Тема 4.6. Однофазные асинхронные двигатели.

В некоторых производственных и жилых помещениях отсутствует трехфазная сеть, а есть только однофазная. В таком случае используют однофазные двигатели. Обычно применяют АД с кз ротором, мощность которых составляет не более 7 кВт. На статоре расположена однофазная обмотка. Она может быть получена из трехфазной обмотки путем удаления фаз В и С, т.о. 2/3 пазов оказывается пустыми, что приводит к плохому использованию стали двигателя. Поэтому при получении однофазной обмотки из трехфазного соединяют последовательно-встречно фазы АХ и СZ. А пазы фазы BY пустые.

Ось объединенной фазы АС сдвинута в пространстве относительно оси фазы BY на 90 градусов.

Однофазная обмотка на статоре создает пульсирующую волну МДС, которую можно разложить на две вращающихся волны с равенством амплитуды и частоты, но встречным направлением вращения. Уравнение пульсирующей волны МДС: F=F_1msin(ωt)∙cos(πx/τ), где τ=z/2p – полюсное деление, cos(πx/τ) –распределение МДС в пространстве, х – расстояние от оси обмотки. Согласно тригонометрическому разложению, получим:

Прямо и обратновращающиеся волны МДС взаимодействуют с кз ротором также как и 3Ф АД. В начальный момент пуска ротор неподвижен. Прямовращающаяся волна создает пусковой момент М_пускпр; обратновращающаяся создает М_{пускобр} эти моменты равны и противоположно направлены, т.е. результирующий момент равен нулю – недостаток 1Ф АД. Если к ротору приложить внешний вращающий момент, в любом из направлений, то ротор будет вращаться. Если внешний вращающий момент совпадает понаправлению с прямовращающейся волной, то скольжение можно записать так: S_пр= (n₁-n₂)/n₁, S_обр=(n₁-(-n₂))/n₁ = (n₁+n₂)/n₁= (n₁+ n₁(1- S_пр))/ n₁= 2- S_пр

Механическая характеристика 1Ф АД может быть получена как сумма от механических характеристик прямо и обратновращающих моментов.

При 0< S_пр<1 АМ в отношении прямого поля находится в режиме двигателя.

При 1< S_пр<2 АМ в отношении прямого поля находится в режиме ЭМТ.

При 0< S_обр<1 АМ отношении обратного поля находится в режиме двигателя.

При 1< S_пр<2 АМ в отношении прямого поля находится в режиме ЭМТ.

Если в отношении прямого поля АМ двигатель, то в отношении обратного поля АМ это ЭМТ. Аналогично в отношении обратного поля, т.е. 1Ф АД имеет встроенный тормоз, что ухудшает рабочие свойства двигателя.

Прямовращающая волна МДС создает прямовращающееся магнитное поле, которое индуктирует в обмотках ротора ЭДС, частота которой f_2пр = f₁ S_пр. Обратновращающаяся волна МДС создает обратновращающееся магнитное поле, которое наводит в роторе ЭДС частоты f_2обр = f₁ S_обр = f₁(2–S_пр)

Пример. Пусть двигатель работает со скольжением S_пр =0,05= S_ном следовательно f_2пр = 50*0,05 = 2,5 Гц; f_2обр = 50(2–0,05)= 97,5 Гц. Т.е. частота ЭДС и тока в роторе от действия обратного поля примерно в два раза выше частоты питающей сети. При таких частотах индуктивное сопротивление рассеивания ротора гораздо выше активного сопротивления, поэтому ток в роторе будет почти чисто реактивный исоздаваемы тормозной момент весьма мал. Рабочие характеристики 1Ф АД могут быть получены с помощью схемы замещения, но в отличие от 3Ф АД, у 1Ф АД схем замещения две: для прямого поля и обратного. Рабочие характеристики 1Ф АД подобны рабочим характеристикам 3Ф АД, но КПД и cosφ меньше, т.к. в роторе имеют место электрические потери от тока I′2обр, а в стали ротора – магнитные потери, пропорциональные частоте обратного поля. Скольжение в номинальном режиме больше, чем у 3Ф АД той же мощности.

Пуск однофазного двигателя. Для создания пускового момента на статоре однофазного двигателя помещают дополнительную пусковую обмотку, которую располагают под углом 90 эл. град к основной. При сдвиге по фазе тока дополнительной обмотки по отношению к току основной создается вращающееся в большинстве случаев эллиптическое поле и возникает пусковой момент. Обычно основная обмотка А занимает 2/3 пазов, а дополнительная пусковая В — 1/3. Основную и дополнительную обмотки соединяют по одной из схем, приведенных на рис. 1. (Схемы соединения, векторные диаграммы токов обмоток и моментные характеристики двигателей: а — с пусковым активным сопротивлением; б — с пусковой индуктивностью; в — с пусковой емкостью)

Следует заметить, что сдвиг токов на 90 эл. град можно получить лишь при включении в цепь дополнительной обмотки емкости (рис. 4.54, в). При включении пусковой обмотки, в цепи которой имеются токосмещающие элементы, разгон двигателя происходит по кривой 1. При отсутствии пусковой обмотки зависимость момента от скольжения представлена кривой 2. На рисунке видно, что при малых скольжениях (порядка 0,1) кривая 1 пересекает кривую 2 и располагается ниже ее. Следовательно, при малых скольжениях момент двигателя при включенной пусковой обмотке становится меньше, поэтому пусковую обмотку рассчитывают на кратковременную работу, и после достижения скорости вращения порядка 70 ÷ 80% номинальной ее отключают центробежным выключателем или с помощью реле, характеристика переходит с точки а в точку б, и дальнейший разгон происходит по кривой 2 двигателя с одной обмоткой на статоре. В точке в, в которой момент механической характеристики равен номинальному М_н,устанавливается режим работы двигателя. Нерабочие участки кривых на рисунке показаны пунктиром.

После отключения пусковой обмотки двигатель работает как однофазный с одной обмоткой на статоре.