Асинхронный двигатель принцип работы. Двухфазная электрическая сеть

Если снабдить статор двигателя только одной однофазной обмоткой (рис. .14.33), то переменный ток в ней будет возбуждать в машине, пока ее ротор неподвижен, переменное магнитное поле, ось которого тоже неподвижна. Это поле будет индук­тировать в обмотке ротора ЭДС, под действием которой в ней возникнут токи. Взаимо­действие токов ротора с магнитным полем статора соз­даст электромагнитные силы f , противоположно направленные в правой и левой половинах ротора. Вследствие этого результирующий момент, действующий на ротор, окажется равен нулю. Следовательно, при на­личии одной обмотки начальный пусковой момент од­нофазного двигателя равен нулю, т. е. такой двига­тель сам с места тронуться не может.

Применяются два способа создания в двигателях, подключаемых к одной фазе сети, начального пуско­вого момента, в соответствии с чем эти двигатели де­лятся на двухфазные и однофазные.

Двухфазные асинхронные двигатели . Двухфазные двигатели помимо обмотки, включаемой непосредст­венно на напряжение сети, снабжаются второй об­моткой, соединяемой последовательно с тем или дру­гим фазосмещающим устройством (конденсатором, ка­тушкой индуктивности). Наиболее выгодным из них яв­ляется конденсатор (рис. 14.34), а соответствующие двигатели именуются конденсаторными. В пазах стато­ра подобных двигателей размещаются две фазные обмотки, каждая из которых за­нимает половину всех пазов. Таким путем осуществляется условие получения вра­щающего момента посредством индукционного механизма (см. § 12.9): наличие двух переменных магнитных потоков, смещенных в пространстве и сдвинутых по фазе относительно друг друга.

Наиболее выгодным является круговое вращающееся магнитное поле. Оно может быть осуществлено в двухфазном двигателе. При этом, однако, приходится выбирать условия, при которых предпочтительнее получить круговое поле, а сле­довательно, и наибольший вращающий момент - при спуске двигателя или при но­минальной нагрузке.

Действительно, если токи в обмотках статора 1 и 2 имеют равные действующие значения и сдвинуты относительно друг друга по фазе на угол /2, то возбуждаемое ими магнитное поле имеет составляющие В х и В у, определяемые выражениями (14.2) и (14.3). Результирующее магнитное поле в этом случае представляет собой круговое вращающееся поле.

Если емкость конденсатора подобрана так, что круговое магнитно.: поле созда­ется при пуске двигателя, то при номинальной нагрузке изменение тока второй обмотки вызовет изменение падения напряжения на конденсаторе, а следовательно, и напря­жения на второй обмотке по значению и фазе. В результате вращающееся магнит­ное поле станет эллиптическим (при вращении поток будет пульсировать), что обусло­вит уменьшение вращающего момента.

Ценой усложнения установки - посредством отключения части конденсаторов при переходе от пусковых условий к рабочим (штрихпунктирные соединения на рис. 14.34) можно этот недостаток устранить. Это уменьшение емкости конденсаторов может выполняться автоматически центробежным выключателем,- срабатывающим, когда частота вращения двигателя достигает 75-80 % номинальной, или воздействием реле времени.

Двухфазные двигатели применяются в автоматиче­ских устройствах также в качестве управляемых двигате­лей: их частота вращения или вращающий момент регули­руется изменением действующего значения или фазы на­пряжения на одной из обмоток. Такие двигатели вместо обычного ротора с короткозамкнутой обмоткой снабжают­ся ротором в виде полого тонкостенного алюминиевого ци­линдра («стаканчика»), вращающегося в узком воздушном зазоре между статором и неподвижным центральным сер­дечником из листовой стали (внутренним статором). Это двигатели с полым ротором обладают ничтожной инер­цией, что практически очень важно при регулировании некоторых производственных процессов. На рис. 14.35 показан график зависимости частоты вращения такого двигателя от напряжения на управляющей обмотке.

Однофазные асинхронные двигатели не развивают начального пускового момента. Но если ротор однофазного двигателя раскрутить в любую сторону при помощи внеш­ней силы, то в дальнейшем этот ротор будет вращаться самостоятельно и может развивать значительный вращающий момент.

