Однофазный двигатель переменного тока: Nothing found for Elektrooborudovanie Instrumenty Dvigateli Dvigatel Odnofaznyj Peremennogo Toka 1022%23I

Содержание

Что такое однофазный двигатель переменного тока



Однофазный асинхронный электродвигатель — устройство, принцип работы

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

Конструктивные особенности

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

Рис. 1. Конструкция однофазного асинхронного электродвигателя

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

Ротор

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

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

Статор

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

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

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

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

Принцип работы

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

Рис. 2. Принцип формирования магнитного потока в статоре

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

Рис. 3. Формирование потока обратного направления

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

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:

  • 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:

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

Рис. 4. Получение ЭДС в роторе

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

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

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

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

Схемы подключения

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

С пусковым сопротивлением

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

Рис. 5. Схема с пусковым сопротивлением

С конденсаторным запуском

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

Рис. 6. Схема с конденсаторным пуском

На практике пусковой конденсатор вместе с дополнительной обмоткой вводятся кнопкой пуска одновременно с подачей основного питания. Пусковая кнопка устроена таким образом, что контакт 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.

Рис. 7. Схема с расщепленными полюсами

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

Область применения

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

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

Видео по теме

Поделиться в социальных сетях

Комментарии и отзывы (6)

Руслан

Чего восторженные отзывы — не понял, статья слабая и малоинформативная.
ошибок куча. например: 1. конденсаторные 1ф ЭД чаще не с пусковой обмоткой, а с обоими рабочими. так КПД выше и на много; 2. какие 100кВт у двигателя с расщеплёнными полюсами. их больше 100 ВАТТ не делают, у них КПД ДО 50%!
самые мощные ОДНОфазные ЭД на единицы киловатт делают и только конденсаторные, причём, конденсаторы включены постоянно. например, движки насосов.

Макаров Дмитрий

Вы не поняли отзывов по той простой причине, что невнимательно читали статью или не вникали в ее смысл. Вы путаете пусковой и рабочий конденсатор – это как Крым и Рим, звучит похоже, но совершенно разные вещи!

На рисунке выше показано, что есть схема:

  • только с пусковой обмоткой и таким же пусковым конденсатором, о которой говорилось в статье;
  • второй – только с рабочим конденсатором, который присутствует в схеме питания электродвигателя постоянно;
  • третий вариант включает и конденсатор для пуска, и рабочий – одни присутствует для увеличения момента в начале вращения, второй поддерживает смещение постоянно.

Далее разберем, в чем вы ошибаетесь.

Первое, в статье четко описано, почему однофазный двигатель (именно с одной обмоткой для одной фазы) не может начать вращаться от сети с одной фазой самостоятельно. Поэтому и существует несколько способов для приведения вала в начальное вращение, один из которых – это конденсаторный пуск. Пусковой конденсатор вводится с пусковой обмоткой на короткий промежуток времени, чтобы образовался сдвиг в магнитном поле, который приведет ротор в начальное вращение. Благодаря тому, что пусковая обмотка имеет большее сечение, ток в ней значительно больше тока в витках рабочей на этапе включения, создает более сильный магнитный поток, который и воздействует на ротор со смещением на величину емкости.
Затем и конденсатор, и пусковая обмотка выводится из работы, так как их функция уже выполнена и ротор начал вращаться. Ток продолжает протекать только в рабочей обмотке двигателя. Если бы пусковая обмотка, как вы написали выше, оставалась в работе постоянно, то произойдет смещение магнитного поля и его форма станет менее эффективной, что снизит КПД однофазной электрической машины.

А вот то, о чем вы пишите, называется рабочим конденсатором, а не пусковым – это две большие разницы. Рабочий конденсатор действительно вводится в схему работы электродвигателя на постоянной основе, но это делается не для однофазных двигателей, а минимум, для двухфазных, которые подключаются к бытовой сети. В двухфазной модели, в отличии от однофазной нет пусковой обмотки, в нем обе рабочие, одинаковые по сечению проводников, объему и с симметричным расположением. Так как в однофазной сети подача напряжения на обе обмотки никакого вращения не даст, вторую обмотку действительно подключают через рабочий конденсатор, что и дает возможность воздействовать на ротор. Но это не тот вариант, когда КПД двигателя достигнет своего максимума – скорее вынужденный режим. Таким же способом, через рабочий конденсатор может включаться и трехфазный двигатель к однофазной сети, но КПД от его работы будет еще ниже.

