Асинхронные машины. Регулирование частоты вращения АД. Однофазный АД. Конденсаторный АД. Работа АД при обрыве фазы

зависит частота вращения ротора n2 в АД:

отсюда видно, что регулировать n2 можно изменением: 1.скольжения S
2.частоты ƒ1
3.числа пар полюсов р

n2 = n1(1-S) = (60 f1 / p) (1-S)

регулирования.
По изменению КПД
Регулировать можно как со стороны статора:
изменением напряжения подаваемого на статор U1,
изменением частоты питающей сети f1,
изменением числа полюсов 2p,
так и со стороны ротора:
4.изменением активного сопротивления в цепи ротора, r'2
5.каскад двигателей,
6.модулирование вращающегося поля (похож на способ
изменения числа пар полюсов).

при U1 = var.

Выводы.
регулирование идёт в сторону уменьшения n2 и увеличения скольжения S; ‘узкий диапазон регулирования;
уменьшается КПД.
при уменьшении U1 увеличивается склонность к колебаниям нагрузки (а, следовательно, к колебаниям скорости).
уменьшается коэффициент перегрузки
Напряжение изменяют автотрансформатором или управляемым дросселем насыщения

.

Этот способ регулирования (частотное регулирование) основан на изменении синхронной частоты вращения
n1 = f1 60/ р . Здесь требуется источник питания двигателя переменным током с регулируемой частотой f1. В качестве таких источников применяют электромашинные, ионные или полупроводниковые преобразователи частоты (ПЧ).
Чтобы регулировать частоту вращения, достаточно изменить частоту тока f1. Но с изменением частоты
f1 = ω1p/ (2π) изменяется и максимальный момент Ммах.
Чтобы сохранить неизменными перегрузочную способности, коэффициент мощности и КПД двигателя на требуемом уровне необходимо одновременно с изменением частоты f1 изменять и напряжение питания U1. Это определяется уравнением:

U'1 / U1 = (f1'/ f1)

f1.

Отношение моментов Ммах при двух значениях частоты f1 будет равно:

где К1-постоянная величина:

При Р = const

Момент изменяется в этом случае обратно пропорционально n2, а, следовательно, и f1

Рис.2.Механические характеристики АД при разных значениях f1 : а) при М = const, б) при Р2 = const

а)

б)

f1 =50 Гц и р = 1÷5 пар полюсов можно получить следующие синхронные частоты вращения: 3000, 1500, 1000, 750, 600 об/мин.
Изменять число полюсов в обмотке статора можно:
1. укладкой на статоре двух обмоток с разным числом полюсов,
2. укладкой на статоре одной обмотки, конструкция которой позволяет путем переключения катушечных групп получать различное число полюсов.
Последний способ получил наибольшее применение (рис.3).

3.Регулирование n2 путём изменения числа полюсов (или пар полюсов p = var).

в) параллельное

полюсов. Такие АД называются многоскоростными, чаще 2-х скоростные, реже 3 – х и 4 – х скоростные.
4 – х скоростные имеют две обмотки на статоре. Обычно такое переключение делают в АД с короткозамкнутым ротором. В двигателях с фазным ротором подобные переключения необходимо выполнять и на роторе, а это сложно и дорого.
Недостатки этого способа:
Резко выраженная ступенчатость.
Худшее использование активных материалов.
Чувствительность к высшим гармоникам (высокая чувствительность).

Такое возможно только для двигателей с фазным ротором

Рис.4.Характеристика М = f(S) при r'2 = var

Регулирование частоты
вращения возможно лишь
в нагруженном двигателе,
т.е. в сторону уменьшения
скорости до n2 = 70% n ном.
Недостатки этого способа.
Большие потери в цепи ротора
PЭ2 ↑↑. КПД уменьшается η ↓↓
(PЭ2 = S · PЭМ). Ухудшаются
условия охлаждения.

Пологий участок устойчивой работы 0А при колебаниях нагрузки сильно влияет на n2 (чувствительность к колебаниям нагрузки большая).

цепи ротора

0

возрастет скольжение
(рис.4), соответствующее данному моменту Мном ,
т.е. уменьшается частота вращения ротора n2 (рис.5)

пусковой ток и большой вращающий момент
Недостатки.
Большой ток ХХ.
Меньший cosφ.
Меньший КПД.
Меньшая перегрузочная способность

сети переменного тока.
Как правило, по своему устройству эти двигатели являются двухфазными – на их статоре располагают не одну, а две сдвинутые в пространстве обмотки (фазы) переменного тока (одна занимает 2/3 пазов статора, другая – 1/3 пазов).
Уравнение вращающегося поля:
Уравнение пульсирующего поля :

Пульсирующее поле можно представить в виде двух бегущих в противоположные стороны полей:

что этот двигатель мы раскрутим в одну из сторон, тогда скольжение ротора относительно прямого поля выражается так:

а скольжение ротора относительно обратного поля так:

Соответственно , частоты:

И момент:

а поэтому пусковой момент однофазного двигателя равен нулю. Следовательно, однофазный асинхронный двигатель не может самостоятельно прийти во вращение при подключении его к сети, а нуждается в первоначальном толчке, так как лишь при s ≠ 1 на ротор двигателя действует вращающий момент М = Мпр - Мобр

Рис.8.Механическая характеристика а) и схема б) однофазного АД

а)

б)

