁; при уменьшении скольжения s ₁₁ (s ₁₁ < 1)- в сторону вращения потока Ф ₁₁. Таким образом, если каким либо способом привести ротор во вращение, то возникает момент М > 0, направленный в сторону вращения ротора. Вращающий момент имеет максимальное значение М _мах, которое меньше максимального значения М ₁.

Однофазный асинхронный двигатель с пусковой обмоткой. Для пуска вход однофазного АД применяют специальную пусковую обмотку (ПО), располагаемую на статоре под углом 90° к рабочей (РО).

Последовательно с пусковой обмоткой включают конденсатор С, благодаря которому ток I _п в этой обмотке опережает по фазе напряжение сети U ₁ на некоторый угол. Применение пусковой обмотки обеспечивает выполнение двух необходимых условий получения вращающегося магнитного потока (сдвиг обмоток статора в пространстве и сдвиг токов в обмотках по фазе на некоторый угол).

Пусковая обмотка включается только при пуске. Благодаря ей в двигателе образуется вращающийся магнитный поток и появляется вращающий момент М ', причем пусковой момент М '_п > 0.

Двигатель трогается с места и разгоняется в соответствии с зависимостью М '(s). Разгон двигателя заканчивается в точек 1', когда вращающий момент становится равным тормозному (М ' = М _т). После этого пусковую обмотку отключают. Теперь магнитный поток создается только рабочей обмоткой. В этом режиме имеется вращающий момент М. При отключении пусковой обмотки благодаря инерции массы частота вращения ротора не изменится, скольжение останется равным s'₁, а рабочей точкой становится точка 2 на кривой М (s). Так как тормозной момент М _т останется неизменным, то точки 2 имеем М< М _т.. Двигатель начинает тормозиться, скольжение s увеличивается, вращающий момент увеличивается, и в точке 1 кривой М (s) наступает равенство моментов (М = М _т). Получаем установившийся режим работы двигателя при несколько большем скольжении s ₁.

При постоянно включенной пусковой обмотке с конденсатором двигатель называется конденсаторным. В этом случае для получения наибольшего пускового момента и лучших характеристик в рабочем режиме параллельно с рабочей ёмкостью С _р включают пусковую обмотку С_п, которую отключают после окончания пуска. Коэффициент мощности конденсаторного двигателя.выше, чем однофазного, и достигает значений 0,8…0,95, а КПД – 0,5- 0,7.

Преимуществом однофазного двигателя является то, что для его питания не требуется источник трехфазного напряжения. Но он имеет существенные недостатки, среди которых – отсутствие пускового момента, низкий cos φ и КПД, меньшая перегрузочная способность, нерегулируемая частота вращения. Однофазные двигатели с пусковой обмоткой выпускаются на мощность до 600 Вт.

Дата добавления: 2014-01-07