Спец.машины / Лекции / Лекц12

5. АСИНХРОННЫЕ МИКРОДВИГАТЕЛИ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

5.1. Принцип действия и основные особенности однофазных асинхронных микродвигателей

Асинхронные микродвигатели (АМД) выполняют те же функции, что и обычные силовые двигатели средней и большой мощности. Поэтому к ним предъявляются аналогичные требования:

высокие энергетические показатели (КПД, cos );

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

иназывается главной. Другая включается в сеть через фазосдвигающий элемент

иназывается 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.

5.2. Свойства фазосдвигающих элементов

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. 5.1). Каждое из этих полей индуцирует в обмотке ротора ЭДС и токи. Токи ротора, взаимодействуя с соответствующим полем статора, создают вращающие моменты ( М 1 и М 2 ). При

неподвижном роторе эти моменты совершенно одинаковы, поэтому результирующий момент микродвигателя равен 0.

Механическую характеристику однофазного двигателя можно получить сложением вращающих моментов прямого ( М 1 ) и обратного ( М 2 ) полей (рис. 5.2). Анализ этой характеристики позволяет сделать следующие выводы:

однофазный двигатель не имеет собственного пускового момента. В

этом его характерная особенность и главный недостаток.

Поскольку индуктивное сопротивление обмотки ротора пропорционально

Магнитный поток ФP.2 , созданный током I P.2 , находится почти в противофазе к обратному полю статора ФС .2 и в значительной мере его ослабляет.

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 ФP.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 U B 0, Z B1 Z B 2 . Тогда

Знаменатель выражения (5.2) является входным сопротивлением однофазного двигателя. Его можно представить (индекс A опущен) как

ZВХ Z1 2 Z2 2 Zc 2 Zm p1 2 Z0 2 Zm p2 2 Zc Zm p1 2 Zm p2 2 . (5.3)

где: Zc – полное сопротивление обмотки статора; Z m p1 , Zm p2 – полные

сопротивления контуров намагничивания и ротора токам прямой и обратной последовательностей.

Сопротивлению Z вх (5.3) соответствует схема рис. 5.4, которая и будет схемой замещения однофазного микродвигателя.

Рис. 5.4. Схемы замещения однофазного асинхронного микродвигателя

5.3. Получение кругового поля в конденсаторном микродвигателе

Создание кругового вращающего поля возможно только в одном конкретном режиме с определенным значением скольжения (например, при пуске, или в номинальном режиме). При несоответствии заданного режима двигатель работает при эллиптическом поле, т.е. его характеристики ухудшаются.

Для сравнения: При круговом поле с емкостным сопротивление смещения фаз характеристики однофазного конденсаторного АД являются лучшими, чем у симметричного трехфазного АД (т.к. наличие емкости увеличивает cosφ и потребляемую мощность).

6. АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ПУСКОВЫМ КОНДЕНСАТОРОМ

Двигатель пускают как однофазный, а при достижении определенной частоты вращения вспомогательную обмотку отключают и он продолжает работать как однофазный (рис. 6.1)

Рис. 6.1. Схема включения (а) и механическая характеристика (б) асинхронного двигателя с пусковым конденсатором

В целях лучшего использования обмоток, главную обмотку укладывают в 2/3

пазов статора, а вспомогательную – в 1/3 пазов статора. Число витков вспомогательной обмотки, емкость конденсатора выбирают исходя из условия получения кругового поля при пуске. Правда, поскольку NZA NZB , для расчета k и xc следует использовать формулы ( . ).

На рис. 6.2 приведена круговая диаграмма пусковых токов при изменении емкости конденсатора.

Рис.6.2. Круговая диаграмма пусковых токов асинхронного двигателя с пусковым конденсатором

Известно, что пусковой момент несимметричного двухфазного асинхронного двигателя пропорционален произведению амплитуд МДС фаз A, B и синусам

углов их пространственного q и временного b сдвигов (1.10). Поскольку q 90 ,

перпендикуляр, проведенный через центр окружности к продолжению вектора тока I AK

M П .max ~ ambm ,

после чего нетрудно определить емкость конденсатора, обеспечивающего этот момент.

чтобы в сумме с емкостью рабочего конденсатора он обеспечил заданную величину пускового момента Ì Ï Ì Í Î Ì 2 2, 2 .

Рис.6.4. Схема включения (а) и механическая характеристика (б) асинхронного двигателя с

пусковым и рабочим конденсаторами

Энергетические показатели данного двигателя практически не уступают

6.3. Асинхронный двигатель с пусковым сопротивлением

Двигатель пускается как несимметричный двухфазный, а при достижении частоты вращения, близкой к номинальной, пусковая обмотка автоматически отключается (рис. 6.5).

Как и в двигателе с пусковым конденсатором, в этом двигателе рабочая обмотка занимает 2/3 пазов, пусковая – 1/3 пазов статора.

Рис.6.5. Схема включения (а) и механическая характеристика (б) асинхронного двигателя с пусковым сопротивлением

В целях увеличения временного сдвига токов, рабочую обмотку стремятся выполнить с большим числом витков проводом большого сечения, а пусковую обмотку – с небольшим числом витков проводом малого сечения. В результате xSP xSП ; rSП rSP . Иногда для уменьшения индуктивного сопротивления

пусковой обмотки часть ее витков наматывают бифилярно. Это еще больше усиливает разность xSП и xSP .

На рис. 6.6 приведена круговая диаграмма пусковых токов асинхронного двигателя с пусковым сопротивлением. Согласно (6.11) и здесь пусковой момент пропорционален отрезку ab

Рис.6.6. Круговая диаграмма пусковых токов асинхронного двигателя с пусковым сопротивлением

Хотя при пуске поле эллиптическое, двигатель имеет сравнительно высокий пусковой момент Ì Ï Ì Í Î Ì что достигается значительным увеличением потока пусковой обмотки. Последнее получается за счет уменьшения ее числа витков Ô U 4, 44 fwÏ kÎ Ï .

Энергетические показатели, как и любого однофазного двигателя, невысокие:

КПД = 40-70 %, cos 0,5 0, 6; Ì MAX Ì Í Î Ì 1, 4 2 .

Данные двигатели благодаря своей простоте и низкой стоимости широко применяются в холодильниках, стиральных машинах, вообще, там, где требуется кратковременная работа, или энергия, потребляемая в течение суток, сравнительно невелика.