57) Асинхронные двигатели при однофазном питании

Если снабдить статор двигателя только одной однофазной обмоткой (рис. 14.33), то переменный ток в ней будет возбуждать в машине, пока ее ротор неподвижен, переменное магнитное поле, ось которого тоже неподвижна. Это поле будет индук­тировать в обмотке ротора ЭДС, под действием которой в ней возникнут токи. Взаимо­действие токов ротора с магнитным полем статора соз­даст электромагнитные силы f противоположно на­правленные в правой и левой половинах ротора. Вслед­ствие этого результирующий момент, действующий на ротор, окажется равен нулю. Следовательно, при на­личии одной обмотки начальный пусковой момент од­нофазного двигателя равен нулю, т. е. такой двига­тель сам с места тронуться не может.

Применяются два способа создания в двигателях, подключаемых к одной фазе сети, начального пуско­вого момента, в соответствии с чем эти двигатели де­лятся на двухфазные и однофазные.

Однофазные асинхронные двигателине развивают начального пускового момента. Но если ротор однофазного двигателя раскрутить в любую сторону при помощи внеш­ней силы, то в дальнейшем этот ротор будет вращаться самостоятельно и может развивать значительный вращающий момент.

Сходные условия создаются у трехфазно­го двигателя при перегорании предохраните­ля в одной из фаз. В таких условиях од­нофазного питания трехфазный двигатель будет продолжать работать. Только во из­бежание перегрева двух обмоток, остающих­ся включенными, необходимо, чтобы на­грузка двигателя не превышала 50—60 % номинальной.

Работу однофазного двигателя можно объяснить на основании того, что перемен­ное магнитное поле можно рассматривать как результат наложения двух магнитных по­лей, вращающихся в противоположные стороны с постоянной угловой ско­ростью ю/р. Амплитудные значения магнитных потоков этих полейФ_1mиФ_11m оди­наковы и равны половине амплитуды магнитного потока переменного поля машины: Ф_1m=Ф_11m =Ф_m /2

Простое графическое построение (рис, 14.36) показывает, как в результате сло­жения двух одинаковых магнитных потоков Ф_1mиФ_11m, вращающихся в противо­положные стороны, получается магнитный поток, изменяющийся по синусоидаль­ному закону: Ф =Ф_M sinωt,В однофазном двигателе это положение справедливо, только пока ротор не­подвижен. Рассматривая в этих условиях переменное поле как складывающееся из двух вращающихся полей, можно заключить, что под действием обоих этих полей в обмотке ротора будут одинаковые токи. Токи ротора, взаимодействуя с вращающи­мися полями, создают два одинаковых вращающихся момента, направленных в про­тивоположные стороны и уравновешивающих друг друга.

Это равенство двух моментов нарушается, если привести ротор во вращение в любом направлении. В этих условиях вращающий момент, создаваемый прямо вращающимся полем (короче, прямым полем), т. е. полем, вращающимся в ту же сто­рону, что и ротор, становится значительно больше момента, развиваемого обратно вращающимся полем (короче, обратным полем), благодаря чему ротор может не только самостоятельно вращаться, но и приводить во вращение какой-либо механизм.

Ослабление противодействующего момента при вращении ротора вызывается ослаблением обратного поля. Относительно этого поля, вращающегося против направления вращения ротора, скольжение ротора равно: , где— скольжение ротора по отношению к прямому полю.

Это выражение показывает, что частота токов, индуктируемых в роторе обратным полем, относительно высока — близка к удвоенной частоте сети. Для токов такой повышенной частоты индуктивное сопротивление ротора во много раз больше его активного сопротивления, вследствие чего токи, индуктируемые обратным полем, становятся почти чисто реактивными. Поле этих токов оказы­вает сильное размагничивающее действие на поле, их индуктирующее, следовательно, на обратное поле двигателя. Благодаря этому при малых скольжениях s₍результи­рующее магнитное поле машины становится почти круговым вращающимся полем, а противодействующий момент обратного поля в этих условиях мал.

Для каждого из полей мы можем применить известные нам кривые зависимости момента от скольжения обычного трехфазного асинхронного двигателя и определить результирующий моментМ как разность прямогоМ₁ и обратного М₁₁моментов (рис. 14.37). Существенной особенностью однофазного двигателя является наличие небольшого отрицательного моментаМ₀ при синхронной частоте вращения ротора по отношению к прямому полю.

Возрастание скольжения при увеличении нагрузки вызывает у однофазного двигателя не только увеличение тока, индуктируемого прямым полем, но и уве­личение тормозного момента обратного по­ля, вследствие чего работа однофазного дви­гателя значительно менее устойчива, чем трех­фазного, а его максимальный момент сущест­венно меньше. Вследствие ряда дополните­льных потерь КПД однофазного двигателя значительно ниже, чем трехфазного.

Задача пуска в ход однофазного двига­теля решается посредством применения того или другого пускового устройства. Чаще всего это дополнительная обмотка, подоб­ная второй обмотке двухфазного двигателя, но отключаемая по окончании пуска, так как она рассчитывается лишь на кратковре­менную нагрузку током. Последовательно с этой обмоткой включается то или иное фазосмещающее устройство.