Сходные условия создаются у трехфазно­го двигателя при перегорании предохраните­ля в одной из фаз. В таких условиях од­нофазного питания трехфазный двигатель будет продолжать работать. Только во из­бежание перегрева двух обмоток, остающих­ся включенными, необходимо, чтобы на­грузка двигателя не превышала 50-60 % номинальной.

Работу однофазного двигателя можно объяснить на основании того, что перемен­ное магнитное поле можно рассматривать как результат наложения двух магнитных по­лей, вращающихся в противоположные стороны с постоянной угловой ско­ростью /р. Амплитудные значения магнитных потоков этих полей Ф 1т и Ф IIm оди­наковы и равны половине амплитуды магнитного потока переменного поля машины:

Ф 1т = Ф IIm = Ф m /2

Простое графическое построение (рис. 14.36) показывает, как в результате сло­жения двух одинаковых магнитных потоков Ф 1 m и Ф II т, вращающихся в противо­положные стороны, получается магнитный поток, изменяющийся по синусоидаль­ному закону: Ф = Ф т sin t.

В однофазном двигателе это положение справедливо, только пока ротор не­подвижен. Рассматривая в этих условиях переменное поле как складывающееся из двух вращающихся полей, можно заключить, что под действием обоих этих полей в обмотке ротора будут одинаковые токи. Токи ротора, взаимодействуя с вращающи­мися полями, создтют два одинаковых вращающихся момента, направленных в про­тивоположные стороны и уравновешивающих друг друга.

Это равенство двух моментов нарушается, если привести ротор во вращение в любом направлении. В этих условиях вращающий момент, создаваемый прямо вращающимся полем (короче, прямым полем), т. е. полем, вращающимся в ту же сто­рону, что и ротор, становится значительно больше момента, развиваемого обратно вращающимся полем (короче, обратным полем), благодаря чему ротор может не только самостоятельно вращаться, но и приводить во вращение какой-либо механизм.

Ослабление противодействующего момента при вращении ротора вызывается ослаблением обратного поля. Относительно этого поля, вращающегося против направления вращения ротора, скольжение ротора равно:

s II = = = 2-s 1

где s I - скольжение ротора по отношению к прямому полю.

Выражение (14.36) показывает, что частота токов, индуктируемых в роторе обратным полем, относительно высока - близка к удвоенной частоте сети. Для токов такой повышенной частоты индуктивное сопротивление ротора во много раз больше его активного сопротивления, вследствие чего токи, индуктируемые обратным полем, становятся почти чисто реактивными. Согласно рис. 14.21 поле этих токов оказы­вает сильное размагничивающее действие на поле, их ин актирующее, следовательно, на обратное поле двигателя. Благодаря этому при малых скольжениях s l результи­рующее магнитное поле машины становится почти круговым вращающимся полем, а противодействующий момент обратного поля в этих условиях мал.

Рис. 14.36.

Для каждого из полей мы можем применить известные нам кривые зависимости момента от скольжения обычного трехфазного асинхронного двигателя и определить результирующий момент М как разность прямого M I и обратного M II моментов (рис. 14.37). Существенной особенностью однофазного двигателя является наличие небольшого отрицательного момента М 0 при синхронной частоте вращения ротора по отношению к прямому полю.

Возрастание скольжения s I , при увеличении нагрузки вызывает у однофазного двигателя не только увеличение тока I 1 индуктируемого прямым полем, но и уве­личение тормозного момента обратного поля, вследствие чего работа однофазного дви­гателя значительно менее устойчива, чем трех­
фазного, а его максимальный момент сущест­венно меньше. Вследствие ряда дополните­льных потерь КПД однофазного двигателязначительно ниже, чем трехфазного.

Задача пуска в ход однофазного двига­теля решается посредством применения того или другого пускового устройства. Чаще всего это дополнительная обмотка, подоб­ная второй обмотке двухфазного двигателя, но отключаемая по окончании пуска, так как она рассчитывается лишь на кратковре­менную нагрузку током. Последовательно с этой обмоткой включается то или иное фазосмещающее устройство.

