Однофазный асинхронный двигатель: принцип работы

Особенности устройства и работы

Двигатель имеет простое устройство. Статор укомплектован двумя обмотками: первая обмотка — основная, т.е. рабочая, вторая обмотка — пусковая, которая работает только во время запуска мотора.

Если сравнивать с другими двигателями, у однофазного асинхронного мотора нет момента впуска. Если присмотреться, ротор внешне напоминает клетку для грызунов. Ток одной фазы создает магнитное поле, которое состоит из двух полей. При включении двигателя ротор остается без движения.

Расчет результирующего момента при неподвижном роторе находится в основе магнитных полей, которые образуют два вращающих момента.

Расчет:

Mn = М1 — М2

М — противоположные моменты;

n — частота вращения.

Асинхронный однофазный двигатель: принцип работы

При задействовании неподвижной части наступает вращающий момент. Поскольку он возникает только после запуска, мотор укомплектован отдельным пусковым устройством.

У однофазного асинхронного мотора есть немало отличий от, к примеру, трехфазных. Если говорить об основных, стоит отметить особенности статора. На пазах предусмотрена двухфазная обмотка: основная, т.е. рабочая, и пусковая.

Магнитные оси расположены друг к другу перпендикулярно. При работе основная фаза не вызывает вращение ротора, ось магнитного поля остается неподвижной.

Для расчета обмоток статора разработаны специальные программы.

Какие бывают типы однофазных двигателей

На сегодня существуют следующие типы однофазных асинхронных моторов: с конденсаторным и бифилярным механизмом. У каждого из механизмов свои особенности, достоинства и недостатки.

Бифилярный пуск

Бифилярная обмотка в постоянном режиме не используется, поскольку при таком использовании падает значение КПД. С увеличением оборотов, она обрывается. Обмотка пуска включается на пару секунд, расчет работы по 3 сек до 30 раз в час. Если будет превышен запуск, витки перегреются.

Конденсаторный пуск

Фаза расщепленная, цепь вспомогательной обмотки начинает работать при запуске. Для того, чтобы был достигнут пусковой момент, необходимо создать круговое магнитное поле. Для наилучшего пускового момента используется конденсатор. Моторы с включенными конденсаторами в цепи называются конденсаторными и работают на основе вращения поля магнитов. У конденсаторного мотора предусмотрено две катушки, которые находятся под постоянным напряжением.

Основные принципы работы

В основе принципа работы находится короткозамкнутый ротор. Магнитное поле имеет вид двух кругов с противоположными последовательностями, они двигаются в разные стороны с одинаковой скоростью. Достаточно разогнать ротор в нужную сторону, чтобы он продолжил движение в ту же сторону.

Именно поэтому для запуска однофазного асинхронного двигателя используют кнопку пуска. С ее нажимом статор начинает работу. Токи заставляют вращаться магнитное поле, в воздушном зазоре появляется магнитная индукция. Всего спустя несколько секунд разгон ротора равняется номинальной скорости.

Если кнопку пуска отпустить, электродвигатель переходит с режима двух фаз на одну фазу. Однофазный режим поддерживается за счет переменного поля магнитов, которое из-за скольжения вращается быстрее ротора.

Схема центробежного выключателя

Для эффективной работы однофазного асинхронного двигателя принято встраивать центробежный выключатель, а также реле с замыкающими контактами. Выключатель прерывает пуск статорной обмотки при достижении номинальной скорости ротора. Тепловое реле отключает двухфазную обмотку при перегреве. Это оптимальная комплектация мотора, которая обеспечит безопасную и надежную работу оборудования на долгие годы.

Изменение направления роторного вращения происходит при перемене направления тока в любой из фаз обмотки при запуске. Для этого достаточно нажать пусковую кнопку и переустановить одну или две металлические пластины. Для образования фазового сдвига необходимо добавить в цепь конденсатор или дроссель, резистор.

При запуске двигателя работает две фазы, потом — только одна. Как видите, асинхронный однофазный двигатель принцип работы имеет достаточно простой и понятный. В отличие от других моторов, с ним просто и легко работать.

В чем достоинства однофазного асинхронного двигателя:

• доступная цена;
• простая конструкция;
• небольшой вес, компактность;
• большая двигательная способность из-за отсутствия коллектора;
• питание от синусоидальной сети.

В чем недостатки однофазного асинхронного двигателя:

• небольшой диапазон регулировки частоты вращения;
• отсутствие или небольшой пусковой момент, низкий КПД.

Однофазний електродвигун: принцип роботи, особливості, переваги і недоліки

 

Теоретичні основи роботи асинхронних електродвигунів були опубліковані в далекому 1888 році. Ця подія стала початком ери масового впровадження агрегатів в промисловість. Однофазний електродвигун змінного струму тільки частково може так називатися, оскільки фаз все ж дві, але з-за того, що робочої є тільки одна обмотка, він називається однофазним. Розберемося, який його принцип роботи та переваги.

