Сопротивление пусковой обмотки и рабочей: Поиск рабочей и пусковой катушки однофазного асинхронного электродвигателя | Полезные статьи

Двухклеточные двигатели — Студопедия

Поделись  

Устройство и принцип работы.

Двухклеточные двигатели имеют на роторе две короткОзамкнутые беличьи клетки, одна из которых представляет собой так называемую пусковую обмотку, а вторая — рабочую. Рабочая обмотка выполняется из медных стержней и размещается в нижних частях пазов, а пусковая обмотка изготовляется из латунных или бронзовых стержней и располагается в верхних частях пазов, ближе к воздушному зазору (рис. 27-5, а слева). Сечение стержней пусковой обмотки может быть несколько меньше, чем у рабочей обмотки. Однако сечение и теплоемкость стержней пусковой обмотки должны быть достаточно велики, чтобы предотвратить чрезмерный нагрев этой обмотки при пуске. Иногда рабочую и пусковую обмотки размещают в отдельных пазах.

Вращающееся магнитное поле двигателя индуктирует в обеих обмотках ротора одинаковые э. д. с.

При пуске вследствие большой частоты тока ротора индуктивное сопротивление рабочей обмотки относительно велико и значительно больше полного сопротивления пусковой обмотки. Поэтому при пуске нагружена током в основном только пусковая обмотка, и ввиду большой величины ее активного сопротивления двигатель развивает большой пусковой момент. При разбеге двигателя частота тока ротора уменьшается, и при нормальной скорости вращения (s = 0,02 -ь 0,05) индуктивные сопротивления рассеяния обмоток ротора будут в 20—50 раз меньше, чем при пуске. Поэтому в рабочем режиме активные сопротивления обмоток ротора значительно больше индуктивных и полные сопротивления обмотки определяются величинами активных сопротивлений. Вследствие этого при работе двигателя полное сопротивление рабочей обмотки значительно меньше, чем полное сопротивление пусковой, и током нагружена главнйм образом рабочая обмотка. Ввиду малости активного сопротивления этой обмотки двигатель имеет хороший к. п. д.

Таким образом, в двухклеточном двигателе при пуске происходит вытеснение тока ротора по направлению к воздушному зазору, как и в глубокопазном двигателе.

57. Рабочие характеристики.

Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называются зависимости частоты вращения n (или скольжения s), момента на валу М₂, тока статора I₁ коэффициента полезного действия ɳ и cosφ₁, от полезной мощности Р₂ = Р_mx при номинальных значениях напряжения U₁ и частоты f₁ (рис. 264). Они строятся только для зоны практической устойчивой работы двигателя, т. е. от скольжения, равного нулю, до скольжения, превышающего номинальное на 10—20%. Частота вращения n с ростом отдаваемой мощности Р₂ изменяется мало, так же как и в механической характеристике; вращающий момент на валу М₂ пропорционален мощности Р₂, он меньше электромагнитного момента М на значение тормозящего момента М_тр, создаваемого силами трения.

Ток статора I₁, возрастает с увеличением отдаваемой мощности, но при Р₂ = 0 имеется некоторый ток холостого хода I₀. К. п. д. изменяется примерно так же, как и в трансформаторе, сохраняя достаточно большое значение в сравнительно широком диапазоне нагрузки.

Наибольшее значение к. п. д. для асинхронных двигателей средней и большой мощности составляет 0,75—0,95 (машины большой мощности имеют соответственно больший к. п. д.). Коэффициент мощности cosφ₁ асинхронных двигателей средней и большой мощности при полной нагрузке равен 0,7—0,9. Следовательно, они загружают электрические станции и сети значительными реактивными токами (от 70 до 40% номинального тока), что является существенным недостатком этих двигателей.

Рис. 263. Механическая характеристика асинхронного двигателя с повышенным пусковым моментом (с двойной беличьей клеткой)

Рис. 264. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

При нагрузках 25—50 % номинальной, которые часто встречаются при эксплуатации различных механизмов, коэффициент мощности уменьшается до неудовлетворительных с энергетической точки зрения значений (0,5—0,75).

При снятии нагрузки с двигателя коэффициент мощности уменьшается до значений 0,25—0,3, поэтому нельзя допускать работу асинхронных двигателей при холостом ходе и значительных недогрузках.



