Работа трехфазного электродвигателя в режиме однофазного

Трехфазные асинхронные электродвигатели могут быть использованы в качестве однофазных конденсаторных (рис. 1а), а также в качестве однофазных с активным пусковым сопротивлением (рис. 1б) и пусковой емкостью (рис. 1в). Как видно из приведенных схем, рабочая фаза получается последовательным соединением двух фаз, а третья фаза является вспомогательной. В схемах, показанных на рисунках 1б и 1в, вспомогательная обмотка отключается обычно еще при разгоне, когда частота вращения двигателя приближается к номинальной.

Рис. 1. Схема однофазного включения трехфазного электродвигателя: а — с рабочей и пусковой емкостями; б — с пусковым сопротивлением; в — с пусковой емкостью

Видоизмененные схемы (рис. 1б и рис. 1в) показаны на рис. 2. Схема рисунка 1б при том же значении пускового сопротивления, что и в схеме рисунка 2а, позволяет получить значительно больший (почти вдвое) пусковой момент. Однако при этой схеме возможен значительный провал в кривой вращающего момента: в схеме рисунка 2а этого провала практически нет. Значения пусковых активных сопротивлений для схемы 1:

для схемы 50а:

где:

r_n= 1,5z_r,

U_л— линейное напряжение сети, В;

I_н— номинальный линейный ток электродвигателя в трехфазном режиме, А; k_i— кратность начального пускового тока электродвигателя в трехфазном режиме;

z_к— полное сопротивление фазы в режиме короткого замыкания электродвигателя

Используя трехфазный электродвигатель в качестве однофазного и работая при отключенной вспомогательной фазе (рис. 1б, 1в и 2а), следует подводить номинальное линейное напряжение к двум рабочим фазам. Тогда трехфазные электродвигатели в однофазном режиме при той же температуре рабочих фаз, что и в трехфазном режиме, развивают полезную мощность на валу (в долях от номинальной в трехфазном режиме) P1 » (0,5—0,55)P3.

Рис. 2. Видоизмененная схема однофазного включения трехфазного электродвигателя

Схема на рисунке 2б по сравнению со схемой рисунка 1в обеспечивает более равномерное распределение токов по фазам при пуске, примерно вдвое меньшее напряжение на конденсаторе, более благоприятную механическую характеристику в отношении провалов моментов, но величина пускового момента заметно меньше.

Для трехфазных электродвигателей, работающих от однофазной сети (мощностью до 14 кВт), предложено много различных схем. Две из них приведены на рис. 1а и 2б. Некоторые расчетные соотношения для этих схем даны ниже:

Номинальным током Iн и напряжением Uн здесь условно называют фазные значения этих величин, указанные в паспорте электродвигателя. В качестве рабочей емкости используют конденсаторы типов КБГ-МН, БГТ и МБГЧ. Значения пусковой емкости для схемы 49а выбирают в 2—3 раза больше рабочей.

Начальный момент при пуске в долях начального пускового момента электродвигателя в трехфазном режиме:

zк — полное сопротивление фазы;

cosφп — коэффициент мощности короткого замыкания электродвигателя (при пуске), может быть определен из опыта или по следующим формулам:

где:

m_п — кратность начального пускового момента;

а — отношение постоянных потерь к переменным.

Коэффициент мощности определяется по обеим формулам, а за расчетную величину принимают среднеарифметическое значение.

Одна из схем, при которой можно получить не только высокое использование трехфазного электродвигателя в режиме однофазного, но и благоприятные пусковые характеристики, показана на рис. 3.

Значения СА и САС, при которых искажения фазных величин напряжений и токов будут наименьшими (оптимальный режим):

где:

I и U — паспортные значения тока и напряжения при соединении обмоток электродвигателя звездой;

j₁— определяется по значению номинального cosφ.

Степень использования электродвигателя в однофазной сети (в оптимальном режиме) определяется отношением допустимой величины тока прямой последовательности I₁к номинальному току трехфазного режима

Рис. 3. Схема несимметричного включения трехфазного электродвигателя

где:

β_i=sin(φ₁-30) — модуль комплексного коэффициента асимметрии токов.

Полезная мощность электродвигателя в однофазной сети при токе, равном I₁, немного меньше той, которую развивает электродвигатель в трехфазной сети.

Чтобы получить максимальный пусковой момент, рабочие емкости следует шунтировать активными сопротивлениями (на рис. 3 не показаны). Величина активных сопротивлений

Максимальный пусковой момент (начальное значение) в долях такового в трехфазном режиме

где cosφ_п — коэффициент мощности электродвигателя в режиме короткого замыкания (в начальный момент пуска).

Для всех схем однофазных конденсаторных электродвигателей общий характер изменения вращающего момента в зависимости от частоты вращения ротора при постоянном значении емкости неблагоприятен. Рабочий режим, при котором искажения фазных величин и токов будут наименьшими (оптимальный), может быть только при одной какой-либо частоте вращения; при других коэффициент асимметрии увеличивается, и это неблагоприятно влияет на величину вращающего момента, определяемую разностью моментов от прямого и обратного полей. Наблюдают ярко выраженный максимум к.п.д., значение которого резко падает при увеличении нагрузки. При уменьшении нагрузки емкость фазосмещающих элементов, как правило, больше требуемой, что приводит к повышению напряжения и силы тока отдельных фаз. Обмотки статора нагреваются неравномерно, возникает необходимость ограничивать продолжительность работы электродвигателей на холостом ходу и при малых нагрузках.