Однофазный асинхронный электродвигатель: устройство, принцип работы, подключение

Практически всем хорошо известны трехфазные электродвигатели, они широко применяются в промышленности, позволяют решать самые различные задачи. Да и принцип получения переменного тока, как физической величины мы привыкли рассматривать на примере тех же трехфазных асинхронных генераторов. Но как быть в бытовых условиях, где присутствует только одна фаза, народные умельцы научились выполнять подключение трехфазных электрических машин, но это не обязательно. На практике давно используется  однофазный асинхронный электродвигатель, который может выполнять все свои функции даже в домашней сети переменного тока.

Конструктивные особенности

Если сравнивать однофазный электродвигатель с другими электрическими машинами, то конструктивно он также состоит из подвижного и неподвижного элемента —  статора и ротора. Статор, за счет протекания электрического тока по его обмоткам, создает магнитное поле, вступающее во взаимодействие с ротором. В результате электромагнитного взаимодействия ротор приводится во вращение.

Рис. 1. Конструкция однофазного асинхронного электродвигателя

Однако все не так просто, как может показаться на первый взгляд, если бы вы убрали из обычного трехфазного электродвигателя лишние две обмотки и подключили в розетку, вращение бы не началось. Мотору  попросту не хватит момента для вращения ротора. Поэтому конструкция однофазного асинхронного электродвигателя имеет ряд особенностей.

Ротор

Ротор однофазного электродвигателя представляет собой такой же металлический вал, который оснащается обмоткой. На валу собирается ферромагнитный каркас из шихтованной стали по ее внешней поверхности проделываются пазы. В пазах на валу ротора устанавливаются стержни из меди или алюминия, которые выступают в роли обмотки, проводящей электрический ток. На концах стержни соединяются двумя кольцами, из-за такой конструкции его также называют беличьей клеткой.

При воздействии электромагнитного потока от статора на короткозамкнутые обмотки ротора в беличьей клетке начинает протекать ток. Ферромагнитная вставка на валу помогает усилить поток, проходящий через него. Однако далеко не во всех моделях существует магнитный проводник, в некоторых он выполняется из немагнитных сплавов.

Статор

Конструкция статора в однофазном электродвигателе имеет такой же состав, как и в большинстве электрических машин:

• металлический корпус;
• установленный внутри магнитопровод из ферромагнитного материала;
•  обмотка статора, представленная медными проводниками.

Обмотки статора такого электродвигателя подразделяются на две – основную, она же рабочая, через которую осуществляется постоянная циркуляция нагрузки и пусковая, которая задействуется только в момент запуска. Обе обмотки однофазного двигателя расположены под углом 90° друг относительно друга. Такая конструкция делает их схожими с двухфазными электродвигателями, где также применяются две обмотки.

Но их объем, относительно всего пространства асинхронного двигателя  отличается, основная составляет только 2/3 от общего числа пазов, а пусковые обмотки занимают 1/3.

Принцип работы

Принцип действия однофазного асинхронного электродвигателя заключается в создании пульсирующего магнитного потока от протекания электрического тока по основной обмотке статора, если рассматривать вариант пуска от вспомогательного витка. Таким образом, подключение однофазного мотора к сети мы рассмотрим на примере одно витка.

Рис. 2. Принцип формирования магнитного потока в статоре

Как видите на рисунке выше, переменный электрический ток, протекая по проводнику, согласно правила буравчика, создает концентрические магнитные потоки. При появлении максимума синусоиды магнитный поток также достигнет своего максимума. Однако в сети однофазного переменного электрического напряжения ток  меняет свое направление движения в витке с частотой в 50 Гц. Это означает, что как только кривая пересечет ось  абсцисс, ток будет протекать по витку обмотки в противоположном направлении и создаваемый ним магнитный поток получит противоположные полюса и направленность результирующего вектора:

Рис. 3. Формирование потока обратного направления

С физической точки зрения оба потока равнозначны, поэтому их смена с периодичностью 100 раз в секунду даст нулевой результат при сложении. Прямой магнитный поток окажется равным обратному:

Ф_пр = Ф_обр

Это означает, что если в таком поле окажется ротор электродвигателя, вращаться он не будет. 100 раз в минуту в нем произойдет смена магнитного потока, и короткозамкнутый ротор будет просто гудеть, оставаясь на месте.  Однако ситуация в корне измениться, если возникнет импульс к начальному движению. В таком случае появиться скольжение, которое и приведет к постоянному вращению вала:

S_пр = (n₁ — n₂) / n₁, где

• n₁ – частота вращения магнитного поля однофазного электродвигателя;
• n₂ – частота вращения ротора асинхронного электродвигателя;
• S – величина скольжения однофазного индукционного мотора.

При смене магнитного потока направление вращения и поля статора и ротора электродвигателя совпадут, поэтому скольжение получит иное выражение для вычисления:

S_обр = (n₁ — ( — n₂)) / n₁, где

Попеременное пересечение стержней магнитными потоками разного направления создаст в них ЭДС, которая сгенерирует электрический ток в роторе и ответный магнитный поток. А он, в свою очередь, также вступит во взаимодействие с полем статора однофазного электродвигателя, как показано на рисунке ниже.

