8.2. Двигатели переменного тока
Принцип действия двигателей переменного тока основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля, создаваемого переменным током в обмотках статора (неподвижной части двигателя), с вихревыми токами, индуцируемыми в обмотках ротора (подвижной части двигателя). Электродвигатели, частота вращения которых определяется частотой вращения магнитного поля статора, равной частоте питающего напряжения, называются синхронными, в другом случае — асинхронными.
Как и в двигателях постоянного тока, пусковой ток в двигателях переменного тока чрезмерно велик из-за малого сопротивления обмоток статора и ротора при малой скорости вращения. Пример схемы ограничения пускового тока ротора асинхронного двигателя постоянного тока приведен на рис. 44. Обмотка статора включена в сеть через реле максимального тока РМ1 и РМ2. Их контакты в линии 1 соединены последовательно с обмоткой контактора Л и обесточат ее в случае чрезмерно большого тока в цепи питания двигателя. Контакты контактора Л подключают статор к сети, шунтируют кнопку пуска КНП и включают катушку блокировочного реле РБ в цепи 2. В цепь ротора включены пусковые резисторы R1, R2, R3, ограничивающие ток ротора, а также катушки токовых реле РУ1, РУ2, РУЗ. Их нормально замкнутые контакты находятся в цепях 3, 4, 5. В этих же цепях стоят катушки контакторов У1, У2, УЗ. Контакты этих контакторов могут замыкать секции R1, R2, R3.
Рис. 44. Схема
пуска асинхронного электродвигателя
переменного тока
Цепь управления защищается предохранителями ПР. После включения пакетного выключателя и нажатия кнопки КНП срабатывает контактор JI. Его контакты подключают статор к сети и шунтируют кнопку КНП. Двигатель начинает вращаться, по его ротору течет большой ток, в результате чего срабатывают реле РУ1, РУ2, РУЗ, размыкающие свои контакты в цепях 3, 4, 5. Одновременно замыкаются контакты контактора JI в цепи 2, что вызывает срабатывание блокировочного реле РБ и замыкание его контактов в цепи питания цепей 3, 4, 5. Реле РБ обеспечивает включение питания цепей 3, 4, 5только после размыкания контактов РУ1, РУ2, РУЗ. По мере разгона двигателя ток в роторе падает. Первым отпускается реле РУ1, что вызовет срабатывание контактора У1, закорачивание секции R1 и скачкообразное увеличение тока ротора. По мере разгона двигателя ток в роторе опять уменьшится, что вызовет отпускание контактора РУ2, срабатывание реле У2 и закорачивание секции R2. Последним сработает контактор УЗ, который закоротит секцию R3, после чего исчезнут ограничения тока ротора, а двигатель будет находиться в рабочем режиме. Реле У1, У2, Уз дублируют контакторы РУ1, РУ2, РУЗ, но они необходимы для обеспечения некоторой инерционности схемы управления, предотвращающей повторное кратковременное срабатывание контакторов РУ 1, РУ2, РУЗ в момент скачкообразного роста тока ротора при закорачивании секций R1, R2, R3, что вызвало бы отпускание реле У1, У2, УЗ.
При нажатии кнопки КнС отпустится контактор Л и обесточится как статор двигателя, так и схема пуска, все реле и контакторы вернутся в исходное состояние, и цепь ротора будет готова к новому пуску.
В системах управления наибольшее применение нашли асинхронные двигатели. В зависимости от числа фаз питающего напряжения различают:
однофазные двигатели, имеющие небольшую мощность и используемые главным образом в нерегулируемых электроприводах (например, в вентиляторах);
двухфазные, в которых сравнительно легко поддается регулированию частота вращения и крутящий момент, что обусловило их широкое применение в регулируемых электроприводах устройств автоматики;
трехфазные, применяемые в нерегулируемых электроприводах мощностью до нескольких киловатт (приводы станков, компрессоров, насосов).
Синхронные электродвигатели мощностью от долей до нескольких сотен ватт используются в тех случаях, когда требуется поддерживать постоянную частоту вращения (в самописцах, механических задатчиках, лентопротяжных механизмах).
В целом электродвигатели переменного тока по сравнению с двигателями постоянного тока имеют следующие преимущества:
более надежны и долговечны;
широкий диапазон регулирования частоты вращения и крутящего момента;
малые потери за счет трения;
не создают помехи для работы электронной аппаратуры;
менее инерционны.
Однако они (при прочих равных условиях) уступают двигателям постоянного тока по следующим параметрам:
массе и габаритным размерам;
КПД (обычно не более 10...25 %);
величине пускового момента и быстродействию.
Вследствие низкого КПД эти двигатели в основном используют в стационарных устройствах, питаемых от промышленной электросети. Управление скоростью вращения двухфазных асинхронных двигателей осуществляется путем изменения напряжения питания на основе обратной связи по скорости вращения и состоянию рабочего органа.