Однофазные асинхронные двигатели

Однофазный двигатель имеет одну обмотку, расположенную на статоре. Однофазная обмотка, питаемая переменным током, создаст пульсирующее магнитное поле. Поместим в это поле ротор с короткозамкнутой обмоткой. Ротор вращаться не будет. Если раскрутить ротор сторонней механической силой в любую сторону, двигатель будет устойчиво работать.
Объяснить это можно следующим образом.
Пульсирующее магнитное поле можно заменить двумя магнитными полями,
вращающимися в противоположных направлениях с синхронной частотой n₁ и имеющими амплитуды магнитных потоков, равные половине амплитуды магнитного потока пульсирующего поля. Одно из магнитных полей называется прямовращающимся, другое - обратновращающимся. Каждое из магнитных полей индуктирует в роторной обмотке вихревые токи. При взаимодействии вихревых токов с магнитными полями образуются вращающие моменты, направленные встречно друг другу.
На рис. 12.7 изображены зависимости момента от прямого поля М', момента от обратного поля М" и результирующего момента М в функции скольжения М = М' - M".

Оси скольжений направлены встречно друг другу.

Рис. 12.7

В пусковом режиме на ротор действуют вращающие моменты, одинаковые по величине и противоположные по направлению.
Раскрутим ротор сторонней силой в направлении прямовращающегося магнитного поля. Появится избыточный (результирующий) вращающий момент, разгоняющий ротор до скорости, близкой к синхронной. При этом скольжение двигателя относительно прямовращающегося магнитного поля

.

Скольжение двигателя относительно обратновращающегося магнитного поля

.

Рассматривая результирующую характеристику, можно сделать следующие выводы:

1. Однофазный двигатель не имеет пускового момента. Он будет вращаться в ту сторону, в которую раскручен внешней силой.
2. Из-за тормозного действия обратновращающегося поля характеристики однофазного двигателя хуже, чем трехфазного.

Для создания пускового момента однофазные двигатели снабжают пусковой обмоткой, пространственно смещенной относительно основной, рабочей обмотки на 90^o. Пусковая обмотка подключается к сети через фазосдвигающие элементы: конденсатор или активное сопротивление.

Рис. 12.8

На рис. 12.8 показана схема включения обмоток двигателя, где Р - рабочая обмотка, П - пусковая обмотка. Емкость фазосдвигающего элемента С подбирают таким образом, чтобы токи в рабочей и пусковой обмотках различались по фазе на 90^o.

Трехфазный асинхронный двигатель может работать от однофазной сети, если подключить его обмотки по следующим схемам.(Рис. 12.9)

В схеме на рис. 12.9а статорные обмотки соединены звездой.
В схеме на рис. 12.9б статорные обмотки соединены треугольником. Величина емкости С ≈ 60 мкф на 1 кВт мощности.

Рис. 12.9

12.6. Синхронные двигатели.
Конструкция, принцип действия

В отличие от асинхронного двигателя частота вращения синхронного двигателя
постоянная при различных нагрузках. Синхронные двигатели находят применение для привода машин постоянной скорости (насосы, компресоры, вентиляторы).
В статоре синхронного электродвигателя размещается обмотка, подключаемая к сети трехфазного тока и образующая вращающееся магнитное поле. Ротор двигателя состоит из сердечника с обмоткой возбуждения. Обмотка возбуждения через контактные кольца подключается к источнику постоянного тока. Ток обмотки возбуждения создает магнитное поле, намагничивающее ротор.
Роторы синхронных машин могут быть явнополюсными (с явновыраженными полюсами) и неявнополюсными (с неявновыраженными полюсами). На рис. 12.10а изображен сердечник 1 явнополюсного ротора с выступающими полюсами. На полюсах размещены катушки возбуждения 2. На рисунке 12.10б изображен неявнополюсной ротор, представляющий собой ферромагнитный цилиндр 1. На поверхности ротора в осевом направлении фрезеруют пазы, в которые укладывают обмотку возбуждения 2.

Рис. 12.10

Рассмотрим принцип работы синхронного двигателя на модели (рис. 12.11).

Вращающееся магнитное поле статора представим в виде магнита 1. Намагниченный ротор изобразим в виде магнита 2. Повернем магнит 1 на угол α. Северный магнитный полюс магнита 1 притянет южный полюс магнита 2, а южный полюс магнита 1 - северный полюс магнита 2. Магнит 2 повернется на такой же угол α. Будем вращать магнит 1. Магнит 2 будет вращаться вместе с магнитом 1, причем частоты вращения обоих магнитов будут одинаковыми, синхронными,
n₂ = n₁.

