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_ПРи 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,

т. е. двигатель развивает вращающий момент и дальше разгоняется самостоятельно. Однако если на валу имеется нагрузка (момент сопротивления М_С), то двигатель «застрянет» на восходящем участке механической характеристики в точке пересечения линии М_Сс характеристикой M_PE₃(s) — в точке а.

Другими словами трехфазный АД в однофазном режиме не только не развивает пусковой момент, но и не способен разгоняться под нагрузкой, хотя, разогнавшись до скорости, близкой к номинальной, он успешно обеспечивает на валу момент, равный моменту сопротивления, как это видно на рис. 3.26 (точка р). Отметим, что трехфазный АД в однофазном режиме при включении можно запустить в любую сторону — вперед или назад, что также видно на рис. 3.26.

Отсутствие пускового момента является существенным недостатком АД в однофазном режиме, из нее вытекает проблема пуска АД в однофазном режиме, решение которой и рассматривается ниже.

Заметим также, что в силу пульсирующего характера поля, образующегося в зазоре машины, мгновенные значения частоты вращения в пределах одного периода не остаются постоянными.

Поскольку обратный момент носит тормозной характер по отношению к прямому, то это приводит к ухудшению характеристик двигателя. Его скольжение возрастает, т. е. скорость вращения АД в этом режиме при одинаковой нагрузке на валу меньше, чем скорость такого же АД в трехфазном режиме. АД в однофазном режиме имеет меньшие КПД и коэффициент мощности по сравнению с таким же АД в трехфазном режиме. Уменьшение КПД связано с возрастанием потерь, обусловленных появлением обратного поля. Снижение коэффициента мощности объясняется увеличением намагничивающего тока.

Отмеченные выше недостатки трехфазного АД в однофазном режиме в известной мере преодолеваются путем создания создания в его воздушном зазоре эллиптического или кругового вращающегося магнитного поля при помощи пассивных элементов: резистора, катушки индуктивности, либо конденсатора. В этом заключается суть второго случая, о котором упоминалось выше.

АД с эллиптическим полем имеют некоторый начальный пусковой момент, а также прямой и обратный моменты, однако величина тормозящего обратного момента значительно меньше прямого момента.

При наличии кругового поля АД (в идеале) обратный (тормозящий) момент отсутствует вообще.

Условием получения кругового вращающегося поля при двух статорных обмотках должно быть равенство по величине их магнитодвижущих сил (МДС), сдвинутых в пространстве и во времени на 90 электрических градусов. Напомним, что МДС — это произведение тока обмотки на число ее эффективных витков. Вектор МДС совпадает с осью обмотки.

Как уже отмечалось, для получения кругового или близкого к круговому эллиптического поля двигателя применяют фазосдвигающие устройства: резисторы, катушки индуктивности или конденсаторы. Наибольшее применение в силу ряда достоинств находят схемы включения АД с конденсатором в качестве пусковой и рабочей емкостей.

<27 28 293031 32 33 >

Дата добавления: 2021-12-14; просмотров: 326;