4.13. Способ маркировки выводов обмоток трехфазных

асинхронных двигателей

Для включения трехфазных электродвигателей в сеть на выводах их обмоток должна быть нанесена маркировка, пользуясь которой можно собрать схемы соединения обмоток «звездой» и «треугольником». В практике эксплуатации, особенно после ремонта, встречаются электродвигатели, у которых отсутствуют обозначения начал и концов фаз. Вследствие этого возникает необходимость в определении начал и концов фаз электродвигателей. В разное время были предложены методы определения начал и концов фаз трехфазных электродвигателей, которые применяются достаточно широко и сегодня: метод трансформации, метод подбора. У них есть существенные недостатки, связанные с необходимостью выполнять ряд переключений выводов фаз. Эти операции требуют значительных затрат времени.

Автором предложен более простой метод определения начал и концов фаз трехфазных электродвигателей, который заключается в следующем. Сначала известными методами с помощью контрольной лампы или вольтметра определяют попарную принадлежность выводов к каждой из трех фаз электродвигателя. Затем три фазы соединяют последовательно (в открытый треугольник), как показано на рис.4.30. Параллельно каждой фазе присоединяют вольтметры. Собранную таким образом электрическую цепь включают в сеть. Если фазы электродвигателя оказались включенными согласно: начало-конец-начало-конец-начало-конец, то вольтметры покажут одинаковые значения напряжения.

Рис.4.30. Схема соединения фаз трехфазного электродвигателя

в открытый треугольник.

Если одна из фаз оказалась включенной в открытый треугольник встречно по отношению к двум другим, то вольтметр, подключенный к ней, покажет большее напряжение по сравнению с показаниями двух других вольтметров.

Руководствуясь показаниями последних, можно сразу осуществить маркировку начал и концов фаз электродвигателя.

а б

Рис.4.31. Взаимное расположение магнитных потоков взаимной

индукции в статоре трехфазного электродвигателя при включении обмоток в открытый треугольник: а – согласном; б – встречном.

Существо процессов, происходящих при разметке выводов фаз электродвигателя описанным методом, заключается в следующем. Рассмотрим магнитную цепь трехфазного электродвигателя, которая представлена на рис.4.31, а при согласном включении фаз. Каждая из них создает магнитные потоки самоиндукции и взаимной индукции. На рис. 4.30 для удобства у каждой фазы изображено два потока взаимной индукции, сцепляющихся с соседними фазами. Магнитные потоки взаимной индукции из трех фаз направлены навстречу друг другу. Этим объясняется равенство напряжений на зажимах всех фаз. Уравнения, характеризующие значения напряжения на зажимах фаз, имеют вид:

(4.84) ; . В комплексной форме записи эти уравнения имеют вид:

(4.85)

Так как конструкции фаз электродвигателя одинаковы и все входящие в уравнения (4.84) и (4.85) параметры соответственно равны

т.е. то и Поэтому Векторная диаграмма для этого случая приведена на рис.4.31.

Случай встречного включения одной из фаз электродвигателя при соединении их в открытый треугольник представлен на рис.4.31, б. Из этлгл рисунка видно, что витки третьей фазы, включенной встречно двум другим, пронизываются четырьмя потоками взаимоиндукции , которые направлены в одну сторону.

Представленные примеры относятся к магнитным цепям, электромагнитные процессы в которых описывают при помощи понятий магнитодвижущей силы, магнитного потока и разности магнитных потенциалов. В завимости от исполнения магнитные цепи можно классифицировать по разным признакам.

Рис.4.32. Векторная диаграмма для согласного включения фаз

двигателя при соединении в открытый треугольник. Две другие фазы пронизываются потоками взаимной индукции в различных направлениях. Этим объясняется наличие большего значения напряжения на фазе, включенной встречно по отношению к двум другим. Уравнения, подтверждающие это положение имеют вид:

;

(4.86);

. Действительно, уравнение, определяющее значения напряжения на зажимах фазы, включенной встречно по отношению к другим, имеет на два слагаемых больше. В комплексной форме записи эти уравнения принимают вид: = [

= [ ;

= [ Таким образом, по векторной диаграмме, представленной на рис.4.33, видно, что вектор напряжения (на зажимах фазы, включенной встречно) больше по сравнению с векторами .

Рис.4.33. Векторная диаграмма для встречного включения одной из

обмоток электродвигателя.

Большие различия в напряжениях на обмотках возникают при вынутом роторе. Новый способ маркировки выводов фаз трехфазных электродвигателей теоретически обоснован, прост в реализации и успешно применяется на практике и в учебном процессе.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя

изменением числа полюсов

Синхронная угловая частота вращения асинхронного двигателя зависит от частоты питающего напряжения и от числа пар полюсов статора р (5.31) или синхронная частота вращения

(5.45)

Вследствие этого изменением числа пар полюсов можно регулировать частоту вращения двигателя. У двигателей с переключением числа полюсов обмотка каждой фазы состоит обычно из двух одинаковых частей, в одной из которых изменяется направление тока путем переключения этих частей с последовательного на параллельное соединение [12].

