Способы регулирования частоты вращения угловой скорости трехфазных АД.

Возможные способы регулирования угловой скорости в АД вытекают из формулы W=W₁(1-s) Согласно этой формуле скорость ротора двигателя можно регулировать изменением угловой скорости магнитного поля W₁ или скольжения s.                                                                                                              1. Скорость магнитного поля зависит от частоты питающего напр f₁, и числа пар полюсов. Значит изменить угловую скорость можно изменять частоту f₁, для осуществления данного способа требуется чтобы двигатель получал питание от отдельного источника.                                                        2. Угловая скорость магнитного поля в АД и угловая скорость ротора обратно пропорционально числу пар полюсов. Значит изменяя число пар полюсов можно регулировать скорость. Число пар полюсов зависит от шага и схемы соединения обмотки статора.

 

Особенности работы однофазного АД.

 2. Теперь посмотрим, как работает однофазный асинхронный двигатель. Возьмем статор от коллекторного двигателя и вставим в него ротор асинхронного двигателя. Обмотку статора будем питать переменным током от трансформатора. При соединении с трансформатором двигатель будет только гудеть, но ротор не стронется с места. Гудение означает, что в статоре двигателя есть магнитное поле. Следовательно, в стержнях ротора наводятся э. д. с. и по ним текут токи. Почему же ротор не вращается? Это объясняется тем, что в статоре трехфазного двигателя создается вращающееся магнитное поле, которое ведет за собой ротор, а в однофазном двигателе такого поля нет. В однофазном двигателе создается так называемое пульсирующее поле, меняющееся так же, как переменный ток или переменное напряжение. Сначала поле усиливается и достигает максимального значения, затем ослабевает и доходит до нуля.

В следующий момент магнитное поле будет изменяться так же, но в обратном направлении. Таким образом, магнитное поле повторяет все изменения тока в катушке возбуждения. Для объяснения работы однофазного асинхронного двигателя пользуются следующим приемом. Разлагают однофазное магнитное поле на две составляющие и производят их геометрическое сложение.

При продолжении вращения составляющих снова будут получаться значения магнитного поля, но направленные вниз, значит магнитное поле изменило направление. Разложение магнитного поля на составляющие показывает, что пульсирующее магнитное поле, создаваемое однофазным током, можно приравнять к действию двух магнитных полей, вращающихся с синхронной скоростью в противоположные стороны.

Каждое поле тянет ротор в свою сторону. Пока действия обоих полей равны, ротор не сможет стронуться с места. Возьмем конец вала двигателя двумя пальцами и сильно рывком повернем его по часовой стрелке. Ротор начнет вращаться, быстро увеличит скорость и будет вращаться со скоростью, близкой к синхронной.

Так, если скольжение двигателя 5%, а синхронная скорость двухполюсного двигателя 3000 об/мин, то скорость вращения ротора будет 2 850 об/мин. Если зажать пальцами конец вала, то можно почувствовать, что двигатель развивает вращающий момент. Он остановится только тогда, когда тормозящий момент будет больше вращающего момента электродвигателя. Если после остановки ротора повернуть его пальцами в обратную сторону, двигатель будет работать, вращаясь против часовой стрелки. Таким образом, можно убедиться, что асинхронный двигатель работает на однофазном токе, но не может самостоятельно стронуться с места

 

Примеры использования конденсаторных двигателей и трехфазных АД от однофазной сети.

 Трехфазный АД в принципе может работать в однофазном режиме в двух случаях:

1) АД был включен в трехфазную сеть, работал в установившемся режиме, и в этом режиме произошел обрыв одной из фаз, например, вследствие перегорания плавкой вставки предохранителя;

2) АД, обмотки статора которого соединены в звезду или треугольник, преднамеренно включается в однофазную сеть и разгоняется посредством какого-либо пускового устройства, создавая вращающий момент без принятия специальных мер при питании от сети однофазного тока.

Рассмотрим первый случай более подробно. Работающий АД, оказавшийся в однофазном режиме, будет продолжать вращаться, преодолевая момент сопротивления нагрузки. Если обмотка статора соединена в звезду, то одна из фаз полностью теряет питание, если в треугольник, то происходит уменьшение напряжения на каждой из двух фаз, соединенных последовательно. Скольжение двигателя увеличивается, а его скорость вращения в том и другом случаях снижается.

При неизменной нагрузке на валу АД увеличение его скольжения приводит к значительному возрастанию тока, что в свою очередь приводит к чрезмерному перегреву обмоток статора. Такой режим, называемый неполнофазным, является для АД весьма нежелательным. Обычно двигатель, оказавшийся в неполнофазном режиме, отключается от сети защитной аппаратурой. Для уменьшения перегрева необходимо в длительном режиме снизить нагрузку двигателя до 50…60% от номинальной. Это первое следствие обрыва фазы трехфазного АД.

Конденсаторные двигатели — двухфазные электрические двигатели, в которых одна фаза запитывается напрямую от однофазной сети, а вторая фаза запитывается через ёмкость, которая сдвигает фазу почти на +90°, или через индуктивность, которая сдвигает фазу почти на -90°. Чтобы результирующее вращающееся магнитное поле не было эллиптическим, последовательно с ёмкостью включается переменное проволочное сопротивление, с помощью которого добиваются кругового вращающегося магнитного поля. Такие двигатели используются в основном в бытовой технике: советские стиральные машины, двигатели катушечных и стационарных кассетных магнитофонов, простых проигрывателях виниловых дисков и другой подобной технике. Также такими двигателями можно считать трёхфазные двигатели переделанные под однофазную сеть.

 

Особенности пуска АД

Пуск в ход синхронного двигателя непосредственным включе­нием его в сеть невозможен, так как при включении обмотки статора в сеть создается вращающееся магнитное поле, а ротор в момент включения неподвижен, и следовательно, взаимодействия магнитных полей статора и ротора нет, т. е. двигатель не развивает вращающего момента. Поэтому для пуска в ход двигателя необхо­димо предварительно увеличить число оборотов ротора его до син­хронной скорости или близкой к ней.

В настоящее время исключительное применение имеет так на­зываемый асинхронный пуск синхронных двигателей, сущность ко­торого заключается в следующем. В полюсных наконечниках ро­тора синхронного двигателя укладывается пусковая обмотка, вы­полненная в виде беличьего колеса, наподобие короткозамкнутой обмотки ротора асинхронной машины.

Обмотка статора двигателя включается в трехфазную сеть, и пуск его производится так же, как и пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

После того как двигатель разовьет скорость, близкую к син­хронной (примерно 95%), обмотка возбуждения включается в сеть постоянного тока и двигатель входит в синхронизм, т. е. скорость ротора увеличивается до синхронной.

При пуске в ход двигателя обмотка возбуждения замыкается на сопротивление, примерно в 10—12 раз большее сопротивления самой обмотки. Нельзя обмотку возбуждения при пуске в ход оста­вить разомкнутой или замкнуть накоротко. Если при пуске в ход обмотка возбуждения окажется разомкнутой, то в ней будет индук­тироваться очень большая э. д. с, опасная как для изоляции обмот­ки, так и для обслуживающего персонала. Создание э. д. с. боль­шой величины объясняется тем, что при пуске в ход поле статора вращается с большой скоростью относительно неподвижного рото­ра и с большой скоростью пересекает проводники обмотки возбуж­дения, имеющей большое число витков.

Если обмотку возбуждения замкнуть накоротко при пуске в ход, то двигатель при пуске под нагрузкой может развить скорость, близкую к половине синхронной, и войти в синхронизм не смо­жет.