Файл: Пиотровский Л.М. Электрические машины учебник.pdf

Магнитные потоки отстают от соответствующих токов на неболь­ шой угол, зависящий от потерь в стали.

Таким образом, магнитный поток Ф2 отстает от магнитного потока

Фх на угол а и эти потоки смещены в пространстве на угол ß. Это обеспечивает вращение магнитного поля в направлении от неэкра­ нированной части полюса к экранированной. Вследствие неравен­ ства магнитных потоков Фх и Ф2 и несоответствия углов сдвига их в пространстве и во времени это поле будет не круговым, а эллипти­ ческим.

Для увеличения пускового момента между наконечниками полю­ сов помещаются магнитные шунты 5 (рис. 31-4, а) или же оставляются

перемычки (в двухполюсных машинах); это увеличивает угол а между потоками, и приближает поле к круговому.

Вследствие наличия третьей гармонической в пространственном распределении поля наблюдается резкое уменьшение вращающего момента при скорости вращения ротора, близкой к Ѵ3 скорости поля. Вращающий момент при этой скорости может оказаться меньше пускового, и поэтому при пуске с нагрузкой ротор двигателя будет устойчиво вращаться со скоростью значительно ниже номинальной. Для устранения этого явления на полюсе делается не один, а два (рис. 31-4, б) или три паза и соответственно несколько короткозамк­ нутых витков. С этой же целью выполняется увеличенный зазор между ротором и неэкранированной частью полюса.

Рабочие характеристики двигателя с расщепленными полюсами приведены на рис. 31-6. Величина потерь в короткозамкнутых витках довольно значительна и почти не зависит от вращающего момента, поэтому ток обмотки статора и подводимая к двигателю мощность мало изменяются при переходе от холостого хода к номинальной нагрузке и коэффициент полезного действия в лучших двигателях

362

пе превышает 0,3. Максимальный к. п. д. двигателя имеет место при вращающем моменте, близком к максимальному. Поэтому двигатель проектируется так, что его номинальный момент мало отличается от максимального и перегрузочная способность получается равной 1,1—1,2. Пусковой момент обычно не превышает 0,3 номинального. Коэффициент мощности находится в пределах 0,4—0,0. Скольжение в двигателях значительное и в зависимости от номинальной мощности составляет 0,3—0,1.

В соответствии с большой величиной потерь, не зависящих от нагрузки, температура обмотки также почти не зависит от нагрузки. Это обстоятельство вместе с простотой конструкции определяет высокую надежность двигателя. Обмотка статора может находиться под напряжением длительное время, при неподвижном роторе.

До последнего времени такие двигатели выпускались на неболь­ шую мощность — до 20 вт для привода вентиляторов и проигры­

располагается пусковая обмотка. Последовательно с пусковой обмоткой включается фазосмещающий элемент zn: активное сопро­ тивление R, индуктивность L или емкость С. Иногда последова­ тельно с одной из обмоток включается активное сопротивление и последовательно с другой — индуктивность.

Выпускаются также двигатели, в которых необходимое смещение токов достигается за счет разных параметров обмоток. Так как пусковая обмотка включается кратковременно, то число витков ее может быть уменьшено и таким образом снижено индуктивное сопротивление, а для увеличения активного сопротивления часть витков наматывается бифилярно, т. е. с проводом, согнутым петлей

(рис. 31-8).

В перечисленных двигателях при пуске поле создается не одной, а двумя обмотками, т. е. двигатель из однофазного превращается в двухфазный.

После окончания пуска вспомогательная обмотка отключается; для этой цели применяются: кнопки-выключатели, центробежные выключатели или же электромагнитное реле, действующие в функ­ ции тока главной обмотки и напряжения пусковой обмотки.

При включении в цепь пусковой обмотки В активного сопротив­ ления R угол будет меньше угла ф^ (рис. 31-9, а); таким образом

363

будет получена разность фаз между векторами токов Іл и /д. При включении индуктивности L вектор тока /д будет отставать от век­

тора іа , получится также разность фаз фд — срд (рис. 31-9, б). Но даже при включении в обмотку В активного сопротивления и в об­ мотку А индуктивного этот угол практически не достигает 90°.

