Асинхронные конденсаторные электродвигатели

Асинхронный конденсаторный двигатель

- имеет на статоре две однофазные обмотки, занимающие одинаковое число пазов и сдвинутые в пространстве на 90 эл.градусов. Ротор – короткозамкнутый.

Одна обмотка статора – главная - включается непосредственно в однофазную сеть, а другая - вспомогательная – включается в ту же сеть, но через конденсатор. Обмотки расположены в пространстве под углом 90°.

В отличие от рассмотренного однофазного электродвигателя, в конденсаторном электродвигателе вспомогательная обмотка после пуска электродвигателя не отключается. Емкость создает сдвиг между токами I _А и I _В во времени отсюда следует, что после окончания пуска конденсаторный электродвигатель работает с вращающимся магнитным полем, близким к круговому.

В качестве фазосдвигающего элемента может выступать емкость, активное и индуктивное сопротивление, которые включаются в пусковую обмотку.

Рассмотрим последовательно свойства различных фазосдвигающих элементов.

Пусть обмотки питаются от однофазной сети, W_A=W_B (число витков обмоток).

1. В качестве фазосдвигающего элемента используется активное сопротивление Z_ФС=R. На рисунке 2.2.1 изображена схема подключения обмоток и векторная диаграмма.

Угол всегда, т.к. обмотка обладает определенной индуктивностью.

Угол , т.к. обмотка кроме индуктивного сопротивления обладает еще и активным сопротивлением.

Угол всегда меньше 90° отсюда следует, что кругового поля никогда не будет, т.к. не выполняются условия получения кругового поля.

Рисунок 2.2.1

2. Индуктивное сопротивление Z_ФС = wL = X_L.Если вместо активного сопротивления в качестве фазосдвигающего элемента использовать индуктивное, то токи I _A и I _B поменяются местами (рис.2.2.2). При этом и отсюда следует, что всегда меньше 90° и поэтому кругового поля также не будет.

Рисунок 2.2.2 Рисунок 2.2.3

3. Емкостное сопротивление Z_ФС = 1/(w·с) = Xc.

При использовании емкости, как видно из векторной диаграммы (рисунок 2.2.3). Угол =90°, отсюда следует, что только при помощи конденсатора можно получить круговое вращающееся поле. Т.о. наилучшим фазосдвигающим элементом является конденсатор.

Но использование конденсатора имеет свои недостатки: большие габариты и вес, дороговизна, снижение надежности.

Существуют три способа получения кругового вращающегося поля в

конденсаторном двигателе.

1. С помощью правильного выбора коэффициента трансформации (К = W_B/W_A) и емкости конденсатора.

2. Подбором соотношения напряжения на обмотках a = U_A/U_B и емкости конденсатора.

3. Подбором дополнительного активного сопротивления (R_д) и емкости конденсатора.

Рассмотрим подробнее все случаи:

1. Пусть напряжение сети равно напряжению на обмотке А (рис. 2.2.4).

Uc = U_A. Фаза А сдвинута в пространстве на угол q = 90° относительно фазы В.

Считаем, что поле круговое, строим векторную диаграмму (рис. 2.2.5).

Рисунок 2.2.4

Здесь – полное активное сопротивление фазы А, включая приведенное сопротивление ротора.

– полное индуктивное сопротивление фазы А, включая приведенное сопротивление ротора.

– полное активное сопротивление фазы В, включая приведенное сопротивление ротора.

Рисунок 2.2.5.

– полное индуктивное сопротивление фазы В, включая приведенное сопротивление ротора.

– напряжение, приходящее непосредственно на обмотку В, оно отличается от напряжения сети U _C.

При круговом вращающемся поле полученный четырехугольник ОКМN – прямоугольный, исходя из этого можно записать:

ОN = КМ

ОК = NМ.

или

(7)

(8)

Выразим параметры фазы В через параметры фазы А.

При круговом поле МДС обмоток F_B = jF_A или I_B·W_B = jI_A·W_A (9), тогда

.

магнитной цепи, где L - магнитная проводимость цепи магнитопровода (обычно, конструктивно магнитные проводимости в цепях А и В одинаковы L_А = L_В).

Теперь возьмем отношение , отсюда найдем .

Полное активное сопротивление фазы В:

.

