Короткозамкнутый виток; 4 — ротор; 5 — полюс

 

Угол γ ₂значительно больше (около 45°), т. е. такой, как в трансформаторе со вторичной обмоткой, замкнутой накоротко (например, в измерительном трансформаторе тока). Это объясняется тем, что потери мощности, от которых зависит угол γ ₂, определяются не только магнитными потерями мощности в стали, но и электрическими потерями в короткозамкнутом витке.

Потоки Ф_п1 и Ф_п2, смещенные в пространстве на угол β и сдвинутые по фазе во времени на угол γ= γ₂— γ₁, образуют эллиптическое вращающееся магнитное поле, которое создает вращающий момент, действующий на ротор двигателя в направлении от первого полюсного наконечника, не охватываемого короткозамкнутым витком, ко второму наконечнику (в соответствии с чередованием максимумов потоков «фаз»).

Для увеличения пускового момента рассматриваемого двигателя путем приближения его вращающегося поля к круговому применяют различные способы: устанавливают между полюсными наконечниками смежных полюсов магнитные шунты, которые усиливают магнитную связь между основной обмоткой и короткозамкнутым витком и улучшают форму магнитного поля в воздушном зазоре; увеличивают воздушный зазор под наконечником, не охватываемым короткозамкнутым витком; используют два и большее количество короткозамкнутых витков на одном наконечнике с разными углами охвата. Имеются также двигатели без короткозамкнутых витков на полюсах, но с несимметричной магнитной системой: различной конфигурацией отдельных частей полюса и разными воздушными зазорами. Такие двигатели имеют меньший пусковой момент, чем двигатели с экранированными полюсами, но КПД их выше, так как у них отсутствуют потери мощности в короткозамкнутых витках.

Рассмотренные конструкции двигателей с экранированными полюсами являются нереверсивными. Для осуществления реверса в таких двигателях вместо короткозамкнутых витков применяют катушки В1, В2, ВЗ и В4 (рис. 2.65, в), каждая из которых охватывает половину полюса. Замыкая накоротко пару катушек В1 и В4 или В2 и ВЗ, можно экранировать одну или другую половину полюса и изменять таким образом направление вращения магнитного поля и ротора.

Двигатель с экранированными полюсами имеет ряд существенных недостатков: сравнительно большие габаритные размеры и массу; низкий cosφ ≈ 0,4 ÷ 0,6; низкий КПД η = 0,25 ÷ 0,4 из-за больших потерь в короткозамкнутом витке; небольшой пусковой момент и др. Достоинствами двигателя являются простота конструкции и вследствие этого высокая надежность в эксплуатации. Благодаря отсутствию зубцов на статоре шум двигателя незначителен, поэтому он часто употребляется в устройствах по воспроизводству музыки и речи.

 

АСИНХРОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Асинхронная машина с фазным ротором может служить преобразователем частоты, так как в ее роторе частота тока

f₂ = f₁s = p(n₁ ± n₂)/60. (2.103)

При этом знак «–» соответствует вращению ротора в направлении вращения поля, а знак «+» — против вращения поля.

Асинхронный преобразователь частоты (рис. 2.66) состоит из асинхронной машины AM с фазным ротором и соединенного с ней приводного двигателя Д — асинхронного или синхронного. Одна из обмоток машины AM (например, обмотка статора) подключается к трехфазной сети с частотой f ₁; от другой обмотки (ротора) получают переменный ток с частотой f ₂ = f ₁ s.

Для получения частоты f ₂ > f ₁ ротор асинхронной машины приводят во вращение в направлении, противоположном вращению поля. При этом преобразователь частоты работает в режиме электромагнитного торможения при s > 1, а двигатель передает ему мощность Р _мех.

Направления первичной Р ₁и вторичной Р ₂мощностей преобразователя частоты, механической Р _мех и электрической Р _элмощностей приводного двигателя и мощности Р _и,подаваемой на нагрузку, для рассматриваемого режима показаны на рис. 2.66, а сплошными стрелками.

 

Рис. 2.66 - Схемы асинхронного преобразователя частоты при подключении

приводного двигателя к сети (а), к выходу преобразователя частоты (б)

 

Для получения частоты f ₂ < f ₁ преобразователь частоты должен работать в режиме двигателя и вращаться в направлении вращения поля. При этом он тормозится электромагнитным моментом машины Д, работающей в генераторном режиме. Эта машина отдает электрическую энергию в ту же сеть, от которой питается преобразователь частоты AM (рис. 2.66, а) или цепь его ротора (рис. 2.66, б). Направления мощностей Р _мех, P _эл и Р _идля рассматриваемого режима показаны на рис. 2.66, а штриховыми стрелками.

Если приводным двигателем служит асинхронная машина (рис. 2.66, а), то частота выходного напряжения

f₂ = (p_д ± p_пч)f₁/p_д, (2.104)

где р _пчи р _д — числа пар полюсов машины AM и Д.

При этом знаки «+» и «–» относятся соответственно к режиму работы преобразователя частоты AM в режимах электромагнитного тормоза (f ₂ > f ₁) и двигателя (f ₂ < f ₁). Если пренебречь потерями мощности в машине Д (считать, что P _эл = Р _мех), а также потерями мощности в статоре и стали в машине AM (считать, что P ₁ = Р _эм), то при включении машин по схеме, приведенной на рис. 2.66, а,

P_н = P₂ = P₁s; P_мex = (1-s)P₁ = [(1–s)/s]P_н,

а при включении по схеме, приведенной на рис. 2.66, б,

P_н = P₂ + P_мex = P₁; P_мex = (1-s)P₁ = (1–s)P_н.

Для плавного регулирования частоты f ₂ необходимо регулировать частоту вращения приводного двигателя Д, например, используя двигатель постоянного тока.