Асинхронные двигатели с расщепленны­ми полюсами . Пусковое устройство в одно­фазном асинхронном двигателе может оста­ваться включенным и при нормальной ра­боте двигателя. Это имеет место в асинхронных двигателях с расщепленными по­люсами. Такие двигатели можно рассматривать как промежуточные между однофаз­ными и двухфазными асинхронными двигателями (рис. 14.38). Этот двигатель снабжен короткозамкнутой обмоткой ш к, которая охватывает часть явновыраженного полюса, на котором размещена главная (первичная) обмотка 1 . Ток I 1 в обмотке 1 , подключенной к сети, возбуждает магнитный поток Ф 1 . Часть последнего, пронизы­вая обмотку w K , индуктирует в ней ток I 2 , значительно отстающий по фазе от I 1 . Этот ток возбуждает второй магнитный поток двигателя. Таким образом, в двигателе создается система двух переменных магнитных потоков, не совмещенных простран­ственно и сдвинутых по фазе, т. е. создаются условия, подобные условиям в индук­ционных электроизмерительных приборах (см. рис. 12.23), следовательно, возникает вращающееся магнитное поле, которое, воздействуя на короткозамкнутый ротор 2, создает соответствующий вращающий момент. Эти двигатели изготовляются миниа­тюрными (мощностью 0,5-30 Вт) и широко применяются для самых различных целей - главным образом, в качестве привода исполнительных механизмов.

Всистемах автоматики для питания исполнительных асинхронных микродвига­телей часто используется система двухфазного тока. Двухфазный ток удобно получать из трехфазного путем применения особых трансформаторных схем. Наибольшее распро­странение получила схема,состоящая из двух неоди­наковых однофазных трансформаторов I и II (рис.1.5 а ).В этой схеме точка 0 делит витки первичной обмотки трансформатора II на две равные части. Напряжения обмоток трансформаторов I и II сдвинуты на четверть периода. Первичные напряжения трансфор­маторов I и II или (рис. 1.5, б ).

Р и с. 1.5. Преобразование трёхфазного тока в двухфазный:

а – трансформаторная схема; б – векторная диаграмма напряжений
первичных обмоток

1.3.2. Преобразователь трехфазной системы питания
в шести- и двенадцатифазную

В ряде случаев тре­буется преобразовывать трехфазный ток в шести- и двенадцатифазный. Для преобразова­ния в шестифазный ток используется трехстержневой трансформа­тор, на каждом стержне которого размещены одна фаза первичной обмотки и две одинаковые фазы вторичной. Вторичные обмотки могут быть соединены в две звезды (рис. 1.6), в замкнутый многоугольник или в зигзаг.

а – схема соединения обмоток трансформатора;

б – векторная диаграмма ЭДС первичной обмотки;

в – векторная диаграмма ЭДС вторичной обмотки

Для преобразования в двенадцатифазный ток ис­пользуется соединение вто­ричных обмоток в двойной зигзаг (рис. 1.7). При этом число витков в ветви шестифазной части долж­но быть в 2,75 раза больше, чем двенадцатифазной. В случае симметричной на­грузки ток в шестифазной зоне в 1,93 раза больше, чем в двенадцатифазной. Двенадцатифазный ток может быть также получен с помощью двух трансфор­маторов трехфазного тока, преобразующих в шестифазный, у одного из которых первичная об­мотка соединена звездой, а у другого – треугольником.

Наращивание ногтей в индустрии современной моды пользуется огромной популярностью. Это позволяет девушкам не боятся за сломанные ногти и спокойно выполнять любую домашнюю работу. При этом нет необходимости постоянно покрывать собственные ногти лаком, который очень быстро стирается при активной работе руками. Ногтевая пластина натуральных ногтей не размокает, не расслаивается, не требует постоянно увлажнения и ухода при помощи масел и лечебных лаков. Ногти не впитывают в себя вредных веществ, как при покрытии лаком, а также не желтеют, как это происходит при использовании лаков ярких цветов.

Процедура наращивания позволяет мастеру создать идеальную форму и длину ногтей, укрепить натуральную ногтевую пластину, отреставрировать сломанный ноготь. Под слоем твердого покрытия собственные ногти растут очень быстро и не подвержены механическому и химическому воздействию извне.