 

Особливості однофазних електродвигунів

 

Для роботи однофазних асинхронних електродвигунів вимагається лише одна фаза живлення. Вони використовуються як у побуті, так і промисловості.

Однофазний двигун складається з наступних основних компонентів:

• ротора, який обертається частиною;
• статора — нерухомої частини.

Обмотка статора складається з двох частин: основної і допоміжної обмотки. Допоміжна розташована перпендикулярно до основної, до неї підключений конденсатор.

 

Принцип дії однофазного двигуна

 

Основна і допоміжна обмотка мають лише по одному контуру. Змінний струм, що проходить через основну обмотку, буде створювати змінне магнітне поле.

Принцип роботи однофазного асинхронного двигуна простий — ротор, має початкове обертання, поміщається всередину цього магнітного поля і продовжує обертатися в тому ж напрямку. Причина даного фізичного явища в тому, що змінне магнітне поле дорівнює сумі двох протилежно обертових магнітних полів. Цей принцип називається теорією подвійного обертового поля.

Магнітне поле є змінним, тому електромагнітна індукція викликає електричний струм в стрижнях ротора. Це створює силу у відповідності з законом Лоренца і ротор починає обертатися. Але в конструкції однофазного асинхронного електродвигуна два обертових магнітних полів і вироблені ними обертаючі моменти будуть рівні і протилежні.

Сумарним ефектом буде нульовою обертаючий момент на роторі, тому ротор не запуститься, а просто буде видавати гул. Розгляд принципу роботи було без неповним без опису обмотки і конденсатора, саме вони надають ротору початкове обертання.

Обмотка також виробляє два протилежно обертових магнітних полів, одне з них пригнічує магнітне поле основної обмотки, а інший його посилює в результаті утворюється одне поле, що обертається з певною швидкістю. Таке поле надає пусковий момент ротора, тобто виробляє самостійний запуск електродвигуна змінного струму. Після того як ротор досягне певної швидкості, навіть якщо допоміжний контур буде відключений, він продовжить обертатися.

 

Переваги і недоліки однофазного асинхронного двигуна

 

Всі переваги асинхронного електродвигуна змінного струму випливають з його конструкції і принципу роботи.

Якщо порівнювати даний вид двигуна з іншими активно використовуються в промисловості та побуті агрегатами, стає зрозуміло, що його конструкція максимально проста. Це позитивно позначається не тільки на обслуговуванні, але і на початкової вартості вузла. Асинхронного електродвигуна належить пальма першості в поєднанні ціни і продуктивності, особливо, якщо мова йде про побутовий експлуатації.

Профілактичні роботи при обслуговуванні однофазного двигуна змінного струму зводяться до очищення від пилу і підтяжки контактів підключення. За умови коректної, дбайливого транспортування, правильної установки, експлуатації з урахуванням навантажень і потужності агрегату, першу заміну системи підшипників можна робити лише через 15-20 років.

З принципу роботи агрегату випливають і його недоліки, які в деяких випадках виступають обмежувачами у використанні двигуна для тих або інших завдань.

Частота мережі і кількість полюсів обмотки визначають швидкість обертання двигуна. Це буде обмеженням, якщо робочий процес вимагає зміни швидкості. Вирішити проблему в деякій мірі можна використанням багатошвидкісних асинхронних двигунів, принцип роботи яких дає можливість перемикати обмотки.

Асинхронні електродвигуни змінного струму практично не використовуються у вологих і сирих приміщеннях. Із-за особливостей конструкції вони не випускаються на напругу менш 220 В. Єдине рішення, що нівелює даний недолік — установлення пневматичних і гідравлічних приводів.

Часто перегрів двигуна змінного струму відбувається навіть при мінімальному відхиленні напруги живлення. Зниження значення неминуче веде до зниження частоти обертання.

Наш інтернет-магазин в своєму каталозі зібрав різні моделі, у нас можна вигідно купити однофазні електродвигуни в Україні від виробника, у тому числі представлені популярні агрегати АИ1Е 1500 об/хв і АИ1Е 80 С2У2Л 3000 об/хв.

Принцип работы однофазного асинхронного двигателя

Однофазный асинхронный двигатель состоит из однофазной обмотки, установленной на статоре двигателя, и короткозамкнутой обмотки, размещенной на роторе.

Пульсирующее магнитное поле создается, когда обмотка статора однофазного асинхронного двигателя, показанного ниже, питается от однофазного источника питания.

Слово Пульсирующее означает, что поле, нарастающее в одном направлении, падает до нуля, а затем нарастает в противоположном направлении. В этих условиях ротор асинхронного двигателя не вращается. Следовательно, однофазный асинхронный двигатель не запускается самостоятельно. Это требует некоторых специальных стартовых средств.

Если 1-фазная обмотка статора возбуждается, а ротор двигателя вращается с помощью вспомогательных средств, а затем удаляется пусковое устройство, двигатель продолжает вращаться в том направлении, в котором он был запущен.

