Что характерно для универсального асинхронного двигателя

6.5. Универсальный асинхронный двигатель

Универсальным асинхронным двигателем (УАД) называется двигатель, рассчитанный на работу от сети трехфазного и однофазного тока. Их проектируют как трехфазные, но при этом учитывается работа от однофазной сети, в частности, при выборе соотношения числа пазов статора и ротора, воздушного зазора и ряда других параметров. Двигатель имеет на статоре симметричную трехфазную обмотку и короткозамкнутый ротор. При работе от сети трехфазного тока обмотка статора соединяется в звезду (рис. 2.20,а). В однофазную сеть он обычно включается по схеме рис. 2.20,б.

Несмотря на то, что в двигателе 3 обмотки, при включении его по схеме 2.20,б возникают две НС сдвинутые в пространстве на . Убедиться в этом можно, рассматривая диаграмму НС на рис. 2.20,в, в которой вектор НС фазы повернут на , так как ток в этой фазе течет в противоположном направлении по сравнению с другими фазами.

Схема рис. 2.20,б фактически равноценна схеме двухфазного двигателя, у которого фаза состоит из двух фаз трехфазного двигателя с числом витков(векторвраз длиннее вектора), а фазаесть фаза трехфазного двигателя с числом витков.

Коэффициент трансформации двухфазного двигателя . [4].

Известно, что круговое поле получается при таком скольжении, при котором:

или , что соответствует трехфазной машины, и
.

Считая известными параметры обмоток трехфазного двигателя (обозначим их индексом ф), параметры двухфазного двигателя получим последующим формулам: фаза А:

активное сопротивление статора ;
реактивное сопротивление статора ;
реактивное сопротивление взаимоиндукции ;
активное сопротивление ротора, приведенное к статору ;
реактивное сопротивление ротора, приведенное к статору ; фаза В:
- активное сопротивление статора ;
- реактивное сопротивление статора ;
- реактивное сопротивление взаимоиндукции ;
- активное сопротивление ротора, приведенное к статору ;
- реактивное сопротивление ротора, приведенное к статору .
Включение двигателя по схеме рис.2.20,б обеспечивает мощность порядка 75 % мощности трехфазного двигателя. Рассмотренная схема не является единственной. Существует целый ряд более сложных схем, которые позволяют получать значительно лучшие пусковые и рабочие характеристики. Вопросы:
1. Что будет, если поменять местами зажимы и(рис.2.20,б)?
2. Во сколько раз должен возрасти ток фазы конденсаторного варианта УАД, чтобы поле в двигателе стало круговым?
6.6. Включение трехфазного двигателя в однофазную сеть

В практике часто возникает необходимость за неимением однофазного двигателя включать трехфазный двигатель в однофазную сеть. Можно рекомендовать следующие схемы, которые обеспечивают мощности до 75 % номинальной мощности трехфазной машины. Если двигатель рассчитан на фазное напряжение 127 В, а напряжение однофазной сети 220 В, то мкФ, где – номинальный фазный ток и напряжение однофазной сети (рис. 2.21). Если двигатель рассчитан на фазное напряжение 220 В, и напряжение сети тоже 220 В, то мкФ, где – номинальный фазный ток и напряжение однофазной сети (рис. 2.22). Во всех схемах напряжение конденсатора должно быть по крайней мере на 15 % больше напряжения сети. Вопрос: Как изменить направление вращения двигателя, включенного по схеме рис. 2.21 и рис. 2.22?

14.16. Универсальная характеристика асинхронной машины

Асинхронная машина, как и все электрические машины, обратима, т. е. в режиме двигателя она может преобразовывать электрическую энергию в механическую, а в режиме генератора — механическую в электрическую.

Чтобы перевести асинхронную машину из режима двигателя в режим генератора, необходимо с помощью внешней механической силы, приложенной к валу асинхронной машины, сообщить ротору частоту вращения, превышающую синхронную, т. е. нужно, чтобы выполнялось условие п > п₁. Тогда ротор будет обгонять вращающееся магнитное поле, а его проводники будут пересекать линии магнитного поля в направлении, обратном направлению пересечения при вращении в режиме двигателя.

Вследствие этого ЭДС и токи в обмотке ротора изменят свое направление на противоположное. В результате сила взаимодействия вращающегося поля и токов ротора переменит свое направление и станет противодействовать вращению ротора. Для поддержания последнего требуется передача ротору механической энергии от внешнего источника. Однако намагничивающий ток останется неизменным, так как условия возбуждения вращающегося поля в асинхронном генераторе и двигателе одни и те же. Мощность, развиваемая машиной, в таких условиях отрицательна, т. е. машина не потребляет энергию, а отдает ее в сеть. При таком режиме машины скольжение

Отрицательное скольжение— характерный признак режима _Рис ₁₄₃₀ генератора асинхронной машины. С возрастанием по абсолютному значению этого скольжения индуктивное сопротивление обмотки ротора машины будет возрастать, из-за чего будет увеличиваться сдвиг фаз между ЭДС и током в обмотке ротора. С другой стороны, пропорционально скольжению растет ЭДС ротора, и так как тормозной момент асинхронного генератора выражается так же, как вращающий момент двигателя (14.27), т. е.