Как происходит процедура наращивания ногтей

Существует несколько техник наращивания ногтей. Это касается как используемых материалов, так и способов их нанесения. К примеру, до сих пор некоторые мастера используют наращивание ногтей на типсах – когда к натуральному ногтю приклеивается пластиковая накладка, поверх которой накладывается гель-строитель. в большинстве случаев мастера уже отошли от такого способа, так как он может сильно травмировать пластину ногтя. Но тем не менее, к наращиванию на типсах приходится прибегнуть в тех случаях, когда собственный ноготь не имеет свободного края, то есть слишком короткий, либо имеет неправильную форму (деформирован, сломан).

Наиболее распространенной техникой наращивания является наращивание на формах . При данном способе под натуральный ноготь подкладывается жесткая форма, поверх которой накладывается гель, который при застывании образует собой форму искусственного ногтя.

Обычно наращивание происходит в несколько этапов:

1. Маникюр и подготовка ногтя. На этом этапе мастер убирает кутикулу, заусенцы, птеригий, подравнивает форму натурального ногтя, укорачивает его длину, если это необходимо. Затем мастер убирает глянцевую пленку натурального ногтя мягкой пилкой для максимального сцепления гелевого покрытия с натуральным ногтем.
2. Обезжиривание. На этом этапе поверхность каждого ногтя обрабатывается специальным обезжириваете (иногда используется жидкость для снятия лака или спирт). Затем ноготь обрабатывается праймером (грунтовка) для удержания геля на ногтевой пластине.
3. Непосредственно наращивание.

Виды геля

Разные мастера привыкли к разным техникам наращивания. Кому-то ближе использование однофазного геля, кто-то же привык к трехфазной системе. Что они из себя представляют?

– это способ, при котором формирование искусственного ногтя происходит при помощи одного вещества. Он является одновременно и основой, и гелем-строителем, и топовым покрытием для себя же самого. Это удобно для маникюриста, позволяет тратить меньше времени на такую длительную процедуру как наращивание ногтей.

– это система, при которой формирование искусственного ногтя проходит в три этапа: нанесение базового геля, нанесение геля-конструктора и нанесение топ-геля.

Плюсы и минусы однофазной и трехфазной системы

Однофазная система в качестве преимуществ имеет меньшее количество трудозатрат и материальных затрат . Такой способ наращивания удобен для новичков, позволяет сделать стоимость оказываемых услуг доступнее для большого количества клиентов. Но между тем, такая система не дает гарантий длительной носки ногтей. Связано это с тем, что при однофазном наращивании, как правило, не предусмотрено использование праймера, а это значит, что сцепление искусственного покрытия с натуральной ногтевой пластиной будет немного слабее.

Также покрытие может быть плохо просушено за счет одного, но достаточного толстого слоя. Такой вариант подойдет, если нет необходимости в длительной носке ногтей, и они делаются для однократного выхода: на свадьбу, вечеринку, выступление, на конкурс.



Трехфазная система наиболее востребована среди профессиональных мастеров. Использование нескольких видов материалов, каждый из которых выполняет свою функцию, увеличивает время носки искусственного покрытия, дает большую гарантию. Для мастера, равно как и для клиента, такая методика требует больших материальных затрат. Времени такая процедура занимает больше, нежели однофазное наращивание. Под базовый слой используется праймер, это улучшает сцепление между гелем и ногтем. После просушивания базового слоя наносится гель-строитель. он наносится таким слоем, чтобы в стрессовой зоне (зоне окончания натурального ногтя) толщина геля была достаточной, чтобы оградить его от слома.

После этого на искусственный ноготь мастер наносит цветной гель. Завершается наращивание нанесение финишного слоя, который обеспечивает зеркальный блеск ногтей и максимально закрепляет все предыдущие слои.

Наращивание ногтей как при однофазной системе, так и при трехфазной должно проводится квалифицированным специалистом с учетом соблюдения техники наращивания. Клиент вправе попросить мастера нарастить ногти как при помощи однофазного геля, так и с использование базового и топового покрытия. Расходные материалы должны быть качественными и свежими, тогда риск сколов и вздутий искусственного покрытия почти сведен на нет.

Двухфазные электрические сети применялись в начале XX века в электрических распределительных сетях переменного тока. В них применялись два контура, напряжения в которых были сдвинуты по фазе друг относительно друга на или на 90 градусов. Обычно в контурах использовались четыре линии - по две на каждую фазу. Реже применялся один общий провод, имевший больший диаметр, чем два других провода. Некоторые из наиболее ранних двухфазных генераторов имели по два полноценных ротора с обмотками, физически повёрнутыми на 90 градусов.

