Сравнение свойств фазосмещающих элементов

На рис. 3.32 представлены схема включения и векторная диаграмма токов однофазного двигателя, из которой видно, что если рабочая и пусковая обмотки одинаковы, то при отсутствии какого-либо фазосмещающего элемента в цепи пусковой обмотки токи и совпадают по фазе, так как разность углов сдвига фаз φ_А и φ_В этих токов относительно напряжения

Такая система токов не создает вращающегося магнитного поля.

Рис. 3.32. Схема и векторная диаграмма асинхронного двигателя при отсутствии ФЭ в цепи пусковой обмотки

Если в цепь пусковой обмотки включить активное сопротивление r (рис. 3.33), то угол сдвига фаз между током и напряжением уменьшится и векторы токов и окажутся сдвинутыми по фазе на угол . Однако будет меньше 90°. Даже если активное сопротивление увеличить настолько, что , то и в этом случае угол будет меньше 90º , так как рабочая обмотка обладает некоторым активным сопротивлением, благодаря которому .

Рис. 3.33. Схема и векторная диаграмма однофазного асинхронного двигателя с активным сопротивлением в качестве ФЭ

При включении в цепь пусковой обмотки индуктивности L (рис. 3.34) угол сдвига фаз между током и напряжением увеличится и токи и окажутся сдвинутыми по фазе относительно друг друга на . Однако и в этом случае угол .

Рис. 3.34. Схема и векторная диаграмма однофазного асинхронного двигателя с индуктивностью в качестве ФЭ

Несколько лучшие результаты может дать одновременное применение двух фазосмещающих элементов: индуктивности в цепи рабочей обмотки и активного сопротивления в цепи пусковой обмотки (рис. 93.35). Но и в этом случае угол можно лишь приблизить к 90°. Таким образом, применение активного сопротивления и индуктивности в качестве фазосмещающих элементов не дает желаемых результатов, так как угол сдвига фаз между токами в рабочей и пусковой обмотках не достигает 90°, а следовательно, обмотка статора создает лишь эллиптическое магнитное поле.

Рис. 3.35. Схема однофазного асинхронного двигателя с индуктивностью и резистором в качестве ФЭ

Лучшие результаты получаются при использовании в качестве фазосмещающего элемента емкости С (рис. 3.36). Величина емкости может быть подобрана таким образом, что ток пусковой обмотки при s=1 будет опережать по фазе напряжение на угол , который в сумме с углом сдвига фазы рабочего тока относительно напряжения даст угол в 90°:

Если в этом случае обе обмотки образуют одинаковые м. д. с., то при включении двигателя в сеть будет создано круговое вращающееся поле и он будет развивать значительный начальный пусковой момент.

Рис. 3.36. Схема и векторная диаграмма однофазного асинхронного двигателя с емкостью в качестве ФЭ

Таким образом, емкость является наилучшим фазосмещающим элементом, так как обеспечивает однофазному двигателю хорошие пу­сковые свойства. Но применение емкости в качестве фазосмещающего элемента иногда ограничивается сравнительно большими габаритами конденсаторов, тем более что для получения кругового вращающегося поля при пуске двигателя нужна значительная емкость. Например, при мощности двигателя 200 Вт необходима емкость С = 30 мкФ.

В настоящее время в СССР наибольшее распространение полу­чили однофазные асинхронные двигатели с активным сопротивле­нием в качестве фазосмещающего элемента. Ввиду того что пусковая обмотка находится включенной непродолжительное время (только на время пуска двигателя), ее часто выполняют из провода меньшего сечения, что обеспечивает повышенное активное сопротивление.

Кроме того, иногда часть пусковой обмотки наматывают бифилярно, чем снижают ее индуктивность. В итоге пусковая обмотка отличается от рабочей большим активным сопротивлением и меньшей индуктивностью. Хотя угол сдвига фаз между токами и в этом случае все же меньше 90°, пусковые свойства этих двигателей оказываются приемлемыми:

Двигатели с повышенным активным сопротивлением пусковой обмотки обычно используются там, где не требуется больших пусковых моментов.

В случае необходимости получения большого пускового момента в качестве фазосмещающего элемента ФЭ применяют ем­кость. Это дает возможность повысить кратность пускового мо­мента до .

На рис. 3.37 приведены механические характеристики одно­фазного асинхронного двигателя: при отсутствии ФЭ (штриховая кривая), когда в качестве ФЭ используется активное сопротив­ление (а) и когда в качестве ФЭ используется емкость (б). Для большей наглядности значения электромагнитного момента даны в относительных единицах

Рис. 3.37. Механические характеристики однофазных асинхронных двигателей