Включение в цепь пусковой обмотки емкости С приводит к тому,

что ток /д опережает ток главной обмотки, а при достаточной вели­ чине емкости может опережать напряжение, так что ф д — ( — ф д ) = = 90° (рис. 31-9). С помощью емкости легко получить круговое вращающееся поле и наибольший пусковой момент. Однако даже

Рис. 31-10. Схема включения трехфазиых двигателей в однофазную сеть

для двигателей небольшой мощности требуются значительные ем­ кости, а размеры конденсаторов переменного тока пока еще велики. Поэтому значительно большее распространение имеют двигатели с пусковым сопротивлением.

Трехфазные двигатели также могут работать от однофазной сети, если произвести включение обмоток на время пуска по одной из схем рис. 31-10.

364

31-2. Двухфазные двигатели

И двухфазном двигателе каждая фаза обычно занимает половину всех пазов статора и оси соседних катушек двух фаз смещены на половину полюсного деления. Число витков в фазе зависит от напря­ жения, прилагаемого к обмотке.

Схема двухфазного двигателя, включаемого с конденсатором в однофазную сеть, приведена на рис. 31-11, а. Возможно также вклю­ чение обмоток в двухфазную сеть, напряжения которой смещены на четверть периода; тогда надобность в фазосмещающем элементе отпадает.

Соответствующим подбором обмоточных данных и емкости кон­ денсатора в двухфазном двигателе может быть получено круговое

емкость конденсатора так, чтобы круговое поле было при номинальной нагрузке; иногда в

специальных случаях требуется наличие кругового поля при пуске для создания большого пускового момента.

На рис. 31-11, б приведена диаграмма сложения э. д. с. для двух­ фазного двигателя при номинальной нагрузке и круговом поле. Двухфазные двигатели имеют больший к. п. д. и лучший коэффициент мощности по сравнению с однофазными.

Особенно большое распространение получили двухфазные двига­ тели в автоматических устройствах, когда требуется регулировать скорость вращения или вращающий момент в зависимости от напря­ жения на одной из обмоток (амплитудное управление) или угла между векторами напряжений на обмотках (фазовое управление), или же одновременно амплитуды и фазы (амплитудно-фазовое управление).

Главными требованиями, предъявляемыми к управляемым двига­ телям, являются устойчивая механическая характеристика на всем

365

диапазоне скоростей вращения от п = 0 до холостого хода и по воз­ можности линейная зависимость между скоростью вращения и напря­ жением управления.

Выше (рис. 31-3) было показано, что обычный однофазный двига­ тель обладает вращающим моментом при пульсирующем поле. Такой двигатель не может быть использован в качестве управляемого. Оба требования, предъявленные к управляемым двигателям, могут быть удовлетворены, если вращающий момент становится отрица­ тельным при снятии напряжения с обмотки управления. Для этого требуется увеличенное сопротивление обмотки ротора, так чтобы скольжение sm, соответствующее максимальному моменту, было больше единицы. Вращающий момент при пульсирующем поле может быть вызван также технологическими причинами: наличием коротко-

Рис. 31-12. Управляемый двигатель с полым не­ магнитным роторой

замкнутых витков в обмотках, замыканием между листами стали сердечника, неодинаковой магнитной проводимостью сердечника в разных радиальных йаправлениях; поэтому требуется тщательное изготовление управляемых двигателей.

В настоящее время в управляемых двигателях применяются три типа ротора: с обычной короткозамкнутой обмоткой, в виде полого цилиндра немагнитного или ферромагнитного с медным покрытием.

Управляемый двигатель должен быстро реагировать на изменение напряжения, в частности развивать большое ускорение ротора при подаче напряжения на обмотку управления. Для этого двигатель должен обладать большим пусковым моментом и малым моментом инерции ротора.

Параметры обмоток двигателя подбираются таким образом, чтобы круговое вращающееся поле было при неподвижном роторе. Ротор выполняется возможно малой массы с большим отношением длины к диаметру.

На рис. 31-12 представлен в разрезе управляемый двигатель с полым немагнитным ротором. Внешний статор ничем не отличается от статора обычного асинхронного двигателя. Он состоит из кор­

36Ü