Гардин А.И. НГТУ Учебник по электрическим машинам - файл n3.doc

Гардин А.И. НГТУ Учебник по электрическим машинам
скачать (2256.3 kb.)
Доступные файлы (7):
n1.doc85kb.18.06.2008 16:16скачать
n2.doc1109kb.24.06.2008 00:52скачать
n3.doc2033kb.13.02.2008 01:25скачать
n4.doc1455kb.13.02.2008 01:25скачать
n5.doc746kb.13.02.2008 01:25скачать
n6.doc51kb.13.02.2008 01:25скачать
n7.doc62kb.13.02.2008 01:25скачать

n3.doc

1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   12
.

Пуск в ход однофазного двигателя обычно производится при наличии на статоре вспомогательной фазы Она представляет собой обмотку, размещенную в пазах статора так, чтобы ее н.с. была пространственно сдвинута на 90 эл. град, относительно н.с. главной обмотки статора. Ток во вспомогательной обмотке должен быть сдвинут по фазе по отношению к току главной обмотки Если созданы указанные условия, то обе обмотки вызовут вращающееся магнитное поле. Оно будет несимметричным, но создаваемый им момент в случае небольшого тормозящего момента на валу получается все же достаточным для пуска двигателя в ход. Вспомогательная обмотка выключается, когда двигатель достигает примерно нормальной частоты вращения, так как она рассчитывается на кратковременную нагрузку.

Следовательно, при пуске двигатель работает как двухфазный, а при нормальной частоте вращения — как однофазный. Для получения тока во вспомогательной обмотке, сдвинутого по фазе относительно тока в главной обмотке, последовательно с первой включают активное сопротивление (рис. 3-88,а) или емкость (рис. 3-88,б).  



Рис. 3-88. Пусковые схемы однофазных двигателей

Применение емкости позволяет осуществить сдвиг по фазе между указанными токами равным 90°, что дает значительное увеличение начального вращающего момента.

Вместе с тем получили распространение однофазные двигатели, у которых вспомогательная фаза и соединенная последовательно с ней емкость остаются включенными во все время работы двигателя. Такие конденсаторные двигатели по сравнению с обычными однофазными, работающими с отключенной вспомогательной фазой, имеют больший максимальный момент и лучшие к.п.д. и cos.

3-22.2. Однофазный двигатель, полученный из трехфазного

Рассмотрим более подробно работу однофазного двигателя, полученного из трехфазного, при использовании только двух фаз его обмотки статора, соединенной в звезду Как отмечалось, такой режим работы может получиться и у трехфазного двигателя в случае обрыва одного из проводов, подводящих к нему ток (рис. 3-89).



Рис. 3-89. Схема двигателя при однофазном питании.

При исследовании однофазного двигателя обратимся к методу симметричных составляющих. На основе этого метода и в соответствии со схемой, представленной на рис 3-89, можно написать следующие уравнения для токов и напряжений, указанных на том же рисунке:

; ;

; ; ,          (3-206)

где  и  — симметричные составляющие прямой и обратной последовательностей фазного тока статора ;

;

;

.          (3-207)

где  и  — симметричные составляющие фазного напряжения статора .

Из (3-206) и (3-207) имеем:

;

;

;      (3-208)

.          (3-209)

Полагая, что напряжения  и  действуют независимо одно от другого, и обозначая через Zs1 и Zs2 полные сопротивления машины соответственно для токов прямой и обратной последовательностей, получаем:

; .          (3-210)

Теперь, учитывая (3-208) и (3-209), можно написать:

;          (3-211)

;          (3-212)

.          (3-213)

Уравнению (3-213) соответствует схема замещения однофазного двигателя, представленная на рис. 3-90. Здесь сопротивления Z1, Z12, ,  те же, что и для трехфазного двигателя (для малых двигателей , ; для средних и больших двигателей  и  вследствие вытеснения тока в проводниках обмотки ротора).

В соответствии с рис. 3-90 [или с (3-213)] можно мысленно представить себе, что рассматриваемый однофазный двигатель заменен двумя одинаковыми трехфазными асинхронными машинами, имеющими механически соединенные роторы и последовательно включенные статорные обмотки, создающие поля, вращающиеся в разные стороны (рис. 3-91).



Рис. 3-90. Схема замещения однофазного двигателя (см. рис. 3-89).



Рис. 3-91. Агрегат из двух трехфазных асинхронных машин, схема замещения которого соответствует схеме замещения однофазного двигателя (рис. 3-90).

Найдем напряжения на фазах статора (рис. 3-89). Они согласно (3-207), (3-210) и (3-212) равны:

;

;

.          (3-214)

Отсюда, учитывая (3-213), получим:

;

 ;

 .          (3-215)

Из (3-215) следует, что фазные напряжения зависят от скольжения по величине и фазе: например, при s = 1, когда Zs1 = Zs2,

;

;

;          (3-216)

при s  0,



;

;

.          (3-217)

Уравнения (3-217) показывают, что при s  0 получается почти симметричная система напряжений, чему соответствует почти круговое вращающееся поле в машине.

