2.10. Универсальный асинхронный двигатель

Универсальным асинхронным двигателем (УАД) называется двигатель, рассчитанный на работу от сети трехфазного и однофазного тока. Их проектируют как трехфазные, но при этом учитывается работа от однофазной сети, в частности, при выборе соотношения числа пазов статора и ротора, воздушного зазора и ряда других параметров. Двигатель имеет на статоре симметричную трехфазную обмотку и короткозамкнутый ротор. При работе от сети трехфазного тока обмотка статора соединяется в звезду. В однофазную сеть он обычно включается по схеме на рис. 2.20.

а б

Рис. 2.20. Схемы включения универсального асинхронного двигателя в однофазную сеть

Несмотря на то, что в двигателе три обмотки, при включении его по схеме 2.20, а  возникают две МДС, сдвинутые в пространстве на 90º. В случае правильного подбора емкости схемы обеспечивает круговое вращающее поле лишь в режиме, соответствующем частоте вращения, при котором двигатель в трехфазном симметричном режиме имеет cos φ=0,5. При этом двигатель (в однофазном режиме) может отдавать ту же мощность, что и в трехфазном. Однако в в однофазном режиме он имеет недостаточную перегрузочную способность, поэтому при однофазном питании по схеме рис. 2.20, а  за номинальную мощность двигателя принимается мощность, равная 70÷80 % от номинальной мощности трехфазного двигателя.

Схема рис. 2.20, б обеспечивает  круговое поле лишь при частоте вращения, при которой двигатель в трехфазном режиме имеет cos φ = 0,867, но при этом ток в конденсаторной обмотке в раз превышает номинальный, что недопустимо.

За номинальную мощность двигателя в однофазном режиме принимается мощность, равная 70÷85 % от номинальной мощности трехфазного двигателя.

Фактически, схема на рис. 2.20, б равноценна схеме двухфазного двигателя, у которого фаза А состоит из двух фаз трехфазного двигателя с числом витков (вектор F_A в раз длиннее вектора F_B),а фаза В есть фаза трехфазного двигателя с числом витков w_Ф. Коэффициент    трансформации    двухфазного  двигателя k = w_A /w_B = . Известно, что круговое поле получается при таком скольжении, при котором:

1) k = tg φ = или φ = 30⁰ ,что соответствует cosφ = 0,866 трехфазной машины, и

2) x_С = x_A1 + x_B1.

Считая известными параметры обмоток трехфазного двигателя (обозначим их индексом «ф»), параметры двухфазного двигателя получим по следующим формулам:

для фазы А

1) активное сопротивление статора r_SA = 2r_Ф;

2) реактивное сопротивление статора x_SA = 3x_Ф;

3) реактивное сопротивление взаимоиндукции x_mА= 3x_mф;

4) активное сопротивление ротора, приведенное к статору

r_RA = 2r’_2Ф;

5) реактивное   сопротивление ротора, приведенное к статору                                                 x_RA = 2x’_2Ф;

для фазы В

1) активное сопротивление статора r_SB = r_Ф;

2) реактивное сопротивление статора x_SB = x_Ф;

3) реактивное сопротивление взаимоиндукции x_mB = x_mф;

4) активное сопротивление ротора, приведенное к статору

r_RB = (2/3) r’_Ф2;

5) реактивное сопротивление ротора, приведенное к статору

x_RB = (2/3) x’_2ф.

Включение двигателя по схеме рис.2.20, б обеспечивает мощность порядка 75 % мощности трехфазного двигателя. Рассмотренная схема не является единственной. Существует целый ряд более сложных схем, которые позволяют получать значительно лучшие пусковые и рабочие характеристики.