Однофазные асинхронные конденсаторные электродвигатели

В асинхронных конденсаторных двигателях (рис. 12.14) при пуске и в рабочем режиме главная А и вспомогательная В обмотки постоянно находятся под напряжением. При этом вспомогательная обмотка присоединяется к сети последовательно с рабочим конденсатором С_р (см. рис. 12.14, а).

Обе обмотки конденсаторных двигателей являются рабочими, занимают, как правило, одинаковое число пазов и имеют одинаковую мощность. Иногда при пуске конденсаторного двигателя для увеличения пускового момента на время пуска дополнительно, ключом К, подключается пусковая емкость С_п, т. е. суммарная емкость конденсатора при пуске С_р + С_п. После разгона двигателя по механической характеристике 2 (см. рис. 12.14, б, участок аЪ) и уменьшения пускового тока часть конденсаторов С_п отключается (ключом К), чтобы при номинальном режиме (когда ток двигателя становится меньшим, чем при пуске) увеличить емкостное сопротивление и обеспечить работу двигателя в условиях, близких к работе при круговом вращающемся магнитном поле. При этом двигатель работает по характеристике 1 на участке cd.

Конденсаторный двигатель имеет высокий cos ф. Недостатками его являются сравнительно большие масса и габариты конденсатора.

Рис. 12.14. Асинхронный конденсаторный двигатель:

а — схема; б — механическая характеристика Обычно емкость рабочего конденсатора подбирают так, чтобы при М = М_ном и s = s_HOM создаваемое обмотками магнитное поле было круговым и двигатель работал в точке с характеристики 1 (см. рис. 12.14, б). В этом случае двигатель имеет хорошие рабочие параметры: ц = 0,5 н- 0,8; cos ф = 0,8 ч- 0,95; критический момент М_к = (1,8 ч- 2,2)М_ном, но небольшой пусковой момент М_п =(0,3-н0,5)М_ном. Увеличение пускового момента достигается включением пускового конденсатора С_п.

Однофазные асинхронные электродвигатели с экранированными полюсами

Обмотку статора такого двигателя подсоединяемую к сети, выполняют сосредоточенной и укрепляют на явно выраженных полюсах статора (рис. 12.15, а). Сердечник статора набирается из листов электротехнической стали, и имеет явно выраженные полюсы. Каждый полюс статора разделяется продольным аксиальным пазом на две части.

Рис. 12.15. Однофазный двигатель с экранированными полюсами:

а — разрез двигателя; б — векторная диаграмма; в — схема реверсивного двигателя; 1 — статор; 2 — обмотка статора; 3 — короткозамкнутый виток;

4 — ротор; 5 — полюс Меньшая часть полюса охватывается вспомогательной обмоткой, состоящей из одного или нескольких короткозамкнутых витков, которые экранируют от одной пятой до половины полюсной дуги. Ротор двигателя — обычный короткозамкнутый с обмоткой выполненной в виде беличьей клетки.

Магнитный поток машины, создаваемый обмоткой статора (поток полюса) Ф_п представляется в виде суммы двух составляющих (рис. 12.15, б): Ф_п = Ф_П1 + Ф_п2, где Ф_п1 — поток проходящий через часть полюса, не охваченную короткозамкнутым витком; Ф_п2 — поток, проходящий через часть полюса, экранированную короткозамкнутым витком.

Потоки Ф_п1 и Ф_п2 проходят через различные части полюсного наконечника, т. е. смещены в пространстве на угол (3. Кроме того, они сдвинуты по фазе относительно МДС F_n обмотки статора на различные углы — и у₂. Это объясняется тем, каждый полюс данного двигателя можно рассматривать в первом приближении как трансформатор, первичной обмоткой которого является обмотка статора, а вторичной — короткозамкнутый виток. Поток обмотки статора индуцирует в короткозамкнутом витке ЭДС Е_к (рис. 12.15, в), вследствие чего возникает ток 1_к и МДС F_k, складывающаяся с МДС F_n обмотки статора. Реактивная составляющая тока 1_к уменьшает поток Ф_п2, а активная — смещает его по фазе относительно МДС F_n. Поскольку поток Ф_п1 не охватывает короткозамкнутый виток, угол имеет сравнительно небольшое значение (4—9°). Угол у₂ значительно больше (около 45°), т. е. такой, как в трансформаторе с вторичной обмоткой, замкнутой накоротко (например, в измерительном трансформаторе тока). Это объясняется тем, что потери мощности, от которых зависит угол у₂, определяются не только магнитными потерями мощности в стали, но и электрическими потерями в короткозамкнутом витке.