Работа однофазного асинхронного двигателя анализируется с помощью двух теорий. Один известен как Теория двойного вращающегося поля , а другой — Перекрестное поле Теория . Обе теории схожи и объясняют причину возникновения крутящего момента при вращении ротора.

Теория двойного вращающегося поля однофазного асинхронного двигателя утверждает, что пульсирующее магнитное поле разлагается на два вращающихся магнитных поля. Они равны по величине, но противоположны по направлениям. Асинхронный двигатель реагирует на каждое из магнитных полей отдельно. Чистый крутящий момент двигателя равен сумме крутящего момента каждого из двух магнитных полей.

Уравнение для переменного магнитного поля имеет вид

Где βmax – максимальное значение плотности потока в синусоидально распределенном воздушном зазоре, создаваемое правильно распределенной обмоткой статора, по которой течет переменный ток частоты ω, а α – пространственное смещение угол, отсчитываемый от оси обмотки статора.

Как мы знаем,

Итак, уравнение (1) можно записать как

Первый член правой части уравнения (2) представляет вращающееся поле, движущееся в положительном направлении α. Оно известно как поле прямого вращения. Точно так же второй член показывает вращающееся поле, движущееся в отрицательном направлении α, и известен как поле с обратным вращением.

Направление, в котором первоначально запускается однофазный двигатель, называется положительным направлением. Оба вращающихся поля вращаются с синхронной скоростью. ш _с = 2πf в обратном направлении. Таким образом, пульсирующее магнитное поле разлагается на два вращающихся магнитных поля. Оба равны по величине и противоположны по направлению, но с одной и той же частотой.

В состоянии покоя индуцированные напряжения равны и в результате противоположны; два крутящих момента также равны и противоположны. Таким образом, чистый крутящий момент равен нулю, и, следовательно, однофазный асинхронный двигатель не имеет пускового крутящего момента.

Схемы и работа однофазного двигателя

Однофазные электродвигатели очень широко используются в домах, офисах, мастерских и т. д., так как в большинстве домов и офисов питание осуществляется от одной фазы. Кроме того, однофазные двигатели надежны, дешевы, просты по конструкции и легко ремонтируются.

Однофазные электродвигатели могут быть классифицированы как:

1. Однофазные асинхронные двигатели (расщепленные фазы, конденсаторы, экранированный полюс и т. д.)
2. Однофазный синхронный двигатель
3. Отталкивающий двигатель и т. д.

В этой статье объясняется основная конструкция и работа однофазного асинхронного двигателя .

Однофазный асинхронный двигатель

Конструкция однофазного асинхронного двигателя аналогична конструкции трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, за исключением того, что статор намотан для однофазного питания. Статор также снабжен «пусковой обмоткой», которая используется только для запуска. Это можно понять из 9Схема 0003 однофазного асинхронного двигателя

слева.

Принцип работы однофазного асинхронного двигателя

Когда статор однофазного двигателя питается от однофазной сети, он создает переменный поток в обмотке статора. Переменный ток, протекающий через обмотку статора, вызывает индукционный ток в стержнях ротора (короткоклеточного ротора) в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея. Этот индуцированный ток в роторе также будет создавать переменный поток. Даже после установки обоих переменных потоков двигатель не запускается (причина объяснена ниже). Однако, если ротору придается первоначальный пуск от внешней силы в любом направлении, то двигатель разгоняется до конечной скорости и продолжает работать с номинальной скоростью. Такое поведение однофазного двигателя можно объяснить с помощью теории вращения двойного поля.

Теория вращения двойного поля

Теория вращения двойного поля утверждает, что любая переменная величина (здесь — переменный поток) может быть разложена на две составляющие, имеющие половину максимальной величины переменной величины, и обе эти составляющие вращаются в противоположных направлениях. направление.

Следующие рисунки помогут вам понять теорию вращения двойного поля.

Почему однофазный асинхронный двигатель не запускается самостоятельно?

Статор однофазного асинхронного двигателя намотан однофазной обмоткой. Когда на статор подается однофазное питание, он создает переменный поток (который меняется только вдоль одной пространственной оси). Переменный поток, действующий на ротор с короткозамкнутым ротором, не может вызывать вращение, только вращающийся поток может. Вот почему однофазный асинхронный двигатель не запускается самостоятельно.

Как сделать однофазный асинхронный двигатель самозапускающимся?

• Как объяснялось выше, однофазный асинхронный двигатель не запускается самостоятельно . Чтобы сделать его самозапускающимся, его можно временно преобразовать в двухфазный двигатель при запуске. Этого можно добиться введением дополнительной «пусковой обмотки», также называемой вспомогательной обмоткой.
• Следовательно, статор однофазного двигателя имеет две обмотки: (i) основную обмотку и (ii) пусковую обмотку (вспомогательную обмотку). Эти две обмотки подключены параллельно к однофазному источнику питания и разнесены на 90 электрических градусов друг от друга.