Тема 6 (лекція 13 AD c3

зменшуються. У підсумку маємо cos₁ > cos_1х (рис. 4.25, б).

Принципово, батареї конденсаторів, які підключають до статорних обмоток АД (споживача електричної енергії), можуть бути з’єднані між собою у зірку (рис. 4.26, а) або трикутник (рис. 4.26, б). При з’єднанні у трикутник конденсаторна батарея знаходиться під лінійною U_л напругою мережі, а при з’єднанні у зірку – під фазною U_ф. Оскільки , то для включення у трикутник потрібні більш дорогі, розраховані на більшу напругу конденсатори, ніж для схеми зірка.

Р

Рис. 4.26. Схема підключення батареї конденсаторів, з’єднаних у зірку (а) та трикутник (б)

азом з тим, оскільки при з’єднанні у трикутник , а у зірку – I_л = I_ф, то для отримання однакової компенсації індуктивного струму ємність трикутника повинна бути утричі меншою ніж ємність зірки.

При компенсації реактивних навантажень споживачів електричної енергії, в тому числі і АД, розрізняють три варіанти розміщення батарей конденсаторів: індивідуальне, групове і централізоване.

Індивідуальне розміщення є найбільш ефективним, але і найбільш дорогим у порівнянні з іншими. При цьому конденсатори встановлюють біля кожного з двигунів (споживачів). Групове розміщення, коли батареї приєднують до шин силових розподільчих пунктів, дає можливість покращити ефективність використання конденсаторів, але при цьому ділянка мережі від силового пункту до споживача не розвантажується від реактивних струмів.

Вказаних недоліків немає при централізованій компенсації реактивної потужності. За цим варіантом конденсатори встановлюють на шинах трансформаторної підстанції (пункту живлення) з боку високої чи низької напруги.

Стосовно схеми живлення групи АД, наведеної на рис. 4.24, а, конденсаторні батареї краще розташувати на початку лінії електропередачі 2, тобто на виході із пункту живлення 1.

4.1.13. Однофазний асинхронний двигун та схеми живлення трифазних асинхронних двигунів від джерела однофазного змінного струму.

Однофазні асинхронні двигуни (ОАД) потужністю (15...600) Вт використовують в автоматичних пристроях і електропобутових приладах. Зовні і за конструктивним виконанням більшості елементів вони практично не відрізняються від трифазного АД. Основна різниця полягає у виконанні статорної обмотки.

Обмотка статора ОАД розташована у пазах осердя, які займають приблизно 2/3 кола статора і відповідає одній парі полюсів. На відміну від трифазного АД, де в результаті дії статорного струму утворюється круговий обертовий магнітний потік в ОАД маємо потік нерухомий у просторі, але змінний у часі.

Принципово, фізичні процеси в ОАД схожі з тими, що мають місце у системі, складеної з двох однакових трифазних двигунів, поля статорів яких обертаються зустрічно, а ротори жорстко зв’язані між собою. Зрозуміло, що за таких умов ОАД не може мати пускового моменту і ротор двигуна буде обертатися у той бік, в який його “штовхне” зовнішня сила.

Зі збільшенням обертів момент, протидіючий обертальному, зменшується, але не зникає повністю. Це підвищує значення номінального ковзання (зменшення номінальних обертів), погіршує перевантажувальну здібність і ККД ОАД у порівнянні з трифазним двигуном.

Оскільки у ОАД всього 2/3 осердя статора заповнені пазами з обмоткою, то його потужність складає приблизно 2/3 від потужності трифазного двигуна таких же габаритів. Разом з тим, заповнювати всю поверхню осердя статора пазами із статорною обмоткою нераціонально, оскільки при збільшенні витрат міді приблизно в 1,5 рази потужність двигуна збільшується всього на 15%.

Для отримання пускового моменту в осерді статора двигуна розташовують пускову обмотку. Ця обмотка зсунута на 90 електричних градусів відносно робочої і на час пуску її підключають до мережі через фазозсуваючий елемент – ємність або резистор.

Електрична схема ОАД з робочою Р і пусковою П обмотками показана на рис. 4.27, а. На рис. 4.27, б показана механічна характеристика ОАД з пусковою обмоткою 1 і при її відсутності – крива 2.

.

Рис. 4.27. Електрична схема (а) та механічна характеристика (б) однофазного асинхронного двигуна з пусковою обмоткою

Рис. 4.28. Електрична схема (а) та механічна характеристика (б) конденсаторного двигуна

При підведенні напруги до робочої і пускової обмоток двигуна його ротор розганяється по кривій А-В. При досягненні М_maх (точка В) пускову обмотку відключають. Це призводить до стрибкоподібного зменшення обертального моменту двигуна (ділянка В-С), він переходить на характеристику 2 і далі працює на ділянці С-0.

Оскільки наявність другої обмотки суттєво покращує механічну характеристику ОАД, то в окремих конструкціях двигунів вони працюють постійно. Це так звані конденсаторні двигуни КД.

