2. Асинхронні розщіплювачі фаз

Асинхронний РФ – це асинхронна машина, яка одночасно виконує функції однофазного двигуна та трифазного генератора. Обмотку статора РФ виконують у вигляді трифазної не симетричної зірки з різним числом пазів на полюс і фазу, але з однаковим число витків у котушкових групах (рис. 9.5).

Рис. 9.5. Принципова схема з’єднання обмоток статора асинхронного розщіплювача фаз

Дві фази зірки С1 - та - С2 створюють двигунову обмотку, а третя – С3- С4 – генераторну. Двигунова обмотка увімкнена до обмотки власних потреб трансформатора й слугує для обертання машини. Генераторна обмотка створює третю фазу й підключена до двигунової в точці, яка забезпечує найкращу симетрію напруг на виході РФ при певному навантаженні.

Якщо по двигуновій обмотці тече однофазний синусоїдний струм, то в магнітній системі створюється синусоїдний потік. Тому створюється пульсуюче поле, яке може бути замінене полями, які обертаються в протилежних напрямах: пряме й інверсне. При нерухомому роторі поля не скомпенсовані, й тому пусковий момент . Якщо ротор довести до частоти обертання в тому чи іншому напрямі, то він буде обертатись в той бік, в який був запущений.

Для зменшення втрат енергії та інверсного поля стержні клітки ротора виконуються з мінімальним активним опором. Пряме магнітне поле, перетинаючи генераторну обмотку, наводить в ній ЕРС. Напруги генераторної та двигунової обмоток створюють трифазну систему, до якої вмикаються допоміжні трифазні асинхронні машини. При несиметричному навантаженні лінійні струми трифазної системи різні. Сумарна потужність дорівнює сумі потужностей трьох фаз.

а) б)

Рис. 9.6. Розрахункова схема обмоток статора розщіплювача фаз (а) та його векторна діаграма (б)

Введемо позначення фаз: С1 - – 1; - С2 – 3; С3- С4 – 5. Ці обмотки мають різні числа пазів на полюс і фазу: ; ; . Розрахункова схема подана на рис. 9.6, а.

Двигунові фази 1 та 3 замінюються фіктивною фазою 13, ефективне число витків якої

,

де

- обмотковий коефіцієнт фіктивної фази;

- числа витків фаз 1;3.

Обмоткові коефіцієнти фаз 1, 3, 5 визначаються, як і для звичайної трифазної обмотки з фазною зоною 60°. Обмотковий коефіцієнт фіктивної фази 13, яка займає фазну зону 120°, близький до 0,8 , оскільки коефіцієнт розподілу для неї

, (9.7)

де

= .

Кути між фазами (рис. 9.6 , б):

;

.

Двигунова фіктивна фаза 13 споживає від обмотки трансформатора намагнічуючий струм й активний струм , компенсуючий втрати в сталі, механічні, від інверсного поля в роторі й механічне навантаження на валу РФ :

(9.8)

Як в синхронному РФ, струм фіктивної двигунової обмотки 13 повинен також компенсувати гальмівний момент струму та випереджувати його на кут ρ = 90°.

МРС фіктивної фази 13

, (9.9)

В дійсності ця МРС створюється струмами в фазах 1 і 3 (рис. 9.6, а):

(9.10)

Крім того,

звідки

.

Врахувавши в (9.10) одержимо:

(9.11)

Порівнюючи (9.9) та (9.11) і враховуючи, що

одержимо

(9.12)

Векторна діаграма асинхронного РФ (рис. 9.6, б) наведена без врахування полів зворотної послідовності. Використовуючи її, можливо визначити струми й напруги обмоток.

Повна потужність навантаження РФ (кВт):

де

- сумарні активна й реактивна потужності всіх елементів навантаження;

- кут зсуву за фазою між струмом та напругою для і-го елемента навантаження.

Звідси струм навантаження (А):

Векторна діаграма ( рис. 9.6, б) будується в такій послідовності.

Будується вектор , потім –

,

.

Перпендикулярно до будується вектор (активним опором нехтують) та . За формулою (9.12) будується , а потім . ЕРС , та визначають за співвідношенням витків , , і зображають під кутами β та γ до вектора . Враховуючи вектори , , визначають фазні напруги та й лінійні напруги , , . Звичайно побудова діаграми потребує коригування, оскільки струм повинен бути в фазі з вектором , точне розташування якого на початку побудови невідоме.

Підбором чисел витків у фазах 1, 3, 5 досягають мінімальної не симетрії трифазної системи при номінальному навантаженні.

Для зменшення впливу індуктивних опорів обмоток РФ на симетрію трифазних напруг та покращення умов пуску допоміжних машин між генераторною фазою 5 та двигуновою 3 (затискачі С2 – С3) вмикають конденсатор С. Це сприяє також підвищенню коефіцієнта потужності системи, зменшенню струмів, а отже й спаду напруги в фазах розщіплювача, оскільки ємнісний струм компенсує індуктивний, який протікає в генераторній фазі.

Навантаження РФ в роботі не залишається постійним. Воно змінюється при вмиканні та вимиканні допоміжних машин. Тому для стабілізації фазних напруг РФ конденсатор розділяється на окремі частини, які вмикаються сумісно з різними допоміжними машинами.

Для визначення втрат в короткозамкненому роторі від інверсного поля слід знайти його МРС:

(9.13)

Звідки

й

де

- число пазів ротора РФ;

- активний опір фази демпферної обмотки.

При проектуванні РФ перевіряють трифазні напруги не тільки для нормальної роботи допоміжних машин, але й для їхніх пускових режимів. При цьому відомими методами знаходять симетричні складові прямої та зворотної послідовностей напруг і визначають пускові моменти допоміжних машин:

де - пусковий момент двигуна при симетричній напрузі.

За одержаними значеннями пускових моментів при несиметричній напрузі вибирають тип допоміжної машини.

При вмиканні однофазної напруги на двигунову обмотку асинхронний РФ не має пускового моменту . Тому необхідний розгонний двигун, або паралельно до генераторної фази та однієї з двигунових фаз вмикають пусковий резистор R, який після запуску автоматично вимикається контактом. При цьому створюється в режимі пуску еліптичне поле, при котрому момент значно зменшений.

Контрольні запитання

1. Пояснити, як створюється обертове магнітне поле в трифазному статорі асинхронного двигуна. Пояснити принцип дії асинхронного двигуна.

2. Пояснити принцип створення обертового магнітного поля в двофазному асинхронному двигуні.

3. Як вмикаються трифазні асинхронні двигуни для живлення від однофазної мережі? Навести приклади схем та пояснити їх дію.

4. Що таке розщіплювач фаз? Де він застосовується та навіщо?

5. Пояснити принципову схему та принцип дії синхронного розщіплювача фаз.

6. Навести та пояснити векторну діаграму синхронного розщіплювача фаз.

7. Які особливості експлуатації синхронного розщіплювача фаз при змінній потужності навантаження?

8. Яка принципова схема та принцип дії асинхронного розщіплювача фаз?

9. Навести та пояснити векторну діаграму асинхронного розщіплювача фаз.

10. Які особливості пуску та експлуатації асинхронного розщіплювача фаз при змінній потужності навантаження?

Розділ 10. Загальні відомості про мікроелектродвигуни