Однофазных двигателей

Остановимся кратко на двигателях с полым ротором ( 10.44). Они могут быть однофазными, двухфазными и трехфазными. Статор и обмотка статора таких двигателей выполняются соответственно как в трехфазных или однофазных двигателях, ротор же представляет собой полый цилиндр, изготовленный из латуни, меди или алюминия и расположен в зазоре сердечника статора. Двигатель состоит из корпуса /, внешнего 2 и внутреннего 3 сердечников статора, между которыми расположен полый ротор 4, обмотки статора 5, подшипниковых щитов 6, вала 7 и подшипников 8. Принцип действия и характеристики подобных двигателей аналогичны принципам действия и характеристикам двигателей с короткозамкнутым ротором. Главное их отличие — малая инерционность ротора, что очень важно в системах, быстро реагирующих на вводимый сигнал.

Рассмотрим идеализированный однофазный двигатель, у которого в воздушном зазоре есть только прямое и обратное поля. Такой двигатель имеет распределенную синусную обмотку, ненасыщен, с гладким зазором. В реальном двигателе невозможно выполнить такую обмотку, поэтому в воздушном зазоре всегда есть спектр высших гармоник. Наряду с обычными пространственными гармониками в однофазных двигателях появляются отраженные волны магнитного поля, так как однофазная обмотка занимает в отличие от двух-, трех- и многофазных обмоток часть полюсного деления.

Рассмотрим идеализированный однофазный двигатель, у которого в воздушном зазоре есть только прямое и обратное поля. Такой двигатель имеет распределенную синусную обмотку, ненасыщен, с гладким зазором. В реальном двигателе невозможно выполнить такую обмотку, поэтому в воздушном зазоре всегда есть спектр высших гармоник. Наряду с обычными пространственными гармониками в однофазных двигателях появляются отраженные волны магнитного поля, так как однофазная обмотка занимает в отличие от двух-, трех- и многофазных обмоток часть полюсного деления.

В основе создания асинхронного момента полями высших гармоник лежат те же физические явления, что и при создании его полем основной гармоники. Если ротор вращается в ту же сторону, что и поле данной гармоники, то при вращении ротора медленнее поля асинхронный момент является двигательным, направленным в сторону вращения поля данной гармоники. При вращении ротора быстрее поля — момент генераторный тормозной, направленный встречно вращению поля. Если поле гармоники и ротор вращаются встречно, то возникает режим электромагнитного тормоза. Обычно наибольшее значение имеют паразитные моменты, создаваемые в трехфазных двигателях полями седьмой и пятой гармоник, а также в двух- и однофазных двигателях — полями третьей гармоники.

Разложение пульсирующего поля на два вращающихся используется, например, в однофазных двигателях, где прямое поле, воздействуя на ротор, приводит его во вращение, а обратное поле экранируется.

В однофазных двигателях ток статора /1 создает пульсирующее поле, которое может быть представлено двумя вращающимися в противоположные стороны полями. Прямое и обратное поля имеют одинаковые амплитуды и вращаются в противоположные стороны с одинаковой частотой. Эти поля создают моменты прямой М\\ и обратной Mzz последовательностей ( 3.92), а результирующий момент

Совместное решение уравнений напряжений (3.132) и уравнения движения (3.133) с помощью ЭВМ дает ответы на все вопросы, связанные с электромеханическим преобразованием энергии в однофазных двигателях.

Представляет интерес использование для возбуждения обратного поля. В однофазных двигателях при возбуждении от обратной последовательности ( 4.88) могут быть получены массогабаритные и энергетические характеристики, близкие к характеристикам трехфазных асинхронных двигателей.

В однофазных двигателях рабочая обмотка занимает обычно только 2/3 Полюсного деления, что дает возможность получать коэффициент обмотки ?об я» 0,827. Заполнение остальных пазов обмоткой не является рациональным, так как при этом получается столь пониженное значение коэффициента обмотки (до &06?«2/я = 0,638), что использование меди статорной обмотки будет мало. Остающаяся пустой J/8 пазов статора может быть заполнена вспомогательной пусковой обмоткой, ось которой получается сдвинутой в пространстве относительно оси основной обмотки на 90°. Подобную систему из двух обмоток можно получить из соединенной в звезду трехфазной обмотки, если отсоединить одну фазу и использовать ее 25-е. Схема ис-

его, так же как и якоря машины постоянного тока, через две точки, диаметрально расположенные на потенциальном круге коллектора ( 27-6, а). Вторая форма питания —через четыре точки по двум взаимно перпендикулярным осям — применяется в так называемых компенсированных однофазных двигателях и соответствует питанию якоря электромашинного усилителя. В этом случае в якоре суще-

В связи с появлением новых исследований более строго учтено влияние зубчатости магнитопроводов на высшие гармонические магнитной индукции в зазоре. Внесены элементы методической новизны в изложение таких вопросов, как вывод формул для МДС, ЭДС, электромагнитных сил, электромагнитного момента, расчет характеристик синхронных машин и машин постоянного тока; вывод уравнений синхронной явнополюсной машины в осях d, q 0; рассмотрение переходных процессов короткого замыкания синхронного генератора и включение асинхронного двигателя, анализ явлений в однофазных двигателях и др.