Впервые идеи использования двухфазного тока для создания вращающего момента были высказаны Домиником Араго в 1827 году . Практическое применение было описано Николой Тесла в его патентах от 1888 года , примерно тогда же им была разработана конструкция двухфазного электродвигателя . Далее эти патенты были проданы компании Вестингауза , которая начала развивать двухфазные сети с США. Позднее эти сети были вытеснены трёхфазными, теория которых разрабатывалась русским инженером Михаилом Осиповичем Доливо-Добровольским , работавшим в Германии в компании AEG . Однако, благодаря тому, что в патентах Теслы содержались общие идеи использования многофазных цепей, компании Вестингауза некоторое время удавалось сдерживать их развитие с помощью патентных судебных процессов .

Преимуществом двухфазных сетей было то, что они допускали простой, мягкий пуск электрических двигателей. На заре электротехники эти сети с двумя отдельными фазами были более просты для анализа и разработки. Тогда ещё не был создан метод симметричных составляющих (он был изобретён в 1918 году), который впоследствии дал инженерам удобный математический инструментарий для анализа несимметричных режимов нагрузки многофазных электрических систем.

Двухфазные контуры обычно используют две отдельные пары токонесущих проводников. Могут использоваться и три проводника, однако по общему проводу течёт векторная сумма фазных токов, и поэтому общий провод должен иметь больший диаметр. В отличие от этого, в трёхфазных сетях при симметричной нагрузке векторная сумма фазных токов равна нулю, и поэтому в этих сетях возможно использовать три линии одинакового диаметра. Для электрических распределительных сетей требование трёх проводящих линий лучше, чем требование четырёх, поскольку это даёт значительную экономию в стоимости проводящих линий и в расходах по их установке.

Двухфазное напряжение может быть получено от трёхфазного источника путём соединения однофазных трансформаторов по так называемой схеме Скотта. Симметричная нагрузка в такой трёхфазной системе в точности эквивалентна симметричной трёхфазной нагрузке.

Энциклопедичный YouTube

1 / 3

Наука 2.0 Энергетика. Электрические сети

Электротехника. Трехфазные цепи часть 1

Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети (220)

Субтитры

Двухфазный электрический ток

Двухфазным электрическим током называется совокупность двух однофазных токов, сдвинутых по фазе относительно друг друга на угол π 2 {\displaystyle {\frac {\pi }{2}}} , или на 90 °:

I 1 = I m sin ⁡ ω t {\displaystyle i_{1}=I_{m}\sin \omega t} ;

I 2 = I m sin ⁡ (ω t − π 2) {\displaystyle i_{2}=I_{m}\sin(\omega t-{\frac {\pi }{2}})} .

Φ 1 = Φ m sin ⁡ ω t {\displaystyle \Phi _{1}=\Phi _{m}\sin \omega t} ;

Φ 2 = Φ m sin ⁡ (ω t − π 2) {\displaystyle \Phi _{2}=\Phi _{m}\sin(\omega t-{\frac {\pi }{2}})} .

Так как магнитные потоки пространственно расположены под углом 90 ° друг к другу, поэтому результирующий магнитный поток будет равен их геометрической сумме:

Φ 0 = Φ m sin ⁡ (ω t) 2 + Φ m sin ⁡ (ω t − π 2) 2 {\displaystyle \Phi _{0}={\sqrt {\Phi _{m}\sin(\omega t)^{2}+\Phi _{m}\sin(\omega t-{\frac {\pi }{2}})^{2}}}} .

Но Φ m sin ⁡ (ω t − π 2) = − Φ m cos ⁡ ω t {\displaystyle \Phi _{m}\sin(\omega t-{\frac {\pi }{2}})=-\Phi _{m}\cos \omega t} , поэтому Φ 0 = Φ m sin ⁡ (ω t) 2 + (− Φ m sin ⁡ (ω t − π 2) 2) {\displaystyle \Phi _{0}={\sqrt {\Phi _{m}\sin(\omega t)^{2}+(-\Phi _{m}\sin(\omega t-{\frac {\pi }{2}})^{2})}}} , или Φ 0 = Φ m {\displaystyle \Phi _{0}=\Phi _{m}}