Потоки Ф_п1 и Ф_п2, смещенные в пространстве на угол (3 и сдвинутые по фазе во времени на угол у = у₂ -у_1з образуют эллиптическое вращающееся магнитное поле, которое создает вращающий момент, действующий на ротор двигателя в направлении от первого полюсного наконечника, не охватываемого короткозамкнутым витком, ко второму наконечнику (в соответствии с чередованием максимумов потоков «фаз»).

Для увеличения пускового момента рассматриваемого двигателя путем приближения его вращающегося поля к круговому применяют различные способы: устанавливают между полюсными наконечниками смежных полюсов магнитные шунты, которые усиливают магнитную связь между основной обмоткой и короткозамкнутым витком и улучшают форму магнитного поля в воздушном зазоре; увеличивают воздушный зазор под наконечником, не охватываемым короткозамкнутым витком; используют два и больше количество короткозамкнутых витков на одном наконечнике с разными углами охвата. Применяются также двигатели без короткозамкнутых витков на полюсах, но с несимметричной магнитной системой за счет различной конфигурации отдельных частей полюса с разными по величине воздушными зазорами. Такие двигатели имеют меньший пусковой момент, чем двигатели с экранированными полюсами, но КПД их выше, так как у них потери мощности в короткозамкнутых витках отсутствуют.

Рассмотренная конструкция двигателя с экранированными полюсами — нереверсивная. Для осуществления реверса в таких двигателях вместо короткозамкнутых витков используют катушки В_г…В₄ (см. рис. 12.15, в), каждая из которых охватывает половину полюса. Замыкая накоротко пару катушек В_г и В₄ или В₂ и В₃, можно экранировать одну или другую половину полюса и изменять, таким образом, направление вращения вращающегося магнитного поля и вместе с ним ротора.

Двигатель с экранированными полюсами имеет ряд существенных недостатков: сравнительно большие габариты и массу, низкий cos ср = 0,4-^0,6; низкий ц = 0,25-^0,4 из-за больших потерь в короткозамкнутом витке; небольшой пусковой момент. Достоинствами двигателя являются простота конструкции и вследствие этого высокая надежность в эксплуатации. Отсутствие зубцов на статоре значительно снижает шум двигателя.

Универсальные асинхронные двигатели

Асинхронные двигатели, рассчитанные для работы от сети как трехфазного, так и однофазного тока, называются универсальными асинхронными двигателями (УАД).

Универсальные АД изготовляются как трехфазные, но их обмоточные данные рассчитываются так, чтобы при определенной схеме включения обмоток с использованием конденсатора обеспечивались приемлемые характеристики и при работе от однофазной сети. Номинальная мощность УАД при однофазном питании составляет 70 — 85% номинальной мощности трехфазного двигателя. Наиболее распространенные схемы включения трехфазных двигателей в однофазную сеть показаны на рис. 12.16.

Рис. 12.16. Схемы включения обмоток статора трехфазных двигателей.

в однофазную сеть Широкое применение получили универсальные АД серии УАД. Двигатели серии УАД имеют закрытое исполнение, охватывают диапазон мощностей от 1 до 70 Вт и могут работать от трехфазных и однофазных сетей одного и того же напряжения (220 В). Отметим, что на практике для работы от однофазных сетей могут использоваться и обычные трехфазные двигатели. При этом рабочие емкости конденсаторов должны быть выбраны таким образом, чтобы фазные токи при нагрузке не превышали номинальных значений.

Приближенно значения рабочих емкостей, можно определить по формулам; мкФ:

где /_ном — номинальный ток трехфазного двигателя; U_HOM — номинальное напряжение однофазной сети.

При тяжелых условиях пуска необходимо на время запуска параллельно с рабочей емкостью включать пусковую емкость С_п = (2,5н-3)С_р. Поскольку при работе УАД напряжение на конденсаторах может превышать напряжение сети, при выборе их для рассматриваемых схем включения следует соблюдать условие U_{K р} > 1, ЗП_ном, где U_{K р} — рабочее напряжение конденсатора.

В приложении 1 представлены технические данные выпускаемых в России однофазных асинхронных двигателей типов: УАД; АИР; ДАК; ДАО; АД… Е.