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 способность, 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.
В зависимости от вида пускового элемента, включаемого во вспомогательную фазу, различают однофазные двигатели с пусковым сопротивлением (рис. 58, а) и с пусковой емкостью (рис. 58, б).
Пусковое сопротивление может быть внешним, т. е. расположенным вне обмотки и включенным с нею последовательно, или внесенным. Двигатели с внесенным во вспомогательную обмотку сопротивлением называются также двигателями с повышенным сопротивлением пусковой фазы. В этом случае пусковая обмотка обычно выполняется с бифилярными катушками проводом уменьшенного сечения. Двигатели с пусковой емкостью или внешним сопротивлением называются однофазными двигателями с пусковыми элементами.
Однофазные конденсаторные двигатели имеют или две емкости — пусковую и рабочую (рис. 58, в), или только одну — рабочую (рис. 58, г). Пусковой конденсатор включается только на период пуска и служит для увеличения пускового момента.
В последние годы выпускаются универсальные асинхронные микродвигатели, предназначенные для работы как от трехфазной, так и от однофазной сети. При включении в трехфазную сеть фазы обмотки двигателя включаются треугольником или звездой в зависимости от номинального напряжения сети. В однофазную сеть двигатели включаются по одной из схем (рис. 59). При таких схемах однофазная сеть должна соответствовать большему номинальному напряжению двигателя. Так, например, если двигатель имеет номинальные напряжения 127/220 В, то в однофазном режиме он должен работать при напряжении 220 В.
Рис. 58. Схемы однофазных асинхронных двигателей: а — с пусковым сопротивлением, б — с пусковой емкостью, в — с пусковой и рабочей емкостями (конденсаторный двигатель), г — с рабочей емкостью: А — главная обмотка, В — вспомогательная обмотка, Rп—пусковое сопротивление, Сп —пусковая емкость, Ср - рабочая емкость
Рис. 59. Схемы включения трехфазной обмотки в однофазную сеть: а — при соединении обмоток в звезду с параллельно включенной емкостью, б — при параллельном соединении главной и вспомогательной обмоток