Рис. 4. Получение ЭДС в роторе

Как видите, чтобы подключить трехфазный электродвигатель, достаточно подать на него напряжение, но с однофазным такой вариант не сработает.

Для запуска мотора необходим первичный импульс, который на практике может быть получен посредством:

• раскрутки вала вручную;
• кратковременного введения пусковой катушки;
• расщепления магнитного поля короткозамкнутым контуром.

Из вышеприведенных способов сегодня первый используется только в лабораторных экспериментах, из практического применения он вышел из-за опасности травмирования оператора.

Схемы подключения

Для получения базового импульса вращения могут использоваться различные схемы подключения. Со временем, некоторые из них утрачивали свою актуальность и сменялись более прогрессивными, поэтому далее мы рассмотрим наиболее эффективные, которые применяются и сейчас.

С пусковым сопротивлением

Так как в индукционных электродвигателях сопротивление обмоток имеет комплексную форму, вектор магнитного потока можно легко сместить, если в пусковую обмотку добавить сопротивление. Наличие активной составляющей даст необходимый угол сдвига между рабочими катушками однофазного электродвигателя и пусковой, от 15° до  50°, что и обеспечит разницу для начального вращения.

Рис. 5. Схема с пусковым сопротивлением

С конденсаторным запуском

В отличии от предыдущего способа, в схеме с конденсаторным пуском электродвигателя применяется емкостной элемент, который позволяет сместить электрические величины в основной и пусковой катушках на 90°, обеспечивая максимальное усилие.

Рис. 6. Схема с конденсаторным пуском

На практике пусковой конденсатор вместе с дополнительной обмоткой вводятся кнопкой пуска одновременно с подачей основного питания. Пусковая кнопка устроена таким образом, что контакт C_n возвращается пружиной в изначальное положение, сразу после окончания конденсаторного запуска.

С расщепленными полюсами

В отличии от конденсаторных двигателей, такой способ пуска предусматривает наличие особой конструкции статорного магнитопровода. В этом случае каждый полюс разделяется на два, один из которых комплектуется короткозамкнутым витком, изменяющим характеристики магнитного потока.

Рис. 7. Схема с расщепленными полюсами

Существенным недостатком этого метода пуска однофазного электродвигателя является постоянная потеря мощности и снижение КПД мотора. Поэтому его применяют только в электрических машинах до 100 кВт.

Область применения

Однофазные электродвигатели находят широкое применение в бытовых устройствах или промышленных аппаратах малой механизации. Они охватывают относительно маломощное однофазное оборудование, которое питается от 220В.

Это различные станки для обработки древесины, металла, пластика и т.д. Также однофазные электродвигатели используются в установках сельскохозяйственной отрасли для смешивания зерновых, изготовления бетона и т. д. В быту их применяют в некоторых моделях микроволновок, вытяжек, стиральных машин и куллеров, питающихся от однофазного источника.

Видео по теме

его устройство и принцип действия

Двигатель однофазный функционирует за счёт переменчивого электротока и подключается к сети с одной фазой. Линия должна иметь напряжённость 220 В и частоту 50 Гц.

Выпускаются модификации с мощностью от 5 Вт — 10 кВт.

Электромоторы этого вида находят применение в маломощных аппаратах:

• Устройство однофазного двигателя
• Разновидности и применение
• Схема запуска
• Работа механизма
  • Подключение мотора с пусковым противодействием
  • Подключение двигателя с конденсаторным пуском
• Контроль функциональности

• бытовой технике;
• вентиляторах;
• насосах;
• станках и т. п.

Значения КПД, силы и отправного момента у однофазных двигателей значительно ниже, нежели у трехфазных приборов тех же объёмов. Перегрузочная способность, кроме того, больше у моторов с 3 фазами. Таким образом, мощность однофазного приспособления не превосходит 70% силы трехфазного того же объёма.

Устройство однофазного двигателя

По сути, имеет 2 фазы, однако, работу осуществляет лишь один из них, по этой причине двигатель именуют однофазным. Как и все без исключения электромашины, однофазный двигатель складывается из 2 элементов: неподвижной (статор) и мобильной (ротор). Предполагает собой асинхронный электромотор, неподвижной частью которого является одна основная работающая обмотка, подключаемая к источнику переменного тока. К мощным граням двигателя этого вида можно причислить несложность системы, представляющую собой ротор с замкнутой обмоткой. К минусам — низкие значения отправного момента и КПД.

Главный недостаток однофазного тока — невозможность генерации им магнитного поля, исполняющего вращение. По этой причине однофазный электромотор не запустится сам при подсоединении к сети.

В теории электромашин функционирует принцип: чтобы появилось магнитное поле, крутящее ротор, в статоре должно быть 2 обмотки (фазы). Необходимо, кроме того, смещение одной обмотки на определённый ракурс относительно другой.

В период работы совершается обтекание обмоток неустойчивыми электрическими полями:

1. В неподвижном месте однофазного двигателя находится так именуемая отправная электрообмотка. Она смещена на 90 градусов по отношению к основной рабочей.
2. Сдвиг токов можно приобрести, включив в цепь фазосдвигающий элемент. Для этого могут применяться активные резисторы, катушки индукции и конденсаторы.
3. В качестве основы для статоров и роторов применяется электротехническая сталь — 2212.

