§ 2.3. Свойства фазосдвигающих элементов

Рассмотрим двигатель с двумя обмотками А и В, сдвинутыми в пространстве на 90 эл. градусов (рис. 2.5). Будем считать, что обмотки совершенно одинаковые, т.е. Z_A = Z_B (диаграмма токов для этого случая показана на рис. 2.6,а). Для того, чтобы образовалось вращающееся магнитное поле, необходим сдвиг токов во времени, поэтому в цепь обмотки В включим фазосдвигающий элемент Z_фс.

Рис. 2.5. К вопросу о свойствах фазосдвигающих элементов

Если использовать активное сопротивление (рис. 2.6,б), ток в фазе В уменьшится по величине, но станет более активным. Его вектор приблизится к вектору напряжения и между токами образуется временной сдвиг b. Если же использовать индуктивность (рис. 2.6,в), ток в фазе В тоже уменьшится по величине, но станет более реактивным. Его вектор отойдет от вектора напряжения и между токами опять образуется временной сдвиг b. В случае включения конденсатора, ток в фазе В станет опережающим (рис.2.6,г).

Анализ диаграмм токов на рис. 2.6 позволяет сделать вывод, что наилучшими фазосдвигающими свойствами обладает емкость. Только она обеспечивает сдвиг токов во времени на угол, близкий к 90º. К тому же она еще и улучшает сosφ двигателя.

Рис. 2.6. Диаграммы токов двухфазного двигателя с различными фазосдвигающими элементами

Активное сопротивление и индуктивность сдвигают токи на угол, далеко не равный 90º. Кроме того, индуктивность ухудшает соsφ двигателя.

Задача 2.2. Определить угол между векторами токов в фазах А и В, если U = 220 В, Z_A = Z_B = 20 + j20 Ом и : а) Z_фс = R = 20 Ом; б) Z_фс = X_L = j20 Ом; в) Z_фс = X_с = -j20 Ом.

§ 2.4. Получение кругового поля в конденсаторном микродвигателе

Рис.2.7. Схема включения конденсаторного двигателя (общий случай)

Рассмотрим двигатель с двумя обмотками А и В (рис.2.7). Последовательно с обмоткой В кроме конденсатора С включено добавочное сопротивление R_д , а главная обмотка питается от сети через делитель напряжения.

Необходимым условием получения кругового поля является равенство нулю одной из последовательностей токов, например, обратной

(2.4)

Это значит, что

(2.5)

Обозначим через коэффициент α отношение напряжения на обмотке А к напряжению сети U_B: α = U_A /U_B

Раскрывая полные сопротивления Z_B1 и Z_A1 , получим

Используя (1.21), выразим параметры обмотки В через параметры обмотки А :

Комплексное число равно нулю, если равны нулю действительная и мнимая части:

(2.7)

Таким образом, если одновременно выполнить условия (2.6) и (2.7), поле в двигателе станет круговым.

На практике круговое поле в конденсаторном двигателе получают одним из следующих способов:

1) подбором емкости конденсатора С и коэффициента трансформации k;

2) подбором емкости конденсатора С и соотношения фазных напряжений α ;

3) подбором емкости конденсатора С и добавочного сопротивления R_д .

1. Получение кругового поля подбором емкости конденсатора и коэффициента трансформации. При R_д = 0, α = 1 (рис. 2.8) уравнения (2.6), (2.7) принимают вид

Рис.2.8. Схема включения (а) и векторная диаграмма (б) конденсаторного двигателя при R_д = 0 и α = 1

Решая первое уравнение системы (2.8), найдем коэффициент трансформации

где φ_A - угол между током и напряжением фазы А.

Решая второе уравнение системы (2.8), найдем емкостное сопротивление конденсатора

Или с учетом k = x_A1 /r_A1; k² x_A1 = x_B1

Зная x_c , легко определить емкость конденсатора, мкФ

C = 10⁶/(2πfx_c).

Поскольку полные сопротивления r_A1, x_A1, x_B1 зависят от скольжения, а коэффициент трансформации и емкость конденсатора должны иметь конкретные значения, круговое поле в двигателе будет иметь место лишь при определенном скольжении S. Таким скольжением чаще всего выбирают скольжение S = 1 или S = S_ном. Во всех остальных режимах, т.е. при всех остальных скольжениях, поле в микродвигателе будет эллиптическим.

На рис. 2.8,б построена векторная диаграмма асинхронного конденсаторного двигателя при круговом поле, из которой можно определить рабочее напряжение конденсатора - второй, после емкости, важный параметр конденсатора

1. Получение кругового поля подбором емкости конденсатора и соотношения фазных напряжений

Рис.2.9. Схема включения конденсаторного двигателя при R_Д = 0 и α ≠ 1

В этом случае (рис. 2.9) уравнения (2.6), (2.7) принимают следующий вид

Решая систему (2.9), найдем

2. Получение кругового поля подбором емкости конденсатора и добавочного сопротивления

Рис.2.10. Схема включения конденсаторного двигателя при R_Д = 0 и α = 1

Схема включения показана на рис. 2.10. Уравнения (2.6), (2.7) принимают вид

Откуда находим:

Данный способ имеет одно ограничение: разность kx_A1 – k²r_A1 должна быть > 0.

Необходимо еще раз подчеркнуть, что все три способа позволяют получить круговое поле только при одном скольжении. При всех других оно становится эллиптическим.