Такое переключение (рис.5.16) приводит к уменьшению числа

полюсов вдвое и, следовательно, к увеличению вдвое синхронной частоты вращения машины. Присоединение обмоток производят переключением обмотки статора по схеме, приведенной на рис.5.17, а, где осуществлен

Рис.5.16. Схема переключения обмоток статора асинхронного

двигателя с последовательного на параллельное соединение.

S, N – полюса обмоток.

переход от одиночной «звезды», или по схеме рис. 5.17, б , где произведено переключение с «треугольника» на двойную «звезду».

Рис. 5.17. Схемы переключения обмоток статора асинхронного

двигателя: а - со «звезды» на двойную «звезду»; б – с «треугольника»

на двойную «звезду».

Переключение обмотки статора со «звезды» на двойную «звезду» (рис.5.17, а) приводит увеличению частоты вращения вдвое, которое целесообразно производить при постоянном моменте. Последнее легко может быть доказано следующим путем.

При соединении обмоток в одинарную «звезду» мощность,

потребляемая двигателем, равна

(5.46)

где U - линейное напряжение, В; - номинальный ток, А.

а для двойной «звезды»

Если предположить, что cos cos и не учитывать потери в двигателе, то развиваемая им мощность при вдвое большей частоте вращения будет в 2 раза больше мощности двигателя при низкой частоте вращения. Если с увеличением частоты вращения двигателя пропорционально растет мощность, то момент двигателя остается неизменным. (5.47)

Механические характеристики двухскоростного двигателя, частота вращения которого регулируется при постоянном моменте, приведены на рис.5.18.

Рис. 5.18. Механические характеристики двухскоростного

асинхронного двигателя, регулируемого с постоянным моментом.

Следует отметить, что при регулировании частоты вращения вниз от к двигатель, как это показано пунктиром, переходит в

генераторный режим с отдачей энергии в сеть.

Для соединения обмотки в «треугольник» (рис. 5.17, б) потребляемая двигателем мощность

(5.48 )

а при соединении в двойную «звезду»

(5.49 )

Сравнение двух последних выражений показывает, что при переключении на высшую частоту вращения мощность, развиваемая двигателем, изменяется незначительно (примерно на 15%, если принять, что cos cos ). В этом случае целесообразно использовать такой двигатель для механизмов, частота вращения которых

регулируется при постоянной мощности. Механические характеристики, иллюстрирующие возможность регулирования скорости вращения двухскоростного двигателя при постоянной мощности, показаны на рис.5.19.

Рис. 5.19.Механические характеристики двухскоростного

асинхронного двигателя, регулируемого с постоянной мощностью.

Кроме двухскоростных двигателей, применяются трехскоростные двигатели, имеющие, дополнительно еще одну непереключаемую обмотку, а также четырехскоростные двигатели, в статоре которых обычно закладываются две независимые обмотки на разные числа полюсов, каждая из которых переключается по одной из указанных

выше схем. Чтобы не производить переключений в обмотке ротора, двигатели с переключением полюсов выполняют с короткозамкнутым ротором, так как в нем распределение намагничивающей силы всегда

соответствует числу полюсов статорной обмотки.

Регулирование частоты вращения, достигаемое переключением полюсов, дает определенный ряд частот вращения, обусловленный частотой тока в сети и числом полюсов. Например, для практически применяемых четырехскоростных двигателей можно получить такие синхронные частоты вращения ( 3000/1500/1000/500; 3000/1500/750/375; 1 500/1000/750/500; 1 000/750/500/375. Из изложенного следует, что диапазон регулирования достигает

(6 : 1)…(8 : 1). Увеличивать этот диапазон практически нецелесообразно, так как уменьшение синхронной частоты вращения ниже

n = 375 приводит к значительному увеличению габаритов

двигателя. Регулирование частоты вращения переключением полюсов происходит ступенчато. Вместе с тем рассматриваемый способ регулирования является весьма экономичным, так как в процессе изменения скорости отсутствукт выделение дополнительных потерь в роторной цепи, вызывающее издишний нагрев двигателя и ухудшение его КПД. Механические характеристики многоскоростных АД имеют хорошую жесткость и достаточную перегрузочную способность. Благодаря своим преимуществам двигатели с переключением полюсов находят широкое применение там, где не требуется плавного регулирования частоты, например в некоторых металлорежущих станках в целях уменьшения количества механических передач. Их применяют также для вентиляторов, насосов и для привода других механизмов и машин в различных областях хозяйственной

деятельности.