48.Включение ад в однофазную цепь.

На практике нередко возникает необходимость применения трехфазных двигателей в однофазных цепях. В этих случаях двигатель может работать либо как однофазный с конденсатором, либо как однофазный конденсаторный с постоянно включенной рабочей емкостью, имея меньшие значения КПД, полезной мощности и cosφ, чем в трехфазном режиме. Наилучшие эксплуатационные показатели дает второй режим, обеспечивающий получение вращающегося магнитного поля, близкого к круговому, при этом номинальная мощность достигает 76….85% от мощности , указанной на щитке двигателя.

Для двигателей, имеющих 3 вывода обмотки статора чаще всего применяются схемы включения в однофазную сеть, показанные на рис.1.

Рис. 1 - Схемы включения в однофазную сеть трехфазного АД имеющего три (а,б) или шесть ( в,г) выводов обмотки статора

При таких соединениях обмоток статора двигатель должен включаться в однофазную сеть с напряжением, равным номинальному напряжению трехфазного двигателя. Для увеличения пускового момента могут включаться пусковые конденсаторы, как показано на рис.1 (а и б) пунктиром. Если пуск происходит без нагрузки, конденсатор С_п не используется. При шести выводах обмотки трехфазный двигатель имеет два номинальных напряжения, например, 127/220B.

Если напряжение однофазной сети соответствует большому напряжению двигателя (220В), лучше использовать схему, показанную на рис.1 (в). В противном случае необходимо воспользоваться схемой рис.1 (г), при этом мощность двигателя значительно уменьшается.

Таким образом, при выборе трехфазного двигателя для включения в однофазную сеть следует стремиться к тому, чтобы напряжение сети соответствовало большему номинальному напряжению двигателя.

Необходимая величина рабочей емкости рассчитывается, исходя из напряжения сети U_с и номинального тока фазы двигателя:

Для сети с частотой 50 Гц коэффициент K = 2800 (для схем на рис.1,а и в), K  = 4800 (для схемы на рис.1,б), К = 1600 (для схемы на рис.1,г).

Для того, чтобы получить пусковой момент, близкий к номинальному, необходимо выбрать емкость пускового конденсатора в пределах:

Напряжение на конденсаторах U_к определяется схемой включения. Для схем на рис.1 (а) и (б) U_к ≥U_с, для схем на рис.1 (в) и (г) U_к ≥ 2U_с.

Поскольку после отключения двигателя от сети конденсаторы сохраняют на своих зажимах напряжение, опасное для человека, необходимо при ремонте и при наладке двигателя после каждого его отключения от сети конденсатор разрядить, для чего могут быть использованы разрядные сопротивления или последовательно соединенные лампы накаливания.

49.Вращающееся магнитное поле двухфазного тока.

Обмотка, создающая вращающееся поле, представляет собой m-фазную систему, т.е. состоит из mобмоток, которые сдвинуты друг относительно друга в пространстве и по которым протекают токи, сдвинутые во времени. Каждая из обмоток фаз создает пульсирующий поток (неподвижный в пространстве и изменяющийся во времени), сдвинутый относительно других в пространстве и во времени. Если все обмотки фаз имеют одинаковое число витков и сдвинуты в пространстве на электрический угол γ₂ = 2π /m (электрический угол – это пространственный угол, умноженный на число пар полюсов р_м ), токи имеют одинаковую амплитуду I_m и частоту f и сдвинуты во времени на угол β= 2π /m, то результирующее магнитное поле будет круговым. Это означает, что поток представляет собой вектор постоянной длины, вращающийся в пространстве с постоянной угловой скоростью. Конец этого вектора описывает окружность, его значение Ф= (m /2)Ф_м, где Ф_м - амплитудное значение потока обмотки фазы. Условия

γ₂=2π /m ; β = 2π /m ; I_m1 = I_m2 =... = I_mm    (2.1)

называют условиями кругового поля в m - фазной машине. В электрических машинах переменного тока для создания вращающегося поля используются в основном трехфазные (рис. 2.1.,а) и двухфазные (рис.2.1.,б) обмотки.

Рис. 2.1

При этом в качестве двухфазной обмотки используется половина четырехфазной, поэтому условия кругового поля в двухфазной обмотке совпадают с четырехфазной, но значение вектора результирующего поля вдвое меньше. Процесс образования кругового вращающегося поля в трехфазной машине, для которой условия (2.1) принимают вид

γ_э = 120° ; β = 120°; I_m1 = I_m2 = I_m3   (2.2)

можно пояснить графически на примере машины с одной парой полюсов (рис.2.2).

Рис.2.2

Мгновенные значения потока Ф обмоток фаз изменяются по закону изменения токов (рис. 2.2,а). Каждый из потоков можно представить вектором, направление которого совпадает с осью обмотки фазы. Берем мгновенные значения потоков в различные моменты времени, откладываем по соответствующим пространственным осям (рис.2.2,б) и в каждый момент времени строим результирующий поток Ф. Нетрудно убедиться, что в любой момент времени поток Ф = (³/₂ ) Ф_м и за один период изменения тока он поворачивается на один оборот. В многополюсной машине (р_м> 1 ), частота ЭДС, наводимой в обмотке вращающимся магнитным полем, пропорциональна не только угловой скорости поля, но и числу пар полюсов. Одному обороту соответствует рм период изменения ЭДС. Чтобы привести в соответствие пространственный и временной углы, вводят понятие электрического угла, равного пространственному, умноженному на число пар полюсов: γ_э = γр_м. Таким образом, вся окружность машины соответствует электрическому углу 360°р_м.

Следовательно, в многополюсной машине за один период тока поле повернется на угол, соответствующий одной паре полюсов, а полный геометрический оборот поле завершит за р_м периодов тока. Угловая скорость магнитного поля, называемая синхронной скоростью машины переменного тока, будет равна (рад/с)

ω₁= 2πf /р_м   (2.3)

т.е. угловая скорость магнитного поля прямо пропорциональна частоте тока и обратно пропорциональна числу пар полюсов обмотки. Синхронная частота вращения (об/мин)

n₁ = 60f /р_м

Если изменить порядок чередования любых двух обмоток фаз, то вектор магнитного поля будет вращаться в противоположную сторону. Следует отметить, что когда говорят о круговом вращающемся магнитном поле машины, то имеют в виду пространственную волну индукции, создаваемую в воздушном зазоре и вращающуюся в угловой скоростью ω1. Для двухфазной машины условия кругового поля (2.1) принимают вид:

γ _э =90° ; β = 90° ; I_м1 = I_м2   (2.4)

и вращающийся вектор поля Ф = Ф_м.

Электрическую машину и режим ее работы, подчиняющиеся условиям (2.1), называют симметричными. При отклонении углов γ_э и β или соотношения амплитуд токов от условий (2.1) магнитное поле становится эллиптическим и режимы называют несимметричными.