Неверно называть монофазными такие электродвигатели, которые по собственному строению считаются 2- и 3-фазными, однако, подсоединяются к однофазному источнику посредством методик согласования (конденсаторные электромоторы).

Эти две фазы таких приборов считаются рабочими и включены все время.

Разновидности и применение

Моторы однофазные 220 В обширно применяются в разнообразном промышленном и бытовом оснащении.

Существуют 2 наиболее востребованных разновидности данных приборов:

1. Коллекторные.
2. Асинхронные.

Последние по собственной конструкции наиболее просты, но обладают рядом недочётов, из числа которых можно выделить трудности с переменой частоты и направления верчения ротора. Мощность этого мотора зависит от конструктивных отличительных черт и может колебаться от 5 до 10 кВт. Его ротор предполагает короткозамкнутую обмотку — алюминиевые или медные стержни, которые замкнуты с торцов.

Как правило, электромотор асинхронный однофазный снабжён 2-мя смещёнными на 90 ° друг к другу обмотками. При этом основная обмотка захватывает существенную часть пазов, а дополнительная (пусковая) захватывает оставшийся участок. Своё наименование электродвигатель асинхронный приобрёл лишь потому, что он содержит только лишь одну рабочую обмотку.

Протекающий по основной обмотке переменный электроток формирует магнитное меняющееся поле. Оно складывается из 2 слоёв равной амплитуды, вращение которых совершается навстречу друг другу. По закону индукции, изменяющийся в закрытых витках электромагнитный поток в роторах образует индукционный ток, который действует с полем, порождающим его. В случае если ротор в неподвижном состоянии, моменты сил на него равны и в результате он остаётся недвижимым.

При вращении ротора нарушится равенство момента сил, таким образом, движение его витков по отношению к крутящимся магнитным полям будет разным. Таким образом, функционирующая на роторные витки от непосредственного магнитного поля сила Ампера будет значительно больше, чем с края противоположного поля.

Схема запуска

В витках ротора индуктивный электроток может появляться только вследствие пересечения ими насильственных направлений магнитного поля.

Их вращение должно реализоваться с быстротой чуть менее частоты верчения поля. Непосредственно отсюда и вышло название — асинхронный электродвигатель. Вследствие повышения механической перегрузки уменьшается быстрота верчения, увеличивается индуктивный электроток в роторных витках. А кроме того, увеличивается механическая мощность мотора и переменного тока, который он употребляет.

Принцип действия:

1. Благодаря току появляется импульсное магнитное поле в статоре электромотора. Это поле возможно рассматривать как 2 различных поля, которые вращаются разнонаправленно и имеют похожие амплитуды и частоты.
2. Если ротор располагается в неподвижном состоянии, данные поля приводят к появлению одинаковых по модулю, но разнонаправленных факторов.
3. Если у двигателя отсутствуют особые начальные механизмы, в этом случае при старте результирующий момент станет равный нулю, а, следовательно — двигатель не будет вертеться.
4. Если же ротор приведён в обращение в любую сторону, в таком случае соответствующий момент приступает доминировать, а следовательно, ось двигателя продолжит вертеться в определённом направлении.

Пуск выполняется магнитным полем, что крутит мобильную часть двигателя. Оно формируется 2 обмотками: основной и дополнительной. Заключительная обмотка имеет минимальный объем и считается пусковой. Она подключается к главной электрической сети через имеющуюся ёмкость или индуктивность. Подсоединение осуществляется только лишь в период запуска. В моторах с невысокой мощностью отправная фаза замкнута накоротко.

Запуск мотора осуществляют удержанием пусковой клавиши на несколько секунд, вследствие чего совершается разгон ротора. В период отпускания пусковой клавиши электродвигатель с двухфазного режима передаётся в однофазовый режим и его работа удерживается нужной компонентой переменчивого магнитного поля.

Отправная фаза рассчитана на временную работу — как правило, до 3 с. Более продолжительное время пребывания под нагрузкой может послужить причиной к перегреву, возгоранию изоляции и неисправности приспособления. Поэтому немаловажно своевременно освободить пусковую клавишу. С целью увеличения надёжности в корпус двигателей встраивают центробежный коммутатор и термическое реле.

Роль центробежного выключателя состоит

в выключении пусковой фазы, если ротор наберёт скорость. Это происходит автоматом — без вмешательства. Тепловое реле отключает фазы обмотки, если они нагреваются свыше допустимого.

Работа механизма

Для работы устройства необходима 1 фаза с усилием 220 В. Это значит, что подсоединить его можно в домашнюю розетку. Непосредственно в этом причина известности двигателя среди населения. В абсолютно всех домашних устройствах, от соковыжималки до шлифующей машины, установлены механизмы такого типа.

Имеется 2 вида электромоторов: с пусковой обмоткой и с конденсатором.

1. В первом виде приборов отправная обмотка функционирует с помощью конденсатора только в период старта. Уже после достижения техникой обычной скорости она выключается, и деятельность продолжается с 1 обмоткой.
2. Во втором случае для двигателей с рабочим конденсатором, дополнительная электрообмотка подключена через конденсатор все время.