Выразим q_B через q_A в предположении, что общее сечение меди фаз считаем равным:

q_A = q_B, тогда:

,

где q_A, q_B – соответственно сечение провода обмоток А и В (м), – длина витка обмотки А и обмотки В, отсюда:

;

;

;

Из уравнения (7):

;

сокращаем :

Это первое условие получения кругового вращающегося поля.

Второе условие получается из уравнения (8):

;

;

Реактивное сопротивление конденсатора равно сумме полных реактивных сопротивлений фаз.

Второе уравнение можно преобразовать:

В конденсаторном электродвигателе круговое вращающееся поле может быть получено при определенной скорости вращения (при определенной нагрузке), в другом режиме поле эллиптическое.

в то же время при изменении частоты вращения меняется. .

Напряжение на конденсаторе:

;

;

т.к.

Через паспортные данные для двухобмоточного конденсаторного электродвигателя можно определить ёмкость

,

где k – коэффициент трансформации.

2.Получение кругового вращающегося поля с помощью изменения

напряжения на обмотках и емкости конденсатора С.

,

Векторная диаграмма (рис. 2.2.7):

Четырёхугольник OKNM –прямоугольный, противоположные стороны равны.

KM = ON

OK = NM

.

(9)
Рисунок 2.2.6

(10)

Выразим параметры фазы В через фазу А:

После преобразований получим

Из (9) и (10):

Если не менять a и емкость конденсатора, то круговое вращающееся поле будет только в одной точке.

Изменяя напряжение на одной

из обмоток или на обеих обмотках можно получить круговое Рисунок 2.2.7. вращающееся поле при любом k и любом .

3.Получение кругового вращающегося поля с помощью добавочного

сопротивления R_д и емкости С.

Рисунок 2.2.8.

Этот способ имеет ограниченное употребление, т.к. применение добавочного сопротивления ведет к увеличению потерь мощности на величину , и может быть применен не для всех двигателей, а только для тех режимов работы двигателя, в которых .

Схемы замещения для конденсаторного двигателя

Пусть имеется несимметричная асинхронная машина (рис.2.2.9).

Необходимо заменить несимметричную машину двумя симметричными, которые питаются не одинаковыми напряжениями

Рисунок 2.2.9

где - полные сопротивления машины, приведенные к фазам А и В для токов прямой и обратной последовательности.

Схема замещения для прямой последовательности изображена на рисунках 2.2.10 и 2.2.11:

Потери в стали не велики, поэтому активным сопротивлением можно пренебречь.

Если бы фаза В была такая же, как фаза А, то можно было ог раничиться

Рисунок 2.2.10 одной схемой замещения, но т.к. число витков , от сюда и сопротивления не равны.

.

Рисунок 2.2.11.

- реактивное сопротивление конденсатора.

- индуктивное сопротивление по оси фазы В.

- активное сопротивление конденсатора.

Для обратной последовательности сопротивления будут отличаться. Ротор машины, создающей поле обратной последовательности, вращается в обратную сторону.

Схемы замещения для обратной последовательности изображены на рисунках 2.2.12 и 2.2.13

Рисунок 2.2.12.

Рисунок 2.2.13

Если ротор неподвижен (n = 0), то поля прямой и обратной последовательности вращаются относительно ротора с одинаковыми синхронными скоростями. Они наводят в роторе ЭДС и токи одинаковой частоты. Сопротивления токам ротора прямой и обратной последовательности равны.

Полные сопротивления:

.

Иначе дело обстоит при вращении ротора. Поля прямой и обратной последовательностей вращаются относительно ротора с различными скоростями и наводят в роторе ЭДС и токи, отличающиеся по частоте.

Сопротивление обмотки ротора прямой и обратной последовательностей различно:

Энергетическая диаграмма несимметричного асинхронного двигателя изображена на рисунке 2.2.14:

Часть электромагнитной мощности уйдет на преодоление момента от обратного поля.

Р_ЭЛ2 – электрические потери от токов обратной последовательности.

где

Рисунок 2.2.14.

Потери в стали учитывают введением сопротивления в цепь намагничивающего контура (рис.2.2.15 и 2.2.16)

Сопротивление r_MA реально не существует, а вводится для того, чтобы учесть потери в стали электрической машины.

В схемах замещения часто пренебрегают активным сопротивлением цепи намагничивания.

Рисунок 2.2.15

Рисунок 2.2.16

Дата добавления: 2014-01-13