Глава №7: Конденсаторные синхронные микродвигатели

Вопрос №1: Изобразите схемы замещения главной фазы конденсаторного СРД в рабочем режиме и объясните физический смысл входящих в них параметров.

На основании метода симметричных составляющих для конденсаторного СРД, можно записать следующие выражения для напряжения и токов:

Напряжение фазы А UA=U=IA1ZA1+IA2ZA2

Ток фазы А IA=IA1+IA2

Потребляемый из сети ток I=IA+IB

Входное сопротивление ZA1 находится из ВД, где в качестве независимого параметра принимаем угол нагрузки .

Полный ток фазы А как сумма тока х.х. IA0 и тока, зависящего от угла нагрузки IA .

IA= IA0+ IA

Rsa-активное сопротивление обмотки статора фазы А (сопротивление проводников ОС).

Xsa-индуктивное сопротивление рассеивания ОС фазы А (пропорционально потокам рассеивания).

Xra-индуктивное сопротивление рассеивания ротора фазы А (пропорционально потока м рассеивания ротора).

Xma-индуктивное сопротивление магнитного контура (пропорционально Ф0 связь статора и ротора).

X A/tg A-эквивалентное активное сопротивление (потери электромагнитной мощности).

Приведенные схемы замещения позволяют легко определить потребляемые токи и рассчитать рабочие характеристики конденсаторных СРД.

Схемы замещения сопротивлений для токов прямой(а) и обратной(б) последовательностей конденсаторного СРД.

Вопрос №2: Каковы особенности угловых характеристик СРД при эллиптическом магнитном поле?

Вращающий момент конденсаторного СРД определяем исходя из общего выражения момента несимметричной машины

Мс=Мс1+Мс2

В конденсаторном СРД момент от прямого поля Мс1 содержит тормозной момент Мт1 , обусловленный потерями на активных сопротивлениях обмоток статора и аналогичны моменту Мdqт симметричного СРД. Значение тормозного момента от обратного поля Мс2 зависит от степени эллиптичности магнитного поля и не зависит от угла нагрузки .

Наличие указанных тормозных моментов приводит к тому, что зона углов нагрузки, соответствующая устойчивой работе СРД, значительно сужается. В режиме х.х. начало координат угловой характеристики смещается в точку 0`, соответствующую углу нагрузки m .

Угловые характеристики идеального СРД в симметричном режиме(1) и конденсаторного СРД(2).

Вопрос №3: Из-за чего в конденсаторных явнополюсных синхронных двигателях возникает при пуске эффект залипания ротора?

Начальный вращающий момент конденсаторных явнополюсных СРД зависит от углового положения ротора. Вследствие этого действительный начальный момент в некоторых положениях ротора может значительно отличаться от момента при S=1, рассчитанного с использованием усредненных параметров СРД. Начальный вращающий момент можно представить в виде суммы постоянной и переменной составляющих:

Ман=Ман.ср+Ман.п

Переменная составляющая начального момента, зависит от асимметрии фазных токов, от положения ротора относительно обмотки статора и от разности индуктивных сопротивлений по осям d и q. Очевидно, что при X`rd=X`rq , независимо от степени асимметрии фазных токов, переменная составляющая начального момента равна нулю. На переменную составляющую начального момента большое влияние оказывает не только степень явнополюсности ротора (разность Xd и Xq), но и значение емкости конденсатора. При некотором соотношении параметров в СРД может наблюдаться эффект залипания ротора. Предположим, что при пуске(n=0) поперечная ось ротора совпадает с осью конденсаторной обмотки, а продольная ось ротора – с осью главной обмотки. Если реактивное сопротивление конденсатора велико и значительно превосходит индуктивное сопротивление фазы по поперечной оси, то ток в конд-ой обмотке мал. Магнитное поле СРД создается полностью главной обмоткой. Поле пульсирующее, вследствие чего ротор может устойчиво фиксироваться (залипать) в положении. Для устранения этого явления необходимо правильно выбирать параметры ротора, статора и емкость конденсатора.

Вопрос №4: В виде наложения каких режимов могут быть представлены пусковой и рабочий режимы конденсаторного СДПМ?

Рабочий режим СДПМ при составлении основных уравнений этого режима используют симметричный синхронный режим работы ЭМ. Для СДПМ включенного в однофазную сеть, можно записать следующие уравнения равновесия напряжений:

U=UA=-E0A+IA1ZA1+IA2ZA2

U=UB=-E0B+IB1ZB1+IB2ZB2

Зная симметричные составляющие токов фаз, рассчитываются и остальные величины, характеризующие рабочий режим СДПМ.