Электродвигатель может быть взят с одного устройства и включён к другому. К примеру, надёжный однофазный двигатель от стиральной машины либо пылесоса может применяться для работы газонокосилки, станка и т. д.

Схема подключения однофазного асинхронного двигателя:

1. В 1 схеме работа запускающей обмотки производится с помощью конденсатора и только лишь в период пуска.
2. 2 модель также учитывает временное подсоединение, но оно совершается через сопротивление, а не через холодильник.
3. 3 модель считается наиболее популярной. В рамках этой схемы холодильник постоянно подключен к источнику электричества, а не только лишь в период старта.

Подключение мотора с пусковым противодействием

Дополнительная обмотка подобных приборов имеет высокое интенсивное противодействие. Для пуска электромашины этого вида может быть применён пусковой резистор. Его необходимо поочерёдно подсоединить к пусковой обмотке. Подобным способом можно приобрести сдвиг фаз в 30° меж токами обмоток, чего станет абсолютно достаточно для старта приспособления.

Помимо этого, сдвиг фаз может быть приобретён посредством применения пусковой фазы с огромным значением противодействия и наименьшей индуктивностью. У такого рода обмотки меньшее число витков и тоньше кабель.

Подключение двигателя с конденсаторным пуском

У этих электромашин отправная цепь включает конденсатор и вводится только лишь в период старта.

Для свершения наибольшего значения отправного момента необходимо циркулярное магнитное поле, что осуществляет оборот. Для того чтобы оно появилось, токи обмоток должны быть направлены на 90° друг к другу. Подобные фазосдвигающие компоненты, как резистор и дроссель, не гарантируют нужный сдвиг фаз. Только лишь вовлечение в цепь конденсатора даёт возможность приобрести сдвиг фаз 90°, если верно выбрать ёмкость.

Определить нужные провода и то, к какой обмотке они причисляются, можно посредством замера противодействия. У рабочей обмотки значение противодействия постоянно меньше (12 Ом), чем у пусковой обмотки (30 Ом). В соответствии с этим сечение провода основной обмотки больше, чем у пусковой.

Конденсатор подбирается согласно употребляемому двигателем току. К примеру, в случае если ток равен 1,4 А, то нужен конденсатор 6 мкФ.

Контроль функциональности

Ниже перечислены все дефекты, говорящие о вероятных проблемах с мотором, их причиной могла быть некорректная эксплуатация либо перегруженность:

1. Неисправная опора или монтажные щели.
2. В середине двигателя потемнела окраска (показывает на перегрев).
3. Через щели в корпусе внутрь аппарата втянуты сторонние вещества.

Чтобы проконтролировать функциональность двигателя, необходимо включить его сначала на 1 минуту, а потом предоставить потрудиться приблизительно 15 минут.

Если уже после этого мотор окажется тёплым, то:

• вероятно, подшипники загрязнились, зажались либо попросту износились;
• причина может быть в очень повышенной ёмкости конденсатора.

Отключите конденсатор и опустите мотор вручную: в случае если он прекратит прогреваться — следует сократить конденсаторную ёмкость.

Однофазный асинхронный двигатель – конструкция, работа и типы

Однофазные двигатели более предпочтительны, чем трехфазные асинхронные двигатели для бытового и коммерческого применения. Из-за формы утилиты доступно только однофазное питание. Таким образом, в этом типе применения трехфазный асинхронный двигатель не может использоваться.

В следующем посте мы покажем конструкцию и различные типы однофазных асинхронных двигателей с работой и применением.

• Сообщение по теме: Трехфазный асинхронный двигатель — конструкция, работа, типы и применение

Содержание

Конструкция однофазного асинхронного двигателя

Однофазный асинхронный двигатель подобен трехфазному асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором, за исключением того, что он имеет одну фазу с двумя обмотками (вместо одной трехфазной обмотки в 3-фазной схеме). фазные двигатели) установлены на статоре, а ротор с короткозамкнутой обмоткой размещен внутри статора, который свободно вращается с помощью подшипников, установленных на валу двигателя.

Конструкция однофазного асинхронного двигателя аналогична конструкции трехфазного асинхронного двигателя.

Подобно трехфазному асинхронному двигателю, однофазный асинхронный двигатель также состоит из двух основных частей;

• Статор
• Ротор

Связанная статья: Машина постоянного тока — конструкция, работа, типы и применение

Статор

Статор отличается только обмоткой статора. Обмотка статора представляет собой однофазную обмотку вместо трехфазной обмотки. Сердечник статора такой же, как сердечник трехфазного асинхронного двигателя.

В однофазном асинхронном двигателе в статоре используются две обмотки, за исключением асинхронного двигателя с расщепленными полюсами. Из этих двух обмоток одна обмотка является основной, а вторая — вспомогательной.

Сердечник статора ламинирован для уменьшения потерь на вихревые токи. Однофазное питание подается на обмотку статора (основная обмотка)

Ротор

Ротор однофазного асинхронного двигателя аналогичен ротору асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Вместо обмотки ротора используются стержни ротора, а на конце он замыкается концевыми кольцами. Следовательно, он делает полный путь в цепи ротора. Стержни ротора крепятся к концевым кольцам для увеличения механической прочности двигателя.