Особенности схем обмоток одно- и двухфазных двигателей

Страница 18 из 84

Однофазные асинхронные двигатели мощностью до 1, редко до 2 кВт, широко применяют в условиях, когда имеется только однофазная сеть, например, для привода механизмов различных приборов, электрифицированного инструмента, в бытовых механизмах и т. п. Если обмотку двигателя питать однофазным током, то электромагнитное поле в нем будет не вращающимся, как в трехфазных машинах, а пульсирующим, энергетические показатели будут хуже, чем у трехфазных, а пусковой момент будет равен нулю, т. е. двигатель без специальных устройств не сможет начать работать. Поэтому в статорах однофазных двигателей устанавливают две обмотки, которые часто называют также фазами обмотки. Одна из них — главная, или рабочая, другая — вспомогательная.

Рис. 39. Оси обмоток двух- и однофазных двигателей: а — расположение катушек разных фаз в пазах статора, б — условное изображение фаз обмотки

Обмотки располагаются по пазам статора так, что их оси сдвинуты друг относительно друга в пространстве на электрический угол 90° (рис. 39). Если фазы токов обмоток будут не одинаковы, т. е. сдвинуты во времени, то электромагнитное поле в двигателе становится вращающимся. Энергетические показатели двигателя улучшаются и появляется пусковой момент. При сдвиге фаз токов на электрический угол 90° и одинаковых мдс обмоток поле становится круговым и кпд однофазного двигателя будет наибольшим. Добиться этого можно, выполнив обе обмотки двигателя одинаковыми и подключив последовательно к одной из них конденсатор (рис. 40, а). Такие двигателями называются однофазными конденсаторными.

Емкость конденсатора, необходимая для получения кругового поля, зависит от активных и индуктивных сопротивлений обмоток двигателя и от его нагрузки. Для однофазных конденсаторных двигателей конденсатор рассчитывают так, чтобы поле было круговым при номинальной нагрузке. Его включают последовательно с одной из фаз обмоток на все время работы. Этот конденсатор называют рабочим и обозначают Ср. Во время пуска двигателя емкость рабочего конденсатора оказывается недостаточной для образования кругового поля и пусковой момент двигателя невелик. Для увеличения пускового момента параллельно с рабочим конденсатором включают второй — пусковой конденсатор (С). Суммарная емкость рабочего и пускового конденсаторов обеспечивает получение кругового вращающегося поля во время пуска двигателя и пусковой момент его увеличивается. После разгона двигателя пусковой конденсатор отключают, а рабочий остается включенным (рис. 40, б). Таким образом, двигатель запускается и работает с номинальной нагрузкой при вращающемся круговом поле.

Рис. 40. Схемы включения однофазных двигателей:
а — с постоянно включенным конденсатором (конденсаторные двигатели), б — с рабочим и пусковым конденсаторами, в — с пусковым элементом; Ср — рабочий конденсатор, Сп— пусковой конденсатор; ПЭ — пусковой элемент

Рис. 41. Схема однослойной концентрической обмотки с т—2, Z— 16, 2р—2, выполненной вразвалку

В однофазных конденсаторных двигателях обе обмотки, и главная и вспомогательная, выполняются одинаковыми, т. е. с одинаковым числом витков и катушек, из одинакового обмоточного провода. Они располагаются в одинаковом числе пазов, симметрично со сдвигом осей на 90°.

В статорах большинства одно- и двухфазных двигателей применяют всыпные однослойные обмотки с концентрическими катушками (рис. 41). Они имеют либо четыре выводных конца — начала и концы главной и вспомогательной фаз, либо только три. При трех выводах концы главной и вспомогательной фаз соединяются между собой внутри корпуса и наружу выводится провод от места их соединения — общая точка обмотки. Обозначение выводов обмоток приведено в табл. 3.
Для уменьшения вылета лобовых частей катушек однослойные обмотки часто выполняют вразвалку. Если число пазов на полюс и фазу четное, то обмотки вразвалку по существу не отличаются от таких же обмоток трехфазных машин (см. рис. 24). Если же число q нечетное, то большие катушки в группах делают «расчесанными», т. е. отгибают лобовые части половины их витков в одну, а второй половины — в другую сторону (рис. 42).

