Однофазные и конденсаторные АД.

Трехфазный асинхронный двигатель может работать в од­нофазном режиме в двух случаях:

1) АД был включен в трехфазную сеть, работал в устано­вившемся режиме, и в этом режиме произошел обрыв одной из фаз, например, вследствие перегорания плавкой вставки предохранителя;

2) АД, обмотки статора которого соединены в «звезду» или «треугольник», преднамеренно включается в однофазную сеть и разгонятся посредством какого-либо пускового уст­ройства, создавая вращающий момент без принятия специаль­ных мер при питании от сети однофазного тока.

Рассмотрим первый случай более подробно. Работающий АД, оказавшийся в однофазном режиме, будет продолжать вращаться, преодолевая момент сопротивления нагрузки. Если обмотка статора соединена в «звезду», то одна из фаз пол­ностью теряет питание, если в «треугольник», то происходит уменьшение напряжения на каждой из двух фаз, соединенных последовательно. Скольжение двигателя увеличивается, а его скорость вращения в том и другом случаях снижается.

При неизменной нагрузке на валу АД увеличение его скольжения приводит к значительному возрастанию тока, что в свою очередь приводит к чрезмерному перегреву обмоток статора. Такой режим, называемый неполнофазным, является для АД весьма нежелательным. Обычно двигатель, оказав­шийся в неполнофазном режиме отключается от сети защит­ной аппаратурой. Для уменьшения перегрева необходимо в длительном режиме снизить нагрузку двигателя до 50...60% от номинальной. Это первое следствие обрыва фазы трехфаз­ного АД.

Второе следствие заключается в том, что, остановив двига­тель в режиме с отключенной фазой, снова запустить его

в ход включением в сеть невозможно. Можно убедиться, что двигатель запустится, если при его включении одновременно ротор раскрутить до какой-то хотя бы небольшой скорости. Тогда двигатель как бы подхватывает движение и разгоняется далее самостоятельно до скорости, соответствующей нагруз­ке на его валу. Другими словами, пусковой момент АД в таком режиме равен нулю. Это обстоятельство обусловлено характером магнитного поля статора, которое в однофазном режиме двигателя перестает быть вращающимся, а носит ха­рактер пульсирующего. Объясним это явление.

Пульсирующее магнитное поле представляют в виде двух составляющих полей, вращающихся с одной и той же син­хронной частотой в противоположные стороны. Изменение вектора пульсирующего поля и его разложение на потоки прямой Ф_ПР и обратной Ф_ОБР последовательностей представ­лено на рис. 3.25. Значение каждого из магнитных потоков равно половине амплитуды пульсирующего поля.

Рис. 3.25. Изменение вектора пульсирующего поля и его разложение на потоки прямой Ф_ПР и обратной Ф_0БР последовательностей

Окружность, изображенная на диаграммах пунктиром, обо­значает траекторию движения в противоположных направле­ниях концов векторов магнитных потоков прямой Ф_ПР и обрат­ной Ф_ОБР последовательностей.

Из этих диаграмм нетрудно усмотреть, что в каждый мо­мент времени изменяющийся по величине вектор результиру­ющего потока Ф неизменно направлен вдоль вертикальной оси. Он максимален, когда угол поворота Ф_ПР и Ф_ОБР равен 0 или 180 электрическим градусам. При повороте потоков Ф_ПР и Ф_ОБР на 90 градусов вектор результирующего потока Ф равен нулю. Заметим, что при построении диаграмм на рис. 3.25 принято допущение, что катушка, по которой проходит ток, создает в воздушном зазоре машины синусоидально распределенное магнитное поле.

Вращающиеся поля Ф_ПР и Ф_ОБР наводят в обмотке ротора ЭДС, под влиянием которых возникают токи ротора. Взаимо­действие вращающихся полей статора с токами ротора приво­дит к образованию прямого М_ПР и обратного М_0БР вращаю­щих моментов, так же, как в обычном трехфазном АД, однако в данном случае эти моменты направлены в противоположные стороны.

Механические характеристики АД представлены на рис. 3.26. В неподвижном состоянии ротор по отношению к этим полям находится в одинаковых условиях, отчего вращающие момен­ты полностью уравновешивают друг друга, следовательно, ре­зультирующий пусковой момент АД при скольжении, равном единице равен нулю. Как видно на рис. 3.26, при s=1 механи­ческая характеристика АД пересекает ось скольжений, и пус­ковой момент равен нулю. По этой причине трехфазный дви­гатель в однофазном режиме не может самостоятельно на­чать разгон.

Рис. 3.26. Механические характеристики АД в однофазном режиме:

М_ПР (s) — от поля прямой последовательности; М_ОБР (s) — от поля обратной последовательности; M_PE3(s) — результирующая

Дело существенно меняется, когда АД в однофазном ре­жиме посредством внешнего воздействия разогнался до про­извольной скорости. Тогда прямое поле, т. е. поле, направле­ние вращения которого совпадает с направлением вращения ротора, при малых значениях скольжения наводит в обмотке ротора токи небольшой частоты (2...5 Гц). При стандартной частоте сети 50 Гц токи, индуктированные в обмотке ротора обратным полем, имеют при том же скольжении повышенную частоту, близкую к 100 Гц. Поэтому они становятся почти чисто реактивными и оказывают размагничивающее действие. Это ослабляет обратное поле и уменьшает обратный момент Ф_0БР. Иначе говоря, индуктивное сопротивление ротора для токов обратной последовательности многократно превышает то же сопротивление для токов прямой последовательности. Сложе­ние двух этих моментов дает результирующую механическую характеристику M_PE3(s) трехфазного АД в однофазном режи­ме, которая также представлена на рис. 3.26.

Легко видеть, что при скольжении s, равном 1 (т. е. при пуске) М_ПР = М_0БР, M_PE3 = 0. Если ротор двигателя развернуть в сторону вращения прямого поля, то это равенство наруша­ется, и М_ПР>М_0БР:

М_ПР-М_0БР= M_PE3,