Рис. 12.11

Синхронный двигатель, на роторе которого отсутствует обмотка возбуждения, называется синхронным реактивным двигателем.
Ротор синхронного реактивного двигателя изготавливается из ферромагнитного материала и должен иметь явновыраженные полюсы. Вращающееся магнитное поле статора намагничивает ротор. Явнополюсный ротор имеет неодинаковые магнитные сопротивления по продольной и поперечной осям полюса. Силовые линии магнитного поля статора изгибаются, стремясь пройти по пути с меньшим магнитным сопротивлением. Деформация магнитного поля вызовет, вследствие упругих свойств силовых линий, реактивный момент, вращающий ротор синхронно с полем статора.
Если к вращающемуся ротору приложить тормозной момент, ось магнитного поля ротора повернется на угол θ относительно оси магнитного поля статора.
С увеличением нагрузки этот угол возрастает. Если нагрузка превысит некоторое допустимое значение, двигатель остановится, выпадет из синхронизма.
У синхронных двигателей отсутствует пусковой момент. Это объясняется тем, что электромагнитный вращающий момент, воздействующий на неподвижный ротор, меняет свое направление два раза за период Т переменного тока. Из-за своей инерционности, ротор не успевает тронуться с места и развить необходимое число оборотов.
В настоящее время применяется асинхронный пуск синхронного двигателя. В пазах полюсов ротора укладывается дополнительная короткозамкнутая обмотка.
Вращающее магнитное поле статора индуктирует в короткозамкнутой пусковой обмотке вихревые токи. При взаимодействии этих токов с магнитным полем статора образуется асинхронный электромагнитный момент, приводящий ротор во вращение. Когда частота вращения ротора приближается к частоте вращения статорного поля, двигатель втягивается в синхронизм и вращается с синхронной скоростью. Короткозамкнутая обмотка не перемещается относительно поля, вихревые токи в ней не индуктируются, асинхронный пусковой момент становится равным нулю.

Содержание

Введение

1. Основные определения
1.1. Основные пояснения и термины
1.2. Пассивные элементы схемы замещения
1.3. Активные элементы схемы замещения
1.4. Основные определения, относящиеся к схемам
1.5. Режимы работы электрических цепей
1.6. Основные законы электрических цепей

2. Эквивалентные преобразования схем. Параллельное соединение элементов электрических цепей
2.1. Последовательное соединение элементов электрических цепей
2.2. Параллельное соединение элементов электрических цепей

3. Анализ электрических цепей постоянного тока с одним источником энергии
3.1. Расчет электрических цепей постоянного тока
с одним источником методом свертывания

4. Анализ сложных электрических цепей с несколькими источниками энергии
4.1. Метод непосредственного применения законов Кирхгофа
4.2. Метод контурных токов
4.3. Метод узловых потенциалов

5. Нелинейные электрические цепи постоянного тока
5.1. Основные определения
5.2. Графический метод расчета нелинейных цепей постоянного тока

6. Электрические цепи однофазного переменного тока
6.1. Основные определения
6.2. Изображение синусоидальных функций времени в векторной форме
6.3. Изображение синусоидальных функций времени в комплексной форме
6.4. Сопротивление в цепи синусоидального тока
6.5. Индуктивная катушка в цепи синусоидального тока
6.6. Емкость в цепи синусоидального тока
6.7. Последовательно соединенные реальная индуктивная
катушка и конденсатор в цепи синусоидального тока
6.8. Параллельно соединенные индуктивность, емкость и
активное сопротивление в цепи синусоидального тока
6.9. Резонансный режим в цепи, состоящей из параллельно
включенных реальной индуктивной катушки и конденсатора
6.10. Мощность в цепи синусоидального тока

7. Трехфазные цепи
7.1. Основные определения
7.2. Соединение в звезду. Схема, определения.
7.3. Соединение в треугольник. Схема, определения
7.5. Мощность в трехфазных цепях

8. Переходные процессы в линейных электрических цепях

9. Магнитные цепи
9.1. Основные определения
9.2. Свойства ферромагнитных материалов
9.3. Расчет магнитных цепей

10. Трансформаторы
10.1. Конструкция трансформаторов
10.2. Работа трансформатора в режиме холостого хода
10.3. Работа трансформатора под нагрузкой

11. Электрические машины постоянного тока
11.1. Устройство электрической машины постоянного тока
11.2. Принцип действия машины постоянного тока
11.3. Работа электрической машины постоянного тока
в режиме генератора
11.4. Генераторы с независимым возбуждением.
Характеристики генераторов
11.5. Генераторы с самовозбуждением.
Принцип самовозбуждения генератора с параллельным возбуждением
11.6. Работа электрической машины постоянного тока
в режиме двигателя. Основные уравнения
11.7. Механические характеристики электродвигателей
постоянного тока

12. Электрические машины переменного тока
12.1. Вращающееся магнитное поле
12.2. Асинхронные двигатели. Конструкция, принцип действия
12.3. Вращающий момент асинхронного двигателя
12.4. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей.
Реверсирование асинхронного двигателя
12.5. Однофазные асинхронные двигатели
12.6. Синхронные двигатели.
Конструкция, принцип действия

Список литературы

1. Веселовский О.Н., Браславский Л.М. Основы электротехники и электротехнические устройства радиоэлектронной аппаратуры. -М.: Высш. шк.,1978. - 310 с.

2. Касаткин А.С. Основы электротехники. - М.: Энергия, 1976.

3. Матханов Л.Н. Основы анализа электрических цепей. - М.: Высш. шк., 1981. - 368 с.

4. Электротехника / Под ред. Пантюшина В.С. - М.: Высш. шк., 1976.

5. Ермолин И.П. Электрические машины малой мощности. - М.: Высш. шк., 1976. - 503.