По поводу мощности двигателей с расщепленными полюсами, то это естественно, что сегодня вы встречаете только маломощные модели, которые применимы для вентиляторов, некоторых логических приводов и т.д. Технология, разработанная в 1890 году, в наше время утратила актуальность для электрических машин большой мощности из-за наличия других способов пуска, за счет совершенствования электроники и т.д. Однако еще при союзе, когда не считали каждый киловатт электроэнергии, ее действительно применяли в электродвигателях до 100кВт, как одну из прогрессивных технологий того времени. Поэтому и сегодня вы еще можете встретить применение подобных агрегатов в учебных лабораториях и некоторых предприятиях, где их еще не заменили, а вот в продаже вряд ли.

Руслан

Автор пишет, о том, что ОСНОВНЫМ методом запуска и работы ОЭД является применение пусковой обмотки, при этом рабочая — одна. Я не согласен с ЭТОЙ формулировкой, а не с теоретическими выкладками. И теорию вопроса я знаю не хуже Вас, уж поверьте.
сейчас ВСЕ устройства, изготавливаемые человеком идут по пути удешевления и упрощения, поэтому, применение именно пусковых обмоток НЕ выгодно: энерговооружённость машины мала (одна из обмоток в работе НЕ участвует, но её надо изготовить, и она должна быть), нужен пусковой элемент с силовым контактом (контакты в электрике — самое слабое место).
про 100кВт однофазный электродвигатель: теоретически можно сделать всё что угодно, а зачем. говорите: «в СССР не считали каждый кВт электроэнергии». может поэтому этой страны теперь и нет… если бы считали ресурсы, было бы всё по другому?
есть теоретические изыскания, а есть экономическое обоснование. асинхронные электродвигатели — это самые простые (читай, надёжные и дешёвые) электрические машины, поэтому их большинство. НО, они имеют отвратительную внешнюю характеристику (однофазные — в особенности), поэтому, если у исполнительного механизма особые требования к приводу, то применяются или электромашины другого типа, или питание специальных асинхронных двигателей от частотных преобразователей.

Макаров Дмитрий

Да, в тексте написано, что однофазный асинхронный электродвигатель имеет две обмотки – одна из них рабочая, а вторая используется для подачи импульса, который обеспечивает начальный ход ротора. Как только возникает разность вращения ротора и воздействия электромагнитного поля, пусковая катушка, она же пусковой виток, выводится из электрической цепи. Поэтому в работе остается только одна обмотка, из-за чего в тексте и говориться, что рабочая обмотка одна.

Ваше понимание удешевления вообще не подходит к мировым тенденциям – в одном случае выгодно обойтись без пусковой обмотки, а в другом, наоборот, именно пусковая обмотка и обеспечивает необходимую экономию, а если рассмотреть однофазную асинхронную машину, то у нее это один виток. Если послушать, что вы говорите о контактах, так со смеху можно упасть! Да это слабое место, согласен, но вы можете себе представить, что в мире перестали выпускать щеточные двигатели, у которых этот самый контакт является скользящим и находится в режиме постоянного транзита электротока? Износ сумасшедший, расход материала на контакты никого не интересует, по той причине, что это наиболее рациональное решение для определенных технологических процессов.

Вот то, что каждый тип электрической машины применяется в соответствии со своими техническими параметрами – это однозначно верно. Асинхронные машины действительно самые дешевые и простые в работе, за счет чего получили такое широкое распространение. Но никто и не говорит, что они должны вытеснить все остальные виды агрегатов.

Источник

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.

Источник

Однофазный асинхронный электродвигатель

Однофазный асинхронный электродвигатель с пусковой обмоткой

Конструкция однофазного двигателя с вспомогательной или пусковой обмоткой

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.

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.

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.

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

  • 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

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:

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

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

  • где sобр – скольжение ротора относительно обратного магнитного потока

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 I2пр и I2обр. При этом частота тока в роторе пропорциональна скольжению, следовательно:

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

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

  • 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 Мобр, направленный против вращения ротора, то есть встречно моменту Мпр:

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

Результирующий вращающий момент, действующий на ротор однофазного асинхронного двигателя,

Тормозящее действие обратного поля

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

  • 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.

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 .

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.

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.

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.

Однофазный электродвигатель с экранированными полюсами

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 электродвигатель 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.

Источник

Двигатель однофазный переменного тока – принцип работы и устройство агрегата

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
    • Принцип действия однофазного двигателя
    • Подключение двигателя
  • Строение асинхронного однофазного двигателя
    • Асинхронный двигатель
    • Что происходит в обмотках при включении

Основная информация

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.

  • 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.

  • 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

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

  • 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.

  • 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

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.

  • 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.

  • 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.

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

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.

  • 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.

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

  • 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.

  • 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.

  • 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?

  • 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.

Источник

Устройство, эксплуатация, применение однофазных двигателей

Трудно найти современное бытовое устройство, где бы не применялся однофазный двигатель. Они нашли широкое применение в самых различных бытовых решениях, поскольку являются идеальным источником образования вращающего момента там, где система электропитания представляет собой стандартную двухпроводную однофазную сеть.