асинхронного двигателя с пусковой двигателя обмоткой

Рис. 16.3. Механические характе- Рис. 16.4. Схема однофазного ристики однофазного асинхронного асинхронного двигателя с пусковой двигателя обмоткой

Рис. 16.3. Механические характе- Рис. 16.4. Схема однофазного ристики однофазного асинхронного асинхронного двигателя с пусковой двигателя обмоткой

Рис. 16.3. Механические характе- Рис. 16.4. Схема однофазного ристики однофазного асинхронного асинхронного двигателя с пусковой двигателя обмоткой

Рис. 16.3. Механические характе- Рис. 16.4. Схема однофазного ристики однофазного асинхронного асинхронного двигателя с пусковой двигателя обмоткой

Рис. 16.3. Механические характе- Рис. 16.4. Схема однофазного ристики однофазного асинхронного асинхронного двигателя с пусковой двигателя обмоткой

Рис. 16.3. Механические характе- Рис. 16.4. Схема однофазного ристики однофазного асинхронного асинхронного двигателя с пусковой двигателя обмоткой

Рис. 16.3. Механические характе- Рис. 16.4. Схема однофазного ристики однофазного асинхронного асинхронного двигателя с пусковой двигателя обмоткой

Рис. 16.3. Механические характе- Рис. 16.4. Схема однофазного ристики однофазного асинхронного асинхронного двигателя с пусковой двигателя обмоткой

Рис. 16.3. Механические характе- Рис. 16.4. Схема однофазного ристики однофазного асинхронного асинхронного двигателя с пусковой двигателя обмоткой

Объяснить появление вращающего момента при скольжении не равном 1 можно следующим образом.
Пример.
Sном = 0,02 , тогда f2(1) = f1 · 0,02 = 1 Гц –частота тока в роторе от прямого поля,
f2(2) = f1(2 – S) = 50 (2 – 0,02) = 99 Гц -частота тока от обратного поля.
Индуктивное сопротивление цепи ротора току от обратного поля (I2(2)) очень велико. Поэтому этот ток носит индуктивный характер и сказывается его размагничивающее действие на обратном вращающем моменте.
(М(2) уменьшается).

быть равны и сдвинуты в пространстве на 90°.
Токи в рабочей и пусковой обмотке должны быть сдвинуты по фазе на 90° ( в качестве фазосмещающих элементов (ФЭ) используют активные R, индуктивные L или ёмкостные C сопротивления).
Если ротор раскрутить в одну из сторон, то появится результирующий момент и в какое то время наступит
равновесие с моментом сопротивления - двигатель будет работать при скорости . Однако в действительности двигатель никто не раскручивает - он раскручивается сам, благодаря установке фазосмещающего элемента в пусковую обмотку. В случае установки активного или индуктивного ФЭ поле будет эллиптическим, при ёмкостном ФЭ – поле будет круговым (это лучший вариант).

.

рабочей и пусковой емкостями, в — механические характеристики;
1 — при рабочей емкости, 2 — при рабочей и пусковой емкостях

Конденсаторный двигатель

вспомогательную обмотку после пуска не отключают (Рис.11,б), а оставляют включенной в течение всего периода работы, при этом емкость Сраб создает фазовый сдвиг между токами

Таким образом, если однофазный асинхронный двигатель по окончании процесса пуска работает с пульсирующей МДС статора, то конденсаторный двигатель - с вращающейся. Поэтому конденсаторные
двигатели по своим свойствам приближаются к трехфазным двигателям.

.

и

0,80 ÷ 0,95), конденсаторные двигатели имеют неудовлетворительные пусковые свойства, так как
емкость Сраб обеспечивает круговое поле лишь при расчетной нагрузке, а при пуске двигателя поле статора эллиптическое.
При этом пусковой момент обычно не превышает 0,5МНОМ.
Для повышения пускового момента параллельно емкости Сраб включают емкость Спуск, называемую пусковой
(рис.11, б).
Величину Спуск выбирают, исходя из условия получения кругового поля статора при пуске двигателя, т. е. получения наибольшего пускового момента. По окончании пуска емкость Спуск следует отключать, так как при небольших скольжениях в цепи обмотки статора, содержащей емкость С и индуктивность L, возможен резонанс напряжений, из-за чего напряжение на обмотке и на конденсаторе может в два-три раза превысить напряжение сети..

оборвана до начала пуска, то двигатель не запустится ( при S=1 пусковой момент МП = 0 ) (Рис.12).
Если обрыв фазы произошёл во время работы, то двигатель будет работать, но с худшими технико – экономическими показателями (точка А при скольжении S(1))
1 – характеристика однофазного АД.
2 – характеристика трёхфазного АД
.

Рис.12

обмотки статора 3-х фазного АД
при включении его в однофазную сеть и расчёт рабочей
ёмкости для каждого варианта

Cpa6 ≈ 2700 I1/ Uc

Cpa6 ≈ 2800 I1/ Uc

Cpa6 ≈ 4800 I1/ Uc

Ёмкость Сраб подбирают по эмпирическим формулам:

в фазных обмотках статора при установившемся режиме работы не превышал номинального значения.
Если пуск двигателя происходит при значительной нагрузке на валу, то параллельно рабочей емкости Сраб следует включить пусковую емкость

Сп = (2,5÷З,0)Сра6

В этом случае пусковой момент становится равным
номинальному. При необходимости дальнейшего
увеличения пускового момента следует принять еще
большее значение пусковой емкости (Сп ≤ 8Сра6).