тора (ее двух или трех фаз) к конденсаторам С (рис. 6.34,6). В этом режиме по обмотке статора и конденсаторам проходит трехфазный переменный ток и машина работает как асинхронный генератор с самовозбуждением, который получает реактивный ток /ц, необходимый для возбуждения магнитного потока от конденсаторов. По мере уменьшения частоты вращения ротора в результате выделения теплоты в активном сопротивлении обмоток энергия магнитного поля и тормозной момент уменьшаются. Механическая характеристика при этом в виде торможения показана на рис. 6.36 кривой 5.

С энергетической точки зрения динамическое торможение менее выгодно, чем рекуперативное, так как кинетическая энергия тормозящихся масс полезно не используется, а гасится в реостате. Но оно позволяет осуществлять торможение при низких частотах вращения Л2<Л1. Однако при частоте Л2=0 тормозной момент равен нулю.

Однофазные и двухфазные асинхронные машины

Вопросы дпя самоконтроля

1. Какими способами можно регулировать частоту иращеиия асинхронного двигателя?

2. По каким законам регулируют частоту тока и питающее напряжение при частотном регулировании асинхронных двигателей?

3. Как влияет иесинусоидальиость питающего напряжения на энергетические показатели частотно-регулируемого двигателя?

4. Как устроены миогоскоростные двигатели?

5. Как изменяется механическая характеристика двигателя при включении в цепь ротора реостата и при изменении питающего напряжения?

е. В каких тормозных режимах может работать асинхронная машина?

Однофазные асинхронные двигатели небольшой мощности (15... 600 Вт) широко применяют в электробытовых приборах для привода вентиляторов, насосов и другого оборудования, не требующего регулирования частоты вращения. В различных автоматических устройствах используют также двухфазные асинхронные двигатели для преобразования электрического сигнала в механическое перемещение вала {исполнительные двигатели). Частота вращения исполнительного двигателя при заданном тормозном моменте должна строго соответствовать подводимому напряжению и меняться при изменении его величины или фазы.

В автоматических и измерительных устройствах для измерения частоты вращения, выработки ускоряющих и замедляющих сигналов и выполнения операций дифференцирования и интегрирования в схемах счетно-решающих устройств применяют асинхронные тахогенераторы. Эти машины осуществляют преобразование механического перемещения вала в электрический сигнал и дают на выходе напряжение, пропорциональное частоте вращения.

7.1. Однофазные асинхронные двигатели

Принцип действия и устройство. Обмотка статора однофазного двигателя (рис. 7.1, а) расположена в пазах, занимающих примерно две трети окружности статора, которая соответствует паре полюсов. В результате распределение МДС и индукции в воздушном зазоре близко к синусоидальному. Поскольку по обмотке проходит переменный ток, в машине создается неподвижный поток, пульсирующий с частотой сети, а не круговой вращающийся поток, как это имеет место в трехфазных двигателях при симметричном питании.

Для упрощения анализа свойств однофазного двигателя представим, как было показано в § 2.3, создаваемую обмоткой статора индукцию Вх=Вт sin {at) cos {пх/х) в виде

B=0,5B sin (u) -лл:/т) + 0,55 sin (t-\-nx/x), (7.1)

т. е. заменим неподвижный пульсирующий поток суммой идентичных круговых полей, вращающихся в противоположных направлениях и имеющих одинаковые частоты вращения: ninp= io6p= i. Так как свойства асинхронного двигателя при круговом вращающемся поле подробно рассмотрены в гл. 3, анализ свойств однофазного двигателя можно свести к рассмотрению совместного действия каждого из вращающихся полей. Иными словами, однофазный двигатель можно представить в виде двух одинаковых двигателей.

Ось разы

Рис. 7.1. Поперечный разрез статора однофазного асинхронного двигателя (а) и направление вращающих моментов, действующих иа его ротор (б)

роторы которых жестко связаны между собой (рис. 7.1,6), при встречном направлении вращения магнитных полей и создаваемых ими моментов Мпр и Afo6p. Поле, направление вращения которого совпадает с направлением вращения ротора, называют прямым; поле обратного направления - обрагн&ш или инверсным.

Допустим, что направление вращения ротора совпадает с направлением одного из вращающихся полей, например с лщр. Тогда скольжение ротора относительно потока Фпр:

Snp = ( bp- 2)/ lnp = ( l- 2) Zi= 1-П2/П1. (7.2)

Скольжение ротора относительно потока Фобр:

Soep = ( loep + i2)/ lo6p = ( l + 2)/ l= 1 + 2/ l- (7.3)

Из (7.2) и (7.3) следует, что

овр=1 + 2/ 1 = 2-5 р. (7.4)

Электромагнитные моменты Мцр и Мобр, образуемые прямым и обратными полями, направлены в противоположные стороны, а результирующий момент однофазного двигателя Л1рез равен разности моментов при одной и той же частоте вращения ротора.

На рис. 7.2 показаны зависимости M=f{s) для однофазного двигателя. Рассматривая эти зависимости,можно сделать заключения:

однофазный двигатель не имеет начального пускового момента, он вращается в ту сторону, в которую приводится внешней силой;

частота вращения однофазного двигателя при холостом ходе меньше, чем у трехфазного двигателя, из-за наличия тормозного момента, образуемого обратным полем;

рабочие характеристики одно- nV \ 12

фазного двигателя хуже, чем трехфазного; он имеет повышенное скольжение при номинальной нагрузке, меньший КПД, меньшую перегрузочную способность, что объясняется наличием обратного поля; мощность однофазного двигателя

Рис. 7.2. Мехаиическаи теристика однофазного хронного двигателя

харак-асин-

составляет примерно от мощности трехфазного двигателя того же габарита, так как в однофазном двигателе рабочая обмотка занимает только 7з пазов статора. Заполнять все пазы статора нерационально, так как при этом обмоточный коэффициент получается малым, расход меди возрастает примерно в 1,5 раза, в то время как мощность увеличивается только на 12%.

