Подключение однофазного асинхронного двигателя и принцип его работы | ENARGYS.RU
Используемые в настоящее время бытовые приборы в своем подавляющем большинстве работают при помощи однофазного асинхронного двигателя. Максимальная мощность такого двигателя не превышает 500 Вт.
Однофазный асинхронный двигатель: принцип работы
Однофазный двигатель работает за счет вращающегося магнитного поля, которое возникает при смещении в пространстве двух обмоток статора, соединенных параллельно, относительно друг друга. Важным условием работы однофазного двигателя является сдвиг по фазе токов обмоток. Для этого в конструкции двигателя предусмотрен фазосмещающий элемент (как правило, это конденсатор), он подключен последовательно одной из статорных обмоток. Роль фазосмещающего сетевого элемента может выполнять активное сопротивление или индуктивность.
В том случае если при работе двигателя цепь обмотки разрывается, прекращается движение магнитного потока (Ф) статора. Происходит инерционное вращение ротора, поэтому, поток остается вращающимся по отношению к обмотке ротора и наводит ЭДС, силу тока (I) и собственный магнитный поток (Ф), при этом движение магнитного потока (Ф) ротора совпадает со статорным магнитным потоком.
Магнитный поток ротора изменяется. Данное действие основывается на синусоидальном законе согласно которому, изменяя направление на противоположное, ротор остается в состоянии вращения. В связи с этим запуск мотора возможен в том случае если наличествует внешний фактор, который способен осуществить возвратное вращательное движение ротора в первоначальное направление.
Так как при запуске однофазного двигателя применяется пусковая катушка с применением фазосмещающего элемента. Сопротивление активного типа используется в этом роде очень часто, в связи с дешевизной.
После запуска двигателя возникает отключение обмотки действующей для запуска. Обмотка пуска работает в кратковременном режиме, и для ее изготовления применяется более тонкий провод, чем идет на изготовление рабочей обмотки.
Подключение однофазного асинхронного двигателя
Рис. №1.Схемы подключения асинхронного двигателя к однофазной сети
Для подключения однофазного асинхронного двигателя к однофазной сети прибегают к помощи резистора, используемого для запуска, и присоединенного к пусковой катушке (обмотке) последовательным методом, таким образом, между токами, которые присутствуют в обмотке двигателя, наблюдается сдвиг фаз на 30о, этого хватает для запуска асинхронной машины в работу.
В конструкции двигателя, в котором присутствует сопротивление пуска, наличие фазового угла объясняется неодинаковым комплексным сопротивлением в электрических цепях двигателя.
Рис. №2. Схема включения асинхронного однофазного двигателя с распределенной статорной обмоткой, используемой в качестве привода активатора стиральных машин бытового назначения.
Кроме, использования сопротивления пуска применяется подключение однофазного двигателя к однофазной цепи с конденсаторным пуском. Двигатель, выполняющий эту операцию, будет использовать расщепленную фазу. Особенность этого способа в том, что вспомогательная катушка, в которую встроен конденсатор используется в момент времени запуска. Чтобы достигнуть максимально возможного эффекта сдвиг токов относительно обмоток должен достигать максимально высокого значения угла – 90о.
Среди разнообразия элементов, используемых для сдвига фаз, только использование конденсатора дает возможность получения максимально лучшего пускового эффекта однофазного асинхронного двигателя.
Однофазный двигатель с расщепленной фазой и экранированными полюсами
При рассмотрении однофазных электродвигателей нельзя забыть о моделях двигателей в конструкции, которых применяются экранированные полюса, в такой машине присутствует расщепленная фаза и короткозамкнутая вспомогательная обмотка. Статор такого двигателя имеет явно выраженные полюса, каждый из которых разделен аксиальным пазом на две неодинаковые части, на меньшей части находится короткозамкнутый виток.