В КД обмотки А і В займають однакову кількість пазів і мають однакову потужність. Завдяки постійно ввімкненій робочій ємності С_р ці двигуни мають кращій cos, але більші габарити і масу порівняно з ОАД з пусковою обмоткою. Пуск КД здійснюють з використанням пускової ємності С_п або без неї. Електрична схема і механічна характеристика КД приведені на рис. 4.28.

Рис. 4.29. Схеми увімкнення статорних обмоток трифазного асинхронного двигуна при живленні від однофазного джерела напруги

У ряді випадків замість ОАД використовують трифазний АД, живлення якого здійснюється від джерела однофазної напруги. Для цього статорні обмотки двигуна вмикають за спеціальною схемою (рис. 4. 29) з використанням робочих ємностей С_р. Відразу же зауважимо, що навантаження на включений таким чином трифазний АД не повинно перебільшувати (65-75)% його номінальної потужності. Схему увімкнення статорних обмоток трифазного АД і конденсаторів обирають з урахуванням напруги мережі і номінальної напруги двигуна. Так, якщо статорні обмотки двигуна з’єднані у зірку і на щиток виведені тільки три затискачі (рис. 4.29, а), то напруга однофазної мережі повинна дорівнювати номінальній напрузі двигуна. Двигуни, де на щиток виведені шість затискачів статорних обмоток мають дві номінальні напруги, наприклад, 380/220 – Y/. У такому випадку, якщо напруга однофазної мережі дорівнює 380 В, тобто більшій з номінальних напруг двигуна, то потрібно використовувати схему наведену на рис. 4.29, б. Якщо напруга однофазної мережі дорівнює меншій з номінальних напруг двигуна, тобто 220 В, то можна застосувати схему, наведену рис. 4.29, в чи рис. 4.29, г.

При частоті струму у однофазній мережі f = 50 Гц робочу ємність С_р мкФ конденсаторів і їх номінальну напругу U_Сн розраховують, виходячи з напруги мережі U_0м і номінального струму у фазі трифазного двигуна _1н за формулами:

,

.

Значення коефіцієнтів K і K_С залежно від схеми включення двигуна наведені і дорівнюють:

Рис. 4.29	а	б	в	Г
K	2800	2800	4800	1600
КС	1,15	2,2	1,0	1,3

При пуску двигуна під навантаженням використовують пускові ємності С_п. На час пуску їх вмикають паралельно з робочою ємністю і після розгону ротора відключають. За величиною пускова ємність, як правило, в 1,5...2 рази перебільшує робочу.

На практиці інколи трапляється, що ротор трифазного двигуна, включеного у однофазну мережу, не розвиває номінальних і працює на малих обертах. Усунути таке можна збільшивши опір кола ротора. Для цього достатньо трошки проточити замикаюче кільце “білячого колеса” КЗР або шляхом шліфовки бокової поверхні ротора на (10...20)% збільшити зазор між ним і осердям статора.

4.1.14. Загальні відомості про спеціалізовані асинхронні машини.

Базуючись на принципі дії асинхронної машини, створено велике різноманіття електротехнічних пристроїв, які широко використовуються в засобах автоматизації і спеціалізованих електроприводах.

Так, для плавного регулювання величини і фази напруги, яка підводиться до споживача, широко використовують індукційні регулятори ІР і фазорегулятори ФР. За конструкцією ці пристрої фактично являють собою АД з загальмованим фазним ротором (рис. 4. 30).

Оскільки в ІР обмотки статора і ротора крім магнітного мають ще і електричний зв’язок, то цей пристрій часто називають поворотним автотрансформатором. У ФР між обмотками ротора статора електричного зв’язку немає. Тому цей пристрій називають поворотним трансформатором.

В ІР (рис. 4.30, а) напругу мережі U₁ підводять до роторної обмотки, яка може бути з’єднана у зірку чи трикутник. Це призводить до виникнення обертового магнітного поля ротора, яке наводить в обмотках ротора і статора ЕРС, відповідно, і . Фазовий зсув між і визначається взаємним розташуванням у просторі вісі обмотки ротора і вісі обмотки статора, тобто кутом . Оскільки напруга на затискачах статорних обмоток визначається геометричною сумою

,

то при зміні кута , наприклад за допомогою черв’ячної передачі, змінюється - величина напруги, яка підводиться до споживача.

Рис. 4.30. Електрична схема індукційного регулятора (а) та фазорегулятора (б).

В ФР (рис. 4.30, б) первинною звичайно являється обмотка статора, а вторинною – ротора. Змінюють фазу вторинної напруги без зміни її величини тут також за рахунок величини кута .

Раніше було показано, що частота струму у колі ротора АД залежить від величини ковзання, тобто різниці частот обертання магнітного поля статора n₁ і ротора n₂. Ця обставина дає можливість використовувати асинхронну машину з фазним ротором в якості асинхронного перетворювача частоти АПЧ.

В АПЧ (рис. 4.31) обмотку статора підключають до трифазної мережі з частотою f₁, а ротор обертають за допомогою приводного двигуна ПД. При обертанні ротора у напрямку протилежному обертанню поля статора (ковзання s > 1) в обмотці ротора наводиться ЕРС з частотою f₂ > f₁. Ця ЕРС через контактні кільця і щітки подається на вихід АПЧ. Для отримання на виході АПЧ напруги з частотою f₂ < f₁ ротор обертають у напрямку обертання поля статора із частотою n₂ < n₁.