Приведенные уравнения и схема замещения позволяют для любого скольжения при известных параметрах машины рассчитать Zs1 и ZS2, модуль , затем токи I1 = I2, I по (3-213), напряжения U1 = I1zsl, U2 = I2zs2 и соответствующие им мощности и вращающие моменты (М'; М" и М).

Значения комплексов zsl и zs2 могут быть также определены при помощи круговой диаграммы, построенной для трехфазного двигателя. Для этого надо вектор напряжения, для которого построена круговая диаграмма, разделить на векторы тока при скольжениях s и 2-s. Для тех же скольжений, определив, как указывалось, I1 = I2 и затем U1 и U2, по той же круговой диаграмме можно определить моменты М' и М". При этом масштаб для момента должен быть изменен пропорционально квадрату соответственного напряжения:  и,  где СM — масштаб для момента круговой диаграммы, построенной для напряжения U ().

Исследования на основе изложенного метода показывают, что максимальный момент двигателя при «однофазном питании» снижается до 45  50% максимального момента двигателя при нормальном «трехфазном питании». Мощность на валу однофазного двигателя должна быть снижена примерно до 50  55% номинальной мощности трехфазного двигателя, чтобы электрические потери в его обмотках были равны тем же потерям трехфазного двигателя при номинальной нагрузке.

В отличие от трехфазного двигателя максимальный вращающий момент Мм однофазного двигателя зависит от активного сопротивления r2 роторной цепи, так как он получается в результате сложения моментов М' и М" от прямого и обратного полей (см. рис. 3-87). При увеличении r2 максимальные моменты ММ' и ММ" не изменяются по величине, но соответствующие им скольжения увеличиваются. Поэтому при увеличении r2 момент Mм уменьшается (рис. 3-92).



Рис. 3-92. Кривые М = f(s) однофазного асинхронного двигателя при различных активных сопротивлениях цепи ротора.

Изложенный метод может быть также применен для исследования однофазного двигателя, имеющего главную обмотку, занимающую две трети окружности статора, и вспомогательную обмотку, занимающую оставшуюся треть этой окружности и отключенную после пуска. Как указывалось, такой двигатель при пуске работает в качестве двухфазного с обмотками на статоре, сдвинутыми пространственно на 90 эл. град, но в общем случае при несимметричной двухфазной системе напряжений на его зажимах.

3-22.3. Двухфазные двигатели. Пуск в ход однофазных двигателей

Пусковые схемы однофазных двигателей представлены на рис. 3-93.



Рис. 3-93. Пусковые схемы однофазного асинхронного двигателя с активным (а), индуктивным (б) и емкостным (в) сопротивлениями во вспомогательной фазе.

При пуске, когда рубильник замкнут, мы имеем двухфазную машину с главной фазой (или обмоткой) а и вспомогательной фазой (или обмоткой) b. Будем считать, что в исследуемой машине обе обмотки пространственно сдвинуты на 90 эл. град и имеют равные числа витков, обмоточные коэффициенты, числа пазов, в которых они расположены, и, кроме того, их полные сопротивления также равны между собой. В воздушном зазоре такой машины создается круговое вращающееся поле, если к фазам а и b подведена симметричная двухфазная система напряжений и .

Такое же поле будет создаваться и в том случае, если эффективные числа витков фаз а и b (wak0a и wbk0b — произведения чисел витков на обмоточные коэффициенты) различны, но к ним подводятся напряжения  и , где . Если привести фазу b к фазе а, то надо принять, что к ней подведено напряжение  и ток в ней равен . Мы при этом будем считать, что сопротивления фаз а и b связаны соотношениями: r1b = k2r1а и x1b = k2x1а.

Если к обмоткам подведены несимметричные напряжения  и , то, как и в случае трехфазной машины, следует обратиться к методу симметричных составляющих. В применении к двухфазной системе основные уравнения этого метода имеют следующий вид: для напряжений (рис. 3-94



Рис. 3-94. Симметричные составляющие двухфазной системы напряжений (при k = 1).

; ;          (3-218)

для токов

; ,          (3-219)

где ;  и ;  — напряжения и токи прямой последовательности, а ;  и ; — напряжения и токи обратной последовательности.

Из (3-218) и (3-219) следует:

; ;

; .          (3-220)

Можем считать, так же как для трехфазной машины, что системы напряжений ;  и ;  действуют независимо одна от другой.

Примем, что ротор вращается в сторону вращения поля, соответствующего напряжениям ; , тогда по отношению к этим напряжениям двухфазная асинхронная машина будет работать двигателем со скольжением s, а по отношению к напряжениям ;  она будет работать тормозом со скольжением 2 - s.

