2.3. Свойства фазосдвигающих элементов

Рассмотрим двигатель с двумя обмотками А и В, сдвинутыми в пространстве на 90 эл. градусов (рис. 2.5). Будем считать, что обмотки совершенно одинаковые, т.е. Z_A = =Z_B (диаграмма токов для этого случая показана на рис. 2.6, а). Для того, чтобы образовалось вращающееся магнитное поле, необходим сдвиг токов во времени, поэтому в цепь обмотки В включим фазосдвигающий элемент Z_фс.

Рис. 2.5. К вопросу о свойствах фазосдвигающих элементов

Если использовать активное сопротивление (рис. 2.6, б), ток в фазе В уменьшится по величине, но станет более активным. Его вектор приблизится к вектору напряжения и между токами образуется временной сдвиг β. Если же использовать индуктивность (рис. 2.6, в), ток в фазе В тоже уменьшится по величине, но станет более реактивным. Его вектор отойдет от вектора напряжения и между токами опять образуется временной сдвиг β. В случае включения конденсатора, ток в фазе В станет опережающим (рис.2.6, г).

а б в г

Рис. 2.6. Диаграммы токов двухфазного двигателя с различными фазосдвигающими элементами

Анализ диаграмм токов на рис. 2.6 позволяет сделать вывод, что наилучшими фазосдвигающими свойствами обладает емкость. Только она обеспечивает сдвиг токов во времени на угол, близкий к 90º. К тому же она еще и улучшает сos φ двигателя. Активное сопротивление и индуктивность сдвигают токи на угол, далеко не равный 90º. Кроме того, индуктивность ухудшает соs φ двигателя.

2.4. Получение кругового поля в конденсаторном микродвигателе

Рассмотрим двигатель с двумя обмотками А и В (рис.2.7). Последовательно с обмоткой В кроме конденсатора С включено добавочное сопротивление R_д , а главная обмотка питается от сети через делитель напряжения.

Рис.2.7. Схема включения конденсаторного двигателя (общий случай)

Необходимым условием получения кругового поля является равенство нулю одной из последовательностей токов, например, обратной

(2.4)

Это значит, что

. (2.5)

Обозначим через коэффициент α отношение напряжения на обмотке А к напряжению сети U_B: α = U_A /U_B.

Раскрывая полные сопротивления Z_B1 и Z_A1 , получим

(2.6)

Используя (1.21), выразим параметры обмотки В через параметры обмотки А:

Комплексное число равно нулю, если равны нулю действительная и мнимая части:

(2.7)

Таким образом, если одновременно выполнить условия (2.6) и (2.7), поле в двигателе станет круговым. На практике круговое поле в конденсаторном двигателе получают одним из следующих способов:

1) подбором емкости конденсатора С и коэффициента трансформации k;

2) подбором емкости конденсатора С и соотношения фазных напряжений α;

3) подбором емкости конденсатора С и добавочного сопротивления R_д .

1. Получение кругового поля подбором емкости конденсатора и коэффициента трансформации

При R_д = 0, α = 1 (рис. 2.8) уравнения (2.6), (2.7) принимают вид

(2.8)

а б

Рис.2.8. Схема включения (а) и векторная диаграмма (б) конденсаторного двигателя при R_д = 0 и α = 1

Решая первое уравнение системы (2.8), найдем коэффициент трансформации ,

где φ_A – угол между током и напряжением фазы А.

Решая второе уравнение системы (2.8), найдем емкостное сопротивление конденсатора

Или с учетом k = x_A1 /r_A1; k² x_A1 = x_B1, x_С = x_A1 + x_В1.

Зная x_С , легко определить емкость конденсатора

C = 10⁶/(2π f x_С), мкФ

Поскольку полные сопротивления r_A1, x_A1, x_B1 зависят от скольжения, а коэффициент трансформации и емкость конденсатора должны иметь конкретные значения, круговое поле в двигателе будет иметь место лишь при определенном скольжении s.

Таким скольжением чаще всего выбирают скольжение s = 1 или s = s_ном. Во всех остальных режимах, т.е. при всех остальных скольжениях, поле в микродвигателе будет эллиптическим.

На рис. 2.8, б построена векторная диаграмма асинхронного конденсаторного двигателя при круговом поле, из которой можно определить рабочее напряжение конденсатора – второй, после емкости, важный параметр конденсатора

2. Получение кругового поля подбором емкости конденсатора и соотношения фазных напряжений

Рис.2.9. Схема включения конденсаторного двигателя при R_Д = 0 и α ≠ 1

В этом случае (рис. 2.9) уравнения (2.6), (2.7) принимают следующий вид

(2.9)

Решая систему (2.9), найдем

3. Получение кругового поля подбором емкости конденсатора и добавочного сопротивления.

Схема включения показана на рис. 2.10.

Уравнения (2.6), (2.7) принимают вид

Откуда находим:

Данный способ имеет одно ограничение: разность kx_A1 – k²r_A1 должна быть > 0. Необходимо еще раз подчеркнуть, что все три способа позволяют получить круговое поле только при одном скольжении. При всех других оно становится эллиптическим.

Рис.2.10. Схема включения конденсаторного двигателя при R_п = 0 и α = 1