Пусковой режим. Асинхронный режим конденсаторных СДПМ по аналогии с пусковым режимом симметричной машины может быть представлен в виде наложения двух режимов: асинхронного двигательного режима конденсаторной синхронной невозбужденной машины, и генераторного режима возбужденной синхронной машины. Первый режим является пусковым режимом конденсаторного СДПМ при однофазном питании. Второй режим является режимом короткого замыкания синхронного генератора, в одну из фаз которого включен конденсатор.

Вопрос №5: Объясните образование тормозных моментов в асинхронном режиме конденсаторного СДПМ.

При вращении ротора со скоростью отличной от синхронной, поле постоянных магнитов наводит в фазах обмотки статора ЭДС, частота которой fe=(1-s)f1 Эта частота не равна частоте сети, то наводимая ЭДС не уравновешивается приложенным напряжением сети и по цепи ОС – ИП протекают токи. Т.к есть конденсатор токи протекающие по ОС, являются несимметричными, их разделяем на токи прямой и обратной последовательности. Система токов прямой посл-ти создает в воздушном зазоре двиг-ля м.п., вращающееся в сторону вращения ротора со скоростью e=(1-s) c. В рез-те взаимод-я этого поля с полем постоянных магнитов образуется тормозной (генераторный) момент. Токи обратной пос-ти создает в воздушном зазоре двиг-ля м.п, вращающееся в направлении, обратном вращению ротора, со скоростью `e=-(1-s) c относительно статора и со скоростью ``e=2(1-s) c относительно ротора. Это поле обратной последовательности наводит в короткозамкнутой обмотке ротора ЭДС и токи. Взаимодействие токов ротора с вызвавшим их м.п. создает момент, тормозящий ротор. Этот момент пропорционален электрическим потерям в обмотке якоря от токов обратной последовательности и электромагнитной мощности, передаваемой полем обратного следования со статора на ротор.

Вопрос №6: Каковы причины образования частых циклов перемагничивания ротора СГД при несимметричном питании?

Это обусловлено нелинейностью гистерезисного материала и взаимным влиянием полей прямого и обратного следования. Характер перемагничивания элементов ротора зависит от степени эллиптичности магнитного поля и скольжения. При пуске двигателя (S=1) частоты перемагничивания ротора полями статора прямого и обратного следования совпадают, и элементы ротора перемагничиваются по петлям гистерезиса, не содержащим частые циклы. Частые циклы отсутствуют и в случае, если выполняются общие для конденсаторных СГД условия образования кругового поля. При скольжении S=S0, при котором имеет место круговое вращающееся поле ( эВ=1, = /2), элементы ротора перемагничиваются по симметричным петлям гистерезиса в соответствии с уравнением:

Bг=BAmcos(S0 1t- R)

В режимах, при которых S 1, S S0, активный слой ротора перемагничивается полями прямой и обратной последовательностей. В этих случаях внутри основной петли перемагничивания происходит образование частых циклов, обусловленных наличием обратновращающегося поля. Частые циклы уменьшают площадь петель распределения, что приводит к уменьшению электромагнитной мощности от прямовращающегося поля. Кроме того, каждый частный цикл представляет собой потери на гистерезис от обратновращающегося поля, которые создают тормозной момент.

Петли перемагничивания гистерезисного слоя эллиптическим полем.

а) при S=1 б) при 0<S<1 c) при S=0

Вопрос №7: Какое влияние оказывает эллиптичность магнитного поля на механические характеристики конденсаторного СГД?

На рисунке приведены механические характеристики конденсаторного СГД. В качестве базового момента принят пусковой момент при симметричном питании Мб=Мп0 , а в качестве базовой угловой скорости - синхронная скорость поля

б= с=2 f1/p Из рисунка видно, что при обеспечении кругового поля при пуске (кривая 1) или при вхождении двигателя в синхронизм (кривая 2) механические характеристики мало отличаются от соответствующей им характеристики при симметричном питании (кривая 4). Объясняется это тем, что в конденсаторных СГД потребляемый ток и, следовательно, коэффициент эллиптичности эВ изменяются при изменении скольжения значительно в меньшей степени, чем в конденсаторных АД. Кроме того, если в последних отношение потребной пусковой емкости к рабочей емкости составляет 3-5, то в конденсаторных СГД оно не превышает 2. это свидетельствует о том, что в конденсаторных СГД можно получать магнитные поля, близкие к круговому, в широком диапазоне изменений скольжения при использовании одного конденсатора.

Механические характеристики конденсаторного СГД, обеспечивающего круговое поле.