Рис. 42. Схема однослойной концентрической обмотки с т— 2, Z—24, 2р=4, q= 3, выполненной с «расчесанными» катушками

Необходимость установки конденсаторов удорожает однофазные двигатели, увеличивает их габариты и снижает надежность, так как конденсаторы выходят из строя чаще, чем сами двигатели. Поэтому большинство однофазных асинхронных двигателей рассчитывают на работу только с одной — главной обмоткой. Однако для того, чтобы их можно было пустить, устанавливают и вторую — вспомогательную обмотку, которую часто называют пусковой. Она предназначается только для создания вращающегося поля при пуске двигателя. Такие однофазные двигатели называют двигателями с пусковой фазой.

Сдвиг фаз токов главной (рабочей) и пусковой обмоток достигается изменением сопротивления пусковой обмотки путем включения последовательно с ней так называемого пускового элемента (см. рлс. 40, в) — конденсатора или резистора (чаще всего используют более дешевый — резистор).

Пусковые обмотки, как правило, отличаются от рабочих и по числу витков, и по числу катушек, и сечением провода. Они обычно занимают 2/3 всех пазов статора. В оставшихся 2/3 пазов располагается рабочая обмотка. Схемы соединений и числа полюсов рабочей и пусковой обмоток одинаковы (рис. 43).

Рис. 43. Схема однослойной концентрической обмотки однофазного двигателя с пусковой фазой с Z=24, 2р=4; C1— С2 — главная фаза, В l— В2 — пусковая фаза

Рис. 44. Образование бифилярных витков

Рис. 45. Схема обмотки с катушками, имеющими бифилярные витки:
а — изображение катушек с би- филярными витками на схеме обмотки, б — схема обмотки с Z = 24, 2р=4

Чтобы избежать установки резисторов, которые должны быть рассчитаны на полный пусковой ток, во многих однофазных двигателях пусковую обмотку выполняют с повышенным сопротивлением пусковой фазы. Для этой цели пусковую обмотку наматывают из провода меньшего сечения, чем рабочую, или выполняют ее с частично бифилярной намоткой. При этом длина провода обмотки возрастает, ее активное сопротивление увеличивается, а индуктивное сопротивление и мдс остаются такими же, как и без бифилярных витков. Чтобы образовались бифилярные витки, катушку пусковой обмотки выполняют из двух секций со встречным направлением намотки (рис. 44). Одна секция, направление намотки которой совпадает с нужной для пуска машины полярностью, называется основной, а секция со встречной намоткой — бифилярной. Бифилярная секция имеет всегда меньше витков, чем основная. На схемах обмоток катушки, имеющие частично бифилярную намотку, обозначают петлей (рис. 45, а). На рис. 45, б показана схема обмотки с пусковой фазой, имеющей частично бифилярную намотку. Главная обмотка выполнена концентрическими катушками вразвалку. Петли у катушек пусковой фазы на схеме обозначают, что они выполнены с частично бифилярной намоткой.

Пусковая обмотка однофазных двигателей рассчитана только на кратковременную работу — на время пуска двигателя. Ее необходимо отключить от сети сразу же, как только двигатель разгонится, иначе она перегреется и двигатель выйдет из строя.   

Рис. 46. Короткозамкнутый виток на полюсе асинхронного однофазного двигателя:

1 — короткозамкнутый виток, 2 —обмотка, 3 — сердечник
Такие двигатели применяются, например, для привода компрессоров во всех бытовых холодильниках. Тепловое реле холодильника включает обе обмотки двигателя, а после его разгона отключает пусковую обмотку. Двигатель работает с одной включенной рабочей обмоткой.

В небольших, мощностью до нескольких десятков ватт однофазных асинхронных двигателях вращающееся поле и в период пуска и во время работы получают более простым способом. Двигатель делают с явнополюсным статором. Часть площади полюсного наконечника охватывают короткозамкнутым витком (рис. 46), в котором индуктируется ЭДС и возникает ток. Под влиянием тока в витке поток полюса раздваивается и фаза потока под частью полюсного наконечника, охваченной короткозамкнутым витком, сдвигается по сравнению с основным потоком. В результате поле становится вращающимся, однако не круговым, так как нельзя таким образом достичь сдвига фаз на 90°, а эллиптическим, но достаточным для возникновения небольшого пускового момента. Такие двигатели называют однофазными с экранированными полюсами или с короткозамкнутыми витками на полюсе. _ Они широко применяются, например, в различных бытовых вентиляторах, так как пуск вентиляторов происходит с малым моментом сопротивления на валу. Основным достоинством двигателей с экранированными полюсами является простота их конструкции и технологии изготовления.

