ОДНОФАЗНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Однофазные асинхронные двигатели широко применяют при небольших мощностях (до 1—2 квт). Такой двигатель отличается от обычного трехфазного двигателя тем, что на статоре его помещается однофазная обмотка. Поэтому любой трехфазный асинхронный двигатель может быть использован в качестве однофазного. Ротор однофазного асинхронного двигателя может иметь фазную или короткозамкнутую обмотку.

Особенностью однофазных асинхронным двигателей является отсутствие начального или пускового момента, т. е. при включении такого двигателя в сеть ротор его будет оставаться неподвижным.

Если же под действием какой-либо внеш­ней силы вывести ротор из состояния покоя, то двигатель будет развивать вращающий момент.

Отсутствие начального момента является существенным недостатком однофазных асинхронных двигателей. Поэтому они всегда снабжаются пусковым устройством.

Наиболее простым пусковым устройством являются две обмот­ки, помещенные на статоре, сдвинутые друг относительно друга на половину полюсного деления (90° электрических). Эти обмотки катушек питаются от симметричной двухфазной сети, т. е. напря­жения, приложенные к обмоткам катушек, равны между собой ил сдвинуты на четверть периода по фазе. В этом случае токи, про­текающие по катушкам, окажутся также сдвинутыми по фазе на четверть периода, что в дополнение к пространственному сдвигу катушек дает возможность получить вращающееся магнитное поле. При наличии вращающегося магнитного поля двигатель развивает пусковой момент.

Простейшую двухфазную обмотку можно представить в виде двух катушек (рис. 121), оси которых смещены в пространстве на 90° (электрических). Если по этим катушкам, имеющим одинаковое число витков, пропустить равные по величине и сдвинутые по фазе на четверть периода синусоидальные токи, т.е.

то магнитные поля этих катушек будут также синусоидальны и сдвинуты по фазе на четверть периода, т. е.

При этом вектор В_А направлен по оси катушки А — X, а век­тор Вв — по оси катушки В — У.

В любой момент результирующее магнитное поле равно гео­метрической сумме магнитных полей катушек А и В, т. е.

Следовательно, в любой момент результирующее магнитное поле двухфазной обмотки имеет неизменное значение, равное амплитуде поля одной фазы.

Можно записать:

откуда α=ωt, т. е. угол между вектором результирующего поля и вертикальной осью линейно изменяется во времени и, следова­тельно, этот вектор вращается с постоянной скоростью, равной

В действительности двухфазная сеть обычно отсутствует, и пуск однофазного двигателя осуществляется включением двух катушек в одну общую для них однофазную сеть. Для получения угла сдви­га фаз между токами в катушках, примерно равного четверти периода, одну из катушек (рабочую) включают в сеть непосредст­венно или с пусковым активным сопротивлением, а вторую катушку (пусковую) — через индуктивную катушку (рис. 122, а) или кон­денсатор (рис- 122, б).

Пусковая обмотка включается только на период пуска в ход. В момент когда ротор приобретает определенную скорость, пуско­вая обмотка отключается от сети и двигатель работает как одно­фазный.

Отключает пусковую обмотку центробежный выключатель или специальное реле.

В качестве однофазного двигателя может быть использован любой трехфазный асинхронный двигатель. При работе трехфазного двигателя в качестве однофазного рабочая или главная обмот­ка, состоящая из двух последовательно соединенных фаз трехфазного двигателя, включается непосредственно в однофазную сеть третья фаза, являющаяся пусковой или вспомогательной обмоткой включается в ту же сеть через пусковой элемент — сопротивление индуктивность или конденсатор.

В однофазных двигателях малой мощности в качестве пуско­вой обмотки используют короткозамкнутые витки, укладываемые на полюсах статора. Статоры таких двигателей выполняют с явно выраженными полюсами (рис. 123), и рабочая обмотка уклады­вается на полюсы в виде катушек.

Каждый полюс разделен на две части, на одной из которых помещаются короткозамк­нутые катушки. В этих катушках создаются токи, препятствующие прохождению магнит­ного потока в части полюса В, вследствие чего магнитный поток в части полюса А до­стигает максимального значения раньше, чем в части полюса В. Эти два не совпадаю­щие по фазе потока создают вращающееся магнитное поле.

В короткозамкнутых катушках возни­кают добавочные потери, что снижает к. п. д. двигателя. Поэтому такой способ пуска в ход используют только в двигателях очень ма­лых мощностей (до 100 вт), где значение к.п.д. не является первостепенной.