то, следовательно, максимальное значение этого момента будет соответствовать скольжению (14.31):

S_kp = -rB2/(x»_рас1+ x_рас2 ).

При дальнейшем увеличении отрицательного скольжения момент уменьшается. Таким образом, характеристика М_тор (s) генератора в общем напоминает такую же характеристику двигателя и является ее продолжением в третьем квадранте системы координат (рис. 14.30).

Асинхронный генератор потребляет из сети индуктивный реактивный (намагничивающий) ток, как и двигатель, и поэтому нуждается в источнике реактивной мощности. Следовательно, асинхронный генератор не может работать независимо. Подключенный к сети, асинхронный генератор своим реактивным током ухудшает общий коэффициент мощности системы.

Однако возможна и независимая (автономная) работа асинхронного генератора, так как необходимый реактивный ток могут давать включенные параллельно с ним конденсаторы. В этом случае при пуске асинхронного генератора в ход имеют место явления самовозбуждения от остаточного намагничивания магнитной цепи асинхронной машины.

Преимуществом асинхронного генератора является простота его устройства и обслуживания.

Если с помощью внешней механической силы вращать ротор против направления вращения магнитного поля машины, то в выражение скольжения (14.8) частота вращения ротора п войдет уже с отрицательным знаком, а в таких условиях это скольжение

В этих условиях направление тока в обмотке ротора не изменится, а следовательно, ротор будет развивать момент, противодействующий тормозному моменту, приложенному к валу машины. Последняя будет потреблять механическую энергию, подводимую со стороны вала, и электрическую энергию из сети. Это будет режим электромагнитного тормоза. График зависимости М (s) при s > 1 является прямым продолжением характеристики двигателя и будет третьим участком универсальной характеристики М (s) асинхронной машины.

Режим тормоза применяется для быстрой остановки двигателя или в случае, когда целесообразно использовать асинхронную машину для торможения приводного механизма, например в крановых и подъемных устройствах при спуске грузов.

Для того чтобы перевести двигатель в режим тормоза, применяется противовключение, т. е. изменение порядка подключения к сети любых двух фаз статора (рис. 14.7, а), при этом направление вращения магнитного поля становится противоположным направлению вращения ротора. В этих условиях скольжение s = (n₁+п)/п₁ > 1 и ротор вращается против поля под действием внешней механической силы (например, тяжести опускающегося груза) или под действием силы инерции. Когда ротор остановится, необходимо отключить машину от сети, чтобы избежать перехода машины в режим двигателя.

Универсальный двигатель

Универсальный двигатель — вращающийся электродвигатель, который может работать при питании от сети как постоянного, так и однофазного переменного тока [1].

Конструкция универсального электродвигателя

Конструкция универсального коллекторного электродвигателя не имеет принципиальных отличий от конструкции коллекторного электродвигателя постоянного тока с обмотками возбуждения, за исключением того, что вся магнитная система (и статор, и ротор) выполняется шихтованной и обмотка возбуждения делается секционированной. Шихтованная конструкция и статора, и ротора обусловлена тем, что при работе на переменном токе их пронизывают переменные магнитные потоки, вызывая значительные магнитные потери.

Универсальный двигатель

Секционирование обмотки возбуждения вызвано необходимостью изменения числа витков обмотки возбуждения с целью сближения рабочих характеристик при работе электродвигателя от сетей постоянного и переменного тока [2].

Схема универсального коллекторного двигателя

Универсальный коллекторный электродвигатель может быть выполнен как с последовательным, так и с параллельным и независимым возбуждением.

В настоящее время универсальные коллекторные электродвигатели выполняют только с последовательным возбуждением .

Таким образом, результирующий электромагнитный момент при работе двигателя от сети переменного тока пульсирует. Пульсации электромагнитного момента практически не нарушают работу двигателя. Объясняется это тем, что при значительной частоте пульсаций электромагнитного момента () и большом моменте инерции якоря вращение последнего оказывается равномерным.

Управление универсальным электродвигателем
- прямое подключение к сети питания
- подключение через автотрансформатор
- подключение через регулятор
  - симисторный
  - транзисторный
  Особенности универсального двигателя
  
  Коэффициент полезного действия универсального двигателя при его работе от сети переменного тока более низкий, чем при его работе от сети постоянного тока. Другой недостаток универсального двигателя — тяжелые условия коммутации, вызывающие интенсивное искрение на коллекторе при включении двигателя в сеть переменного тока. Этот недостаток объясняется наличием трансформаторной связи между обмотками возбуждения и якоря, что ведет к наведению в коммутируемых секциях трансформаторной ЭДС, ухудшающей процесс коммутации в двигателе.
  