Рис. 4.32. Електрична схема асинхронного виконавчого двигуна

Рис. 4.31. Асинхронний перетворювач частоти

Для перетворення електричних сигналів в механічне переміщення у засобах автоматизації використовують так звані виконавчі двигуни. За конструкцією вони практично не відрізняється від однофазних асинхронних двигунів з пусковою обмоткою. Разом з тим, оскільки асинхронний виконавчий двигун повинен задовольняти таким основним вимогам як швидкодія (при подачі керуючого сигналу ротор повинен швидко досягати потрібної частоти обертання) і відсутність самоходу (при знятті керуючого сигналу ротор повинен швидко і точно зупинятися), то у порівнянні із звичайним двигуном виконавчий двигун має значно підвищений пусковий момент і більший активний опір кола ротора.

Електрична схема асинхронного виконавчого двигуна показана на рис. 4.32. Тут одна із статорних обмоток, її називають обмоткою збудження ОЗ, постійно увімкнена у мережу з напругою U₁. Другу із статорних обмоток двигуна називають обмоткою керування ОК. При необхідності приведення ротора ВД у рух на ОК подають керуючий сигнал U_к. Для зупинки двигуна цей сигнал знімають.

Рис. 4.33. До поняття про дуговий та лінійний асинхронні двигуни

.

Рис. 4.34. Лінійний асинхронний двигун візка

На практиці для приводу робочих машин з поступальним рухом використовують чотири види лінійних двигунів. Простішими і найбільш поширеними серед яких є так звані лінійні (індукційні) асинхронні двигуни ЛАД.

Моделлю ЛАД може слугувати АД з обертовим ротором (рис. 4.33, а), статор якого “розрізаний” і розгорнутий у вигляді дуги , а діаметр ротора збільшений (рис. 4.33, б). Частота обертання поля статора такого дугового АД буде:

,

де n₁ – частота обертання магнітного поля до “розрізання” статора двигуна.

З результатів аналізу наведеної формули випливає, що принципово можна зробити дуговий АД з будь-якою синхронною швидкістю меншою за n₁. Дугові АД використовують для безредукторного приводу робочих машин, які потребують невеликих частот обертання, наприклад привод барабанного млина.

Якщо “розрізаний” статор розгорнути до  = 180 (рис. 4.33, в), то отримаємо індукційний лінійний двигун. При проходженні по обмотці такого статора (індуктора) струму з частотою f₁ утворюється магнітне поле, яке “біжить” вдовж осердя із швидкістю:

,

де  – частина довжини індуктора, яка приходиться на один полюс (полюсне поділення), м; l – довжина осердя індуктора, м.

Рухома частина двигуна виконується із сталі і може бути з короткозамкненою обмоткою чи без неї. За формою “ротор” ЛАД звичайно являє собою брус. Внаслідок дії поля індуктора тут наводяться вихрові струми, у системі індуктор-брус виникають електромагнітні сили, які рухають брус із швидкістю ₂ у напрямку руху поля індуктора. Тут же відмітимо, що стосовно ЛАД загальноприйняте поділення на статор (індуктор) – нерухома частина і ротор – рухома є умовним. Покажемо це на прикладі ЛАД візка (рис. 4.34).

Тут індуктор ЛАД, до складу якого входить шихтоване осердя 5 і обмотка 6, розташований на візку 3. Направляюча коліс 2 візка являє собою стальну балку 1, до нижньої частини якої прикріплена стальна смуга 4. Вона виконує функції “ротора” ЛАД. Електромагнітні сили, які виникають у системі індуктор-“ротор”, рухають візок (індуктор) вздовж нерухомої стальної смуги 4.

4.1.15. Питання для самоперевірки за розділом “Асинхронні двигуни”

1. Яку будову мають трифазні асинхронні двигуни з короткозамкненим та фазним роторами?

2. У чому полягає відмінність фізичних процесів які відбуваються у трифазному асинхронному двигуні з загальмованим ротором та у двигуні, ротор якого обертається?

3. Від чого залежить величина обертального моменту трифазного асинхронного двигуна?

4. Як на практиці розраховують механічну характеристику асинхронного двигуна?

5. Як здійснюють розмітку виводів та як з’єднують затискачі статорних обмоток трифазного асинхронного двигуна?

6. Як здійснюють пуск і реверс трифазних асинхронних двигунів?

7. У чому полягає відмінність будови асинхронного двигуна з покращенним пусковим моментом у порівнянні з асинхронним двигуном загального призначення?

8. Як здійснюють регулювання частоти обертання ротора трифазних асинхронних двигунів?

9. У чому полягає відмінність будови багатошвидкісного асинхронного двигуна у порівнянні з асинхронним двигуном загального призначення?

10. Як здійснюють гальмування асинхронного двигуна?

11. Як покращити коефіцієнт потужності мережі живлення асинхронних двигунів?

12. Яку будову має однофазний асинхронний двигун?

132