Конденсаторный двигатель представляет собой однофазный асинхронный двигатель с двумя

обмотками на статоре и коротко-замкнутым ротором (рис. 124, а). В конденсаторных (двухфазных) двигателях вспомогательная обмотка рассчитана на длительное прохождение тока и остается включенной не только при пуске в ход двигателя, но и при работе. Наличие вращающегося поля при

работе двигателя улучшает его рабочие свойства в сравнении с однофазными.

Круговое вращающееся магнитное поле в конденсаторном дви­гателе будет получено в случае равенства намагничивающих сил двух катушек, причем намагничивающая сила катушки К2 должна

опережать во времени намагничивающую силу катушки К1 на .

Это происходит при некоторой определенной нагрузке двига­теля. С изменением нагрузки нарушится условие получения кру­гового вращающегося поля.

При этом, помимо кругового прямого поля, появляется обрат­ное вращающееся поле, создающее тормозной момент, который уменьшает вращающий момент машины.

С увеличением емкости конденсатора увеличится и ток, т. е. возрастет нагрузка двигателя, при которой будет создано круговое вращающееся поле. Поэтому увеличение емкости конденсаторной батареи вызовет увеличение максимального момента машины, при­чем максимальный момент сместится в область больших нагрузок, т. е. больших скольжений (рис. 124, б).

При увеличении емкости возрастает также и пусковой момент Двигателя. Однако увеличение емкости батареи конденсаторов в рабочем режиме нежелательно, так как это ведет к снижению ско­рости и к. п. д. двигателя. Поэтому конденсаторные двигатели вы­полняют с двумя батареями конденсаторов — с постоянно включен­ной или рабочей емкостью Ср и пусковой емкостью Сп включае­мой только на период пуска в ход двигателя.

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип действия асинхронного двигателя.
2. Как изменить направление вращения ротора?
3. Каким выражением определяется э. д. с. фазы обмотки машины переменного тока?

4. Объясните устройство асинхронного двигателя с фазным и короткозамкнутым роторами.

5. От чего зависит вращающий момент асинхронного двигателя?

6. Если напряжение питающей сети понизится на 10%, то в какой мере уменьшится вращающий момент?

7. Объясните рабочие характеристики асинхронного двигателя.

8. Как осуществляется пуск в ход асинхронных двигателей?

9. Каково устройство двигателей с улучшенными пусковыми свойствами?

10. Каким образом регулируется скорость трехфазных двигателей?

11. Как происходит пуск в ход однофазных двигателей?

12. Почему конденсаторные двигатели снабжены двумя батареями конденсаторов?

ГЛАВА IX

СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

§ ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ IX

В синхронных машинах число оборотов ротора равно числу обо­ротов магнитного поля статора и, следовательно, определяется ча­стотой тока сети и числом пар полюсов, т. е

>Как и всякая электрическая машина, синхронная машина обра­тима, т. е. может работать как генератором, так и двигателем.

Синхронные генераторы широко применяются. Электрическая энергия вырабатывается синхронными генераторами, первичными двигателями которых являются либо гидравлические, либо паровые турбины, либо двигатели внутреннего сгорания.

Синхронные двигатели используют в установках средней и большой мощности. Основным достоинством их является высокий коэффициент мощности. У этих двигателей соs  может быть равен единице, и, более того, они могут работать с потреблением опережающего тока из сети, представляя собой емкость для сети. Это свойство синхронных двигателей широко используется. Синхрон­ный двигатель, потребляющий опережающий ток из сети, компен­сирует реактивную мощность других приемников энергии, вклю­ченных в эту сеть, и повышает коэффициент мощности всего пред­приятия. Магнитное поле в машине создается постоянным током, протекающим по обмотке возбуждения. Потребность в источнике постоянного тока для питания обмотки возбуждения является очень существенным недостатком синхронных машин.

Обычно обмотки возбуждения получают энергию от возбудите­ля, который представляет собой генератор постоянного тока параллельного возбуждения. Возбудитель находится на одном валу с рабочей машиной, и мощность его составляет малую величину, поряд­ка 1—5% мощности синхронной машины, возбуждаемой им. При небольшой мощности широко используются схемы питания обмо-

I ток возбуждения синхронных машин из сети переменного тока Через полупроводниковые выпрямители. При вращении ротора магнитные линии потока остаточного магнетизма пересекают проводники обмотки статора и индуктируют в них э. д. с. Вызванный этой э. д. с. ток посредством трансформатора и полупроводниковых вен­тилей преобразуется в постоянный и протекает через обмотку возбуждения. Вследствие этого происходит усиление магнитного поля генератора и его возбуждение до номинального напряжения.