При присоединении статора двигателя в электрическую сеть, магнитный поток, для которого характерно пульсирующее действие и созданный в магнитопроводе машины, делится на 2 части. Движение одной из них идет по части полюса без экрана, вторая следует по части полюса покрытой экраном. Индуктивность витка приводит к отставанию тока по фазе от наведенной магнитным потоком ЭДС. Магнитный поток короткозамкнутой обмотки создает результирующий поток, который движется в экранированной части полюса. В разноименных частях полюсов наблюдается сдвиг разных магнитных потоков на определенное значение угла, а также на разницу во времени.
Недостаток этих моделей заключается в значительных электрических потерях, которые присутствуют в витках обмотки замкнутой накоротко.
Используется в конструкции тепловентиляторов и вентиляторов.
Однофазный двигатель с ассиметричным магнитопроводом статора
Особенность конструкции заключается в наличии явно выраженных полюсов, расположенных на несимметричном сердечнике, изготовленным шихтованным способом. Конструкция ротора короткозамкнутая, тип обмотки – «беличья клетка». В конструкции такого двигателя характерно отсутствие элементов для сдвига по фазе. Улучшение пусковой характеристики достигается добавление в конструкцию магнитных шунтов.
Рис. №3. Чертеж асимметричного статора асинхронной машины.
Недостатки этих машин:
- Малый КПД.
- Невозможность реверсирования.
- Невысокий пусковой момент.
- Сложность операций по изготовлению магнитных шунтов.
Несмотря на наличие недостатков, однофазные асинхронные машины широко используются для конструирования бытовой техники, причина в невысокой мощности бытовой электрической сети, которой соответствует мощность однофазных асинхронных двигателей.
Однофазные асинхронные двигатели, конструкция и принцип работы
16.10.2018
Однофазный асинхронный двигатель— это электродвигатель, работающий в сети однофазного переменного тока. Такое устройство способно работать без применения преобразователя, а в основном режиме работы (после запуска) использует лишь одну обмотку статора. Фактически такой тип двигателя является двухфазным, но поскольку рабочей считается одна обмотка то электродвигатель называют однофазным.
Принцип действия и устройство однофазного двигателя.
На рисунках изображены поперечный разрез статора однофазного асинхронного двигателя (а) и направления вращающих моментов, действующих на его ротор (б). Обмотка на статоре (а) размещена в пазах, которые занимают пространство около двух третей от его общей окружности, соответствующей паре полюсов.
В результате распределение магнитодвижущей силы и индукции в воздушном зазоре близко к синусоидальному принципу. Благодаря переменному току, проходящему по обмотке, МДС производит скачки во времени с частотой сети.
Таким образом, в представленном типе электродвигателя, обмотка статора создает неподвижный поток, который меняется во временных рамках, вместо кругового вращающегося, как в трехфазных двигателях при симметричном питании.
Прямые и обратные поля
Для анализа свойств однофазного представим замену неподвижного пульсирующего потока на сумму идентичных круговых полей, которые будут вращаться в противоположных направлениях и иметь одинаковые частоты их вращения. Свойства можно сравнить через анализ совместного действия каждого из вращающихся полей. Иными словами, однофазный двигатель можно представить в виде двух одинаковых двигателей, роторы которых жестко связаны между собой (б), при встречном направлении вращения магнитных полей и создаваемых ими моментов.
Поле, направление вращения которого совпадает с направлением вращения ротора, принято называть прямым, а поле обратного направления — инверсным (обратным). Электромагнитные моменты, образуемые прямым и обратным полями, направлены в противоположные стороны, а суммарный момент однофазного двигателя будет равен их разности при условии одной и той же частоты вращения ротора.
Сравнение однофазного и трехфазного типов
Однофазный двигатель имеет меньший КПД в отличие от устройства трехфазного типа. При анализе зависимостей моментов прямых и обратных полей можно вывести несколько отличий:
- Однофазный двигатель не имеет пускового момента и вращается в ту сторону, в которую направлена внешняя сила.
- Частота вращения при холостом ходу у однофазного двигателя уступает трёхфазному из-за тормозящего момента, который образуется обратным полем.
- По рабочим характеристикам однофазный двигатель также уступает трехфазному аналогу, так как имеет повышенное скольжение на номинальных нагрузках и меньшую перегрузочную способность. Это также объясняется наличием обратного поля.
Помимо этого стоит учесть, что мощность однофазного двигателя составит приблизительно 2/3 от аналогичного показателя трехфазного того же габарита. Из-за того что в первом случае рабочая обмотка занимает всего две трети пазов статора.
Область применения асинхронного двигателя
Моторы небольшой мощности от 15 до 600Вт применяют в устройствах автоматики, а также в бытовых приборах.
В повседневной жизни они используются при работе насосов и другого подобного оборудования, которое не требует постоянной регулировки частоты вращения.
В электроприборах зачастую и автоматических системах применяют однофазные микродвигатели, так как эти приборы получают питание из однофазной сети переменного тока.
Подписывайтесь на наши обновления:
Его конструкция, принцип работы и типы
Якоби добился выдающегося успеха, когда в мае 1834 года впервые изобрел первый в мире электродвигатель. люди в нем. Позже многие исследователи по всему миру начали создавать двигатели, похожие на оригинальный двигатель Якоби. В конце концов, много лет спустя именно Никола Тесла изобрел первый однофазный асинхронный двигатель, проводя эксперименты в 1887 году. Сегодня мы можем найти применение однофазных асинхронных двигателей во многих бытовых приборах, включая вентиляторы, посудомоечные и стиральные машины.
Что такое однофазный асинхронный двигатель?
Двигатель — это устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую для выполнения функциональных задач.
Двигатели можно разделить на две большие категории: двигатель переменного тока и двигатель постоянного тока. Однофазный асинхронный двигатель является примером двигателя переменного тока, в котором используется однофазный переменный ток (ток, который меняет направление, полярность и величину). Однофазная индукция работает по принципу электромагнитной индукции.
Конструкция однофазного асинхронного двигателя
Конструкция однофазного асинхронного двигателя очень проста и состоит из двух основных компонентов: статора и ротора. Как следует из названия, ротор — это вращающаяся часть, а статор — неподвижная часть. И статор, и ротор имеют обмотки из проволоки, которые создают магнитный поток или поле, когда через них проходит ток. Если посмотреть на ротор, то можно обнаружить, что он слегка перекошен. Стержни ротора наклонены для снижения шума и вибрации. Ротор находится в сердечнике статора, а статор ламинирован для уменьшения потерь на вихревые токи.
Однофазный асинхронный двигатель работает по принципу электромагнитной индукции. Электромагнитная индукция — это явление, возникающее в проводнике всякий раз, когда он помещается в изменяющееся или движущееся магнитное поле. За счет электромагнитной индукции в проводнике возникает электродвижущая сила.
Чтобы понять принцип работы, вы должны понять два важных факта в физике, первый и второй законы Фарадея.
Первый закон Фарадея гласит: «Всякий раз, когда проводник помещается в переменное магнитное поле, индуцируется электродвижущая сила».
Второй закон Фарадея гласит: «ЭДС индукции в катушке равна скорости изменения потокосцепления».
Мы знаем, что переменный ток переменный по своей природе, обеспечивая необходимый поток для наведения ЭДС.
Когда мы включаем двигатель, через обмотки статора начинает течь переменный ток.
Однофазный переменный ток создает магнитный поток, который имеет переменный характер. ЭДС индуцируется в обмотке ротора, расположенной в центре статора. Направление ЭДС индукции можно объяснить с помощью закона Ленца. Закон Ленца гласит, что ‘ ЭДС индукции в проводнике равна по величине и противоположна по направлению, а проводник создает магнитный поток, противодействующий вызвавшей его причине’
ротор сначала пытается противодействовать изменяющемуся магнитному полю статора. Когда на ротор передается пусковой момент, ротор начинает вращаться вместе с изменяющимся магнитным полем катушки статора. Но что такое пусковой момент? Крутящий момент – это сила, необходимая для вращения механизма. В начальном состоянии крутящий момент ротора равен нулю. Стартовый момент должен быть приложен извне, чтобы заставить ротор вращаться.
Зачем однофазному асинхронному двигателю нужен пусковой момент?
Однофазный асинхронный двигатель нуждается в пусковом моменте, поскольку он не запускается самостоятельно.
Это можно объяснить еще одним фактом, называемым теорией двойного вращения поля. Согласно теории двойного вращения магнитное поле, создаваемое однофазным переменным током в статоре, можно разделить на две составляющие. Эти две составляющие равны по величине и противоположны по направлению. Из-за этого эффекта ротор вместо вращения начинает вибрировать. По этой причине однофазный асинхронный двигатель не запускается самостоятельно.
Чтобы решить эту проблему, к статору добавлена еще одна обмотка. Таким образом, статор имеет две обмотки, одна — основная, создающая магнитный поток, а другая — вспомогательная.
Что такое вспомогательная обмотка?
Вспомогательная обмотка — это вторичная обмотка статора для достижения начального крутящего момента ротора, необходимого для вращения. Обычно вспомогательная обмотка работает до тех пор, пока ротор не достигнет 80% полной скорости, после чего ее отключает центробежный выключатель. Существует множество способов создания пускового момента с помощью вспомогательной обмотки, по которым однофазный асинхронный двигатель классифицируют на пять типов.
Типы однофазных асинхронных двигателей
1. Двухфазные асинхронные двигатели
Вспомогательная обмотка размещается перпендикулярно основной обмотке в асинхронном двигателе с расщепленной фазой. Вспомогательная обмотка имеет меньшее количество витков и является резистивной, а основная обмотка имеет большее количество витков и является индуктивной. Поскольку вспомогательная обмотка резистивная, ток, протекающий через нее, совпадает по фазе с входным напряжением. Из-за индуктивности основной обмотки напряжение отстает. Таким образом достигается разность фаз между потоком, создаваемым вспомогательной обмоткой и основной обмоткой, достаточная для обеспечения пускового момента. После того, как двигатель достигает 75% своей полной скорости, центробежный выключатель размыкается и отключает вспомогательную обмотку. Для этого двигателя требуется высокий пусковой ток, примерно в 7-8 раз превышающий потребность двигателя при работе с полной нагрузкой.
Разница фаз очень мала; следовательно, пусковой момент, достигаемый этим методом, также невелик. Таким образом, двухфазные асинхронные двигатели можно найти в приложениях, требующих низкого пускового момента, таких как воздуходувки, вентиляторы и т. д.
усовершенствованная версия асинхронного двигателя с расщепленной фазой. В нем вы можете найти конденсатор, включенный последовательно со вспомогательной обмоткой, чтобы обеспечить необходимую разность фаз. Достигнутая разность фаз почти равна 90 градусов, что является максимальной разностью фаз, которую можно получить. Следовательно, пусковой крутящий момент также высок, до 300% крутящего момента в условиях полной нагрузки. Конденсатор и вспомогательная обмотка отключаются, когда двигатель достигает 80% полной скорости.
Благодаря высокому пусковому крутящему моменту этот тип двигателя можно найти в приложениях, требующих высокого пускового крутящего момента, таких как токарные станки и компрессоры.
3. Конденсатор Пуск Конденсатор Работа
Как следует из названия, в этом двигателе используются два конденсатора: один пусковой, а другой рабочий. Пусковой конденсатор имеет очень высокое значение емкости, а рабочий конденсатор имеет низкое значение емкости. Пусковой конденсатор отключается от вспомогательной обмотки с помощью включенного последовательно с ней центробежного выключателя. Два конденсатора соединены параллельно друг другу и последовательно со вспомогательной обмоткой. Рабочий конденсатор постоянно подключен к цепи. Начальный крутящий момент и эффективность двигателя высоки, и вы можете найти этот тип асинхронного двигателя в конвейерных лентах и насосах.
4. Асинхронный двигатель с разделенными конденсаторами постоянного тока
В асинхронном двигателе с постоянными конденсаторами вспомогательная обмотка остается в цепи на протяжении всего времени работы двигателя.
Один и тот же конденсатор действует как пусковой и рабочий конденсатор и имеет низкое значение емкости. Этот двигатель не имеет центробежного выключателя для отключения вспомогательной обмотки от цепи. Начальный крутящий момент, достигаемый в этом двигателе, не такой высокий, как у асинхронного двигателя с конденсаторным пуском. Он используется в приложениях, требующих умеренного пускового момента от 80% до 100% от полного крутящего момента двигателя. Вы можете найти этот двигатель в обогревателях, потолочных вентиляторах и вытяжных вентиляторах.
5. Асинхронный двигатель с экранированными полюсами
Асинхронный двигатель с экранированными полюсами имеет другую конфигурацию и не имеет вспомогательной обмотки. Вместо вспомогательной обмотки используется экранированное кольцо для создания разности фаз. Заштрихованное кольцо и обмотка статора намотаны на одни и те же полюса, но заштрихованное кольцо заштриховано от обмотки статора.
Заштрихованное кольцо обладает высокой индукцией; следовательно, когда ток проходит через обмотку статора, в заштрихованном кольце индуцируется ЭДС. Согласно закону Ленца, ЭДС индукции в заштрихованном кольце будет противоположна по направлению и будет противодействовать основному потоку, создаваемому обмоткой статора. Таким образом, создается разность фаз между основным потоком и потоком, создаваемым заштрихованным кольцом. Так работает асинхронный двигатель с расщепленными полюсами. Асинхронный двигатель с экранированными полюсами имеет низкий пусковой момент, и вы найдете его в игрушках, радиоприемниках, настольных вентиляторах и других небольших устройствах.
Очень интересно узнать о моторах и их функционировании. Изобретение однофазного асинхронного двигателя и следующее изобретение, трехфазный асинхронный двигатель, произвели огромную революцию. Применение однофазного асинхронного двигателя имеет более широкую сферу применения, так как мы используем однофазный ток для бытовых приборов.
Его можно найти в вентиляторах, электробритвах, миксерах и во многих промышленных устройствах.
В обязанности инженера-механика и инженера-электрика входит выбор двигателя для конкретного привода в зависимости от требуемой мощности. Современный электромобиль, который мы видим на дорогах, использует двигатель постоянного тока в качестве трансмиссии. Двигатель постоянного тока имеет другую конфигурацию с принципом.
Однофазный асинхронный двигатель. Принцип работы и конструкция
Однофазные двигатели наиболее известны среди полностью электрических двигателей, поскольку они широко используются в бытовой технике, магазинах, офисах и т. д.
Однофазные двигатели действительно являются менее эффективной заменой трехфазным двигателям, но трехфазное питание обычно недоступно, за исключением крупных коммерческих и промышленных предприятий.
Содержание
В отличие от трехфазных асинхронных двигателей, однофазные асинхронные двигатели не запускаются самостоятельно.
Причина этого очень интересна.
Почему однофазный асинхронный двигатель не запускается самостоятельно?
Однофазный асинхронный двигатель имеет распределенную обмотку статора и короткозамкнутый ротор .
При питании от однофазной сети его обмотка статора создает поток (или поле), который является только переменным, т.е. переменным только вдоль одной пространственной оси.
Это не синхронно вращающийся (или вращающийся) поток, как в случае двух- или трехфазной обмотки статора, питаемой от двух- или трехфазного источника питания.
Теперь переменный или пульсирующий поток, действующий на неподвижный короткозамкнутый ротор, не может производить вращение (вращаться может только вращающийся поток).
Однако, если дать ротору такой машины начальный пуск вручную (или малым мотором) или другим способом в любом направлении, то сразу же возникает крутящий момент и двигатель разгоняется до конечной скорости ( если приложенный крутящий момент не слишком высок).
Это своеобразное поведение двигателя было объяснено с помощью двух приведенных ниже теорий
- Теория вращения двух полей или двух полей
- Теория перекрестного поля .
Кратко будет обсуждаться только теория вращения двойного поля.
Теория вращения двойного поля
В этой теории используется идея о том, что переменная одноосная величина может быть представлена двумя противоположно вращающимися векторами половинной величины.
Итак, переменный синусоидальный поток можно представить двумя вращающимися потоками, каждый из которых равен половине значения переменного потока и каждый вращается синхронно в противоположных направлениях.
Теория вращения двойного поля Как показано на рис. (а), пусть переменный поток имеет максимальное значение φ м . Потоки его компонентов A и B будут равны φ m / 2 при вращении против часовой стрелки и по часовой стрелке соответственно.
Через некоторое время, когда A и B повернутся на углы +θ и –θ, как показано на рис. (b), результирующий поток будет
Результирующий поток = 2×(φ м /2) sin (2θ/2) = φ м sin θ
После четверти цикла вращения потоки A и B будут направлены в противоположные стороны, как показано на рис. Рис(с) так, чтобы результирующий поток был равен нулю.
После половины цикла потоки A и B будут иметь результирующую –2×(φ м /2) = –φ м .
После трех четвертей цикла результирующая снова равна нулю, как показано на рис. (e) и т. д.
Если мы нанесем значения результирующего потока в зависимости от θ между пределами θ=0° до θ=360°, то получится кривая, подобная показанной на рисунке.
Переменный поток Вот почему переменный поток можно рассматривать как состоящий из двух вращающихся потоков, каждый из которых имеет половину значения и вращается синхронно в противоположных направлениях.
Можно отметить, что если скольжение ротора составляет с по отношению к потоку прямого вращения (т. с).
Крутящий момент против скольженияКаждый из двухкомпонентных потоков при вращении вокруг статора разрезает ротор, индуцирует ЭДС и, таким образом, создает свой собственный крутящий момент.
Очевидно, что два крутящих момента (называемые прямым и обратным крутящими моментами) направлены в противоположные стороны, так что чистый или результирующий крутящий момент равен их разнице.
Следовательно, T f и T b численно равны, но будучи противоположно направленными, не создают результирующего крутящего момента. Это объясняет отсутствие пускового момента в однофазном двигателе .
Однако, если ротор каким-либо образом запустить, скажем, по часовой стрелке, момент по часовой стрелке начинает увеличиваться, и в то же время момент против часовой стрелки начинает уменьшаться.
Следовательно, существует определенный чистый крутящий момент в направлении по часовой стрелке, который разгоняет двигатель до полной скорости.
Как сделать однофазный асинхронный двигатель самозапускающимся?
Как обсуждалось выше, однофазные асинхронные двигатели не запускаются автоматически, поскольку однофазное питание не может создавать вращающееся магнитное поле. Нам требуется двухфазное или трехфазное питание для создания вращающегося магнитного поля.
Но мы можем создать вращающееся магнитное поле с помощью двухфазной конструкции.
Таким образом, мы можем просто сказать, что для обеспечения самозапуска однофазного асинхронного двигателя мы должны временно преобразовать его в двухфазный двигатель в течение периода его запуска.
Для этой цели статор однофазного асинхронного двигателя снабжен дополнительной обмоткой, известной как Пусковая или вспомогательная обмотка , в дополнение к основной или рабочей обмотке .
Две обмотки электрически смещены на 90 градусов и подключены параллельно к однофазной сети.
Так устроено, что разность фаз между токами в двух обмотках статора (основной и рабочей обмотках) очень велика (идеальное значение 90 градусов).
