Принцип действия и пуск однофазного асинхронного двигателя

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Исследование 3-х фазного асинхронного двигателя

в однофазном и конденсаторном режимах

Цель:

Приобрести практические навыки в сборке схем включения 3-х фазного асинхронного двигателя в однофазную сеть; получить экспериментальное подтверждение сведений о свойствах 3-х фазного асинхронного двигателя, работающего в однофазном и конденсаторном режимах.

Задание:

1. Повторить теоретический материал: устройство и принцип действия однофазного асинхронного двигателя

2. Изучить свойства фазосдвигающих элементов.

3. Изучить свойства конденсаторных асинхронных двигателей, назначение рабочих и пусковых емкостей.

Оборудование и материалы:

1. Схема включения 3-х фазного асинхронного двигателя в однофазную сеть

2. Паспортные данные 3-х фазных асинхронных двигателей.

Методические указания:

Принцип действия и пуск однофазного асинхронного двигателя

По своему устройству однофазный асинхронный двигатель аналогичен трехфазному и состоит из ста­тора, в пазах которого уложена однофазная обмотка (рис. 1), и короткозамкнутого ротора.

Рисунок 1. Схема вклю­чения одно­фазного асинхронно­го двигателя

Особен­ность работы однофазного асинхронного двигателя заключается в том, что при включении однофазной обмотки статора С1 – С2 в сеть (рис. 1) МДС ста­тора создает не вращающийся, а пульсирующий магнитный поток с амплитудой Ф_mах, изме­няющейся от + Ф_mах до –Ф_mах. При этом ось магнитного потока остается неподвижной в про­странстве.

Для объяснения принципа действия однофаз­ного двигателя пульсирующий поток Ф_{mа х} разло­жим на два вращающихся в противоположные стороны потока Ф_пр и Ф_{об р} (рис. 2), каждый из которых равен 0,5 Ф_mах и вращается с частотой (об/мин):

Условимся считать поток Ф_пр, вращающийся в на­правлении вращения ротора, прямым, а поток Ф_обр – обратным. Допустим, что ротор двигателя вращает­ся против часовой стрелки, т. е. в направлении пото­ка Ф_пр.

Частота вращения ротора п₂ меньше частоты вращения магнитного поля статора л_ь поэтому скольжение ротора относительно вращающегося по­тока Ф_пр будет:

(1)

Рисунок 2. Разложение пульсирующего магнитного потока на два вращающихся

Обратный поток Ф_обр вращается противополож­но ротору, поэтому частота вращения ротора п₂ от­носительно Ф_обр – отрицательная. В этом случае скольжение ротора относительно Ф_обр определится выражением:

(2)

Прямое поле наводит в обмотке ротора ЭДС Е_2пр, а обратное по­ле – ЭДС Е_{2 обр}. Эти ЭДС создают в обмотке ротора токи I’_2пр и I’_2обр

Известно, что частота тока в роторе пропор­циональна скольжению Так как, то частот а тока I’_2обр намного больше частоты тока I’_2пр.

Так, для однофазного двигателя с об/мин, об/мин и f₁ = 50 Гц получим:

Индуктивное сопротивление обмотки ротора току I’_2обр во много раз больше ее активного сопротивления (потому что ). Ток являет­ся I’_2обр почти чисто индуктивным, оказывающим силь­ное размагничивающее действие на обратное поле Ф_обр. В результате обратное поле и обусловленный им момент М_обр оказываются значительно ослабленными и ротор однофазного двигателя вращается в направлении прямого поля под действием момента

(3)

где М_пр – электромагнитный момент, обусловленный прямым полем.

На рисунке 3 представлен график зависимости вращающего момента М в функции скольжения s = s_пр. Этот график получен путем наложения графиков М_пр = f(s_пр) и М_обр = f(s_обр). При малых значениях скольжения s, что соответствует работе двигателя в пределах номинальной нагрузки, вращающий момент М создается главным образом моментом М_пр.