Пазы ротора скошены под некоторым углом, чтобы избежать магнитной связи. И это также использовалось для того, чтобы двигатель работал плавно и тихо.

На следующем рисунке показаны статор и ротор однофазного асинхронного двигателя.

• Связанный пост: Серводвигатель — типы, конструкция, работа, управление и применение

Работа однофазного асинхронного двигателя

Однофазное питание переменным током подается на обмотку статора (основная обмотка). Переменный ток, протекающий по обмотке статора, создает магнитный поток. Этот поток известен как основной поток.

Теперь предположим, что ротор вращается и находится в магнитном поле, создаваемом обмоткой статора. Согласно закону Фарадея, ток начинает течь в цепи ротора по замкнутому пути. Этот ток известен как ток ротора.

Из-за тока ротора вокруг обмотки ротора возникает поток. Этот поток известен как поток ротора.

Есть два потока; основной поток, который создается статором , а второй поток ротора, который создается ротором .

Взаимодействие между основным потоком и потоком ротора, крутящий момент создается в роторе и он начинает вращаться.

Поле статора имеет переменный характер. Скорость поля статора такая же, как синхронная скорость. Синхронная скорость двигателя зависит от числа полюсов и частоты питания.

Может представлять собой два вращающихся поля. Эти поля равны по величине и вращаются в противоположном направлении.

Допустим, Φ _м — максимальное поле, индуцируемое в основной обмотке. Значит, это поле разделено на две равные части, то есть Φ _м /2 и Φ _м /2.

Из этих двух полей одно поле Φ _f вращается против часовой стрелки, а второе поле Φ _b вращается по часовой стрелке. Следовательно, результирующее поле равно нулю.

Φ _r = Φ _f – Φ _b

Φ _r = 0

3 9 Теперь рассмотрим результаты в разные моменты времени.

Когда двигатель запускается, индуцируются два поля, как показано на рисунке выше. Эти два поля имеют одинаковую величину и противоположное направление. Таким образом, результирующий поток равен нулю.

В этом состоянии поле статора не может пересекаться с полем ротора, и результирующий крутящий момент равен нулю. Итак, ротор не может вращаться, но издает гудение.

Теперь представьте, что после поворота на 90˚ оба поля повернуты и направлены в одном направлении. Следовательно, результирующий поток представляет собой сумму обоих полей.

φ _R = φ _F + φ _B

φ _R = 0

В этом состоянии результируемое поданное равное максимальному полю, индикационному STATATTOR. Теперь оба поля вращаются отдельно, и это носит альтернативный характер.

Итак, оба поля обрезаны цепью ротора и ЭДС, наведенной в проводнике ротора. Из-за этой ЭДС в цепи ротора начинает течь ток, который индуцирует поток ротора.

Благодаря взаимодействию потока статора и потока ротора двигатель продолжает вращаться. T его теория известна как Двойная вращающаяся теория или двойное вращающееся поле теория .

Теперь, из приведенного выше объяснения, мы можем сделать вывод, что однофазный асинхронный двигатель не запускается самостоятельно.

Чтобы сделать этот двигатель самозапускающимся, нам нужен поток статора, вращающийся по своей природе, а не переменный. Это можно сделать различными методами.

• По теме: Бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC) — конструкция, принцип работы и применение

Однофазные асинхронные двигатели можно классифицировать по методам пуска.

Типы однофазных асинхронных двигателей

Однофазные асинхронные двигатели классифицируются как;

• Асинхронный двигатель с расщепленной фазой
• Асинхронный двигатель с экранированными полюсами
• Асинхронный двигатель с пусковым конденсатором
• Конденсаторный пусковой конденсатор для запуска асинхронного двигателя
• Асинхронный двигатель с постоянными конденсаторами

Асинхронный двигатель с расщепленной фазой

В этом типе двигателя дополнительная обмотка намотана на тот же сердечник статора. Итак, в статоре две обмотки.

Одна обмотка известна как основная обмотка или рабочая обмотка, а вторая обмотка известна как пусковая обмотка или вспомогательная обмотка. Последовательно с вспомогательной обмоткой включен центробежный выключатель.

Вспомогательная обмотка с высоким сопротивлением, а основная обмотка с высокой индуктивностью. Вспомогательная обмотка имеет несколько витков малого диаметра.

Вспомогательная обмотка предназначена для создания разности фаз между обоими потоками, создаваемыми основной обмоткой и обмоткой ротора.

Схема подключения показана на рисунке выше. Ток, протекающий через основную обмотку, равен I _M , а ток, протекающий через вспомогательную обмотку, составляет I _А . Обе обмотки параллельны и питаются напряжением В.

Вспомогательная обмотка имеет высокое активное сопротивление. Итак, ток I _А почти совпадает по фазе с напряжением питания В.

Основная обмотка имеет сильно индуктивный характер. Так, ток I _M отстает от напряжения питания на большой угол.

Полный поток статора индуцируется результирующим током этих двух обмоток. Как показано на векторной диаграмме, результирующий ток представлен как (I). Это создаст разность фаз между потоками, и результирующий поток создаст вращающееся магнитное поле. И двигатель начинает вращаться.