В отличие от однофазных двухфазные двигатели питаются от двухфазной сети. Они используются в основном в различных системах управления, в которых сдвиг фаз питающей сети создается самой схемой. Их статор имеет также две обмотки, одна из которых носит название обмотки возбуждения, а вторая — обмотки управления. Обмотка возбуждения подключена к сети с неизменным по амплитуде напряжением. Регулирование частоты вращения двигателей осуществляется изменением амплитуды тока обмотки управления или его фазы. Иногда применяется и тот и другой метод управления одновременно. При равенстве токов и сдвиге их фаз на 90° поле двигателя круговое. При изменении тока обмотки управления или его фазы поле становится эллиптическим, электромагнитный момент двигателя и частота его вращения уменьшаются.
Двигатели рассчитывают так, что при пульсирующем поле они работать не могут. Поэтому при уменьшении сдвига фаз токов в обмотках до нуля или снятия напряжения с обмотки управления двигатели останавливаются. Как только фаза тока в обмотке управления изменится или подано напряжение при постоянном сдвиге фаз, двигатели начинают работать. Обмотки двухфазных двигателей в большинстве случаев одинаковые и симметрично расположены в пазах статора.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какую обмотку называют однослойной концентрической?
2. В чем состоит особенность концентрических обмоток вразвалку?
3. Чем отличаются равнокатушечные однослойные обмотки от концентрических?
4. Как изображается катушечная группа двухслойной обмотки на условной схеме?
5. Во сколько параллельных ветвей можно соединить двух- и однослойную обмотки шестиполюсной машины?
6. Чем отличается обмотка с дробным числом пазов на полюс и фазу от обмотки с целым q?
7. Какие двигатели называют многоскоростными и в чем особенность их обмоток?
8. Как называются обмотки двухфазных двигателей?
9. Какие двигатели называют однофазными конденсаторными?
10. Какие схемы применяют для пуска однофазных асинхронных двигателей?

• Назад
• Вперёд

Типы однофазных асинхронных двигателей

Способы пуска трехфазных асинхронных двигателей

Асинхронный двигатель похож на многофазный трансформатор, вторичная обмотка которого замкнута накоротко. Таким образом, при нормальном напряжении питания, как и в трансформаторах, начальный ток, потребляемый первичной обмоткой, кратковременно очень велик. В отличие от двигателей постоянного тока большой ток при пуске обусловлен отсутствием противо-ЭДС. Если асинхронный двигатель включается напрямую от источника питания, он потребляет в 5–7 раз больше тока полной нагрузки и развивает крутящий момент, который всего в 1,5–2,5 раза превышает крутящий момент полной нагрузки. Этот большой пусковой ток вызывает большое падение напряжения в линии, что может повлиять на работу других устройств, подключенных к той же линии. Следовательно, не рекомендуется запускать асинхронные двигатели более высокой мощности (как правило, выше 25 кВт) непосредственно от сети.
Различные методы запуска асинхронных двигателей описаны ниже.

Пускатели прямого пуска (DOL)

Небольшие трехфазные асинхронные двигатели можно запускать напрямую от сети, что означает, что номинальная мощность напрямую подается на двигатель. Но, как упоминалось выше, здесь пусковой ток будет очень большим, обычно в 5-7 раз больше номинального тока. Пусковой крутящий момент, вероятно, будет в 1,5–2,5 раза больше крутящего момента при полной нагрузке. Асинхронные двигатели можно запускать непосредственно от сети с помощью пускателя DOL, который обычно состоит из контактора и защитного оборудования двигателя, такого как автоматический выключатель. Пускатель DOL состоит из контактора с катушкой, которым можно управлять с помощью кнопок пуска и останова. При нажатии кнопки пуска на контактор подается питание, и он одновременно замыкает все три фазы двигателя на фазы питания. Кнопка останова обесточивает контактор и отключает все три фазы, чтобы остановить двигатель.
Чтобы избежать чрезмерного падения напряжения в линии питания из-за большого пускового тока, для двигателей мощностью менее 5 кВт обычно используется пускатель DOL.

