Контрольные вопросы
1. Построить и определить длину вектора пульсирующей МДС как результат сложения двух векторов (F1 = F2 = = Fm/2), вращающихся в противоположные стороны, в моменты времени t = 0; t = 1/8·Т; t = 2/8·Т; t = 3/8·T; t = 4/8·T, где Т – период (время одного оборота). В мом ент времени t = 0 МДС совпадают.
2. Построить вектор МДС, получаемый как сумму двух вращающихся в разные стороны МДС F1 и F2 = 0,25·F1 в моменты времени: t = 0; t = 1/8 T; t = 2/8·T; t = 3/8·T; t = 4/8·T. При t = 0 F1 и F2 совпадают.
3. Определите во сколько раз ωэ.max и ωэ.min отличаются от синхронной ω1 , если F2 = 0,5F1?
4. Определить, во сколько раз величина круговой МДС при θ = 100о и β = 80о отличается от значения при θ = β = 90о.
5. Разложить графически несимметричные системы векторов, изображенные на рис. 1.13 на симметричные составляющие.
а б в
Рис.1.13. Системы векторов к задаче 5
6. При каком условии сопротивление схемы замещения ZA1 будет равно сопротивлению схемы замещения ZA2, а ZB1 = ZB2?
7. Определить пусковой момент несимметричного двухфазного двигателя, параметры схемы замещения которого
хсA = 26Ом; rсA = 34 Ом; xmA = 430 Ом; m = 2; rрA= 30 Ом;
xрA = 22 Ом; f = 50 Гц; U = 220 В.
2. Асинхронные двигатели малой мощности
2.1. Общие сведения
Асинхронные двигатели малой мощности (АДММ) выполняют те же функции, что и обычные силовые двигатели средней и большой мощности. Поэтому к ним предъявляются аналогичные требования:
1) высокие энергетические показатели (КПД, сosφ);
2) хорошие пусковые свойства (большой пусковой момент при малом пусковом токе).
Двигатели получили большое распространение благодаря простоте конструкции, высокой надежности, хорошей технологичности.
В подавляющем большинстве случаев они имеют на статоре две обмотки, сдвинутые на 90 эл. градусов. Одна обмотка включается в сеть непосредственно и называется главной. Другая включается в сеть через фазосдвигающий элемент и называется вспомогательной (пусковой). Ротор всегда короткозамкнутый.
В зависимости от использования вспомогательной обмотки и от фазосдвигающего элемента асинхронные микродвигатели подразделяются на 5 групп:
1) с пусковым сопротивлением;
2) с пусковым конденсатором;
3) с пусковым и рабочим конденсатором;
4) с рабочим конденсатором;
5) с экранированными полюсами.
Двигатели первой и второй групп пускаются как двухфазные, но при достижении скорости, близкой к номинальной, вспомогательную обмотку отключают и они продолжают работать как однофазные.
2.2. Принцип действия и основные особенности однофазных асинхронных микродвигателей
При питании однофазной обмотки статора переменным током возникает пульсирующее магнитное поле, которое можно представить двумя круговыми полями Фпр и Фоб, вращающимися в разные стороны (рис.2.1). Каждое из этих полей индуцирует в обмотке ротора ЭДС и токи. Токи ротора, взаимодействуя с соответствующим полем статора, создают вращающие моменты (М1 и М2). При неподвижном роторе эти моменты совершенно одинаковы, поэтому результирующий момент микродвигателя равен нулю.
Рис. 2.1. Представление пульсирующего Рис. 2.2. Механическая характерис-
поля двумя вращающимися тика однофазного асинхронного
двигателя
Механическую характеристику однофазного двигателя можно получить сложением вращающих моментов прямого (М1) и обратного (М2) полей (рис. 2.2). Анализ этой характеристики позволяет сделать следующие выводы:
1) Однофазный двигатель не имеет собственного пускового момента. В этом его характерная особенность и главный недостаток.
2) Двигатель не имеет определенного направления вращения. Оно зависит от первичного толчка.
3) Для однофазного двигателя не возможен режим электромагнитного тормоза (при sкр < 1).
При одном и том же нагрузочном моменте, что и у симметричного трехфазного или двухфазного двигателя, однофазный будет иметь большее скольжение, следовательно, большие потери в роторе и меньший КПД..
Перегрузочная способность однофазного двигателя зависит от активного сопротивления ротора. В последнем легко убедиться, рассматривая рис.2.3, где приведены механические характеристики двух двигателей с sкр = 0,25 (а) и sкр = 0,5 (б).
Итак, при пуске однофазного двигателя (s = 1) в нем возникает пульсирующее магнитное поле. Но если привести его во вращение, поле станет эллиптическим. Объясняется это следующим образом.
При работе двигателя с небольшим скольжением, например s = 0,1, частота тока в роторе от прямого поля статора близка к нулю (при f1 = 50 Гц, fP.1 = f1,·s = 5 Гц), а частота тока от обратного поля – близка к двойной частоте сети (fP.2 = f1·(2 – s) = 95 Гц).
а б
Рис.2.3. Зависимость максимального момента однофазного асинхронного двигателя от активного сопротивления ротора
Поскольку индуктивное сопротивление обмотки ротора пропорционально частоте, ток ротора (IP.2), отстает от ЭДС (EP.2), индуцированной в нем обратным полем статора (ФС.2), на угол близкий к 90о (tgYP.2 = xP.2 /rP). Магнитный поток ФР.2, созданный током IP.2, находится почти в противофазе к обратному полю статора ФС.2 и в значительной мере его ослабляет.
Рис. 2.4. Векторная диаграмма потоков
Получается, что в двигателе имеет место прямое поле и небольшое обратное поле. Они вместе образуют одно результирующее поле – эллиптическое. При работе двигателя в режиме холостого хода, когда скольжение близко к нулю (s ≈ 0), демпфирующее действие обратного потока ротора ФР.2 оказывается на столько сильным, что обратное поле статора ФС.2 практически пропадает и результирующее поле становится почти круговым.
Схему замещения однофазного микродвигателя получим, если в (1.24) положим UB = 0, ZB1 = ZB2 = ∞. Тогда
(2.1)
Ток однофазного двигателя
(2.2)
Знаменатель выражения (2.2) является входным сопротивлением однофазного двигателя. Его можно представить (индекс А опущен) как
Zвх = Z1/2+ Z2 /2 = ( Zc /2+ Zmp1/2)+(Zc /2+ Zmp2 /2) =
= Zc + Zmp1 /2 + Zmp1 /2. (2.3)
где: Zc – полное сопротивление обмотки статора; Zmр1, Zmр2 – полные сопротивления контуров намагничивания и ротора токам прямой и обратной последовательностей.
Сопротивлению Zвх (2.3) соответствует схема рис. 2.4, которая и будет схемой замещения однофазного микродвигателя.
Рис.2.4. Схемы замещения однофазного асинхронного микродвигателя