В системах автоматического управления, бытовых приборах и промышленных устройствах находят применение однофазные асинхронные двигатели малой мощности. Для питания однофазных двигателей требуется однофазная сеть, имеющая два провода вместо трех проводов трехфазной сети, что дает в одних случаях экономическую выгоду, в других — удобство в эксплуатации. Однофазные двигатели применяются и в установках средней мощности (несколько десятков киловатт), где их использование целесообразно экономически (два провода вместо трех) и по условиям эксплуатации, например в транспортных устройствах шахт. Среди большого разнообразия однофазных двигателей наибольшее распространение получили двигатели с короткозамкнутой обмоткой ротора: ротор и его обмотка выполнены так же, как и у трехфазных двигателей. Статор таких двигателей бывает с явновыраженными полюсами и корот-козамкнутым витком ( 10.39, а) — его далее будем называть двигателем А и с неявновыраженными полюсами и двумя обмотками ( 10.39, б); его далее будем называть двигате*-лем Б.

Синхронные микродвигатели — электрические машины малой мощности от десятых долей ватта до сотен ватт. Частота вращения роторов микродвигателей, как и обычных синхронных двигателей, не зависит от нагрузки и равна частоте вращающегося магнитного поля п = 60///?. По этой причине синхронные микродвигатели используются для привода различных устройств, частота вращения которых должна сохраняться неизменной и пропорциональной частоте питающей сети. К таким устройствам относятся самопишущие приборы, электрические часы, киноустановки и т. п. Существуют как трехфазные, так и однофазные синхронные микродвигатели. Вращающееся магнитное ноле трехфазных и однофазных двигателей создается с помощью обмоток статора, которые не отличаются от обмоток статора соответствующих трехфазных и однофазных асинхронных двигателей.

Дополнительную обмотку располагают на роторе так, что ее ось оказывается взаимно перпендикулярной с осью обмотки возбуждения. Путем подбора соответствующего фазосдвигающего элемента можно получить вращающееся поле, близкое к круговому. По достижении максимального момента пусковая обмотка может быть отключена ( 11.3). В некоторых случаях, учитывая, что наличие второй обмотки существенно улучшает механическую характеристику, ее не отключают. Такие двигатели называют конденсаторными. В отличие от однофазных двигателей с использованием второй обмотки только для пуска, когда она может быть выполнена более тонким проводом и укладывается в меньшее число пазов, в конденсаторных двигателях обе обмотки

Примером несимметричного трехфазного приемника является совокупность различных однофазных приемников (электрических ламп, однофазных двигателей, электронагревателей и др.). Схема питания таких однофазных приемников показана на 3.1,6, где линейные и фазные предохранители (максимальные автоматы) отключают приемники при превышении током заданного значения. Линейные предохранители рассчитаны на большие токи, чем фазные. В нейтральном проводе N линейного предохранителя нет, так как отключение нейтрали приводит к несимметричному распределению напряжений между однофазными приемниками и перегрузке некоторых из них в результате повышения на них напряжения.

При пульсирующем поле при s=l результирующий момент ЛГРез=0 ( 5.5,а) и однофазный двигатель не имеет пускового момента. Чтобы пустить двигатель, необходимо посторонним двигателем раскрутить ротор или уменьшить обратное поле. Наиболее распространенный способ пуска однофазных двигателей — уменьшение амплитуды обратного поля, т. е. переход от пульсирующего поля к эллиптическому ( 5.5,6). Эллиптическое поле при однофазном питании можно получить несколькими способами [1, 2. Наиболее эффективный способ — выполнение сдвинутой в пространстве на 90 эл. град, пусковой обмотки с током, сдвину-

В однофазных явнополюсных ЭП энергия магнитного поля концентрируется под полюсом. Из-за различия магнитных проводи-мостей под полюсом и между полюсами в воздушном зазоре (пространстве между ротором и полюсным наконечником) возникают отраженные волны, которые ухудшают характеристики однофазных двигателей.

При пульсирующем поле, при s= \, результирующий момент Мри = О ( 5.5, а) и однофазный двигатель не имеет пускового момента. Чтобы пустить двигатель, необходимо посторонним двигателем раскрутить ротор или уменьшить обратное поле. Наиболее распространенный способ пуска однофазных двигателей — уменьшение амплитуды обратного поля, т.е. переход от пульсирующего поля к эллиптическому ( 5.5, б). Эллиптическое поле при однофазном питании можно получить несколькими способами [1,4, 8]. Наиболее эффективный способ — выполнение сдвинутой в пространстве на 90 эл. град пусковой обмотки с током, сдвинутым во времени по отношению к току рабочей обмотки с числом витков ща ( 5.6). В конденсаторных двигателях конденсатор С в пусковой обмотке с числом витков ws$ может включаться на время пуска или оставаться включенным все время работы [4].

В однофазных явнополюсных ЭП энергия магнитного поля концентрируется под полюсом. Из-за различия магнитных проводимостей под полюсом и между полюсами в воздушном зазоре (пространстве между ротором и полюсным наконечником) возникают отраженные волны, которые ухудшают характеристики однофазных двигателей.

В последнее время обосновано применение стальных проводов вместо медных в пусковых обмотках однофазных двигателей и измерительных цепях других электротехнических устройств.

12-33. Схемы пуска однофазных двигателей

В условиях эксплуатации обычных трехфазных асинхронных двигателей возможны аварийные случаи, когда двигатели переходят на режим работы в качестве однофазных. Это происходит при размыкании одного из фазных проводов или перегорании предохранителя в одном из трех линейных проводов трехфазной сети. Если это имеет место при вращении двигателя, то он не останавливается, а продолжает работать как однофазный. При переходе трехфазного двигателя в однофазный режим увеличивается его ток, уменьшаются к. п. д. и cos ф двигателя. Длительная работа двигателя при значительной нагрузке сопровождается его перегревом, что приводит к выходу его из строя. Практически переход трехфазного двигателя