Вспомогательная обмотка используется только для запуска двигателя. Эта обмотка бесполезна в рабочем состоянии. Когда двигатель достигает 75–80 % синхронной скорости, центробежный выключатель размыкается. Итак, вспомогательная обмотка выведена из цепи. И двигатель работает только на основной обмотке.

Разность фаз, создаваемая этим методом, очень мала. Следовательно, пусковой момент этого двигателя плохой. Таким образом, этот двигатель используется в приложениях с низким пусковым моментом, таких как вентиляторы, воздуходувки, измельчители, насосы и т. д.

• Связанный пост: Шаговый двигатель — типы, конструкция, работа и применение

Асинхронный двигатель с экранированными полюсами

По сравнению с другими типами однофазных асинхронных двигателей, этот двигатель имеет другую конструкцию и принцип работы. Этот тип двигателя не требует дополнительной обмотки.

Этот двигатель имеет явный полюс статора или выступающий полюс, а ротор такой же, как у асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Полюса статора сконструированы специально для создания вращающегося магнитного поля.

Полюс этого двигателя разделен на две части; заштрихованная часть и незаштрихованная часть. Его можно создать, разрезав шест на неравные расстояния.

Медное кольцо помещается в малую часть стержня. Это кольцо является высокоиндуктивным кольцом и известно как заштрихованное кольцо или заштрихованная полоса. Часть, в которой проводится стимуляция заштрихованного кольца, известна как заштрихованная часть вехи, а оставшаяся часть — незаштрихованная часть.

Конструкция этого двигателя показана на рисунке ниже.

При прохождении переменного тока через обмотку статора в катушке статора индуцируется переменный поток. Из-за этого потока некоторое количество потока будет связано с заштрихованным кольцом, и ток будет течь через заштрихованное кольцо.

Согласно закону Ленца, ток, проходящий через катушку, имеет противоположный характер, и поток, создаваемый этой катушкой, будет противодействовать основному потоку.

Заштрихованное кольцо представляет собой высокоиндуктивную катушку. Таким образом, он будет противодействовать основному потоку, когда оба потока направлены в одном направлении, и увеличит основной поток, когда оба потока направлены в противоположные стороны.

Таким образом, это создаст разность фаз между основным потоком (поток статора) и потоком ротора. При использовании этого метода разность фаз очень мала. Следовательно, пусковой момент очень мал. Он используется в таких приложениях, как игрушечный двигатель, вентилятор, воздуходувка, проигрыватель и т. д.

Асинхронный двигатель с пусковым конденсатором

Этот тип двигателя является усовершенствованной версией асинхронного двигателя с расщепленной фазой. Недостатком индукции с расщепленной фазой является низкий крутящий момент. Потому что в этом двигателе создаваемая разность фаз очень мала.

Этот недостаток компенсируется в данном двигателе конденсатором, включенным последовательно со вспомогательной обмоткой. Принципиальная схема этого двигателя показана на рисунке ниже.

В этом двигателе используется конденсатор сухого типа. Это предназначено для использования с переменным током. Но этот конденсатор не используется для непрерывной работы.

В этом методе также используется центробежный переключатель, который отключает конденсатор и вспомогательную обмотку, когда двигатель работает на 75-80% синхронной скорости.

Ток через вспомогательный блок опережает напряжение питания на некоторый угол. Этот угол больше, чем угол, увеличенный в асинхронном двигателе с расщепленной фазой.

Таким образом, пусковой момент этого двигателя очень высок по сравнению с асинхронным двигателем с расщепленной фазой. Пусковой крутящий момент этого двигателя на 300% больше, чем крутящий момент при полной нагрузке.

Благодаря высокому пусковому крутящему моменту этот двигатель используется там, где требуется высокий пусковой крутящий момент, например, в токарных станках, компрессорах, сверлильных станках и т. д. 

• Запись по теме: КПД двигателя и как его повысить?

Конденсатор Пусковой конденсатор Работающий асинхронный двигатель

В этом типе двигателя два конденсатора соединены параллельно последовательно во вспомогательной обмотке. Из этих двух конденсаторов один конденсатор используется только для запуска (пусковой конденсатор), а другой постоянно подключен к двигателю (рабочий конденсатор).

Принципиальная схема этого рисунка показана на рисунке ниже.

Пусковой конденсатор имеет высокое значение емкости, а рабочий конденсатор имеет низкое значение емкости. Пусковой конденсатор соединен последовательно с центробежным выключателем, который размыкается, когда скорость двигателя составляет 70 % от синхронной скорости.

Во время работы рабочая и вспомогательная обмотки соединены с двигателем. Пусковой крутящий момент и эффективность этого двигателя очень высоки.

Таким образом, его можно использовать в приложениях, где требуется высокий пусковой крутящий момент, таких как холодильник, кондиционер, потолочный вентилятор, компрессор и т. д.

• Связанный пост: Прямой онлайн-стартер — Схема подключения стартера DOL для двигателей

Асинхронный двигатель с постоянными конденсаторами

Конденсатор малой емкости постоянно подключен к вспомогательной обмотке. Здесь конденсатор имеет малую емкость.

Конденсатор используется для увеличения пускового момента, но он мал по сравнению с асинхронным двигателем с пусковым конденсатором.

