22. Однофазные асинхронные двигатели. Конденсаторный двигатель.

Области применения.

Асинхронные двигатели небольшой мощности (15 — 600 Вт) применяют в автоматических устройствах и электробытовых приборах для привода вентиляторов, насосов и другого оборудования, не требующего регулирования частоты вращения. В электробытовых приборах и автоматических устройствах обычно используют однофазные микродвигатели, так как эти приборы и устройства, как правило,получают питание от однофазной сети переменного тока.

Принцип действия и устройство однофазного двигателя.

Обмотка статора однофазного двигателя (рис. 4.60, 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, МДС пульсирует во времени с частотой сети. Индукция в произвольной точке воздушного зазора

Вх = Вm sin ωt cos (πх/τ).

Таким образом, в однофазном двигателе обмотка статора создает неподвижный поток, изменяющийся во времени, а не круговой вращающийся поток, как в трехфазных двигателях при симметричном питании.

Выводы

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

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

в) рабочие характеристики однофазного двигателя хуже, чем трехфазного; он имеет повышенное скольжение при номи нальной нагрузке, меньший КПД, меньшую перегрузочную спо собность, что также объясняется наличием обратного поля;

г) мощность однофазного двигателя составляет примерно 2/3 от мощности трехфазного двигателя того же габарита, так как в однофазном двигателе рабочая обмотка занимает только 2/3 пазов статора. Заполнять все пазы статора

Поскольку включение второй обмотки существенно улучшает механическую характеристику двигателя, в некоторых случаях применяют однофазные двигатели, в которых обмотки А и В включены все время (рис. 4.63, а). Такие двигатели называют конденсаторными. Обе обмотки конденсаторных двигателей занимают, как правило, 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. 4.63,б) и уменьшения тока часть конденсаторов Сн 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 на характеристике 1. Конденсаторный двигатель имеет высокий cos ?. Недостатками его являются сравнительно большая масса и габариты конденсатора, а также возникновение несинусоидального тока при искажениях питающего напряжения, которое в ряде случаев приводит к вредному воздействию на линии связи.

23. Устройство и принцип действия синхронного генератора.

Устройство:

Статор синхронной машины (СМ) называется якорем. На статоре расположена трехфазная обмотка, равномерно распределенная по пазам (обмотка якоря). Число полюсов обмотки статора равно числу полюсов ротора.

Ротор СМ называется индуктором и имеет обмотку возбуждения (ОВ), питаемую постоянным током . Токоподвод осуществляется через два контактных кольца и щетки. Машины малой мощности могут иметь возбуждение от постоянных магнитов. По конструкции ротора различают явнополюсные и неявнополюсные СМ (рис.3.1).

В неявнополюсной конструкции примерно одна треть полюсного деления ротора свободна от пазов и представляет собой , так называемый, большой зуб. Такая конструкция обеспечивает высокую механическую прочность ротора и используется в двухполюсных машинах, имеющих высокую частоту вращения ротора (турбогенераторы и мощные синхронные двигатели - турбомоторы).

Принцип действия синхронного генератора:

На рис. 6.13 приведена схема включения синхронного генератора. Ротор генератора приводится во вращение от двигателя любого типа с частотой вращения  . В цепь трехфазной обмотки якоря ОЯ включена трехфазная нагрузка с параметрами фазы   . В цепь обмотки возбуждения включено регулировочное сопротивление   , при помощи которого регулируется ток  , и следовательно, ЭДС фазных обмоток  . Фазные обмотки имеют параметры  .

Рис. 6.13

Магнитная индукция вдоль внутренней поверхности статора распределена по синусоидальному закону:  . При равномерном вращении ротора  , а магнитная индукция  . ЭДС фазы статора будет также изменяться по синусоидальному закону:

Частота   ЭДС определяется числом пар полюсов ротора   и скоростью его вращения.

При увеличении числа пар полюсов пропорционально увеличивается частота:

Действующее значение ЭДС фазы определяется формулой, аналогичной для асинхронного двигателя и трансформатора:

где   — число витков обмотки фазы статора,   — обмоточный коэффициент. Очевидно, что  , если принять

Так как частота вращения ротора должна быть постоянной, то ЭДС фазы можно регулировать только изменением потока  , воздействуя на ток возбуждения.

Токи трехфазной статорной обмотки создают свое магнитное поле, которое вращается в ту же сторону, что и магнитное поле ротора. Вращение маг-нитных полей синхронно, что и послужило основанием для названия синхронных машин.

Взаимодействие магнитных полей ротора и статора создает электромагнитный момент  , препятствующий вращению ротора.

Поскольку магнитные поля ротора и статора действуют в одной магнитной цепи, то они влияют друг на друга. Влияние поля статора на поле ротора называют реакцией якоря.

МДС обмотки возбуждения создает основной поток возбуждения   , который индуктирует в каждой фазе обмотки якоря ЭДС   . Под действием тока якоря   на активном сопротивлении фазы возникает падение напряжения  . При работе синхронной машины как в генераторном так и в двигательном режимах, обмотка якоря создает поток рассеяния   , с которым связано появление ЭДС самоиндукции   . Ее можно заменить падением напряжения   где и   — индуктивное сопротивление и индуктивность, связанные с потоком рассеяния.

Явление реакции якоря можно учесть введением ЭДС   , где   , а   — индуктивность, связанная с полем реакции якоря. ЭДС  и   могут быть представлены одной суммарной эквивалентной ЭДС  Сопротивление   называют синхронным сопротивлением. При переменной нагрузке генератора  считают постоянным.