Пуск однофазных двигателей. Чтобы получить начальный пусковой момент, однофазные двигатели снабжают пусковой обмоткой, сдвинутой на 90 эл. град относительно основной рабочей обмотки. На период пуска пусковую обмотку присоединяют к сети через фа-зосдвигающие элементы - емкость, индуктивность или активное сопротивление. После окончания разгона двигателя пусковую обмотку отключают, при этом двигатель продолжает работать как однофазный. Так как пусковая обмотка работает лишь короткое время, ее изготовляют из провода меньшего сечения, чем рабочую, и укладывают в меньшее число пазов.

Рассмотрим более подробно процесс пуска при использовании в качестве фазосдвигающего элемента емкости С (рис. 7.3, а). Напряжение на пусковой обмотке П: iyin=Oi-Uc=Ui+jl\ Xc, т. е. сдвинуто по фазе относительно напряжения сети С\, приложенного к рабочей обмотке Р. Следовательно, векторы токов в рабочей /ip и пусковой /ш обмотках сдвинуты по фазе на некоторый угол. Выбирая определенным образом емкость фазосдвигающего конденсатора, можно получить режим работы при пуске, близкий к симметричному (рис. 7.3,6), т. е. получить круговое вращающееся поле. На рис. 7.3, в показаны зависимости M=f{s) для двигателя при

включенной (кривая /) и выключенной (кривая 2) пусковой обмотке. Пуск двигателя осуществляется на части аЬ характеристики /; в точке b пусковая обмотка выключается, и в дальнейшем двигатель работает на части со характеристики 2.

Рис. 7.3. Схема однофазного асинхронного двигателя с конденсаторным пуском (а), его векторная диаграмма {6) и механическая характеристика (а)

Так как включение второй обмотки существенно улучшает механическую характеристику двигателя, в некоторых случаях применяют однофазные двигатели, в которых обмотки Л и В включены все время (рис. 7.4, а). Такие двигатели называют конденсаторными.

Обе обмотки конденсаторных двигателей занимают одинаковое число пазов и имеют одинаковую мощность. При пуске конденсаторного двигателя для увеличения пускового момента целесообразно иметь увеличенную емкость Ср + Сп. После разгона двигателя по характеристике 2 (рис. 7.4. б) и уменьшения тока часть конденсаторов С отключают, чтобы при номинальном режиме (когда ток двигателя становится меньшим, чем при пуске) увеличить емкостное сопротивление и обеспечить работу двигателя в условиях, близких к работе при круговом вращающемся поле. При этом двигатель работает по характеристике /.

Конденсаторный двигатель имеет высокий созф. Недостатками его являются: сравнительно большая масса и габариты конденсатора, возникновение несинусоидального тока при искажениях питающего напряжения, которое в ряде случаев приводит к вредному воздействию на линии связи.

Рис. 7.4. Схема конденсаторного асинхронного двигателя (а) и его механическая характеристика (б)

При легких условиях пуска (небольшой нагрузочный момент в пусковой период) применяют двигатели с пусковым сопротивлением (рис. 7.5, а). Наличие активного сопротивления в цепи пусковой обмотки обеспечивает меньший сдвиг фаз фц между напряжением и током в этой обмотке (рис. 7.5, б), чем сдвиг фаз фр в рабо- , с\

чей обмотке. Поэтому токи в ра- j

бочей и пусковой обмотках ока- ~UfT зываются сдвинутыми по фазе на угол фр-фп и образуют несимметричное (эллиптическое) вращающееся поле, благодаря которому и возникает пусковой момент. Двигатели с пусковым со-

ппптивлрнирм нялржны В чкс- Рис. 7.5. Схема однофазного асинхрон-противлением надежны в экс двигатели с пусковым сопротив-

плуатации. выпускаются серийно, деннем (а) и его векторнаи диаграм-Пусковое сопротивление встраи- ма (б) вают в корпус двигателя и охлаждают тем же воздухом, который охлаждает весь двигатель.

Однофазный двигатель с экранированными полюсами. В этом двигателе обмотку статора, подсоединяемую к сети, обычно выполняют сосредоточенной и укрепляют на явновыраженных полюсах (рис. 7.6,0), листы которых штампуют совместно со статором. В каждом полюсе один из наконечников охватывается вспомога-

Рнс. 7.6. Конструктивные схемы асинхронного двигатели с экранированными полюсами и его векторная диаграмма:

/ - статор, 2 -обиотка статора, 3 - короткозамкнутый виток, < -ротор, 6 -полюс

тельной обмоткой, состоящей из одного или нескольких коротко-замкнутых витков, которые экранируют от Vs До V2 полюсной дуги. В двухполюсной машине короткозамкнутые витки располагаются по диаметру; в четырехполюсной -под углом 90°. Ротор двигателя- короткозамкнутый обычного типа.

Магнитный поток машины, создаваемый обмоткой статора (поток полюса), можно представить в виде суммы двух составляющих (рис. 7.6, в) Фп=Фп1+Фп2. где Фп1 - поток, проходящий через часть