Пуск двигателей с короткозамкнутым ротором

Пусковой ток в двигателях с короткозамкнутым ротором регулируется путем подачи на статор пониженного напряжения. Эти методы иногда называют методами пониженного напряжения для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором . Для этого используются следующие методы:

1. С помощью первичных резисторов
2. Автотрансформатор
3. Переключатели звезда-треугольник

1.

Использование первичных резисторов:

Очевидно, назначение первичных резисторов состоит в том, чтобы понизить некоторое напряжение и подать пониженное напряжение на статор. Учтите, пусковое напряжение снижено на 50%. Тогда по закону Ома (V=I/Z) пусковой ток также уменьшится на такой же процент. Из уравнения крутящего момента трехфазного асинхронного двигателя пусковой крутящий момент приблизительно пропорционален квадрату приложенного напряжения. Это означает, что если приложенное напряжение составляет 50 % от номинального значения, пусковой момент будет составлять только 25 % от его нормального значения напряжения. Этот метод обычно используется для плавный пуск малых асинхронных двигателей . Не рекомендуется использовать тип пуска с первичными резисторами для двигателей с высокими требованиями к пусковому моменту. Резисторы
обычно выбираются таким образом, чтобы на двигатель можно было подать 70 % номинального напряжения. В момент пуска последовательно с обмоткой статора включается полное сопротивление, которое постепенно уменьшается по мере увеличения скорости двигателя. Когда двигатель достигает соответствующей скорости, сопротивления отключаются от цепи, а фазы статора напрямую подключаются к линиям питания.

2. Автотрансформаторы:

Автотрансформаторы также известны как автостартеры. Их можно использовать как для двигателей с короткозамкнутым ротором, соединенных звездой, так и с соединением треугольником. По сути, это трехфазный понижающий трансформатор с различными ответвлениями, которые позволяют пользователю запускать двигатель, скажем, при 50%, 65% или 80% сетевого напряжения. При автотрансформаторном пуске ток, потребляемый от линии питания, всегда меньше тока двигателя на величину, равную коэффициенту трансформации. Например, когда двигатель запускается при отводе 65 %, приложенное к двигателю напряжение будет составлять 65 % от линейного напряжения, а приложенный ток будет составлять 65 % от начального значения линейного напряжения, а линейный ток будет составлять 65 %. % от 65 % (т. е. 42 %) начального значения сетевого напряжения. Эта разница между линейным током и током двигателя обусловлена ​​действием трансформатора. Внутренние соединения автостартера показаны на рисунке. При пуске переключатель находится в положении «пуск», и на статор подается пониженное напряжение (которое выбирается отводом). Когда двигатель набирает соответствующую скорость, скажем, до 80% от его номинальной скорости, автотрансформатор автоматически отключается от цепи, когда переключатель переходит в положение «Работа».
Переключатель, переводящий соединение из положения пуска в положение работы, может быть с воздушным разрывом (малые двигатели) или масляным (большие двигатели). Предусмотрены также условия для отсутствия напряжения и перегрузки со схемами выдержки времени на автостартере.

3. Пускатель звезда-треугольник:

Этот метод используется в двигателях, которые предназначены для работы на статоре, соединенном треугольником. Двухпозиционный переключатель используется для соединения обмотки статора в звезду при запуске и в треугольник при работе на нормальной скорости. Когда обмотка статора соединена звездой, напряжение на каждой фазе двигателя будет уменьшено в 1/(кв. 3) по сравнению с обмоткой, соединенной треугольником. Пусковой крутящий момент будет в 1/3 раза больше, чем для обмотки, соединенной треугольником. Следовательно, пускатель звезда-треугольник эквивалентен автотрансформатору с коэффициентом 1/(кв. 3) или пониженным напряжением на 58%.

Пуск двигателей с контактными кольцами

Двигатели с контактными кольцами запускаются при полном сетевом напряжении, поскольку внешнее сопротивление можно легко добавить в цепь ротора с помощью контактных колец. Реостат, соединенный звездой, соединен последовательно с ротором через контактные кольца, как показано на рис. Введение сопротивления в ток ротора уменьшит пусковой ток в роторе (и, следовательно, в статоре).