ГЛАВА XXIII
СИСТЕМЫ ОДНОФАЗНЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
§ 213. Схемы Тесла и Штейнметца (Tesla и Steinmetz)
(фиг. 239— 248). В двигателях Корсепиуса и Пунга для поддержания в статоре при однофазном его питании вращающегося магнитного поля приходится усложнять конструкцию, располагая на одном валу два ротора.
Можно, однако, задачу об образовании вращающегося магнитного поля при пуске в ход решить и другим способом.
Этими вопросами — о создании вращающегося магнитного поля в однофазных двигателях — в свое время занимался Тесла, которым был предложен ряд систем однофазных асинхронных двигателей.
 |
 |
 |
| Фиг. 239. Однофазный двигатель (А — рабочая обмотка; В — вспомогательная обмотка). | Фиг. 240. Однофазный двигатель. | Фиг. 241. |
На фиг. 239 показана одна из распространенных схем однофазных асинхронных двигателей Тесла.
Как видно из этой фигуры, в статоре двигателя расположены две однофазных обмотки:
1) главная обмотка А и
2) вспомогательная обмотка В.
Вспомогательная обмотка IA сдвинута в пространстве относительно рабочей обмотки А на 90°. Для получения вращающегося потока необходимо каким-либо путем сдвинуть фазу тока IB относительно фазы тока IА, текущего в главной обмотке А, на угол, по возможности близкий к 90°. В этом случае в статоре может быть получено вращающееся магнитное поле.
Для этой цели при пуске в ход вспомогательная обмотка В (фиг. 239) приключается к сети через посредство самоиндукции L, а главная обмотка А — через посредство активного сопротивления r. При таких условиях токи IA и IВ будут смещены друг относительно друга на угол, близкий к 90°, в результате чего обмотки A и В создадут вращающееся магнитное поле. Под влиянием этого вращающегося поля ротор двигателя придет во вращение. По окончании пуска в ход вспомогательная обмотка В обычно отключается от сети при помощи показанного на фиг. 239 рубильника и сопротивление r в обмотке А закорачивается.
На фиг. 240 показана другая модификация вышеописанного метода пуска в ход.
Как видно из этой фигуры, в статоре расположены две обмотки — А и В, соединенные друг с другом последовательно.
При пуске в ход переключатель К ставится в нижнее положение, при котором обмотка В оказывается параллельно соединенной с активным сопротивлением r, благодаря этому создается необходимый сдвиг фаз между токами, текущими в обмотках А и В, вследствие чего в двигателе появляется вращающееся магнитное поле.
 |
 |
 |
 |
| Фиг. 242. Однофазный двигатель Штейнметца. | Фиг. 243. Двигатель Штейнметца. |
Фиг. 244. Однофазный двигатель. |
Фиг. 245. |
По окончании пуска в ход рукоятку переключателя К необходимо повернуть по стрелке часов так, чтобы обмотка В с сопротивлением r была отключена от сети.
Штейнметц, который вслед за Тесла также начал заниматься вопросами пуска в ход однофазных асинхронных двигателей, предложил ряд схем, которые представляют собой известные модификации рассмотренных выше на фиг. 239—240 расположений.
На фиг. 241 показан один из двигателей Штейнметца.
Как видно из этой фигуры, в статоре этого двигателя имеется трехфазная обмотка 1—2 — 3.
При пуске в ход две фазы 1—2 соединяются последовательно и приключаются к сети, а оставшаяся третья фаза 3 используется как вспомогательная пусковая обмотка, приключенная к сети через посредство дроссельной катушки L.
По окончании пуска в ход обмотки 1 — 2 — 3 включается треугольник, образуя две параллельные ветви, как показано на фиг. 242.
На фиг. 243 показана другая модификация предыдущей схемы.
Как видно из этой фигуры, все три фазы 1 — 2 — 3 статора соединены в треугольник, причем фаза 1 приключена прямо к сети, а фазы 2 и 3 соединены между собой последовательно; токи, текущие в фазах 2 и 3, смещены друг относительно друга по фазе благодаря тому, что к обмотке 2 приключено шунтом омическое сопротивление R, а к обмотке 3— самоиндукция L.
Располагая в статоре кроме обмоток 1 — 2 — 3 еще обмотки 2' и 3' (фиг. 244), мы можем к последним обмоткам присоединить емкость С и самоиндукцию L; таким образом С и L будут связаны с обмотками 2 и 3 через посредство трансформаторов, образованных обмотками 2 — 2' и 3 — 3'.
На фиг. 245—248 показано еще несколько схем, которые дают возможность получения вращающегося потока при питании статора от однофазной сети.
 |
 |
 |
| Фиг. 246. | Фиг. 247. | Фиг. 248. |
Как видно из фиг. 245, статор двигателя имеет трехфазную обмотку, соединенную в звезду, причем между клеммой 1 статора и шинами линии включено активным сопротивление R и индуктивное — х. Благодаря этому между зажимами статора 1 — 2— 3 появляется разность потенциалов несимметричной трехфазной системы.
Характер этой системы можно выяснить, рассматривая векторную диаграмму для этой схемы (фиг. 246).
Как видно из фигуры, вектор напряжения у зажимов U отложен по вертикали. Напряжение у зажимов является геометрической суммой
Ú = Íx = ÍR.
Вектор индуктивного напряжения Iх и омического падения напряжения IR образуют друг с другом угол в 90°. Вектор тока I совпадает по фазе с вектором IR.
Напряжение между клеммами 1 — 3 схемы фиг. 245 по величине и фазе будет приблизительно равно величине Iх =—1—3 векторной диаграммы (фиг. 246); точно так же вектор IR =— 1 — 2 векторной диаграммы будет соответствовать напряжению между клеммами статора 1—2 фиг. 245; вектор U векторной диаграммы (фиг. 246) будет соответствовать напряжению сети, приложенному к клеммам 2—3 схемы. Если бы точки 1—2—3 диаграммы фиг. 246 лежали в вершинах равностороннего треугольника, то мы получили бы симметричную трехфазную систему.
На самом деле, как показывает фиг. 246, точки 1—2—3 принадлежат вершинам прямоугольного треугольника, следовательно, соответствующая диаграмме фиг. 246 трехфазная система является несимметричной. Эта несимметричность, однако, большого вреда не приносит, так как при вращении двигатель сам начинает создавать вращающееся магнитное поле, после чего катушка х и активное сопротивление R могут быть при помощи рубильника а и b отключены от сети.
На фиг. 247 и 248 показаны еще две другие схемы соединений статора однофазных двигателей, при которых можно получить вращающееся магнитное поле при пуске в ход.