  Наличие щеточно-коллекторного узла является причиной ряда недостатков универсальных коллекторных двигателей, особенно при их работе на переменном токе (искрение на коллекторе, радиопомехи, повышенный шум, невысокая надежность). Однако эти двигатели по сравнению с асинхронными и синхронными при частоте питающего напряжения f = 50 Гц позволяют получать частоту вращения до 10 000 об/мин и более (наибольшая синхронная частота вращения при f = 50 Гц равна 3000 об/мин) [3].
  
  Области использования
  
  Благодаря тому, что универсальный двигатель может иметь высокую скорость вращения при работе от однофазной сети переменного тока без использования дополнительных преобразовательных устройств, он получил широкое применение в таких домашних приборах как пылесосы, блендеры, фены и др. Так же универсальный электродвигатель широко используется в таких инструментах, как дрели и шуруповерты.
  
  Благодаря тому, что скорость вращения универсального двигателя легко регулируется изменением величины питающего напряжения ранее он широко использовался в стиральных машинах. Сейчас благодаря развитию преобразовательной техники более широкое использование получают бесщеточные электродвигатели (СДПМ, АДКР) скорость вращения которых регулируется изменением частоты напряжения питания.
  
  § 2.10. Универсальный асинхронный двигатель
  
  Универсальным асинхронным двигателем (УАД) называется двигатель, рассчитанный на работу от сети трехфазного и однофазного тока. Их проектируют как трехфазные, но при этом учитывается работа от однофазной сети, в частности, при выборе соотношения числа пазов статора и ротора, воздушного зазора и ряда других параметров. Двигатель имеет на статоре симметричную трехфазную обмотку и короткозамкнутый ротор. При работе от сети трехфазного тока обмотка статора соединяется в звезду (рис. 2.20,а). В однофазную сеть он обычно включается по схеме рис. 2.20,б.
  
  Несмотря на то, что в двигателе 3 обмотки, при включении его по схеме 2.20,б возникают две НС сдвинутые в пространстве на 90º. Убедиться в этом можно, рассматривая диаграмму НС на рис. 2.20,в, в которой вектор НС фазы С₂ – С₅ повернут на 180º , т.к. ток в этой фазе течет в противоположном направлении по сравнению с другими фазами.
  
  Схема рис. 2.20,б фактически равноценна схеме двухфазного двигателя, у которого фаза А состоит из двух фаз трехфазного двигателя с числом витков W_A = W_Ф (вектор F_A в раз длиннее вектора F_B ),а фаза В есть фаза трехфазного двигателя с числом витков W_Ф. Коэффициент трансформации двухфазного двигателя k = W_A /W_B = . [4].
  
  Известно, что круговое поле получается при таком скольжении, при котором:
  
  1) k = tg φ = или φ = 30 0 ,что соответствует cosφ = 0,866 трехфазной машины, и
  
  Считая известными параметры обмоток трехфазного двигателя (обозначим их индексом ф), параметры двухфазного двигателя получим последующим формулам:
  - активное сопротивление статора r_SA = 2r_Ф;
  - реактивное сопротивление статора x_SA = 3x_Ф;
  - реактивное сопротивление взаимоиндукции x_mА= 3x_mф;
  - активное сопротивление ротора,
  - приведенное к статору r_RA = 2r’_2Ф;
  - реактивное сопротивление ротора,
  - приведенное к статору x_RA = 2x’_2Ф;
  - активное сопротивление статора r_SB = r_Ф;
  - реактивное сопротивление статора x_SB = x_Ф;
  - реактивное сопротивление взаимоиндукции x_mB = x_mф;
  - активное сопротивление ротора,
  - приведенное к статору r_RB = (2/3) r’_Ф2;
  - реактивное сопротивление ротора,
  - приведенное к статору x_RB = (2/3) x’_2ф.
  § 2.11. Включение трехфазного двигателя в однофазную сеть
  
  В практике часто возникает необходимость за неимением однофазного двигателя включать трехфазный двигатель в однофазную сеть. Можнорекомендовать следующие схемы, которые обеспечивают мощности до 75 %номинальной мощности трехфазной машины. Если двигатель рассчитан на фазное напряжение 127 В, а напряжение однофазной сети 220 В, то С = 2800*I/U = 12,72*I мкФ, где I,U — номинальный фазный ток и напряжение однофазной сети (рис. 2.21). Если двигатель рассчитан на фазное напряжение 220 В, и напряжение сети тоже 220 В, то С = 4800*I/U = 21,82*I мкФ, где I,U — номинальный фазный ток и напряжение однофазной сети (рис. 2.22). Во всех схемах напряжение конденсатора должно быть по крайнеймере на 15 % больше напряжения сети. Вопрос: Как изменить направление вращения двигателя, включенногопо схеме рис. 2.21 и рис. 2.22 ?
  Похожие публикации: