Лекция 5 2. Асинхронные микродвигатели

§ 2.1. Общие сведения

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, сosφ);

• 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;

1. с пусковым конденсатором;

2. с пусковым и рабочим конденсатором;

3. с рабочим конденсатором;

4. 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 Ф_пр и Ф_об, 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 0.

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:

• Однофазный двигатель не имеет собственного пускового момента. В этом его характерная особенность и главный недостаток.

• Двигатель не имеет определенного направления вращения. Оно зависит от первичного толчка.

• Для однофазного двигателя не возможен режим электромагнитного тормоза (при s_кр < 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 s_кр = 0,25 (а) и s_кр = 0,5 (б).

Рис.2.3. Зависимость максимального момента однофазного асинхронного двигателя от активного сопротивления ротора

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 f_P.1 = f₁·s = 5 Гц), а частота тока от обратного поля – близка к двойной частоте сети (f_P.2 = f₁·(2 – s) = 95 Гц).

Поскольку индуктивное сопротивление обмотки ротора пропорционально частоте, ток ротора (I_P.2), отстает от ЭДС (E_P.2), индуцированной в нем обратным полем статора (Ф_С.2), на угол близкий к 90^о (tgY_P.2 = x_P.2/r_P). Магнитный поток Ф_Р.2, созданный током I_P.2, находится почти в противофазе к обратному полю статора Ф_С.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 Ф_Р.2 оказывается на столько сильным, что обратное поле статора Ф_С.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_B2. Тогда

(2.1)

Ток однофазного двигателя

(2.2)

Знаменатель выражения (2.2) является входным сопротивлением однофазного двигателя. Его можно представить (индекс А опущен) как

(2.3)

где: Z_c - полное сопротивление обмотки статора; Z_mр1, Z_mр2 - полные сопротивления контуров намагничивания и ротора токам прямой и обратной последовательностей.

Сопротивлению Z_вх (2.3) соответствует схема рис. 2.4, которая и будет схемой замещения однофазного микродвигателя.

Рис.2.4. Схемы замещения однофазного асинхронного микродвигателя

Задача 2.1.Во сколько раз (приблизительно) ток холостого хода однофазного двигателя отличается от тока холостого хода симметричного трехфазного двигателя ?