Принципиальная схема и векторная диаграмма этого двигателя показаны на рисунке ниже.

Коэффициент мощности и КПД этого двигателя очень высоки, а также он имеет высокий пусковой крутящий момент, который составляет 80% крутящего момента при полной нагрузке.

Этот тип двигателя используется в таких приложениях, как вытяжной вентилятор, воздуходувка, обогреватель и т. д.

• Связанный пост: Что такое пускатель двигателя? Типы пускателей двигателей и методы пуска двигателей

Применение однофазных асинхронных двигателей

Однофазные двигатели не запускаются сами по себе и менее эффективны, чем трехфазные асинхронные двигатели. Доступны модели мощностью от 0,5 до 15 л.с., и, тем не менее, они широко используются для различных целей, таких как:

• Часы
• Холодильники, морозильники и обогреватели
• Вентиляторы, настольные вентиляторы, потолочные вентиляторы, вытяжные вентиляторы, воздухоохладители и водяные охладители.
• Воздуходувки
• Стиральные машины
• станки
• Сушилки
• Пишущие машинки, фотостаты и принтеры
• Водяные насосы и погружные насосы
• Компьютеры
• Измельчители
• Сверлильные станки
• Прочие бытовые приборы, оборудование и устройства и т. д.

Похожие сообщения:

• Разница между однофазным и трехфазным асинхронным двигателем
• Почему мощность двигателя указана в кВт, а не в кВА?
• Символы электродвигателей
• Пускатель звезда-треугольник для двигателя с таймером
• Пускатель звезда-треугольник для двигателя без таймера
• Управление скоростью двигателя постоянного тока – методы контроля напряжения, реостата и потока
• Привод переменного тока – Работа и типы электрических приводов и ЧРП
• Привод постоянного тока – Работа и типы приводов постоянного тока

URL Скопировано

Однофазный асинхронный двигатель. Конструкция, эксплуатация и применение

• Задачи проектирования

Войти

Добро пожаловать!Войти в свой аккаунт

ваше имя пользователя

ваш пароль

Забыли пароль?

Создать учетную запись

Политика конфиденциальности

Регистрация

Добро пожаловать!Зарегистрируйте аккаунт

ваш адрес электронной почты

ваше имя пользователя

Пароль будет отправлен вам по электронной почте.

Политика конфиденциальности

Восстановление пароля

Восстановить пароль

ваш адрес электронной почты

Поиск

Изменено: 26 ноября 2022 г.

Статьи категории

Содержание

Однофазный асинхронный двигатель представляет собой короткозамкнутый ротор с рассеянной или сосредоточенной обмоткой статора, специально предназначенный для подачи электроэнергии в одной фазе.

Часто применяются в электроприводах бытовых приборов, а также маломощного технологического оборудования, применяемого в сельском хозяйстве и промышленности, а также в промышленных приводах, являющихся вспомогательными.

Переменное напряжение, приложенное к однофазной обмотке статора, создает стационарное в пространстве переменное магнитное поле Ph, которое можно разбить на два поля, Ph2 и Ph3, которые вращаются в противоположных направлениях, таким образом:

Ф = Ф ₁ + Φ ₂

Магнитные поля Ф1 и Ф2 создают в обмотках ротора электродвижущие силы, через которые по обмоткам ротора протекают электрические токи. Следовательно, клетка ротора также создает два магнитных поля, которые вращаются под противоположными углами.

При взаимодействии магнитных полей статора с магнитными полями ротора возникают две составляющие моменты М1 и М2. Сочетание этих моментов обеспечивает электромагнитный момент, характерный для однофазного асинхронного двигателя.

На основании свойств магнитного момента видно, что однофазный асинхронный двигатель не создает начальный момент (при n = 0 (n = 0; Mr = 0). Он не может начать свою работу сам по себе и не имеет определенного направления вращения.Однако достаточно обеспечить ротору однофазного двигателя начальную скорость в любом направлении до точки, в которой магнитный момент превышает снаружи момент нагрузки, что означает, что двигатель может начинают вращаться, а затем достигают подсинхронной скорости в пределах устойчивого участка силовой характеристики М.

Поэтому однофазный асинхронный двигатель рассматривается как два двигателя, работающих на общий вал, в которых потоки вращаются в противоположных направлениях. Для достижения начального крутящего момента большинство моделей однофазных двигателей снабжены дополнительными пусковыми обмотками, которые относятся к конденсаторам.

Однофазные асинхронные двигатели малой мощности обычно конструируются как двигатели:

• с короткозамкнутой вспомогательной фазой, с магнитным полем, создаваемым током внутри катушки, или в катушках, установленных на полюсах;
• с магнитным полем, создаваемым током при смещенных ветрах, размещенных в пазах
• с резистивной пусковой фазой Внутри статора установлена ​​двухфазная обмотка (разделенная в соответствующей пропорции на основную фазу и начальную фазу).

Термин «однофазные двигатели» подразумевает, что они питаются от однофазной сети переменного тока. Они имеют две отдельные обмотки на статоре: основная обмотка с клеммами, обозначенными U1 и U2, а также вторичная обмотка, клеммы которой обозначены Z1 и Z2, которые смещены на 9.0 градусов по фазе. При оценке сопротивления обеих обмоток вы увидите одну характерную особенность: оно примерно в два раза меньше, чем у обмотки, являющейся вспомогательной.

