§ 9.14. Поворотные автотрансформаторы и трансформаторы

Асинхронный двигатель с контактными кольцами может быть использован для плавного изменения в широких пределах напряжения. Обмотки статора и ротора трехфазного поворотного автотрансформатора (рис 9.22) соединены между собой электрически с помощью гибких соединительных проводников таким образом, чтобы ротор машины мог свободно поворачиваться в пределах от 0 до 180°.

При подключении поворотного автотрансформатора к сети об­мотка ротора создаст вращающееся магнитное поле, которое в обеих обмотках будут наводить э. д. с. E₁ и Е₂. При совпадении осей обмоток электродвижущая сила обмотки ротора E₁ будет почти полностью уравновешивать напряжение U₁ Электродвижущая сила E₂ совпадает по фазе с напряжением U₁ и складывается с ним (рис. 9.23). На выходе машины действует U₂= E₂+U₁. При повороте

Рис. 9.22. Поворот­ный автотрансфор­матор

Рис.9.23. Векторная диаграмма напряжений

поворотного автотрансформатора.

ротора изменяется расположение осей обмоток статора и ротора и, следовательно, между векторами Е₂ и U₁ образуется некоторый угол смещения а. Так как напряжение на выходе автотрансформа­тора U’₂ равно геометрической сумме E₂+ U₁, то оно уменьшается. При повороте ротора на 180 эл. град, на выходе машины устанав­ливается минимальное напряжение U_2мин. Таким образом, напря­жение на выходе поворотного автотрансформатора может меняться

в пределах от U_2МАКС =U₁+E₂ до U_2МИН= U₁— Е₂.

Поворотные автотрансформаторы применяются в лабораториях, в схемах автоматики, в распределительных сетях, для регулиро­вания рабочих режимов ртутных выпрямителей и т.д.

Поворотные трансформаторы или фазорегуляторы представляют собой трехфазную асинхронную машину с контактными кольцами. Ротор машины затормаживается посредством червячной передачи. В отличие от поворотного автотрансформатора обмотки статора и ротора между собой электрически не связаны. Фазорегулятор пред­назначен для изменения фазы вторичного напряжения относитель­но первичного напряжения. Величина вторичного напряжения при этом остается неизменной.

Изменение фазы вторичного напряжения осуществляется пово­ротом ротора относительно статора. Первичное напряжение под­водится к обмотке статора, вторичное напряжение U₂=U₁ сни­мается с зажимов роторной обмотки.

Поворотные трансформаторы широко применяются в измери­тельной технике и схемах автоматических устройств.

§ 9.15. Однофазный асинхронный двигатель

Однофазный асинхронный двигатель состоит из статора с уло­женной в eго пазы однофазной обмоткой и короткозамкнутого ро­тора (рис. 9.24) в виде беличьей клетки.

При питании обмотки статора однофазным переменным током возникает пульсирующее магнитное поле, которое может быть разложено на два вращающихся в пространстве с одинаковой скоростью, но в противоположные сторо­ны поля (рис 9.25)

Рис. 9.24. Схема одно­фазного асинхронного дви­гателя

Амплитуды этих полей равны половине амплитуды вращающегося пульсирующего поля

Результирующий момент, действующий на ротор, будет равен нулю, и ротор останется неподвижным.

Если ротор двигателя привести во вращение, то прямое поле, т. е. поле, имеющее одинаковое направление вращения с ротором, будет наводить в роторной обмотке ток частотой

Обратное поле, имеющее направление вращения обратное вращению ротора, будет наводить в его обмотке ток частотой

Р-ис. 9.25. Пульсирующее поле и вращающий момент однофазного асинхрон­ного двигателя

Отсюда токи, наведенные обратным полем в обмотке ротора, име­ют значительно большую частоту, чем токи, наведенные прямым полем. Так, при f₁=50 гц и s=0,05, частоты f_2I =2,5 гц, I_2II = =97,5 гц.

Рис. 9.26. Моменты вращения однофазного двигателя

Рис9.27. Пусковые схемы однофазных двигателей

а) с емкостью в цепи пусковой обмотки

б)с индуктивностью в цепи пусковой обмотки

Индуктивное сопротивление обмотки ротора при такой частоте будет во много раз больше ее активного сопротивления, токи почти чисто реактивными и на обратное поле они будут действовать размагничивающе. Вращающий момент практически весьма мал.

Величина результирующего момента на роторе двигателя вы­ражается суммой ординат M_I и M_II (рис. 9.26). При малых зна­чениях скольжения s, т. е. при работе двигателя с номинальной нагрузкой, вращающий момент М создается в основном за счет момента M₁ . При s_I = s_II =1 моменты M_I = M_II и результирующий момент равен нулю. Двигатель самостоятельно не может начать вращение.

Для пуска однофазных асинхронных двигателей применяют специальные схемы (рис. 9.27). Например, пуск двигателя осуще­ствляется созданием в нем на время пуска вращающегося магнит­ного поля. -Для этого в пазы статора закладываетcя дополнитель­ная пусковая обмотка, сдвинутая в пространстве относительно ра­бочей обмотки на 90 эл. град. Чтобы переменные токи в рабочей и дополнительной обмотках были сдвинуты по фазе на 90° и создавали вращающееся магнитное поле, последовательно с пусковой обмот­кой включаются активное или индуктивное сопротивления или емкость. Пуск такого двигателя осуществляется непосредственным включением в сеть.

При включении в пусковую обмотку активного или индуктив­ного сопротивлений (рис. 9.27, а) получить требуемый сдвиг фаз на 90 эл. град, нельзя и пусковой момент двигателя мал. При использовании емкости (рис. 9.27, б) это условие осуществляется, и двигатель развивает значительный начальный пусковой мо­мент.

Однофазные двигатели, работающие с постоянно включенным в их дополнительную обмотку конденсатором, называются конден­саторными двигателями. Если пусковая обмотка с конденсатором используется только в период пуска, то двигатель называется с конденсаторным пуском.

Конденсаторные, двигатели обладают рабочими характеристи­ками, немного уступающими рабочим характеристикам трехфазных двигателей. Однако их пусковой момент составляет всего 0,2 0,4 М_Н. Улучшить пусковые свойства двигателя можно при вклю­чении двух конденсаторов: пускового, отключаемого после того, как двигатель разовьет скорость 0,7—0,8 n_H, и рабочего, включен­ного постоянно последовательно в рабочую обмотку.

Коэффициент мощности конденсаторных двигателей () сос­тавляет 0,780,93, к. п. д. =0,6—0,75.