АСИНХРОННЫЕ МИКРОДВИГАТЕЛИ С ПУСКОВЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

 

Одно­фазные асинхронные микродвигатели выполняют по классической конструктивной схеме асинхронной машины с короткозамкнутым ротором типа «беличья клетка». На ста­торе двигателя расположены две однофазные обмотки: главная и вспомогательная, сдвинутые в пространстве в большинстве случа­ев на электрический угол 90°. Обмотка ротора обладает малым ак­тивным сопротивлением, что обеспечивает критическое скольже­ние s_к << 1 и тем самым хорошие показатели в номинальном ре­жиме.

Существует много конструктивных типов и электрических схем включения однофазных асинхронных микродвигателей, которые можно подразделить на две основные группы: 1) с вращающимся магнитным полем статора в рабочем режиме; 2) с пульсирующим магнитным полем статора в рабочем режиме. Первую группу со­ставляют микродвигатели (рис. 2.21, а) с постоянно включенным конденсатором в цепь вспомогательной обмотки (конденсаторные). У них главная Г и вспомогательная В обмотки занимают одинако­вое число пазов статора. Принцип действия и основные уравнения такого микродвигателя ничем не отличаются от принципа дейст­вия и соответствующих уравнений исполнительных асинхронных микродвигателей при амплитудно-фазовом управлении с конден­сатором в цепи возбуждения.

В схеме двигателя часто используют два конденсатора: рабо­чий C_р и пусковой C_п. Емкость рабочего конденсатора выбирают так, чтобы обеспечить круговое вращающееся поле и тем самым меньшее номинальное скольжение и высокие энергетические пока­зателя в номинальном режиме.

Для конденсаторного микродвигателя справедливы выражения симметричных составляющих токов (2.5). Анализируя эти выраже­ния, можно получить параметры фазосдвигающих элементов, обес­печивающих круговое поле при определенном скольжении s:

, (2.26)

, (2.27)

где Х_в и R_в – индуктивное и активное сопротивления обмотки В при скольжении s и круговом поле; k_тр = ω_в.эф/ω_г.эф – коэффициент трансформации обмоток статора; ω_эф – эффективное число витков обмотки.

Добавочное сопротивление R₀ включают только при k_тр < Х_в/R_в.

Подставляя в (2.26) и (2.27) значения Х_в и R_в, соответствую­щие номинальному скольжению s_ном, можно получить емкость ра­бочего конденсатора С_р и сопротивление R_р. Механическая харак­теристика двигателя с рабочей емкостью изображена на рис. 2.21, б (кривая 1).

При подстановке в (2.26) значений Х_в и R_в, соответствующих скольжению s = 1 (Х_вп и R_вп), можно определить суммарную ем­кость C₀ = C_p + C_п, которая обеспечивает при пуске форму магнит­ного поля, наиболее близкую к круговому. Емкость конден­сатора С_M, обеспечивающую получение максимального пускового момента M_п, определяют по (2.16).

Кратность пускового момента

(2.28)

при включении емкости C_п может быть повышена с k_м.п < 1 до k_м.п = 1,5 ÷ 2. С пусковой емкостью двигатель разгоняется до сколь­жения s_пер (кривая 2 на рис. 2.21, б). После этого емкость отключается и двигатель начинает работать с характеристикой, представленной кривой 1.

Недостатком двигателя с пусковой емкостью являются большие габаритные размеры конденсатора C_п, так как обычно C_п >> C_р.

 

Рис. 2.22

 

В двигателях второй группы (рис. 2.22, а), как отмечалось, в рабочем режиме магнит­ное поле статора – пуль­сирующее. Оно создается главной обмоткой статора, занимающей около ²/₃ па­зов статора, остальные па­зы занимает вспомога­тельная обмотка. При рассмотрении принципа работы таких двигателей воспользуемся методом разложения пульсирую­щего поля на круговые поля прямой и обратной последовательно­сти. На рис. 2.22, б приведены графики моментов пря­мой M₁ и обратной M₂ последовательностей, а также результирую­щего момента М_рез, равного сумме моментов M₁ и M₂. Следова­тельно, при моменте сопротивления М_ст < М_рез.max возможна устойчивая работа двигателя при пульсирующем поле статора. Как отмечалось, резуль­тирующее поле двигателя при s ≠ 1 не пульсирующее, а вра­щающееся вследствие влияния э.д.с. вращения, наведенной в роторе.

 

Рис. 2.23

 

Однако пусковой момент двигателя в этих условиях (s = l) равен нулю. Для обес­печения пускового момента M_п > 0 в двигателе на период пуска создается вращающееся поле. При этом в схеме пуска используется вспомогательная обмотка статора, подключае­мая к сети на период пуска через фазосдвигающий элемент ФСЭ (рис. 2.23, а). В качестве ФСЭ теоретически можно использовать сопротивление любого вида: активное, емкостное или индуктивное. Практически применение получили только первые два. На рис. 2.23, б представлена векторная диаграмма напряжений и токов при использовании в качестве ФСЭ активного сопротивления R. Поскольку характер сопротивления обмоток активно-индуктивный, сдвиг по фазе между токами главной и вспомогательной обмоток β = φ_г – φ_в < 90° и получить круговое поле в двигателе невозможно. В результате кратность пускового момента k_м.п не превышает 1–1,5.

У некоторых однофазных микродвигателей с таким способом пуска внешнее добавочное сопротивление R в цепи вспомогатель­ной обмотки не устанавливается. Поскольку обмотка В работает кратковременно, ее наматывают из провода меньшего сечения, чем обмотку Г, и активное сопротивление R_в обмотки увеличивается. Кроме того, часть вспомогательной обмотки наматывают бифилярно, что снижает ее индуктивное сопротивление Х_в. Таким образом, получаем Х_в/R_в < Х_г/R_г, φ_в < φ_г и β ≠ 0.

 

Рис. 2.24

 

Круговое поле при пуске может быть получено только при ис­пользовании конденсатора в качестве фазосдвигающего элемента ФСЭ. Векторная диаграмма напряжений и токов для этого случая представлена на рис. 2.23, в. Сдвиг по фазе между токами об­моток β = φ_в + φ_г и при определенной емкости может быть равен 90°. При такой схеме пуска можно добиться кратности пускового момента k_м.п = 1,5÷2. Недостатком способа являются большие га­бариты пускового конденсатора.

Механическая характеристика однофазного микродвигателя, соответствующая пусковому (кривая М_ФСЭ) режиму, и переход на основную характеристику (кривая М_рез) показаны на рис. 2.22, б.

Значения токов и моментов в обоих режимах могут быть опре­делены по формулам (2.2) – (2.9).

Выпускают асинхронные микродвигатели с трехфазной обмот­кой статора, которые могут работать как от трехфазной, так и от однофазной сети переменного тока. При этом трехфазный асин­хронный двигатель, включенный в однофазную сеть, является частным случаем рассмотренных однофазных микродвигателей. Возможно использование таких двигателей как с вращающимся, так и с пульсирующим полем статора в рабочем режиме. На рис. 2.24 изображено несколько основных схем включения трехфазных асинхронных микродвигателей в однофазную сеть с емкостью С в качестве пускового фазосдвигающего элемента.