Чтобы двигатель имел значительный начальный крутящий момент, в современных двигателях конденсатор должен быть подключен последовательно к обмотке вспомогательной обмотки.

Ниже описана процедура соединения клемм двигателя для обеспечения «правого» или «левого» вращения. Схема подключения обычно находится на обратной стороне крышки клеммной колодки двигателя.

Направление вращения однофазного двигателя определяется изменением направления тока в каждой фазе.

Принцип действия однофазного асинхронного двигателя

Магнитное поле, создаваемое обмотками статора, вращается вокруг неподвижного ротора. В результате поле перерезает стержни клетки ротора, внутри этих стержней возникает напряжение (отсюда и термин «асинхронный двигатель»), и через клетки начинает протекать ток. (См. явления в явлении электромагнитной индукции). Протекание тока в магнитном поле создает электродинамические силы (см. силу электродинамического явления), которая тангенциально связана с цепью ротора, и, следовательно, также генерируется электромагнитный момент. Если величина крутящего момента больше, чем крутящий момент нагрузки, ротор может начать ускоряться. Кроме того, увеличенная скорость ротора вызывает пересечение стержней клетки магнитными полями с возрастающей скоростью, что приводит к уменьшению величины электродвижущей силы и уменьшению величины тока, протекающего через стержни клетки и , следовательно, величина электромагнитного момента уменьшается. Когда этот крутящий момент падает до уровня, эквивалентного силе нагрузки, ротор останавливается в своем ускоренном состоянии и продолжает двигаться с постоянной скоростью. Если присутствует какой-либо крутящий момент нагрузки, то скорость ротора будет эквивалентна скорости вращения поля и, следовательно, его синхронной скорости. В этом случае поле ротора было бы стационарным по отношению к полю статора, а это означает, что разрезание стержня клетки полем статора прекратилось бы, и через стержни клетки не протекали бы токи, и не возникало бы электромагнетизма. . Но этот сценарий не может быть достигнут в реальном двигателе, так как всегда будет какая-то форма момента нагрузки, даже если есть только момент трения в подшипниках или сопротивление воздуха (если только ротор не приводится в движение механически другим двигателем). двигатель). Затем ротор может достигать такой скорости (обычно не намного меньшей, чем синхронная скорость), при которой все электромагнитные силы как двигателя, так и нагрузки имеют одинаковую величину. Поскольку это не синхронная скорость, она должна быть синхронной, и поэтому асинхронный двигатель обязан своим вторым названием «асинхронный двигатель».

Конструкция однофазного асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель состоит из двух основных компонентов:

• Неподвижный статор
• Подвижный(вращающийся) ротор.

Специальные канавки, обычно называемые канавками, выполнены на внутреннем сердечнике статора и на внешней стороне сердечника ротора, внутри которых располагаются обмотки. Область сердцевины между соседними канавками называется зубьями. Зубья и канавки могут различаться по форме, и обычно их количество в роторе и статоре различно. Воздушный зазор между ротором и статором настолько мал, насколько это возможно.

Обмотка статора изготовлена ​​из изолированного провода, пропитанного скобой, которая прочно закреплена, чтобы свести к минимуму вероятность повреждения из-за механической вибрации.

Регулирование скорости однофазного асинхронного двигателя

В реальных приложениях для электрических приводов обычно требуется изменить способ вращения ротора, а также контролировать скорость вращения асинхронного двигателя. На основании соотношения для определения скорости вращения ротора:

Скорость, создаваемая асинхронным двигателем, определяется по формуле:

Следовательно, скоростью асинхронного двигателя можно управлять, изменяя:

• Частоту источника питания,
• Количество полюсов в магнитных полях.
Слип
• .

Изменение количества пар полюсов влияет на скорость магнитного поля. Для двух полюсов скорость составляет 3000 об/мин, а для четырех полюсов — 1500 об/мин. Один двигатель может быть рассчитан на две разные пары полюсов. Процесс управления скоростью включает в себя переключение обмоток статора для изменения числа пар полюсов. Изменение количества пар полюсов от меньшего к большему необходимо настроить так, чтобы оно соответствовало скорости, развиваемой двигателем. Если переключение производится слишком быстро, то двигатель может войти в зону работы генератора, что может привести к повреждению двигателя.

Регулировка скольжения возможна двумя способами. Подача напряжения на статор возможна без изменения частоты. Крутящий момент двигателя зависит от доли напряжения питания статора. Изменения в цепи ротора могут быть выполнены путем добавления резисторов в цепь ротора или добавления большего напряжения в цепь. Управление ротором может происходить только в случае кольцевых двигателей из-за возможности доступа к обмоткам.

Скорость можно изменить, увеличив потери мощности при вращении. Подсинхронные каскады могут использоваться для управления скоростью асинхронного двигателя. В этом методе цепи ротора соединяются через токосъемные кольца в дополнение к управляемому генератору постоянного тока или выпрямительному мосту. Изменение интенсивности входного напряжения изменяет магнитное поле двигателя и скорость.

Частотное управление позволяет управлять скоростным двигателем с наименьшими потерями энергии.