Если обозначить через Zsl и Zs2 полные сопротивления машины соответственно при скольжениях s и 2 - s, то можно написать:

; .          (3-221)

Рассмотрим теперь уравнения для токов и напряжений однофазного двигателя, который получается из двухфазного путем отключения от сети фазы b:

          (3-222)

Приведенные уравнения показывают, что для данного двигателя может быть начерчена схема замещения, не отличающаяся от схемы замещения однофазного двигателя, полученного из трехфазного путем отключения от сети одной его фазы (см. рис. 3-90, где вместо  надо взять ). Следовательно, здесь также можно считать, что однофазный двигатель аналогичен агрегату, состоящему из двух механически соединенных одинаковых двухфазных машин с последовательно включенными статорными обмотками, создающими поля, вращающиеся в разные стороны (см. рис. 3-91, где надо заменить трехфазные обмотки двухфазными и вместо  взять ).

Очевидно, что исследование однофазного двигателя при его работе и в этом случае может производиться при помощи схемы замещения или круговой диаграммы соответствующего симметричного двухфазного двигателя.

Отметим, что если обмотка однофазного двигателя (главная его обмотка занимает не две трети окружности статора, как в рассмотренном ранее случае, в кривой ее н. с. будут иметь место высшие гармонические порядка, кратного трем. Они повышают потери в машине и могут вызвать вибрации и шум при ее работе. Однако в обычных случаях их амплитуды невелики, и мы будем считать, что поле токов машины распределено в воздушном зазоре вдоль окружности синусоидально.

Исследуем пуск двигателя. При этом обратимся к рассмотренной в предыдущем двухфазной машине. Ее фаза а непосредственно приключена к сети и используется как главная обмотка, а фаза b используется как вспомогательная обмотка; она может быть приключена к сети через активное, индуктивное или емкостное сопротивление (рис. 3-93).

Обозначим в общем случае через Z внешнее сопротивление, включенное в фазу b. В соответствии с обозначениями рис. 3-93 напишем:

; .          (3-223)

Отсюда следует:

; .          (3-224)

Учитывая (3-218) и (3-219), из (3-224) получим:



или, подставляя (3-221),

.

Так как при пуске (s = 1) Zs1 =Zs2 = Zк (сопротивлению короткого замыкания симметричной машины), то будем иметь:

          (3-225)

где

Из предыдущего определяем  и :

          (3-226)

Полученные уравнения позволяют выяснить, при каком значении Z для данного k будет создаваться максимальный начальный пусковой момент.

Введем в (3-226) обозначения:  и ; после этого получим:

          (3-227)

Далее обозначим , полагая g переменным, но z при этом будем считать постоянным: например, если в фазу b включается активное сопротивление, то z = 0 = const, если конденсатор, то z =  = const. При включении в фазу b реактивной катушки также будем считать, что для нее  = tg z = const.

При g = 0 внешнее сопротивление Z = 0, чему соответствует непосредственное подключение фазы b к сети. Согласно (3-227) в этом случае модули  и  равны между собой ( при k = 1) и, следовательно, моменты от прямого и обратного полей одинаковы и Мнач = 0.

При g = , Z =  фаза b разомкнута и машина превращается в однофазную, не создающую никакого момента в начале пуска. Для этого случая U1 =U2 = U/2.

Найдем теперь, при каком значении g момент Мнач будет максимальным. Для этого надо определить максимум функции , так как Мнач пропорционален . Преобразим уравнения (3-227), подставляя в них  и  и учитывая, что  и  ( и  – векторы, сопряженные с  и ):

          (3-228)

Отсюда получим

          (3-229)

Согласно условию  величина  будет максимальной при g = k2, т. е. при z = k2zк.

Таким образом, мы нашли, что для любой машины при ее пуске в ход с использованием вспомогательной фазы максимальный момент Mнач.м получается в том случае, если абсолютное значение активного, индуктивного или емкостного сопротивления, включаемого во вспомогательную фазу, для данного k равно k2zк.

Обозначим через Mg начальный вращающий момент, развиваемый машиной, если к ней подводится симметричная двухфазная система напряжений  или если тогда при g = k2 будем иметь:

          (3-230)

Mнач.м зависит от . Очевидно, при  момент Мнач = 0. В обычных случаях близкие к этому условия получились бы при включении во вспомогательную фазу реактивной катушки. Однако для очень малых двигателей при cosк > 0,6ч0,7 она может найти себе применение, если требуется небольшой Mнач.

При активном пусковом сопротивлении z =0. В этом случае при g = k2 получим:



 При k = 1 в идеальном случае, когда ?к = 90°, мы получили бы Mнач м  = 0,5Mg; но в обычных случаях при k = 1 Мнач м  (0,3  0,4) Mg. Можно увеличить Мнач м за счет уменьшения . Однако при этом может получиться чрезмерный ток Ib во вспомогательной фазе (следовательно, и начальный пусковой ток из сети , что видно из выражения для Ib при g = k2, которое выводится из приведенных ранее уравнений):

.

Обычно пусковое сопротивление R  O,5zк. Пуск через активное сопротивление на практике применяется довольно часто. При этом во многих случаях двигатели имеют вспомогательную обмотку, выполненную из провода повышенного сопротивления (тонкий медный провод, стальной или латунный провод), что исключает необходимость включать в нее внешнее сопротивление
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   12


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации