Однофазный двигатель: Однофазный асинхронный электродвигатель

Содержание

Однофазный асинхронный электродвигатель

Дмитрий Левкин

Однофазный асинхронный электродвигатель — это асинхронный электродвигатель, который работает от электрической сети однофазного переменного тока без использования частотного преобразователя и который в основном режиме работы (после пуска) использует только одну обмотку (фазу) статора.

Конструкция однофазного двигателя с вспомогательной или пусковой обмоткой

Основными компонентами любого электродвигателя являются ротор и статор. Ротор - вращающаяся часть электродвигателя, статор - неподвижная часть электродвигателя, с помощью которого создается магнитное поле для вращения ротора. Конструкция однофазного двигателя

Основные части однофазного двигателя: ротор и статор

Статор имеет две обмотки, расположенные под углом 90° относительно друг друга. Основная обмотка называется главной (рабочей) и обычно занимает 2/3 пазов сердечника статора, другая обмотка называется вспомогательной (пусковой) и обычно занимает 1/3 пазов статора.

Двигатель фактически является двухфазным, но так как рабочей является только одна обмотка, электродвигатель называют однофазным.

Ротор обычно представляет из себя короткозамкнутую обмотку, также из-за схожести называемой "беличьей клеткой". Медные или алюминиевые стержни которого с торцов замкнуты кольцами, а пространство между стержнями чаще всего заливается сплавом алюминия. Так же ротор однофазного двигателя может быть выполнен в виде полого немагнитного или полого ферромагнитного цилиндра.

Обмотки однофазного двигателя

Однофазный двигатель с вспомогательной обмоткой имеет 2 обмотки расположенные перпендикулярно относительно друг друга

Принцип работы однофазного асинхронного двигателя

Для того чтобы лучше понять работу однофазного асинхронного двигателя, давайте рассмотрим его только с одним витком в главной и вспомогательной обмотки.

Обмотки асинхронного двигателя

Проанализируем случай с двумя обмотками имеющими по оному витку

Рассмотрим случай когда в вспомогательной обмотки не течет ток. При включении главной обмотки статора в сеть, переменный ток, проходя по обмотке, создает пульсирующее магнитное поле, неподвижное в пространстве, но изменяющееся от +Фmах до -Фmах.

Запустить

Магнитное поле витка

Остановить

Пульсирующее магнитное поле

Пульсирующее магнитное поле

Если поместить ротор, имеющий начальное вращение, в пульсирующее магнитное поле, то он будет продолжать вращаться в том же направлении.

Чтобы понять принцип действия однофазного асинхронного двигателя разложим пульсирующее магнитное поле на два одинаковых круговых поля, имеющих амплитуду равную Ф

mах/2 и вращающихся в противоположные стороны с одинаковой частотой:

n<sub>пp</sub> = n<sub>oбp</sub> = f<sub>1</sub>∙60/p = n<sub>1</sub>,

  • где nпр – частота вращения магнитного поля в прямом направлении, об/мин,
  • nобр – частота вращения магнитного поля в обратном направлении, об/мин,
  • f1 – частота тока статора, Гц,
  • p – количество пар полюсов,
  • n1 – скорость вращения магнитного потока, об/мин

Запустить

Разложение пульсирующего магнитного потока

Остановить

Разложение пульсирующего магнитного поля

Разложение пульсирующего магнитного потока на два вращающихся

Действие пульсирующего поля на вращающийся ротор

Рассмотрим случай когда ротор, находящийся в пульсирующем магнитном потоке, имеет начальное вращение. Например, мы вручную раскрутили вал однофазного двигателя, одна обмотка которого подключена к сети переменного тока. В этом случае при определенных условиях двигатель будет продолжать развивать вращающий момент, так как скольжение его ротора относительно прямого и обратного магнитного потока будет неодинаковым.

Будем считать, что прямой магнитный поток Фпр, вращается в направлении вращения ротора, а обратный магнитный поток Фобр - в противоположном направлении. Так как, частота вращения ротора n2 меньше частоты вращения магнитного потока n1, скольжение ротора относительно потока Фпр будет:

s<sub>пp</sub> = (n<sub>1</sub> - n<sub>2</sub>)/n<sub>1</sub> = s

,

  • где sпр – скольжение ротора относительно прямого магнитного потока,
  • n2 – частота вращения ротора, об/мин,
  • s – скольжение асинхронного двигателя
Магнитное поле однофазного двигателя

Прямой и обратный вращающиеся магнитные потоки вместо пульсирующего магнитного потока

Магнитный поток Фобр вращается встречно ротору, частота вращения ротора n2 относительно этого потока отрицательна, а скольжение ротора относительно Фобр

Магнитное поле однофазного двигателя,

  • где sобр – скольжение ротора относительно обратного магнитного потока

Запустить

Магнитное поле пронизывающее ротор

Остановить

Вращающееся магнитное поле

Вращающееся магнитное поле пронизывающее ротор

Ток ротора асинхронного двигателя

Ток индуцируемый в роторе переменным магнитным полем

Согласно закону электромагнитной индукции прямой Фпр и обратный Фобр магнитные потоки, создаваемые обмоткой статора, наводят в обмотке ротора ЭДС, которые соответственно создают в короткозамкнутом роторе токи I

2пр и I2обр. При этом частота тока в роторе пропорциональна скольжению, следовательно:

f2пр=f1sпр,

  • где f2пр – частота тока I2пр наводимого прямым магнитным потоком, Гц

f2обр=f1sобр,

  • где f2обр – частота тока I2обр наводимого обратным магнитным потоком, Гц

Таким образом, при вращающемся роторе, электрический ток I2обр, наводимый обратным магнитным полем в обмотке ротора, имеет частоту f2обр, намного превышающую частоту f2пр тока ротора I2пр, наведенного прямым полем.

Пример: для однофазного асинхронного двигателя, работающего от сети с частотой f1 = 50 Гц при n1 = 1500 и n
2
= 1440 об/мин,

скольжение ротора относительно прямого магнитного потока sпр = 0,04;
частота тока наводимого прямым магнитным потоком f2пр = 2 Гц;
скольжение ротора относительно обратного магнитного потока sобр = 1,96;
частота тока наводимого обратным магнитным потоком f2обр = 98 Гц

Магнитный момент действующий на ротор

Согласно закону Ампера, в результате взаимодействия электрического тока I2пр с магнитным полем Фпр возникает вращающий момент

Мпр=,

  • где Mпр – магнитный момент создаваемый прямым магнитным потоком, Н∙м,
  • сM — постоянный коэффициент, определяемый конструкцией двигателя

Электрический ток I2обр, взаимодействуя с магнитным полем Фобр, создает тормозящий момент М

обр, направленный против вращения ротора, то есть встречно моменту Мпр:

Мобр=,

  • где Mобр – магнитный момент создаваемый обратным магнитным потоком, Н∙м

Результирующий вращающий момент, действующий на ротор однофазного асинхронного двигателя,

M = M<sub>пр</sub> - M<sub>обр</sub>,

Справка: В следствие того, что во вращающемся роторе прямым и обратным магнитным полем будет наводиться ток разной частоты, моменты сил действующие на ротор в разных направлениях будут не равны. Поэтому ротор будет продолжать вращаться в пульсирующем магнитном поле в том направлении в котором он имел начальное вращение.

Тормозящее действие обратного поля

При работе однофазного двигателя в пределах номинальной нагрузки, то есть при небольших значениях скольжения s = s

пр, крутящий момент создается в основном за счет момента Мпр. Тормозящее действие момента обратного поля Мобр — незначительно. Это связано с тем, что частота f2обр много больше частоты f2пр, следовательно, индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора х2обр = x2sобр току I2обр намного больше его активного сопротивления. Поэтому ток I2обр, имеющий большую индуктивную составляющую, оказывает сильное размагничивающее действие на обратный магнитный поток Фобр, значительно ослабляя его.

M = M<sub>пр</sub> - M<sub>обр</sub>,

  • где r2 - активное сопротивление стержней ротора, Ом,
  • x2обр - реактивное сопротивление стержней ротора, Ом.

Если учесть, что коэффициент мощности невелик, то станет, ясно, почему Мобр в режиме нагрузки двигателя не оказывает значительного тормозящего действия на ротор однофазного двигателя.

Моменты сил действующие на неподвижный ротор

С помощью одной фазы нельзя запустить ротор

Моменты сил действующие на вращающийся ротор

Ротор имеющий начальное вращение будет продолжать вращаться в поле создаваемом однофазным статором

Действие пульсирующего поля на неподвижный ротор

При неподвижном роторе (n2 = 0) скольжение sпр = sобр = 1 и Мпр = Мобр, поэтому начальный пусковой момент однофазного асинхронного двигателя Мп = 0. Для создания пускового момента необходимо привести ротор во вращение в ту или иную сторону. Тогда s ≠ 1, нарушается равенство моментов Мпр и Мобр и результирующий электромагнитный момент приобретает некоторое значение Моменты сил действующие на вращающийся ротор.

Пуск однофазного двигателя. Как создать начальное вращение?

Одним из способов создания пускового момента в однофазном асинхронном двигателе, является расположение вспомогательной (пусковой) обмотки B, смещенной в пространстве относительно главной (рабочей) обмотки A на угол 90 электрических градусов. Чтобы обмотки статора создавали вращающееся магнитное поле токи IA и IB в обмотках должны быть сдвинуты по фазе относительно друг друга. Для получения фазового сдвига между токами IA и IB в цепь вспомогательной (пусковой) обмотки В включают фазосмещающий элемент, в качестве которого используют активное сопротивление (резистор), индуктивность (дроссель) или емкость (конденсатор) [1].

После того как ротор двигателя разгонится до частоты вращения, близкой к установившейся, пусковую обмотку В отключают. Отключение вспомогательной обмотки происходит либо автоматически с помощью центробежного выключателя, реле времени, токового или дифференциального реле, или же вручную с помощью кнопки.

Таким образом, во время пуска двигатель работает как двухфазный, а по окончании пуска — как однофазный.

Подключение однофазного двигателя

С пусковым сопротивлением

Двигатель с расщепленной фазой - однофазный асинхронный двигатель, имеющий на статоре вспомогательную первичную обмотку, смещенную относительно основной, и короткозамкнутый ротор [2].

Однофазный асинхронный двигатель с пусковым сопротивлением - двигатель с расщепленной фазой, у которого цепь вспомогательной обмотки отличается повышенным активным сопротивлением.

Схема однофазного двигателя с пусковым сопротивлением

Омический сдвиг фаз, биффилярный способ намотки пусковой обмотки

Однофазный двигатель с разным сопротивлением обмоток

Разное сопротивление и индуктивность обмоток

Для запуска однофазного двигателя можно использовать пусковой резистор, который последовательно подключается к пусковой обмотки. В этом случае можно добиться сдвига фаз в 30° между токами главной и вспомогательной обмотки, которого вполне достаточно для пуска двигателя. В двигателе с пусковым сопротивлением разность фаз объясняется разным комплексным сопротивлением цепей.

Также сдвиг фаз можно создать за счет использования пусковой обмотки с меньшей индуктивностью и более высоким сопротивлением. Для этого пусковая обмотка делается с меньшим количеством витков и с использованием более тонкого провода чем в главной обмотке.

Отечественной промышленностью изготавливается серия однофазных асинхронных электродвигателей с активным сопротивлением в качестве фазосдвигающего элемента серии АОЛБ мощностью от 18 до 600 Вт при синхронной частоте вращения 3000 и 1500 об/мин, предназначенных для включения в сеть напряжением 127, 220 или 380 В, частотой 50 Гц.

С конденсаторным пуском

Двигатель с конденсаторным пуском - двигатель с расщепленной фазой, у которого цепь вспомогательной обмотки с конденсатором включается только на время пуска.

Схема однофазного двигателя с пусковым конденсатором

Ёмкостной сдвиг фаз с пусковым конденсатором

Чтобы достичь максимального пускового момента требуется создать круговое вращающееся магнитное поле, для этого требуется чтобы токи в главной и вспомогательной обмотках были сдвинуты друг относительно друга на 90°. Использование в качестве фазосдвигающего элемента резистора или дросселя не позволяет обеспечить требуемый сдвиг фаз. Лишь включение конденсатора определенной емкости позволяет обеспечить фазовый сдвиг 90°.

Среди фазосдвигающих элементов, только конденсатор позволяет добиться наилучших пусковых свойств однофазного асинхронного электродвигателя.

Двигатели в цепь которых постоянно включен конденсатор используют для работы две фазы и называются - конденсаторными. Принцип действия этих двигателей основан на использовании вращающегося магнитного поля.

Двигатель с экранированными полюсами - двигатель с расщепленной фазой, у которого вспомогательная обмотка короткозамкнута.

Статор однофазного асинхронного двигателя с экранированными полюсами обычно имеет явно выраженные полюса. На явно выраженных полюсах статора намотаны катушки однофазной обмотки возбуждения. Каждый полюс статора разделен на две неравные части аксиальным пазом. Меньшую часть полюса охватывает короткозамкнутый виток. Ротор однофазного двигателя с экранированными полюсами - короткозамкнутый в виде "беличьей" клетки.

При включении однофазной обмотки статора в сеть в магнитопроводе двигателя создается пульсирующий магнитный поток. Одна часть которого проходит по неэкранированной Ф', а другая Ф" - по экранированной части полюса. Поток Ф" наводит в короткозамкнутом витке ЭДС Ek, в результате чего возникает ток Ik отстающий от Ek по фазе из-за индуктивности витка. Ток Ik создает магнитный поток Фk, направленный встречно Ф", создавая результирующий поток в экранированной части полюса Фэ=Ф"+Фk. Таким образом, в двигателе потоки экранированной и неэкранированной частей полюса сдвинуты во времени на некоторый угол.

Пространственный и временной углы сдвига между потоками Фэ и Ф' создают условия для возникновения в двигателе вращающегося эллиптического магнитного поля, так как Фэ ≠ Ф'.

Пусковые и рабочие свойства рассматриваемого двигателя невысоки. КПД намного ниже, чем у конденсаторных двигателей такой же мощности, что связано со значительными электрическими потерями в короткозамкнутом витке.

Однофазный асинхронный двигатель с асимметричным магнитопроводом статора

Статор такого однофазного двигателя выполняется с ярко выраженными полюсами на не симметричном шихтованном сердечнике. Ротор - короткозамкнутый типа "беличья клетка".

Данный электродвигатель для работы не требует использования фазосдвигающих элементов. Недостатком данного двигателя является низкий КПД.


Двигатель Однофазный Переменного Тока: Принцип Работы
Простое и крайне надежное устройство

Простое и крайне надежное устройство

Любой электрический двигатель – это устройство, способное преобразовывать электрическую энергию в кинетическую, то есть энергию вращения, которая по цепям передается на ведомые устройства. Применяются электрические двигатели сегодня практически везде. Эти устройства, которые практически не изменились за последние 150 лет, можно встретить даже в зубных щетках.

Сегодня мы поговорим с вами про электродвигатели переменного тока однофазные, узнаем, как они устроены и за счет каких сил приводятся в движение.

Основная информация

Синхронный однофазный двигатель переменного тока работает от общественной сети

Синхронный однофазный двигатель переменного тока работает от общественной сети

Итак, особенностью однофазного двигателя является то, что он способен запитываться от стандартной электрической сети с частотой 50 Гц и напряжением 220 В.

  • Ставят такие электромоторы в основном в устройствах небольшой мощности, так как по эффективности они существенно уступают двухфазным и трехфазным аналогам.
  • Мощность данных агрегатов варьируется от 5 Вт до 10 кВт.
  • Однофазная схема подключения двигателя существенно влияет на его КПД, который приблизительно равен 70% от показателей такого же по мощности двигателя, но трехфазного. Также у них меньше пусковой момент, а перегрузочная способность выше.
Электрический двигатель в разрезе

Электрический двигатель в разрезе

  • На самом деле, если разобрать строение такого двигателя, то он будет иметь 2 фазы, но так как задействуется, фактически, лишь одна из них, то и называют его однофазным.
  • Строение мотор имеет самое что ни наесть классическое – подвижная часть (ротор или якорь) и неподвижная часть (статор).
  • Вращение подвижных частей двигателя происходит за счет взаимодействия магнитных полей – подробнее об этом чуть дальше.
  • Несомненным плюсом такого мотора можно считать простую и надежную конструкцию с короткозамкнутым ротором.
  • А главным минусом можно посчитать неспособность самостоятельно выработать магнитное поле, что не позволяет ему самостоятельно запускаться при подключении к сети питания.
  • Считается, что для того чтобы ротор пришел в движение требуется минимум 2 обмотки, а также смещение одной относительно второй на определенный градус.
Асинхронный двигатель переменного тока

Асинхронный двигатель переменного тока

  • Если сопоставить все эти моменты, то можно понять следующее.
  • На статоре однофазного электромотора располагается пусковая обмотка, которая смещена по отношению к рабочей, основной обмотке на 90 градусов.
  • В цепь, питающую обмотку, включаю фазосдвигающее устройство – конденсаторы, катушки индуктивности, резисторы активного типа.
  • То есть, фактически мы говорим про те же моторы двух- и трехфазного типа, только сдвиг фазы достигается не за счет подключения, а за счет схем согласования.

Принцип действия однофазного двигателя

Однофазный синхронный двигатель переменного тока

Однофазный синхронный двигатель переменного тока

Теперь давайте попробуем систематизировать то, что мы понаписали в предыдущей главе, чтобы принцип работы таких устройств стал понятен каждому.

Как работает асинхронный электродвигатель однофазный

Как работает асинхронный электродвигатель однофазный

  • Итак, при подключении питания, ток начинает бежать по обмоткам статора. Движение тока порождаем пульсирующее магнитное поле. Почему пульсирующее, да потому что ток в общественных сетях имеет частоту в 50 Гц, то есть за секунду 50 раз меняет направление своего движения. Соответственно меняются и параметры магнитного поля
  • Мы все знаем про такое явление, как электромагнитная индукция. Если кто-то не знает, то бегом читать – вкратце, это явление порождает электрический ток в проводнике, который перемещается поперек магнитного поля, причем нет никакой разницы, что будет двигаться – проводник или поле.
  • Если устройство не будет иметь пусковых механизмов, то ротор останется неподвижным, так как в нем до сих пор нет тока, а значит и магнитного поля, а магнитные поля от тока в статора равнозначны, и тянут, так сказать, в разных направлениях, как лебедь, рак и щука.
  • Но если ротору дать толчок в любую из сторон, в нем моментально начнет расти электродвижущая сила (ЭДС), которая начнет генерировать свое магнитное поле. В результате взаимодействия этих полей двигатель продолжит вращаться в туже сторону, несмотря на то, что основное магнитное поле постоянно меняет свое направление.
Однофазный коллекторный электродвигатель переменного тока – принцип работы

Однофазный коллекторный электродвигатель переменного тока – принцип работы

  • Заставляет сдвинуться с места ротор пусковая обмотка, которую мы уже упоминали. Точнее делает это результирующее магнитное поле от основной и пусковой обмоток.
  • Эта обмотка требует включения только при пуске мотора.

Интересно знать! В маломощных моторах пусковая обмотка является короткозамкнутой.

  • Момент включения пусковой обмотки связан с пусковой кнопкой – обычно ее необходимо удерживать на протяжении нескольких секунд, пока двигатель не начнет вращаться с нормальной скоростью.
  • Когда контакт на кнопке размыкается, двигатель переходит полностью в однофазный режим.
  • Важно помнить, что пусковая фаза не предназначается для долгой работы – обычно время ее активного состояния составляет около 3 секунд. Если попытаться превысить данное значение обмотка начнет перегреваться, что может привести к выходу элемента из строя.
  • Становится понятным, что ручной контроль за пуском двигателя неэффективен и малонадежен, поэтому данный процесс в современных устройствах автоматизирован. В них устанавливаются тепловые реле и центробежные выключатели.
  • Первый элемент контролирует нагрев обеих обмоток и отключает питание, если температура достигает критического значения.
  • Второй отключает питание пусковой фазы, как только ротор разгонится до нужных оборотов.

Подключение двигателя

Как подключается коллекторный однофазный электродвигатель переменного тока

Как подключается коллекторный однофазный электродвигатель переменного тока

Итак, мы уже поняли, что для работы такому мотору требуется всего одна фаза на 220 В, то есть включается он в обыкновенную розетку, что, собственно, и делает эти устройства такими популярными несмотря на низкий КПД и прочие недостатки.

Интересно знать! Практически все бытовые приборы оборудованы именно такими двигателями.

Различные варианты подключения

Различные варианты подключения

  • Однофазные двигатели переменного тока по подключению делят на три типа: вариант с пусковой обмоткой и рабочим конденсатором.
  • В первом пусковая обмотка запитана через конденсатор только во время старта – собственно, его мы описали в предыдущей главе.
  • Во втором она подключена через конденсатор постоянно.
  • В третьем вместо конденсатора используется сопротивление.
Коллекторный однофазный двигатель переменного тока от стиральной машины

Коллекторный однофазный двигатель переменного тока от стиральной машины

  • Для последнего типа подключения может использоваться пусковой резистор, который подключается к пусковой обмотке последовательно. За счет этого удается получить сдвиг фаз на 30 градусов, чего вполне хватает для раскрутки двигателя.
  • Также дополнительная обмотка может сама по себе иметь высокое активное сопротивление.
  • Сдвиг фаз также может быть получен за счет того, что пусковая фаза будет иметь высокое сопротивление и меньшую индуктивность.

Конденсаторный пуск имеет следующие особенности:

  • Чтобы достигнуть максимального значения пускового момента, достаточного для старта двигателя, нужно вращающееся круговое магнитное поле. Таковое возникает, когда обмотки сдвинуты относительно друг друга на 90 градусов – сразу становится понятно, что ни резистор, ни дроссель не смогут задать такое значение. А вот если правильно подобрать емкость конденсатора – ну вы поняли…
  • Конденсатор необходимо подбирать по потребляемому току.
Конденсатор и переменный ток

Конденсатор и переменный ток

Интересно знать! На нашем сайте есть очень познавательная статья про то, как конденсаторы ведут себя в цепи переменного тока. Если интересно, обязательно ознакомьтесь.

Кстати, если вы пытаетесь самостоятельно подключить такой двигатель в сеть, но не знаете, какие выводы к какой обмотке относятся, просто замерьте их сопротивление. Для основной оно составит где-то 12 Ом, а для пусковой – 30.

Строение асинхронного однофазного двигателя

Однофазный коллекторный двигатель переменного тока

Однофазный коллекторный двигатель переменного тока

Итак, мы  вами в первой части статьи разобрали общие понятия об однофазных двигателях, принципе их работы и подключении. Такой информации хватило бы для поверхностного изучения, но нас такой подход не совсем устраивает. Для любителей технических подробностей, давайте разберем теперь все детальнее.

Асинхронный двигатель

Электрические моторы бывают синхронными и асинхронными. Разница между ними состоит в том, что в синхронном, скорость вращения якоря совпадает с вращением магнитного поля, а в асинхронном ротор несколько отстает.

  • Последний вариант является самым распространенным, так как имеет более простую конструкцию и очень надежен. Синхронные применяются лишь в тех сферах, где очень важен контроль за оборотами двигателя.
  • Вы уже, наверное, обратили внимание на то, что словом фаза называются разные понятия – и количество питающих проводов, и обмотки на статоре и сдвиг по углам. И мы даже сказали, что однофазные двигатели, фактически имеют две фазы, но называются они таковыми именно по количеству питающих проводов.
  • Мы также писали, что мотор имеет подвижную и неподвижную части. Давайте разберем их строение подробнее.
Коллекторные электродвигатели переменного тока однофазные

Коллекторные электродвигатели переменного тока однофазные

  • Ротор агрегата представляет собой вал, который держится в корпусе двигателя при помощи подшипников вращения. За счет них же он свободно крутится вокруг своей оси. Строение этого элемента будет отличаться в зависимости от того является двигатель коллекторным или бесколлекторным. Давайте начнем со второго.
  • На валу бесколлекторного фазного ротора закреплен магнитопровод, который набирается из шихтованных стальных пластин.
  • Снаружи магнитопровода имеются пазы, в которых находятся стержни обмоток – обычно из меди.
Двигатель с ротором фазного типа

Двигатель с ротором фазного типа

  • С концов стержни соединяются с кольцами, которые накоротко их замыкают – их называют замыкающими кольцами.
Строение фазного ротора

Строение фазного ротора

  • Внутри данной обмотки будет течь ток, который индуктируется магнитным полем статора – никаких внешних подключений он не имеет.
  • Магнитопровод служит для лучшего прохождения магнитного поля, которое создается в роторе.
  • Для таких устройств характерна высокая надежность, так как они не имеют трущихся деталей. Управление скоростью вращения двигателя осуществляется только за счет тока на основной обмотке статора.
  • Коллекторный двигатель переменного тока однофазный по своему строению мало чем отличается от ротора двигателя постоянного тока. Собственно, такие двигатели являются универсальными и могут запитываться как переменным, так и постоянным током.
  • Фазы ротора подключаются к питающей сети через коллектор, который контактирует со щетками, которые в свою очередь уже соединяются с питающей цепью.
  • Строение таких двигателей более сложное, также их надежность будет ниже, но они являются более гибкими в управлении.
На фото – статор электродвигателя

На фото – статор электродвигателя

  • Статор является пассивной частью электромотора – он неподвижен и состоит из магнитопровода и обмотки.
  • Назначение этого элемента – генерирование неподвижного или вращающегося магнитного поля.
  • У однофазного двигателя от статора будет отходить четыре вывода – два для рабочей обмотки и два для пусковой. Как их отличить мы уже писали.

Помимо этих элементов двигатели имеют следующие составляющие:

  • Станина и корпус устройства, которые удерживают в себе все рабочие части и позволяют закрепить устройство на поверхности;
  • Внешняя электрическая цепь – кнопка включения, устройство регулировки оборотов, провода и устройства для шунтирования дополнительной обмотки;
  • Крыльчатка – активное охлаждение двигателя, располагается также на валу;
  • Подшипники вращения.

Что происходит в обмотках при включении

Чтобы лучше понять принцип взаимодействия магнитных полей, давайте представим, что у нашего двигателя обмотка имеет всего один виток. Провод при этом уложен в магнитопроводе так, что его части разведены на 180 градусов, то есть уложены друг напротив друга.

  • Подключаем питание, и по нашему проводу начинает течь синусоидальный или переменный ток.
Полный период синусоидального тока

Полный период синусоидального тока

  • Период синусоидального тока состоит из двух полупериодов, при которых ток двигается в разных направлениях. Именно это изображено на схеме выше.
  • Как вы можете видеть, изначально значение тока равно нулю, затем он растет, достигая пика, после чего падает до нулевой отметки и опять возрастает, но уже в другом направлении.
  • Давайте представим, что ток и магнитное поле от него замерли в какой-то точке. Представьте, что смотрите на виток сбоку – он будет похож на букву «С».
  • Ток протекает в верхней горизонтальной части обмотки влево, соответственно, в нижней – вправо. При этом ток одинаков и получается так, что создаваемое им магнитное поле противодействует друг другу. Почему ротор и находится в неподвижном состоянии.
  • Итак, ток течет, меняется его величина и направление, как и у магнитного поля, но они всегда остаются в противовесном состоянии, поэтому ротор так и продолжает стоять.

Как же создается сила, заставляющая ротор вращаться?

Инструкция по работе однофазного двигателя переменного тока

Инструкция по работе однофазного двигателя переменного тока

  • Как вариант можно толкнуть его рукой и этого будет достаточно, чтобы совершить пуск, но мы же говорим про техническое решение вопроса!
  • Ну ладно, мы уже знаем, что нам потребуется еще одна обмотка.
  • Обмотка сделана из более толстого провода, чтобы она смогла пропустить большие токи. Фаза тока в этой обмотке отстает от основной на 90 градусов, то есть когда ток в основной обмотке уже опустился до нуля, здесь он буден на пике (отстает на четверть периода). В итоге разница магнитных полей придает ротору первый вращающий импульс. Направление вращения зависит от полярности подключения концов пусковой обмотки.
  • Как только ротор начинает вращаться, в нем создается ЭДС.
  • Направление тока в стержнях будет противоположно направленным, так как на них воздействуют разные магнитные поля.
  • За счет возникновения вращающего момента двигатель моментально подхватит направление вращения и начнет раскручивать ротор до достижения им максимальных оборотов. Но почему не происходит торможения, когда ток в статоре меняет свое направление на обратное?
  • Дело в том, что, по сути ничего не меняется. Просто подталкивающая вращение сила будет переходить с верхней части обмотки на нижнюю и обратно. А так как двигатель уже получил смещение в одну из сторон, а противодействующая сила может лишь уравновесить, то коэффициент ускорения будет несколько сильнее торможения.

То есть, в роторе будут наводиться токи с разной частотой, которые будут создавать моменты сил с разными направлениями, именно поэтому якорь продолжит вращаться в том же направлении.

На этом закончим наш материал. Мы узнали, как устроены электродвигатели переменного тока однофазные, если тема вам интересно, то посмотрите следующее увлекательное видео.

Однофазные электродвигатели 220в: особенности подключения

В наше время трудно найти человека, который бы не знал что такое однофазный электродвигатель. Однофазные электродвигатели 220 в выпускаются серийно уже довольно много лет. Они востребованы в сельском хозяйстве, быту человека, на производстве, в частных и государственных мастерских. Однофазные двигатели 220 В пользуются высокой популярностью.

Общие понятия

Асинхронные однофазные электродвигатели переменного тока АИР 1ЕАсинхронный двигатель 220 вольт, однофазный, требует питания переменным электрическим током, сеть для подключения такого агрегата должна быть однофазной. Однофазные двигатели 220 в работают при напряжении в сети 220 вольт, частоте 50 герц. Эти электрические величины поддерживаются во всех бытовых электрических сетях, в домах, квартирах, дачах, коттеджах, по всей территории России, а в США напряжение в бытовой электрической сети составляет 110 вольт. На производстве же в нашей стране сетевое напряжение имеется однофазное, трёхфазное, и другие виды электрических сетей.

Применение однофазных моторов

Как быстро и просто подключить трехфазный двигатель в однофазную сетьТакой тип моторов применяют для работы устройств с малой мощностью.

  1. Бытовая техника.
  2. Вентиляторы небольшого размера.
  3. Электронасосы.
  4. Станки, предназначенные для обработки сырья.

В данном выпуске я рассказываю как подключить двигательЗаводы производят электродвигатели однофазные 220 В малой мощности различных моделей, с разным числом оборотов и мощностью. Стоит отметить, что однофазные моторы уступают трёхфазным в нескольких параметрах.

  1. Эти моторы имеют меньшие значения КПД.
  2. Пускового момента.
  3. Мощности.
  4. Способность выдерживать перегрузку у трёхфазных электромоторов выше, чем у однофазных.

Эти параметры меньше при условии, когда трёхфазные моторы имеют такой же размер.

Устройство электродвигателя

Однофазные двигатели 220 В имеют две фазы, но основная работа выполняется одной, и такие моторы стали называть однофазными. В состав мотора входят следующие детали.

  1. Статор, или неподвижная часть мотора.
  2. Ротор, или подвижная (вращающаяся) часть мотора.

Однофазный электромотор можно охарактеризовать как асинхронный электрический мотор, в котором имеется рабочая обмотка на его неподвижной части, она подключается к сети переменного однофазного тока.

Пусковая катушка

В любом другом случае для реверсирования однофазного конденсаторного АД необходимо поменять направлениеДля того чтобы однофазный мотор мог самостоятельно запускаться и начинать вращение, на них устанавливается ещё одна катушка. Она разработана для запуска двигателя. Пусковая катушка устанавливается по отношению к рабочей со смещением на 90 градусов. Для того чтобы получить сдвиг токов, следует установить в цепь звено, которое будет сдвигать фазы. В качестве фазосдвигающего звена могут выступать несколько средств.

  1. Активный резистор.
  2. Конденсатор.
  3. Катушка индуктивности.

Ротор и статор мотора металлические. Для того чтобы изготовить ротор или статор, нужна специальная электротехническая сталь марки 2212.

Двух и трёхфазные моторы

Асинхронный двигательСуществует возможность 2 или 3-фазный мотор подключить к однофазному источнику питания. Иногда по ошибке такие моторы называют однофазными. Это заблуждение, правильно будет называть это «двух (или трёх) фазный электромотор, подключённый в однофазную сеть питания переменного тока». Просто подключить двух или трёхфазный мотор в однофазную сеть не получится. Нужна схема согласования.

Таких схем есть несколько, согласование можно реализовать при помощи конденсаторов. После подключения к мотору конденсаторов согласно схеме, мотор будет работать, причём все фазы мотора будут работать, они всё время будут находиться под напряжением и выполнять работу по вращению ротора.

Принцип действия

Переменный электроток создаёт магнитное поле в статоре, которое имеет два поля, они одинаковы по амплитуде, частоте, но разнонаправленны. Эти поля воздействуют на неподвижный ротор, и, вследствие того, что поля разнонаправленны, ротор начинает вращение. При отсутствии в моторе пускового механизма, то ротор будет стоять на месте. Ротор, начав вращение в одну сторону, будет вращаться далее в этом же направлении.

Запуск мотора

Как самостоятельно подключить двигательПосредством магнитного поля производится запуск мотора, магнитное поле, воздействуя на ротор, принуждает его вращаться. Создают магнитное поле главная и дополнительная катушки, пусковая имеет меньший размер, подключается она к дополнительной через конденсатор, катушку индуктивности или активный резистор.

Если мотор низкой мощности, пусковая фаза замкнута. Чтобы запустить такой двигатель, подключать электричество к пусковой катушке можно лишь временно, не более чем на три секунды. Для этого существует пусковая кнопка. Кнопка вставлена в пусковое устройство.

Когда происходит нажатие пусковой кнопки, происходит подача электроэнергии на рабочую и на пусковую катушку одновременно, двигатель в эти первые секунды запуска работает как двухфазный, но через три секунды ротор уже набрал обороты, мотор запустился, и кнопка отпускается. Прекращается подача электроэнергии на пусковую катушку, но подача электричества на рабочую обмотку не прекращается, так устроено пусковое устройство, затем устройство работает уже как однофазное.

Важно помнить, что не следует долго держать пусковую кнопку, так как пусковая катушка может перегреться и выйти со строя, она рассчитана на работу несколько секунд. Для обеспечения безопасности в корпусе однофазного силового агрегата может быть встроено тепловое реле, центробежный выключатель. Центробежный выключатель устроен таким образом, что когда ротор набрал обороты, центробежный выключатель выключается сам, без вмешательства человека. Пусковой ток однофазного двигателя выше рабочего, после запуска ток снижается до уровня рабочего. Схему подключения однофазного двигателя смотрите здесь.

Тепловое реле

Тепловое реле действует следующим образом: при нагревании обмоток до установленного на реле предела, реле производит прекращение подачи электроэнергии на обе фазы, таким образом, исключается выход из строя при перегрузке или другой причине, это не даст возникнуть пожару.

Достоинства

К положительным качествам такого мотора можно отнести простоту его устройства, ротор в этой конструкции короткозамкнутый, обмотка статора не представляет собой большой сложности.

Недостатки

Кроме достоинств, в этом моторе имеются и некоторые недостатки.

  1. Невысокий пусковой момент мотора.
  2. Низкий КПД электродвигателя.
  3. Электродвигатель не способен генерировать магнитное поле, которое выполняет вращение.

По этой причине такой двигатель сам не может начать вращение. Дело в том что для того, чтобы мотор начал вращение, он должен иметь не менее двух обмоток, а следовательно, и двух фаз, но мотор имеет одну фазу изначально, таково его устройство. Кроме наличия двух фаз, требуется чтобы одна обмотка была смещена по отношению к другой на определённый угол.

Подключение двигателя

Подключать двигатель нужно в однофазную сеть переменного напряжения 220 вольт, частотой 50 герц. Эти номиналы электроэнергии имеются во всех жилых помещениях нашей страны, и вследствие этого однофазные моторы имеют огромную популярность. Они установлены во всей бытовой технике, такой как.

  1. Холодильник.
  2. Пылесос.
  3. Соковыжималка.
  4. Триммер.
  5. Кусторез электрический.
  6. Швейная машинка.
  7. Электродрель.
  8. Миксер кухонный.
  9. Вентилятор.
  10. Насос водяной.

Разновидности подключения

  1. Подключение с пусковой катушкой.
  2. Подключение с рабочим конденсатором.

 Подключить двигатель 220вЭлектродвигатели однофазные 220 В малой мощности с пусковой катушкой имеют включённый в цепь конденсатор во время старта. После разгона ротора катушка отключается. Если мотор сделан с рабочим конденсатором, цепь пуска не размыкается, идёт постоянная работа пусковой обмотки через конденсатор.

Существует возможность использовать один электромотор для разных целей. Один и тот же мотор можно снять с одной техники и установить на другую. Включать однофазный двигатель можно тремя схемами.

  1. Происходит временное включение электричества на пусковую обмотку через конденсатор.
  2. Происходит кратковременная подача напряжения на пусковое устройство через резистор, без конденсатора.
  3. Электричество подаётся через конденсатор на пусковую обмотку постоянно, одновременно с работой рабочей обмотки.

При использовании в цепи пуска резистора, обмотка будет иметь активное сопротивление выше. Произойдёт сдвиг фаз, достаточный для начала вращения. Можно использовать пусковую обмотку, в которой большее сопротивление и меньшая индуктивность. Чтобы обмотка соответствовала своим параметрам, она должна иметь меньше витков, тоньше провод.

Конденсаторный пуск представляет собой подключение конденсатора к пусковой обмотке и временную подачу электроэнергии. Чтобы достичь максимального значения момента пуска, нужно круговое магнитное поле, оно должно выполнить вращение. Для этого нужно расположение обмоток под углом 90 градусов. Такого сдвига резистором добиться невозможно. Если ёмкость конденсатора рассчитать правильно, то удастся сдвинуть обмотки под угол 90 градусов.

Вычисление принадлежности проводов

Чтобы вычислить провода, подключающие пусковую обмотку и рабочую, нужно иметь прибор, измеряющий омы или тестер. Нужно замерять сопротивления обмоток. Сопротивление рабочей обмотки должно быть меньше, чем пусковой. Например, если замеры показали у одной обмотки 12 Ом, а у другой 30 Ом, то первая из них рабочая, а вторая пусковая. Рабочая обмотка будет иметь большее сечение чем пусковая.

Подборка ёмкости конденсатора

Чтобы подобрать ёмкость конденсатора, нужно знать, какой ток потребляет электромотор. Если он потребляет ток 1,4 ампера, то нужен конденсатор, ёмкость которого составляет 6 микрофарад.

Проверка работоспособности

Начать проверку следует с визуального осмотра.

  1. Если у агрегата была отломана опора, то вследствие этого он тоже мог работать плохо.
  2. В случае если потемнел корпус посередине, это говорит о том что он чрезмерно перегревался.
  3. Возможно, что в разрез корпуса попали разные посторонние вещи, это будет замедлять его и способствовать перегреву.
  4. Если подшипники загрязнены, будет происходить перегревание.
  5. Износ подшипников будет причиной перегревания.
  6. Если к пусковой обмотке 220v подключён конденсатор завышенной ёмкости, то он будет перегреваться. При подозрении на конденсатор нужно отключить его от пусковой обмотки, включить двигатель в сеть, вручную прокрутить вал, произойдёт запуск и начнётся вращение. Нужно дать мотору поработать около пятнадцати минут, затем проверить, не нагрелся ли он. Если мотор не нагрелся, то причина была в повышенной ёмкости конденсатора. Нужно установить конденсатор меньшей ёмкости.

Электродвигатели однофазные 220 в малой мощности выпускаются совершенно разных моделей и для разных целей, и, прежде чем купить изделие, нужно чётко понимать, какова нужна мощность, тип крепления, количество оборотов в минуту, и прочие характеристики.

Однофазные электродвигатели. Виды, принцип действия, схемы включения однофазных электродвигателей.

Однофазные электродвигатели

Зачастую основное внимание уделяется изучению трёхфазных электродвигателей, частично в связи с тем, что трёхфазные электродвигатели применяются чаще, чем однофазные. Однофазные электродвигатели имеют тот же принцип действия, что и трёхфазные электродвигатели, только с более низкими пусковыми моментами. Они подразделяются по типам в зависимости от способа пуска.



Стандартный однофазный статор имеет две обмотки, расположенные под углом 90° по отношению друг к другу. Одна из них считается главной обмоткой, другая - вспомогательной, или пусковой. В соответствии с количеством полюсов каждая обмотка может делиться не несколько секций.

На рисунке приведен пример двухполюсной однофазной обмотки с четырьмя секциями в главной обмотке и двумя секциями во вспомогательной.



Следует помнить, что использование однофазного электродвигателя - это всегда, своего рода, компромисс. Конструкция того или иного двигателя зависит, прежде всего, от поставленной задачи. Это значит, что все электродвигатели разрабатываются в соответствии с тем, что наиболее важно в каждом конкретном случае: например, КПД, вращающий момент, рабочий цикл и т.д. Из-за пульсирующего поля однофазные электродвигатели CSIR и RSIR могут иметь более высокий уровень шума по сравнению с двухфазными электродвигателями PSC и CSCR, которые работают намного тише, так как в них используется пусковой конденсатор. Конденсатор, через который производится пуск электродвигателя, способствует его плавной работе.

Основные типы однофазных индукционных электродвигателей

Бытовая техника и приборы низкой мощности работают от однофазного переменного тока, кроме того, не везде может быть обеспечено трёхфазное электропитание. Поэтому однофазные электродвигатели переменного тока получили широкое распространение, особенно в США. Очень часто электродвигателям переменного тока отдают предпочтение, так как их отличает прочная конструкция, низкая стоимость, к тому же они не требуют технического обслуживания.

Как видно из названия, однофазный индукционный электродвигатель работает по принципу индукции; тот же принцип действует и для трёхфазных электродвигателей. Однако между ними есть различия: однофазные электродвигатели, как правило, работают при переменном токе и напряжении 110 -240 В, поле статора этих двигателей не вращается. Вместо этого каждый раз при скачке синусоидального напряжения от отрицательного к положительному меняются полюса.

В однофазных электродвигателях поле статора постоянно выравнивается в одном направлении, а полюса меняют своё положение один раз в каждом цикле. Это означает, что однофазный индукционный электродвигатель не может быть пущен самостоятельно.



Теоретически, однофазный электродвигатель можно было бы запустить при помощи механического вращения двигателя с последующим немедленным подключением питания. Однако на практике пуск всех электродвигателей осуществляется автоматически.

Выделяют четыре основных типа электродвигателей:

• индукционный двигатель с пуском через конденсатор / работа через обмотку (индуктивность) (CSIR),

• индукционный двигатель с пуском через конденсатор/работа через конденсатор (CSCR),

• индукционный двигатель с реостатным пуском (RSIR) и

• двигатель с постоянным разделением емкости (PSC).

На приведённом ниже рисунке показаны типичные кривые соотношения вращающий момент/частота вращения для четырёх основных типов однофазных электродвигателей переменного тока.




Однофазный электродвигатель с пуском через конденсатор/работа через обмотку (CSIR)

Индукционные двигатели с пуском через конденсатор, которые также известны как электродвигатели CSIR, составляют самую большую группу однофазных электродвигателей.

Двигатели CSIR представлены несколькими типоразмерами: от самых маломощных до 1,1 кВт. В электродвигателях CSIR конденсатор последовательно соединён с пусковой обмоткой. Конденсатор вызывает некоторое отставание между током в пусковой обмотке и в главной обмотке.



Это способствует задержке намагничивания пусковой обмотки, что приводит к появлению вращающегося поля, которое влияет на возникновение вращающего момента. После того как электродвигатель наберёт скорость и приблизится к рабочей частоте вращения, открывается пускатель. Далее электродвигатель будет работать в обычном для индукционного электродвигателя режиме. Пускатель может быть центробежным или электронным.

Двигатели CSIR имеют относительно высокий пусковой момент, в диапазоне от 50 до 250 процентов от вращающего момента при полной нагрузке. Поэтому из всех однофазных электродвигателей эти двигатели лучше всего подходят для случаев, когда пусковые нагрузки велики, например для конвейеров, воздушных компрессоров и холодильных компрессоров.




Однофазный электродвигатель с пуском через конденсатор/ работа через конденсатор (CSCR)

Этот тип двигателей, которые коротко называются «электродвигатели CSCR», сочетает в себе лучшие свойства индукционного двигателя с пуском через конденсатор и двигателя с постоянно подключённым конденсатором. Несмотря на то, что из-за своей конструкции эти двигатели несколько дороже других однофазных электродвигателей, они остаются наилучшим вариантом для применения в сложных условиях. Пусковой конденсатор электродвигателя CSCR последовательно соединён с пусковой обмоткой, как и в электродвигателе с пуском через конденсатор. Это обеспечивает высокий пусковой момент.



Электродвигатели CSCR также имеют сходство с двигателями с постоянным разделением емкости (PSC), так как у них пуск тоже осуществляется через конденсатор, который последовательно соединён с пусковой обмоткой, если пусковой конденсатор отключен от сети. Это означает, что двигатель справляется с максимальной нагрузкой или перегрузкой.

Электродвигатели CSCR могут использоваться для работы с низким током полной нагрузки и при более высоком КПД. Это даёт некоторые преимущества, в том числе обеспечивает работу двигателя с меньшими скачками температуры, в сравнении с другими подобными однофазными электродвигателями.

Электродвигатели CSCR - самые мощные однофазные электродвигатели, которые могут использоваться в сложных условиях, например, в насосах для перекачивания воды под высоким давлением и в вакуумных насосах, а также в других высокомоментных процессах. Выходная мощность таких электродвигателей лежит в диапазоне от 1,1 до 11 кВт.




Однофазный электродвигатель с пуском через сопротивление/работа через обмотку (индуктивность) (RSIR)

Данный тип двигателей ещё известен как "электродвигатели с расщеплённой фазой". Они, как правило, дешевле однофазных электродвигателей других типов, используемых в промышленности, но у них также есть некоторые ограничения по производительности.

Пусковое устройство электродвигателей RSIR включает в себя две отдельные обмотки статора. Одна из них используется исключительно для пуска, диаметр проволоки данной обмотки меньше, а электрическое сопротивление - выше, чем у главных обмоток. Это вызывает отставание вращающегося поля, что, в свою очередь, приводит в движение двигатель. Центробежный или электронный пускатель отсоединяет пусковую обмотку, когда частота вращения двигателя достигает, приблизительно, 75% от номинальной величины. После этого электродвигатель продолжит работу в соответствии со стандартными принципами действия индукционного электродвигателя.



Как уже говорилось раньше, для электродвигателей RSIR есть некоторые ограничения. У них низкие пусковые моменты, часто в диапазоне от 50 до 150 процентов от номинальной нагрузки. Кроме того, электродвигатель создаёт высокие пусковые токи, приблизительно от 700 до 1000% от номинального тока. В результате продолжительное время пуска будет вызывать перегрев и разрушение пусковой обмотки. Это означает, что электродвигатели данного типа нельзя использовать там, где необходимы большие пусковые моменты.

Электродвигатели RSIR рассчитаны на узкий диапазон напряжения питания, что, естественно, ограничивает области их применения. Их максимальные вращающие моменты варьируются в пределах от 100 до 250% от расчетной величины. Необходимо также отметить, что дополнительной трудностью является установка тепловой защиты, так как довольно сложно найти защитное устройство, которое срабатывало бы достаточно быстро, чтобы не допустить прогорания пусковой обмотки. Электродвигатели RSIR подходят для использования в небольших приборах для рубки и перемалывания, вентиляторах, а также для применения в других областях, в которых допускается низкий пусковой момент и требуемая выходная мощность на валу от 0,06 кВт до 0,25 кВт. Они не используются там, где должны быть высокие вращающие моменты или продолжительные циклы.




Однофазный электродвигатель с постоянным разделение емкости (PSC)

Как видно из названия, двигатели с постоянным разделением емкости (PSC) оснащены конденсатором, который во время работы постоянно включен и последовательно соединён с пусковой обмоткой. Это значит, что эти двигатели не имеют пускателя или конденсатора, который используется только для пуска. Таким образом, пусковая обмотка становится вспомогательной обмоткой, когда электродвигатель достигает рабочей частоты вращения.



Конструкция электродвигателей PSC такова, что они не могут обеспечить такой же пусковой момент, как электродвигатели с пусковыми конденсаторами. Их пусковые моменты достаточно низкие: 30-90% от номинальной нагрузки, поэтому они не используются в системах с большой пусковой нагрузкой. Это компенсируется за счёт низких пусковых токов - обычно меньше 200% от номинального тока нагрузки, - что делает их наиболее подходящими двигателями для областей применения с продолжительным рабочим циклом.

Двигатели с постоянным разделением емкости имеют ряд преимуществ. Рабочие параметры и частоту вращения таких двигателей можно подбирать в соответствии с поставленными задачами, к тому же они могут быть изготовлены для оптимального КПД и высокого коэффициента мощности при номинальной нагрузке. Так как они не требуют специального устройства пуска, их можно легко реверсировать (изменить направление вращения на обратное). В дополнение ко всему вышесказанному, они являются самыми надёжными из всех однофазных электродвигателей. Вот почему Grundfos использует однофазные электродвигатели PSC в стандартном исполнении для всех областей применения с мощностями до 2,2 кВт (2-полюсные) или 1,5 кВт (4-полюсные).

Двигатели с постоянным разделением емкости могут использоваться для выполнения целого ряда различных задач в зависимости от их конструкции. Типичным примером являются низкоинерционные нагрузки, например вентиляторы и насосы.




Двухпроводные однофазные электродвигатели

Двухпроводные однофазные электродвигатели имеют две главные обмотки, пусковую обмотку и рабочий конденсатор. Они широко используются в США с однофазными источниками питания: 1 ½ 115 В / 60 Гц или 1 ½ 230 В / 60 Гц. При правильном подключении данный тип электродвигателей можно использовать для обоих видов электропитания.




Ограничения однофазных электродвигателей

В отличие от трёхфазных для однофазных электродвигателей существуют некоторые ограничения. Однофазные электродвигатели ни в коем случае не должны работать в режиме холостого хода, так как при малых нагрузках они сильно нагреваются, также рекомендуется эксплуатировать двигатель при нагрузке меньшей 25% от полной нагрузки.

Электродвигатели PSC и CSCR имеют симметричное/ круговое вращающееся поле в одной точке приложения нагрузки; это значит, что во всех остальных точках приложения нагрузки вращающееся поле асимметричное/эллиптическое. Когда электродвигатель работает с асимметричным вращающимся полем, сила тока в одной или обеих обмотках может превышать силу тока в сети. Такие избыточные токи вызывают потери, в связи с этим одна или обе обмотки (что чаще происходит при полном отсутствии нагрузки) нагреваются, даже если ток в сети относительно небольшой. Смотрите примеры.





О напряжении в однофазных электродвигателях

Важно помнить о том, что напряжение на пусковой обмотке электродвигателя может быть выше сетевого напряжения питания электродвигателя. Это относится и к симметричному режиму работы. Смотрите пример.



Изменение напряжения питания

Нужно отметить, что однофазные электродвигатели обычно не используются для больших интервалов напряжения, в отличие от трёхфазных электродвигателей. В связи с этим может возникнуть потребность в двигателях, которые могут работать с другими видами напряжения. Для этого необходимо внести некоторые конструкционные изменения, например, нужна дополнительная обмотка и конденсаторы различной ёмкости. Теоретически, ёмкость конденсатора для различного сетевого напряжения (с одной и той же частотой) должна быть равна квадрату отношения напряжений:



Таким образом, в электродвигателе, рассчитанном на питание от сети в 230 В, используется конденсатор 25µФ/400 В, для модели электродвигателя на 115 В необходим конденсатор ёмкостью 100µФ с маркировкой более низкого напряжения - например 200 В.



Иногда выбирают конденсаторы меньшей ёмкости, например 60µФ. Они дешевле и занимают меньше места. В таких случаях обмотка должна подходить для определённого конденсатора. Нужно учитывать, что производительность электродвигателя при этом будет меньше, чем с конденсатором ёмкостью 100µФ - например, пусковой момент будет ниже.

Заключение

Однофазные электродвигатели работают по тому же принципу, что и трёхфазные. Однако у них более низкие пусковые моменты и значения напряжения питания (110-240В).

Однофазные электродвигатели не должны работать в режиме холостого хода, многие из них не должны эксплуатироваться при нагрузке меньше 25 % от максимальной, так как это вызывает повышение температуры внутри электродвигателя, что может привести к его поломке.

принцип работы, виды и сравнение двигателей

Однофазные электродвигатели Наша жизнь стала уже просто немыслима без различных электромоторов. Пылесосы, стиральные машины, холодильники вентиляторы, кондиционеры, даже часы — все эти приборы снабжены электродвигателями. Если прибор подключается к домашней электрической сети, то, вероятнее всего, в нем стоит однофазный асинхронный двигатель 220В.

Принцип действия

Всем нам на школьных уроках физики демонстрировали опыты с проволочной рамкой, помещенной в поле постоянного магнита. Если через рамку пропустить ток, то на проводники в правой и левой части рамки будет действовать силы Ампера, создающие вращающий момент, и рамка с током будет поворачиваться до тех пор, пока она не займет положение, в котором действующие силы уравновешивают друг друга.

Если заставить поле вращаться, рамка с током будет вращаться вместе с ним. На этом принципе основана работа синхронного электродвигателя. Рамка с магнитами — аналог электрического двигателя. Вращающаяся рамка с током — ротор. Неподвижные магниты — статор.

Трехфазный синхронный двигатель

Теперь надо заставить неподвижный статор создать вращающееся магнитное поле.

Трехфазный синхроггый двигательДля начала заменим постоянные магниты катушками с током обмотками статора. Катушка с током создает такое же магнитное поле, как и магнит. Разместим на статоре не одну катушку-магнит, а три, повернув их на 120 градусов относительно друг друга. Подадим на эти обмотки переменный ток со сдвигом фаз на 120 градусов. Именно так сдвинуты фазы в трехфазной сети.

Результирующее магнитное поле есть результат векторного сложения трех полей. Суммарный вектор магнитной индукции будет вращаться с частотой переменного тока. За один период магнитное поле, создаваемое статором трехфазного двигателя, совершает полный оборот. Ротор, который аналогичен катушке с током, поворачивается вместе с магнитным полем статора с той же скоростью. Таким образом ротор синхронного двигателя вращается частотой питающего переменного тока.

Синхронные двигатели обладают самыми лучшими характеристиками, развивают максимальную мощность и обеспечивают высокий КПД. Однако там тяжелый ротор с обмотками, который сложно балансировать. К обмоткам ротора надо подводить ток, а это требует применения крайне ненадежного щеточного узла. В общем, синхронный двигатель — это хорошо, но сложно, дорого и не очень надежно.

Трехфазный асинхронный двигатель

Замкнем концы рамки накоротко. Получим один короткозамкнутый виток. Наш трехфазный статор создает вращающееся магнитное поле. Пусть это поле и создает ток в короткозамкнутом роторе.

Техфазный асинхронный двигательКогда поле статора вращается относительно неподвижной рамки, оно создает в ее контуре переменный магнитный поток. По закону электромагнитной индукции переменное поле наводит в рамке электрический ток. Ток создает вращающий момент, и рамка поворачивается вслед за магнитным полем, как и в синхронном двигателе.

Но есть одно принципиальное отличие. В синхронном двигателе ротор вращается одновременно, то есть синхронно с полем статора. Ротор относительно поля статора неподвижен.

В асинхронном двигателе ротор пытается догнать вращающееся поле, но всегда немного отстает, как бы скользит относительно него. Если вдруг скорость вращения ротора точно сравняется со скоростью поля, то в роторе перестанет наводиться ток индукции.

Разность частот вращения магнитного поля и ротора асинхронного двигателя называется скольжением. Именно оно обеспечивает наличие тока в роторе.

Асинхронные электродвигатели уступают синхронным по всем характеристикам, но значительно проще, легче, надежнее и дешевле. Практически все электрические двигатели, применяемые сегодня в промышленности — это асинхронные трехфазные двигатели.

Механическая характеристика

Механическая характеристика

Механическая характеристика двигателя — это зависимость момента на валу от скорости вращения.

Как уже было сказано, скорость вращения ротора в асинхронном двигателе всегда отличается от скорости вращения поля статора на величину скольжения.

Скольжение S = (n1- n2)/n1, где n1 — это скорость вращения поля, а n2 — скорость вращения ротора.

Характеристика показывает, что двигатель может работать в пяти режимах:

  1. Холостой ход.
  2. Пуск.
  3. Двигательный режим.
  4. Режим рекуперации.
  5. Генераторный режим.

В режиме холостого хода скольжение S равно 0. Ротор вращается синхронно с магнитным полем, как в синхронном двигателе, а момент вращения равен 0. Режим холостого хода — чисто гипотетический и никогда не реализуется на практике.

В момент пуска ротор еще неподвижен и S=1. Момент вращения при S=1 называется пусковым моментом.

После пуска ротор входит в двигательный режим и начинает раскручиваться, постепенно догоняя магнитное поле. В двигательном режиме 1 > S > 0.

Если ротор вдруг каким-то образом обгонит поле, то наступит режим рекуперации. При этом двигатель отдает энергию в сеть. В режиме рекуперации S < 0.

S > 1 соответствует генераторному режиму. В генераторном режиме ротор движется навстречу потоку и генерирует электрический ток.

S = Sn соответствует номинальному режиму. Номинальное значение скольжения составляет обычно 2−8%.

Однофазный асинхронный двигатель

Однофазный асинхронный двигательМожно еще упросить трехфазный асинхронный двигатель .

Оставим на статоре всего одну обмотку и подадим туда однофазный электрический ток. У нас получился однофазный асинхронный двигатель. В этом двигателе поле статора неподвижно - в этом принципиальное отличие однофазного двигателя от многофазного. Тем не менее такой двигатель работает.

Однофазный двигатель не может стартовать самостоятельно. Ничего особенного в этом нет. Привычный нам двигатель внутреннего сгорания тоже надо сначала раскрутить. В автомобиле мы пользуемся дополнительным электродвигателем — стартером, а в бензопиле делаем это вручную, дергая пусковой шнур.

Если однофазный двигатель подтолкнуть, причем в любую сторону, он разгонится и будет поддерживать вращение в заданном направлении.

Ели ротору придать вращение в определенном направлении, он будет двигаться попутно с одним полем и навстречу другому.

Двигатель можно представить как два трехфазных мотора, насаженных на один вал, но включенных во встречном направлении. При запуске вал неподвижен и моторы уравновешивают друг друга.

Если вал раскрутить внешней силой в каком-то направлении, то один мотор, запущенный в попутном направлении, окажется в двигательном режиме, а другой — в генераторном. Механическая характеристика показывает, что крутящий момент в двигательном режиме больше, чем в генераторном, поэтому попутный мотор перетягивает.

Пуск

Запуск однофазного электромотораДля запуска однофазного электромотора на его статоре наматывают дополнительную пусковую обмотку перпендикулярно основной и подают в нее ток со сдвигом по фазе. Для сдвига фазы последовательно с обмоткой включают фазосдвигающий элемент. В качестве фазосдвигающего элемента можно использовать резистор, дроссель или конденсатор. В любом случае полное комплексное сопротивление в цепях основной и пусковой обмоток будет разным, и токи получат фазовый сдвиг.

Чаще всего для сдвига фаз используют конденсатор.

Скорость вращения

В сетях наших энергоснабжающих компаний используется переменное напряжение 220/380 с частотой 50 Гц. Причем частота переменного тока 50 Гц поддерживается с точностью до 2 процентов. Как нам уже известно, ротор синхронного электромотора вращается с частотой переменного тока. То есть при частоте питающей сети 50 Гц ротор совершает 50 оборотов в секунду или 3000 оборотов в минуту. Обмотку статора можно разделить на секции и сделать мотор многополюсным. В многополюсном моторе скорость понижается с ростом числа полюсов и в общем случае равна 3000/ p оборотов, где p — это число полюсов.

Таким образом скорость вращения сетевого электромотора в нашей стране не может быть выше 3000 оборотов в минуту. В странах, где принята частота сети в 60 Гц, например, в США, электромоторы крутятся с максимальной скоростью в 3600 оборотов в минуту. И здесь мы снова отстаем от Америки.

В синхронном электромоторе обороты не зависят от нагрузки. При росте нагрузки ротор синхронной машины отстает от поля на больший угол, но частота вращения не меняется.

В асинхронном режиме величина скольжения зависит от нагрузки. Таким образом, при увеличении нагрузки скорость асинхронного электромотора падает.

Схемы подключения

Пусковая обмотка, включенная со сдвигом по фазе, поворачивает магнитное поле и превращает на время запуска однофазный электродвигатель в двухфазный.

Дополнительная обмотка не рассчитана на длительную работу и после выхода на рабочий режим должна быть отключена. Отключение производится либо вручную кнопкой, либо центробежным выключателем, либо тепловым реле по нагреву пусковой обмотки.

В однофазном двигателе в рабочем режиме магнитное поле статора неподвижно. В этом его главное отличие от многофазного.

Иногда ошибочно называют однофазными электромоторы, дополнительная обмотка которых подключена через конденсатор постоянно.

В однофазную сеть можно подключить и трехфазный мотор, если одну из фазных обмоток подключить через конденсатор. Так что, если в вашем распоряжении вдруг оказался промышленный трехфазный электромотор, вы можете использовать его в однофазной домашней сети, хотя и с потерей мощности и более низким КПД.

Сравнение двигателей

Синхронный

  1. На роторе есть обмотка, в которую подается ток.
  2. Частота вращения вала совпадает или кратна частоте питающей сети.
  3. Скорость стабильна и не меняется под нагрузкой.

Асинхронный

  1. Ротор не подключен к источнику тока.
  2. Частота вращения вала ниже частоты сети на величину скольжения.
  3. Скорость снижается с ростом нагрузки.

Однофазный асинхронный

  1. Единственная обмотка на статоре.
  2. Вращается в любом направлении.
  3. Не запускается самостоятельно.
Однофазный электродвигатель 220в. Схема, подключение, преимущества

Однофазный двигатель представляет собой электрическое устройство, которое питается от сети. Его особенностями являются наличие 1-фазной обмотки и способность функционировать без преобразователя частот. Наиболее распространённый и популярный пример – это мотор на 220 В. Его используют преимущественно для оснащения оборудования бытового назначения небольшой мощности.

Особенности конструкции и схема однофазного электродвигателя 220в.

Основные элементы двигателя однофазного типа – это ротор и статор. Первая комплектующая во время эксплуатации подвижна, вторая находится в состоянии покоя. Статор оснащён двумя типами обмотки: основная и вспомогательная. Иначе их называют рабочая и пусковая. Оба вида расположены под углом в 90 градусов в сердечнике и надёжно закреплены в пазах.

Устройство и схема однофазного электродвигателя 220в

Основная обмотка составляет большую часть, а вспомогательной отводится всего 30–35%. Что касается конструкции ротора, он представляет собой стержни из цветных металлов. На торцах элементы замкнуты специальными кольцами. Свободное пространство между стержнями заполнено сплавом алюминия. Из-за своего полого вида специалисты и конструкторы назвали ротор 1-фазного мотора «беличьей клеткой».

Преимущества механизма двигателя однофазного типа.

Среди достоинств 1-фазных двигателей отмечают следующие:

  • простота конструкции;
  • долговечность – при своевременном техническом обслуживании двигатель способен служить годами;
  • надёжность;
  • экономичность – потребление небольшого количества энергии;
  • доступная стоимость;
  • ремонтопригодность – в случае выхода из строя можно легко заменить повреждённые или сгоревшие детали;
  • минимальный уход;
  • возможность работы от сети со стандартным напряжением 220 В без преобразователей энергии.

Большинство современных бытовых приборов оснащены именно однофазными моторами. Причина объясняется их простотой и невысокой себестоимостью. Такими моторами оснащают крупную и мелкую бытовую технику. Кроме того, они нашли применение в создании оборудования для промышленных и производственных предприятий.

Однофазный электродвигатель 220в

Но есть ли недостатки у однофазного двигателя? Их немного. Практически все они обуславливаются простотой конструкции. Итак:

  • малый коэффициент мощности. По этой причине они используются для создания большинства бытовых приборов;
  • высокий показатель пускового тока;
  • возможность ограничения скорости движка при колебаниях в сети.

Основным недостатком считается отсутствие пускового момента. Тем не менее, для бытовых приборов и несложных устройств этот минус не является существенным и не влияет на работу.


Принцип работы однофазного электродвигателя 220 В.

В статоре однофазного электродвигателя 220 В вырабатывается магнитное поле. Именно оно является импульсом, который приводит в работу ротор. Чтобы представить, как функционирует электродвигатель, стоит смоделировать следующую ситуацию.

Например, в пусковой обмотке напряжения нет. Образование магнитного поля можно запустить, подключив основную обмотку к сети. Его работа основывается на пульсировании, при этом пространство остаётся в состоянии покоя. Магнитное поле разделяется на две части, каждая из которых вращается в стороны, противоположные друг другу, при одинаковой частоте. При задании ротору начального вращения двигатель со временем будет его наращивать. При этом частота элемента и самого магнитного поля различается. Разницу показателей определяют как скольжение.

Принцип работы однофазного электродвигателя 220 В

Из магнитных потоков возникает движущая сила. Это закон электромагнитной индукции. Движущая сила формирует два типа тока. Один из них обратный, второй – прямой. Частота вращения ротора прямо пропорциональна показателю скольжения. По закону Ампера, магнитное поле при взаимодействии с обратным током создаёт вращение.

Особенности подключения однофазного электродвигателя 220 В.

Для приведения асинхронного однофазного электродвигателя используется пусковое сопротивление. Такой метод задействован в устройствах с расщеплённой фазой. В электрической цепи мотора присутствуют ротор и статор. Обмотка второго смещена относительно основной. При этом рабочий элемент обладает меньшим сопротивлением, чем вспомогательный. Омический сдвиг фаз обеспечивается благодаря намотке бифилярным способом. Подключение без резистора невозможно.

Схема подключения однофазного электродвигателя 220 В

Особенностью однофазного двигателя является соединение вспомогательной обмотки с конденсатором. Работа начинается только после возникновения пускового момента. Конденсатор необходим для получения максимального значения. Благодаря ему и возникает пусковой момент, который приводит в работу все механизмы.

Советы при покупке однофазного электродвигателя 220 В.

При покупке однофазного электрического двигателя стоит учесть следующие характеристики оборудования:

  • частота;
  • мощность;
  • способ установки;
  • размер;
  • потребляемая энергия.

Производители обычно предоставляют гарантию на бесперебойную работу моторов.

Подключение однофазного двигателя. Видео урок.

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.

Конструкция однофазного асинхронного электродвигателяРис. 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.

Принцип формирования магнитного потока в статореРис. 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:

Формирование потока обратного направленияРис. 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:

Фпр = Фобр

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:

Sпр = (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:

Sобр = (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.

Получение ЭДС в ротореРис. 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.

Схема с пусковым сопротивлениемРис. 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.

Схема с конденсаторным пускомРис. 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 Cn 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.

Схема с расщепленными полюсамиРис. 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

однофазные индуктивные двигатели (электродвигатель)

1.2
Существует много типов однофазных электродвигателей. В этом разделе обсуждение будет ограничено теми типами, которые наиболее распространены для номинальной мощности двигателя в 1 л.с. и выше.
В промышленном применении везде, где это возможно, следует использовать трехфазные асинхронные двигатели. Как правило, трехфазные электродвигатели имеют более высокий коэффициент полезного действия и коэффициенты мощности и являются более надежными, поскольку они не имеют пусковых переключателей или конденсаторов.
В тех случаях, когда трехфазные электродвигатели недоступны или не могут использоваться из-за источника питания, следующие типы однофазных электродвигателей рекомендуются для промышленного и коммерческого применения: (1) двигатель с пусковым конденсатором, (2 ) двухзначный конденсаторный двигатель и (3) постоянный разделенный конденсаторный двигатель.
Краткое сравнение характеристик однофазных и трехфазных асинхронных двигателей позволит лучше понять, как работают однофазные двигатели:
1. Трехфазные двигатели имеют заблокированный крутящий момент, поскольку в воздушном зазоре в зазоре остается вращающееся поле ,Однофазный двигатель не имеет вращающегося поля в состоянии покоя и, следовательно, не развивает крутящего момента с заблокированным ротором. Вспомогательная обмотка необходима для создания вращающегося поля, необходимого для запуска. В однофазном двигателе с интегральной мощностью это часть сети RLC.
2. Ток ротора и потери в роторе незначительны при отсутствии нагрузки в трехфазном двигателе. Однофазные двигатели имеют значительный ток ротора и потери ротора без нагрузки.
3. Для данного момента пробоя однофазному двигателю требуется значительно больший поток и более активный материал, чем эквивалентному трехфазному двигателю.
4. Сравнение потерь между однофазными и трехфазными двигателями показано на рис. 1.11. Обратите внимание на значительно более высокие потери в однофазном двигателе.
Общие характеристики этих типов однофазных асинхронных двигателей следующие.
1.2.1


Конденсатор-Старт Моторс

Пусковой электродвигатель с конденсатором представляет собой однофазный асинхронный двигатель с главной обмоткой, предназначенной для непосредственного подключения к источнику питания, и вспомогательной обмоткой, соединенной последовательно с конденсатором и пусковым выключателем для отключения вспомогательной обмотки от источника питания после запуска.Рисунок 1.12 является принципиальной схемой двигателя с конденсаторным пуском. Наиболее часто используемый тип пускового выключателя - это центробежный выключатель, встроенный в двигатель. Рисунок

РИСУНОК 1.11 Сравнение процентных потерь однофазных и трехфазных двигателей.

РИСУНОК 1.12 Однофазный двигатель с пусковым конденсатором. ,
, 1.13 иллюстрирует промышленный образец защищенного от капель однофазного конденсаторного пускового двигателя; обратите внимание на центробежный выключатель.
Однако другие типы устройств, такие как чувствительные к току и чувствительные к напряжению реле, также используются в качестве пусковых выключателей.Совсем недавно были разработаны и использованы твердотельные переключатели для

РИСУНОК 1.13 Однофазный двигатель с пусковым конденсатором. (Предоставлено Magnetek, Сент-Луис, Миссури.)
ограниченная степень. Твердотельный переключатель будет переключателем будущего, поскольку он совершенствуется, а затраты снижаются.
Все переключатели настроены на то, чтобы оставаться замкнутыми и поддерживать цепь вспомогательной обмотки в работе до тех пор, пока двигатель не запустится и не разгонится приблизительно до 80% от скорости полной нагрузки. На этой скорости переключатель размыкается, отключая цепь вспомогательной обмотки от источника питания.
Затем двигатель работает на главной обмотке как асинхронный двигатель. Типичные характеристики скорости вращения и крутящего момента для двигателя с конденсаторным пуском показаны на рис. 1.14. Обратите внимание на изменение крутящего момента двигателя в точке перехода, в которой работает пусковой выключатель.
Типичные рабочие характеристики для двигателей с интегральной мощностью, 1800 об / мин, конденсаторного запуска, асинхронных двигателей приведены в таблице 1.6. В этих однофазных двигателях будет значительно более широкий разброс значений крутящего момента блокированного ротора, крутящего момента пробоя и крутящего момента, чем в сопоставимых трехфазных двигателях, и такое же изменение также существует для коэффициента полезного действия и коэффициента мощности. (ПФ).Обратите внимание, что момент затяжки является фактором, влияющим на однофазные двигатели, чтобы обеспечить запуск с высокоинерционными или трудно запускаемыми нагрузками. Поэтому важно знать характеристики конкретного пускового двигателя конденсатора, чтобы убедиться, что он подходит для применения.
1.2.2

Двухконтурные конденсаторные двигатели

Конденсаторный двигатель с двумя значениями представляет собой конденсаторный двигатель с различными значениями емкости для запуска и работы. Очень часто этот тип двигателя называют двигателем с конденсаторным запуском.
Изменение значения емкости от запуска к рабочим условиям происходит автоматически с помощью пускового переключателя, который аналогичен тому, который используется для пусковых двигателей с конденсатором. Предусмотрено два конденсатора: высокое значение емкости для условий запуска и меньшее значение для условий работы. Пусковой конденсатор обычно электролитического типа, который обеспечивает высокую емкость на единицу объема. Рабочий конденсатор обычно представляет собой металлизированный полипропиленовый блок, рассчитанный на непрерывную работу.На рисунке 1.15 показан один из способов монтажа обоих конденсаторов на двигателе.
Принципиальная схема двухконтурного конденсаторного двигателя показана на рис. 1.16. Как показано, при запуске, как при пуске, так и при работе

РИСУНОК 1.14 Кривая скорости-крутящего момента для пускового двигателя с конденсатором. Конденсаторы
соединены последовательно со вспомогательной обмоткой. Когда пусковой выключатель размыкается, он отключает пусковой конденсатор от цепи вспомогательной обмотки, но оставляет работающий конденсатор последовательно с вспомогательной обмоткой, подключенной к источнику питания.Таким образом, как главная, так и вспомогательная обмотки находятся под напряжением, когда двигатель работает, и вносят вклад в выходную мощность двигателя. Типичный

ТАБЛИЦА 1.6 Типичные характеристики двигателей с конденсаторным пуском3

л.с. Полная нагрузка Крутящий момент, фунт-фут
об / мин A Эфф. PF Torque Закрыто Пробой Подтягивание
1 1725 7.5 71 70 3,0 9,9 7,5 7,6
2 1750 12,5 72 72 6,0 17,5 14,7 11,5
3 1750 17,0 74 79 9,0 23,0 21,0 18,5
5 1745 27,3 78 77 15.0 46 900 900 32,0 35,0

a Четырехполюсные, 230 В, однофазные двигатели. Источник: Предоставлено Magnetek, Сент-Луис, Миссури.
кривая скорость-крутящий момент для двухклапанного конденсаторного двигателя показана на рис. 1.17.
Для заданного пускового двигателя с конденсатором эффект добавления рабочего конденсатора в цепь вспомогательной обмотки выглядит следующим образом:
Увеличенный момент пробоя: 5-30% Увеличенный момент затвора ротора: 5-10% Улучшенная эффективность при полной нагрузке: 2-7 баллов

РИСУНОК 1.15 Двухзначный конденсатор, однофазный двигатель. (Предоставлено Magnetek, Сент-Луис, Миссури.)

РИСУНОК 1.16 Двухфазный конденсатор, однофазный двигатель.
Улучшенный коэффициент мощности при полной нагрузке: 10-20 баллов Сниженный рабочий ток при полной нагрузке Сниженный магнитный шум Охладитель работает
Добавление рабочего конденсатора к однофазному двигателю с правильно спроектированными обмотками позволяет эксплуатационным характеристикам приближаться к производительности трехфазный мотор. Типичные характеристики двухконтурных конденсаторных двигателей с интегральной мощностью приведены в таблице 1.7. Сравнение этих характеристик с характеристиками, показанными в таблице 1.6 для пусковых двигателей с конденсатором, показывает улучшение как эффективности, так и коэффициента мощности.
Оптимальная производительность, которая может быть достигнута в двухфазном конденсаторе, однофазном двигателе, является функцией экономических факторов, а также технических соображений при проектировании двигателя. Чтобы проиллюстрировать это, в таблице 1.8 показаны рабочие характеристики однофазного двигателя с конструкцией, оптимизированной для различных значений рабочей емкости./ КВтч. Обратите внимание, что основное улучшение характеристик двигателя достигается при первоначальном переходе от запуска конденсатора к двигателю с двумя значениями конденсатора с относительно низким значением рабочей емкости. Это первоначальное изменение дизайна также показывает самый короткий период окупаемости.
Определение оптимального двухзначного конденсаторного двигателя для конкретного применения требует сравнения стоимости двигателя и энергопотребления всех таких доступных двигателей. Это
ТАБЛИЦА 1.7 Типичные характеристики двухконтурных конденсаторных двигателей3

a Четырехполюсные однофазные двигатели 230 В.Источник: Предоставлено Magnetek, Сент-Луис, Миссури.
рекомендовал, чтобы это сравнение проводилось методом стоимости жизненного цикла или методом чистой текущей стоимости (описанным в теме 7).
Повышение эффективности и энергосбережение конкретной линейки двигателей насосов бассейна, когда конструкция была изменена с пусковых двигателей с конденсаторами на конденсаторы с двумя значениями, показаны в таблице 1.9 и на рис. 1.18 и 1.19. Исходя из того же рабочего критерия, который использовался выше, то есть при 4000 ч / год при стоимости электроэнергии 6 мкВт / ч, срок окупаемости этих двигателей составлял 8-20 месяцев.

ТАБЛИЦА 1.8 Сравнение рабочих характеристик конденсаторных пусковых и двухзначных конденсаторных двигателей

Тип двигателя
Конденсатор старта Двухзначный конденсатор
Рабочий конденсатор, MFD 0 7,5 15 30 65
Эффективность при полной нагрузке 70 78 79 81 83
с полной нагрузкой PF 79 9-1 97 99a 99: l
Снижение потребляемой мощности,% 0 10.1 11,5 13,3 15
Стоимость,% 100 130 110 151 196
Приблизительный срок окупаемости - 1,3 1,0 1,8 2,9

Ведущий коэффициент мощности.

ТАБЛИЦА 1.9 Сравнение эффективности: стандартные и энергосберегающие, однофазные двигатели с частотой вращения 3600 об / мин

л.с. Стандартные эффективные двигатели Энергоэффективные двигатели
0.75 0,677 0,76
1,00 0,709 0,788
1,50 0,749 0,827
2,00 0,759 0,85
3,00 0,809 0,869


РИСУНОК 1.18 Сравнение эффективности энергосберегающих и стандартных однофазных двигателей насосов бассейна. (Предоставлено Магнетек, ул.Louis, MO.)

РИСУНОК 1.19 Ежегодная экономия для энергоэффективного двигателя бассейна мощностью 1 л.с., работающего 365 дней в год. (Предоставлено Magnetek, Сент-Луис, Миссури.)
1.2.3

Конденсаторные двигатели с постоянным разделением

Двигатели с постоянным разделенным конденсатором, однофазный асинхронный двигатель, определяются как конденсаторный двигатель с одинаковым значением емкости, используемым как для запуска, так и для работы. Этот тип двигателя также называют одноконтурным конденсаторным двигателем.Применение этого типа однофазного двигателя обычно ограничивается прямым приводом таких нагрузок, как нагрузки вентиляторов, нагнетателей или насосов, для которых не требуется нормальный или высокий пусковой момент. Следовательно, основное применение двигателя с постоянным разделенным конденсатором было для вентиляторов и вентиляторов с прямым приводом. Эти двигатели не подходят для применения с ременным приводом и, как правило, ограничены номинальной мощностью в лошадиных силах.
Принципиальная схема двигателя с постоянным разделенным конденсатором показана на рис.1,20. Обратите внимание на отсутствие какого-либо пускового выключателя. Этот тип двигателя по существу аналогичен двухконтурному конденсаторному двигателю

РИСУНОК 1.20 Однофазный двигатель с постоянным разделенным конденсатором
, работающий на работающем соединении, и будет иметь приблизительно такие же характеристики крутящего момента. Поскольку только рабочий конденсатор (который имеет относительно низкое значение) подключен последовательно со вспомогательной обмоткой при запуске, пусковой крутящий момент значительно уменьшается. Пусковой момент составляет всего 20-30% от момента полной нагрузки.Типичная кривая скорость-крутящий момент для двигателя с постоянным разделенным конденсатором показана на рис. 1.21. Эксплуатационные характеристики этого типа двигателя с точки зрения эффективности и коэффициента мощности такие же, как и у двухконтурного конденсаторного двигателя. Однако из-за низкого пускового момента его успешное применение требует тесной координации между производителем двигателя и производителем приводного оборудования.
Специальная версия конденсаторного двигателя используется для многоскоростных приводов вентиляторов. Конденсаторный двигатель этого типа обычно имеет обмотку с основной резьбой и ротор с высоким сопротивлением.Ротор с высоким сопротивлением используется для улучшения стабильной скорости вращения и увеличения пускового момента. Существует ряд версий и способов намотки моторов. Наиболее распространенной конструкцией является двухскоростной двигатель, который имеет три обмотки: главную, промежуточную и вспомогательную обмотки. Для питания от сети 230 В общее соединение обмоток называется Т-соединением. Принципиальные схемы двухскоростных Т-образных двигателей показаны на рис. 1,22 и 1,23. Для

РИСУНОК 1.21 Кривая скорости-крутящего момента для двигателя с постоянным разделенным конденсатором. Высокоскоростной режим
, промежуточная обмотка не подключена в цепи, как показано на рис. 1.23, и линейное напряжение подается на главную обмотку, а также на вспомогательную обмотку и конденсатор последовательно. Для работы на низкой скорости промежуточная обмотка соединена последовательно с основной обмоткой и вспомогательной цепью, как показано на рис. 1.23. Это соединение уменьшает напряжение, подаваемое как на главную обмотку, так и на вспомогательную цепь, тем самым уменьшая крутящий момент.

РИСУНОК 1.22 Однофазный двигатель с постоянным разделенным конденсатором с Т-образным соединением и двухскоростной работой.
двигатель будет развиваться и, следовательно, скорость двигателя будет соответствовать требованиям нагрузки. Величина снижения скорости является функцией отношения оборотов между основной и промежуточной обмотками и характеристиками скорости-крутящего момента ведомой нагрузки. Следует признать, что с этим типом двигателя изменение скорости достигается путем снижения скорости двигателя до требуемого минимума.

РИСУНОК 1.23 Постоянный сплит-конденсаторный однофазный двигатель с Т-образным соединением и обмоткой. скорость
; это не многоскоростной двигатель с более чем одной синхронной скоростью.
Пример кривых скорость-крутящий момент для конденсаторного двигателя с отмоткой с обмоткой показан на рис. 1.24. Кривая нагрузки типичной нагрузки вентилятора накладывается на кривые скорость-крутящий момент двигателя, чтобы показать снижение скорости, полученное на низкоскоростном соединении.

РИСУНОК 1.24 Кривые скорости-крутящего момента для однофазного двигателя с постоянным разделенным конденсатором и обмоткой с ответвлением.

,Однофазный асинхронный двигатель

- Принцип работы и конструкция

Однофазные двигатели являются наиболее известными из полностью электрических двигателей, потому что они широко используются в бытовой технике, магазинах, офисах и т. Д.

Это правда, что однофазные двигатели менее эффективная замена 3-фазным двигателям, но 3-фазная мощность обычно не доступна, за исключением крупных коммерческих и промышленных предприятий.

Работа однофазного асинхронного двигателя

В отличие от трехфазных асинхронных двигателей, однофазные асинхронные двигатели не запускаются самостоятельно.Причина этого очень интересная.

Почему однофазный асинхронный двигатель не запускается самостоятельно?

Однофазный асинхронный двигатель имеет распределенную обмотку статора и короткозамкнутый ротор .

При питании от однофазного источника его обмотка статора создает поток (или поле), который только чередуется, то есть тот, который чередуется только по одной пространственной оси.

Это не синхронно вращающийся (или вращающийся) поток, как в случае двух- или трехфазной обмотки статора, питаемой от двухфазного источника питания.

Теперь переменный или пульсирующий поток, действующий на неподвижный короткозамкнутый ротор, не может производить вращение (только вращающийся поток может производить вращение). Именно поэтому однофазный двигатель не запускается самостоятельно.

Однако, если ротору такой машины дают начальный пуск рукой (или небольшим двигателем) или иным образом в любом направлении, то немедленно возникает момент, и двигатель ускоряется до своей конечной скорости ( если приложенный крутящий момент не слишком высок).

Это специфическое поведение двигателя было объяснено с использованием двух теорий ниже

  1. Теория с двумя полями или с двумя полями с вращением
  2. Теория с перекрестными полями .

Кратко обсуждается только теория вращения двойного поля.

Теория вращения с двумя полями

Эта теория использует идею о том, что переменная одноосная величина может быть представлена ​​двумя противоположно вращающимися векторами половинной величины.

Таким образом, переменный синусоидальный поток может быть представлен двумя вращающимися потоками, каждый из которых равен половине значения переменного потока, и каждый вращается синхронно в противоположных направлениях.

Double Field Revolving Theory Double Field Revolving Theory Теория вращения с двумя полями

Как показано на рис. (А), пусть переменный поток имеет максимальное значение φ м . Его составляющие потоки A и B будут равны φ м /2 , вращающихся в направлении против часовой стрелки и по часовой стрелке соответственно.

Через некоторое время, когда A и B повернутся на углы + θ и –θ, как на рис. (B), результирующий поток составит

Результирующий поток = 2 × (φ м /2) sin ( 2θ / 2) = φ м sinθ

После четверти цикла вращения потоки A и B будут направлены в противоположном направлении, как показано на рис. (С), так что результирующий поток будет равен нулю.

После половины цикла потоки A и B будут иметь результирующую величину -2 × (φ м /2) = –φ м .

После трех четвертей цикла снова результат равен нулю, как показано на рис (е) и так далее.

Если мы нанесем значения результирующего потока против θ между пределами от θ = 0 ° до θ = 360 °, то получится кривая, аналогичная показанной на рисунке.

Alternating Flux Alternating Flux Переменный поток

Вот почему переменный поток можно рассматривать как составленный из двух вращающихся потоков, каждый из которых имеет половину значения и вращается синхронно в противоположных направлениях.

Можно отметить, что если скольжение ротора составляет с относительно потока, вращающегося вперед (то есть вращающегося в том же направлении, что и ротор), то его скольжение относительно потока, вращающегося назад, составляет (2- с).

Untitled Untitled Крутящий момент против скольжения

Каждый из двухкомпонентных потоков, вращаясь вокруг статора, обрезает ротор, вызывает эдс и, таким образом, создает свой собственный крутящий момент.

Очевидно, что два крутящих момента (называемые прямыми и обратными крутящими моментами) направлены противоположно, так что чистый или результирующий крутящий момент равен их разности.

Следовательно, T f и T b численно равны, но, будучи направленными в противоположную сторону, не дают результирующего крутящего момента. Это объясняет, почему в однофазном двигателе нет пускового момента.

Однако, если ротор запускается каким-либо образом, скажем, по часовой стрелке, крутящий момент по часовой стрелке начинает увеличиваться, и в то же время крутящий момент против часовой стрелки начинает уменьшаться.

Следовательно, имеется определенный объем чистого крутящего момента в направлении по часовой стрелке, который ускоряет двигатель до полной скорости.

Как самостоятельно запустить однофазный асинхронный двигатель?

Как обсуждалось выше, однофазные асинхронные двигатели не запускаются самостоятельно, поскольку однофазный источник питания не может создавать вращающееся магнитное поле. Нам нужен двухфазный или трехфазный источник питания для создания вращающегося магнитного поля.

Но мы можем создать вращающееся магнитное поле с помощью двухфазной конструкции.

Таким образом, мы можем просто сказать, что для того, чтобы однофазный асинхронный двигатель самостоятельно запустился, мы должны временно преобразовать его в двухфазный двигатель во время его запуска.

Для этой цели статор однофазного асинхронного двигателя снабжен дополнительной обмоткой, известной как Пусковая или вспомогательная обмотка , в дополнение к основной обмотке или обмотке .

Обмотки с электрическим смещением на 90 градусов соединены параллельно через однофазный источник питания.

Устройство устроено так, что разность фаз между токами в двух обмотках статора (главной и рабочей обмотках) очень велика (идеальное значение составляет 90 градусов).Следовательно, двигатель ведет себя как двухфазный двигатель .

Эти два тока производят вращающийся поток и, следовательно, приводят в движение двигатель.

Разность фаз между токами в основной и рабочей обмотках может быть получена различными способами. Сдвиг фазы может быть достигнут путем подключения сопротивления, индуктивности или емкости последовательно с пусковой обмоткой.

Как создается фазовый сдвиг?

Разница между током в пусковой и рабочей обмотках в разных однофазных двигателях создается разными способами.

В этом разделе мы рассмотрим, как создается фазовый сдвиг в каждом однофазном двигателе.

Асинхронный двигатель с разделенной фазой

В асинхронном двигателе с разделенной фазой разность фаз создается за счет использования обмоток различного сопротивления и реактивного сопротивления в основной и вспомогательной обмотках.

Основная обмотка (рабочая обмотка): с низким сопротивлением, но с высокой реактивностью

Вспомогательная обмотка (с начальной обмоткой): высокое сопротивление и низкое реактивное сопротивление

Асинхронные двигатели с запуском конденсатора

Асинхронные двигатели с запуском конденсатора используют конденсатор последовательно со вспомогательной обмоткой для создать разность фаз между основной и вспомогательной обмотками.

Обычно для этой функции используется конденсатор электролитического типа.

Однофазный асинхронный двигатель

- STMicroelectronics

Принципы работы

Однофазный двигатель с обмоткой катушки - это простейший тип двигателя переменного тока , но для него требуется пусковой механизм. Это приводит к трем основным типам однофазных асинхронных двигателей: с заштрихованными полюсами , с разделенными фазами и конденсаторным двигателям .

Запуск двигателя может быть достигнут путем конструирования статора с двумя обмотками, главной и вспомогательной катушкой.Последовательное подключение конденсатора со вспомогательной обмоткой означает, что ток, протекающий через обе катушки, не в фазе. Именно эта разность фаз создает вращающий момент для начала вращения.

Электролитический пусковой конденсатор используется для достижения наилучших углов фазы между пусковой и главной обмотками и отключается от цепи пуска, когда двигатель достигает примерно 75% скорости полной нагрузки. Это , предназначенный для кратковременной работы , и его использование дольше, чем необходимо, может вызвать проблемы, , поэтому точный контроль крайне важен для .

Основные типы

  • Асинхронные электродвигатели с экранированным полюсом

    В электродвигателе с экранированным полюсом используется короткозамкнутый ротор и ротор , который обычно составляет от 1/20 до 1/6 лошадиных сил для небольших двигателей. Это имеет дополнительные обмотки в каждом углу статора, называемые теневыми обмотками. Они не связаны, но генерируют ток из индуцированного поля. Это блокирует поле, создавая низкий крутящий момент для движения двигателя.

  • асинхронные электродвигатели с разделенной фазой

    асинхронные электродвигатели с разделенной фазой имеют две обмотки , рабочую обмотку и вторичную пусковую обмотку и обычно работают до 1/3 лошадиных сил для привода лопастей на потолочном вентиляторе, промывки машины для ванн, воздуходувки для нефтяных печей и небольшие насосы.

    Пусковая обмотка с более высокой мощностью позволяет двигателю развивать скорость от 75 до 80%, а затем используется центробежный переключатель для переключения на менее мощную катушку запуска для экономии энергии.

Соображения

Однофазные двигатели переменного тока чрезвычайно распространены во всех сферах жизни. Подавляющее большинство двигателей, питаемых от бытовой или легкой промышленной сети, являются однофазными.

Один из ключей - правильно подобрать двигатель для приложения .Если двигатель не генерирует достаточный крутящий момент для конструкции, он всегда будет работать на максимуме, создавая большую нагрузку на компоненты и выделяя слишком много тепла. Точно так же, если двигатель слишком большой, он не будет работать эффективно и будет тратить энергию.

Тем не менее, однофазные источники питания могут использоваться для создания трехфазного источника переменного тока для управления трехфазным асинхронным двигателем.

Привод однофазного асинхронного двигателя также может видеть пульсацию крутящего момента , которая представляет собой регулярное изменение выходного крутящего момента, и разница между максимальным и минимальным значением часто выражается в процентах, чтобы подчеркнуть управляемость двигателя.

Обнаружение неисправностей в однофазных асинхронных двигателях обычно требует датчиков , так как недостаточно информации для реализации более сложных алгоритмов без датчиков.

Электродвигатель | Британика

Самый простой тип асинхронного двигателя показан в поперечном сечении на рисунке. Трехфазный набор обмоток статора вставлен в пазы утюга статора. Эти обмотки могут быть подключены либо в конфигурации «вай», обычно без внешнего подключения к нейтральной точке, либо в конфигурации «треугольник». Ротор состоит из цилиндрического железного сердечника с проводниками, размещенными в пазах вокруг поверхности. В наиболее обычной форме эти проводники ротора соединены вместе на каждом конце ротора проводящим торцевым кольцом.

Поперечное сечение трехфазного асинхронного двигателя. Encyclopædia Britannica, Inc.

Основу работы асинхронного двигателя можно разработать, предположив сначала, что обмотки статора подключены к трехфазному источнику электропитания и что набор из трех синусоидальных токов формы, показанной на рисунке, течет в обмотках статора. На этом рисунке показано влияние этих токов на создание магнитного поля через воздушный зазор машины в течение шести мгновений в цикле.Для простоты показана только центральная петля проводника для каждой фазовой обмотки. В момент времени t 1 на рисунке ток в фазе a является максимально положительным, в то время как в фазах b и c половина этого значения отрицательна. В результате создается магнитное поле с приблизительно синусоидальным распределением вокруг воздушного зазора с максимальным наружным значением вверху и максимальным внутренним значением внизу. В момент времени т 2 на рисунке (т.е.то есть, одна шестая часть цикла позже), ток в фазе c является максимально отрицательным, в то время как в фазе b и фазе a является половинным положительным значением. Результат, как показано для t 2 на рисунке, снова представляет собой синусоидально распределенное магнитное поле, но повернутое на 60 ° против часовой стрелки. Изучение распределения тока за т 3 , т 4 , т 5 и т 6 показывает, что магнитное поле продолжает вращаться с течением времени.Поле совершает один оборот за один цикл токов статора. Таким образом, объединенный эффект трех равных синусоидальных токов, равномерно смещенных во времени и протекающих в трех обмотках статора, равномерно смещенных в угловом положении, заключается в создании вращающегося магнитного поля с постоянной величиной и механической угловой скоростью, которая зависит от частоты электроснабжение.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Вращательное движение магнитного поля относительно проводников ротора вызывает индуцирование напряжения в каждом, пропорциональном величине и скорости поля относительно проводников.Поскольку проводники ротора закорачиваются вместе на каждом конце, эффект будет вызывать токи в этих проводниках. В простейшем режиме работы эти токи будут примерно равны индуцированному напряжению, деленному на сопротивление проводника. Структура токов ротора для момента т 1 на рисунке показана на этом рисунке. Видно, что токи приблизительно синусоидально распределены по периферии ротора и расположены так, чтобы создавать вращающий момент против часовой стрелки (т.е.крутящий момент в том же направлении, что и вращение поля). Этот крутящий момент действует для ускорения ротора и вращения механической нагрузки. Когда скорость вращения ротора увеличивается, его скорость относительно скорости вращения поля уменьшается. Таким образом, индуцированное напряжение уменьшается, что приводит к пропорциональному уменьшению тока в проводнике ротора и крутящего момента. Скорость ротора достигает постоянного значения, когда крутящий момент, создаваемый токами ротора, равен крутящему моменту, требуемому на этой скорости нагрузкой, при этом избыточный крутящий момент не доступен для ускорения объединенной инерции нагрузки и двигателя.

Вращающееся поле и токи, возникающие в короткозамкнутых проводниках ротора. Encyclopædia Britannica, Inc.

Механическая выходная мощность должна обеспечиваться электрической входной мощностью. Исходные токи статора, показанные на рисунке, достаточны для создания вращающегося магнитного поля. Для поддержания этого вращающегося поля в присутствии токов ротора на фигуре необходимо, чтобы обмотки статора передавали дополнительный компонент синусоидального тока такой величины и фазы, чтобы исключить влияние магнитного поля, которое могло бы возникнуть в противном случае. токами ротора на рисунке.Общий ток статора в каждой фазной обмотке представляет собой сумму синусоидальной составляющей для создания магнитного поля и другой синусоиды, ведущую первую на четверть цикла или на 90 °, чтобы обеспечить требуемую электрическую мощность. Второй или силовой компонент тока находится в фазе с напряжением, приложенным к статору, в то время как первый или намагничивающий компонент отстает от приложенного напряжения на четверть цикла, или на 90 °. При номинальной нагрузке этот намагничивающий компонент обычно находится в диапазоне 0.От 4 до 0,6 величины силовой составляющей.

Большинство трехфазных асинхронных двигателей работают с обмотками статора, подключенными напрямую к трехфазному источнику постоянного напряжения и частоты. Типичные напряжения питания находятся в диапазоне от 230 вольт между линиями для двигателей относительно малой мощности (например, от 0,5 до 50 кВт) до около 15 кВ от линии к линии для мощных двигателей до примерно 10 мегаватт.

За исключением небольшого падения напряжения в сопротивлении обмотки статора, напряжение питания соответствует скорости изменения магнитного потока в статоре машины.Таким образом, в источнике постоянного напряжения с постоянной частотой величина вращающегося магнитного поля поддерживается постоянной, а крутящий момент приблизительно пропорционален составляющей мощности тока питания.

При использовании асинхронного двигателя, показанного на предыдущих рисунках, магнитное поле вращается на один оборот за каждый цикл частоты питания. Для источника питания 60 Гц полевая скорость составляет 60 оборотов в секунду, или 3600 в минуту. Скорость ротора меньше скорости поля на величину, достаточную для того, чтобы индуцировать требуемое напряжение в проводниках ротора для создания тока ротора, необходимого для момента нагрузки.При полной нагрузке скорость, как правило, на 0,5–5 процентов ниже скорости поля (часто называемой синхронной скоростью), причем более высокий процент применяется к двигателям меньшего размера. Эта разница в скорости часто называется скольжением.

Другие синхронные скорости можно получить с помощью источника постоянной частоты, построив машину с большим числом пар магнитных полюсов, в отличие от двухполюсной конструкции на рисунке. Возможные значения скорости магнитного поля в оборотах в минуту: 120 f / p , где f - частота в герцах (циклов в секунду), а p - количество полюсов (которое должно быть четное число).Данная железная рама может быть намотана для любого из нескольких возможных чисел пар полюсов с помощью катушек, которые охватывают угол приблизительно (360/ p ) °. Крутящий момент, доступный от рамы машины, останется неизменным, поскольку он пропорционален произведению магнитного поля и допустимому току катушки. Таким образом, номинальная мощность для рамы, являющаяся произведением крутящего момента и скорости, будет примерно обратно пропорциональна числу пар полюсов. Наиболее распространенные синхронные скорости для 60-герцовых двигателей составляют 1800 и 1200 оборотов в минуту.

,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о