При моменты М_пр и М_обр равны, а поэтому пусковой момент однофазного двигателя равен нулю. Следовательно, однофазный асинхронный двигатель не может самостоятельно прийти во вращение при подключении его к сети, а нуждается в первоначальном толчке, так как лишь при на ротор двигателя действует вращающий момент М= М_пр - М_обр .

Приведенные на рисунке 3 зависимости моментов показывают, что однофазный асинхронный двигатель не создает пускового мо­мента. Чтобы этот момент Появился, необходимо во время пуска двигателя создать в нем вращающееся магнитное поле. С этой целью на статоре двигателя помимо рабочей обмотки А применяют еще одну обмотку – пусковую В. Эти обмотки располагают на статоре обычно так, чтобы их оси были смещены относительно друг друга на 90 эл. град. Кроме того, токи в обмот­ках статора и должны быть сдвинуты по фазе относительно друг друга. Для этого в цепь пусковой обмотки включают фазосмещающий элемент (ФЭ), в качестве которого могут быть применены активное сопротивление, индуктивность или ем­кость (рис. 4). По достижении частотой вращения значения, близкого к номинальному, пусковую обмотку В Отключают с по­мощью реле. Таким образом, во время пуска двигатель является двухфазным, а во время работы – однофазным.

Для получения вращающегося магнитного поля посредст­вом двух обмоток на статоре, смещенных относительно друг друга на 90 эл. град, необходимо соблюдать следующие усло­вия (рис. 5):

а) МДС рабочей и пусковой обмоток и должны быть равны и сдвинуты в пространстве относительно друг друга на 90 эл. град;

б) токи в обмотках статора и должны быть сдвинуты по фазе относительно друг друга на 90°.

Рисунок 5. Получение вращающегося магнитного поля двухфазной системой токов

При строгом соблюдении указанных условий вращающееся поле статора является круговым, что соответствует наибольшему вращающему моменту. При частичном нарушении какого-либо из условий поле статора становится эллиптическим, содержащим об­ратную составляющую. Обратная составляющая поля создает тормоз­ной момент и ухуд­шает пусковые свой­ства двигателя. Из векторных диаграмм, приведенных на рис. 16.6, видно, что активное сопротивле­ние и индуктивность в качестве ФЭ не обеспечивают получения фазового сдвига между токами в 90°. Лишь только емкость С в качестве ФЭ обеспечивает фазовый сдвиг . Значение этой емкости выбирают таким, чтобы ток пуско­вой обмотки I_В в момент пуска (s = 1) опе­режал по фазе напряжение на угол , дополняющий угол до 90°:

Если при этом обе обмотки создают одинаковые по значению МДС, то в начальный период пуска вращающееся поле окажется круговым и двигатель будет развивать значительный начальный пусковой момент. Однако применение емкости в качестве ФЭ час­то ограничивается значительными габаритами конденсаторов, тем более что для получения кругового поля требуются конденсаторы значительной емкости. Например, для однофазного двигателя мощностью 200 Вт необходима емкость 30 мкФ при рабочем на­пряжении 300-500 В.

Получили распространение однофазные двигатели с активным сопротивлением в качестве ФЭ. При этом повышенное активное сопротивление пусковой обмотки достигается тем, что она выпол­няется проводом уменьшенного сечения (по сравнению с проводом рабочей обмотки). Так как эта обмотка включена на непро­должительное время (обычно несколько секунд); то такая ее кон­струкция вполне допустима. Пусковой момент таких двигателей обычно не превышает номинального, но это вполне приемлемо при пуске двигателей при небольшой нагрузке на валу.

Рисунок 6. Сравнение свойств фазосмещающих элементов:

а – активное сопротивление, б – индуктивность, в – емкость, г – механиче­ские характеристики двигателя при различных фазосмещающих элементах; 1 – активное сопротивление; 2 – емкость

Применение емкости в качестве ФЭ позволяет получить пус­ковой момент На рисунке 6(г) приведены меха­нические характеристики однофазного асинхронного двигателя при различных ФЭ. Для большей наглядности значения момента даны в относительных единицах.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: