Работа трехфазного асинхронного двигателя в однофазной сети

В некоторых случаях возникает необходимость подключения трехфазного асинхронного двигателя к сети однофазного тока. При этом несколько искажается механическая характеристика и увеличивается ток пуска в сети.

Существует несколько схем включения трехфазного двигателя в сеть однофазного тока (рис.42). Рабочая обмотка однофазного тока получается за счет последовательного соединения обмоток двух фаз трехфазного двигателя. Обмотка третьей фазы выполняет роль пусковой. Пуск такого двигателя осуществляется аналогично однофазному ЭД. Включение пускового конденсатора осуществляют только на время пуска и он отключается при достижении ротором скорости 70-80% от номинальной.

А с_п N А N А N

с_р

с_р

с_Р

с_п с_п

а) б) в)

А N а) с_р 2700(I/U₁);

R_а б) с_р 2800(I/U₁);

в) с_р 4800(I/U₁);

I – фазный ток в обмотке статора

U₁ – напряжение однофазной

сети;

U_конд= 1.3U₁;

с_п = (2.5 – 3) с_р;

г) R_а = 1.5 z_к.з; z_к.з=U₁/3 k_ίI_

Рис.42 Схемы включения трех фазного двигателя в однофазную сеть

Лекция №7

Синхронный трехфазный двигатель

Синхронный двигатель трехфазного тока создает устойчивое сохранение частоты вращения или угловой скорости.

Статор этого двигателя устроен также как и асинхронного. Обмотка статора соединенная в звезду или треугольник создает при подключении к сети трехфазного тока вращающееся магнитное поле.

Ротор, кроме короткозамкнутых витков, имеет обмотку возбуждения, которая через два контактных кольца и щетки подключена к источнику постоянного тока, составляющего 0.3 – 3.0 % от мощности синхронной машины. Назначение обмотки возбуждения – создание в машине постоянного магнитного поля ротора. Ротор вместе с обмоткой возбуждения называется также индуктором (рис.43).

С А В + 

R_возб

К.з. обмотка

R_разр

обмотка

возбужд.

Рис.43 Схема синхронного двигателя

Короткозамкнутая обмотка предназначена:

1. - пуск двигателя в режиме асинхронного;

2. - успокоение качания ротора при работе.

П ри разгоне двигателя вращающееся магнитное поле статора взаимодействует с короткозамкнутой обмоткой и разгоняет ротор в режиме асинхронного. При достижении скорости, составляющей 95 – 98% от синхронной, в обмотку возбуждения ротора подается постоянный ток, и двигатель втягивается в синхронизм (рис.44). В момент пуска обмотка возбуждения, во избежание пробоя ее изоляции, замыкается на активное сопротивление. При включении постоянного тока это сопротивление отключается.

М

М_п

(0.95-0.98)₀ ₀ 

Рис.44 Механическая характеристика синхронного двигателя

Угловая скорость ротора остается практически постоянной независимо от момента сопротивления или вращающего момента, т.е.:

 = ₀ = const.

На самом деле эта скорость колеблется при изменении нагрузки около ₀, так как магнитно-силовые линии, связывающие магнитные поля статора и ротора, упруги. Упругая связь проявляется в том, что если двигатель нагружать, то ротор какое-то время отклоняется от оси магнитного поля статора на угол «  » - силовой угол, изменяющий величину в зависимости от нагрузки (рис.45). При увеличении нагрузки угол возрастает.

N ось ротора

_{предельное} = 90

 ось магнитного поля статора

S

Рис.45 Отклонение оси ротора от оси магнитного поля статора

Для определения устойчивой работы и перегрузочной способности синхронного двигателя служит угловая характеристика (рис.46), отражающая зависимость развиваемого двигателем момента «М» от угла сдвига фаз () между напряжением (U) и ЭДС (Е) двигателя.

Уравнение угловой характеристики синхронного двигателя носит синусоидальный характер и имеет вид

М = М_maxsin  (37)

Анализ (37) показывает, что с увеличением «» в диапазоне от 0 до 90, момент, развиваемый двигателем, увеличивается и достигает своего максимума при  = 90 (sin 90= 1). Дальнейшее увеличение угла «» сопровождается падением момента (рис.46) и «выпадением» из синхронизма.

+М М_max

180 90 М_н

 20-25 90 180 

М_max

Рис.46 Угловая характеристика синхронного двигателя

Номинальный момент двигателя соответствует 20 - 25.

Главное преимущество синхронного двигателя по сравнению с асинхронным – высокое значение коэффициента мощности (cos ).

В сельском хозяйстве эти двигатели применяются для привода крупных насосов оросительных систем.

Недостаток – нельзя сделать момент вхождения в синхронизм (М_вх) и пусковой момент (М_п) большими. По условиям пуска синхронный двигатель хуже асинхронного.

Регулирование скорости ротора синхронного двигателя

Практически скорость СД не регулируется.

Теоретически скорость ротора меняется изменением частоты тока

 = ₀ = 2₁/р,

причем «_1» должна изменяться плавно. Нельзя скачкообразно, т.е. числом пар полюсов (р), т.к. резко возрастает ток ротора и он перегреется.