Краткое описание конструкции

Однофазные двигатели по своей конструкционной идее достаточно просты. Чтобы было понятнее, будем рассматривать инженерное решение последовательно, крупными блоками и избежим погружения в физику переменного тока с его встречными полями и другими тонкостями.

Асинхронный двигатель состоит из двух главных деталей — ротора и статора. На них расположены обмотки, к которым подается напряжение. Обмотку статора можно представить как одно целое, подключаемое к двум контактам питания. В то время как на роторе всегда присутствует несколько обособленных обмоток.

Вращение вала ротора происходит из-за разницы направления электромагнитного поля ротора и статора, благодаря чему возникает движущая сила. К обмоткам ротора напряжение прикладывается последовательно, для чего служат токосъемные щетки и несколько пар контактов, расположенных на отдельном цилиндрическом секторе в зоне вала. Пуск двигателя и его дальнейшая работа в классическом, конденсаторном варианте, происходит следующим образом:

  • на статоре, кроме основной обмотки, присутствует маломощная пусковая, подключенная через конденсатор;
  • при начальной подаче напряжения обмотка статора и подключенная щетками обмотка ротора образовывали бы электромагнитные поля со встречными, четко геометрически совпадающими противоположными полюсами, без образования движущей силы. Но пусковая обмотка, подключенная через конденсатор, создает смещенное по фазе поле, которое и вызывает начальный импульс вращения;
  • после поворота ротора происходит переключение щетками контактов новой обмотки, которая уже не совпадает по направлению поля с характеристиками статора и образует основную движущую силу;
  • вращение продолжается, на роторе переключаются обмотки, пусковая обмотка статора отключается, продолжает работать только основная.

После отключения питания вращение ротора какое-то время продолжается по инерции и затухает. Скорость падения оборотов зависит от нагрузки на валу, а также общей массы ротора и показателей трения в соединениях двигателя. Чтобы увеличить коэффициент полезного действия, применяют качественные подшипники скольжения, которые практически не требуют обслуживания.

Какие тонкости конструирования позволяют добиваться нужных показателей работы двигателей

Количество энергии, которое двигатель может образовывать в виде крутящего момента, не зависит напрямую от характеристик потребляемой мощности. Если присмотреться к бытовым приборам, можно заметить, что двигатель кухонного миксера потребляет столько же мощности, сколько привод надежного и производительного сверлильного станка.

Но при этом миксер может поставить в тупик даже густое тесто, а станок не остановит даже полоса закаленной стали толщиной в несколько сантиметров. Все дело в количестве обмоток ротора и в их физических характеристиках, грубо говоря, в напряженности электромагнитного поля, которое они способны создать.

Двигатель миксера оперирует малыми величинами электродвижущей силы, а мотор станка при той же мощности обеспечивает на валу огромный момент благодаря большим показателям генерации внутренних магнитных полей.

В результате с помощью манипулирования характеристиками обмоток ротора и статора, инженеры могут создавать двигатели, которые будут способны выполнять поставленные задачи и одновременно иметь нужные габариты, чтобы компактно разместиться в корпусах разрабатываемых устройств.

Применение однофазных двигателей

Собственно, применение у электрического однофазного двигателя всего одно. Создавать вращающий момент на собственном валу. Задача остальных инженерных решений, которые применяются в различных устройствах — использовать данный вид энергии, с преобразованием или без, в целях, которые задумали инженеры для удовлетворения потребностей пользователя. Опишем кратко, как реализуются те или иные варианты прямого применения вращающего момента и его преобразования в разные формы движения и энергии.

Прямое применение

Самый простой и понятный пример прямого применения вращающего момента электродвигателя — современные вентиляторы. В идеале это всем знакомые изделия китайской промышленности — огромные лопасти, которые закреплены непосредственно на валу однофазного двигателя переменного тока.

Аналогичный принцип используется в бытовых устройствах повсеместно. Это вентиляторы бытовой техники, отвечающие за охлаждение, приводы лопастей тепловентиляторов и даже напольных охладителей — кондиционеров, использующих испарение жидкости на решетках в роли средства понижения температуры.

Преобразование с целью увеличение крутящего момента

Можно уверенно сказать, что в большинстве случаев в использовании однофазных электрических моторах применяются методики понижения количества оборотов на валу конечного исполнительного устройства. Это ведет к росту вращающего момента (развиваемого усилия), что с инженерной точки зрения имеет массу преимуществ:

  • на исполнительном устройстве в большинстве случаев не нужно такое большое количество оборотов, которое развивает вал двигателя;
  • при преобразовании происходит снижение нагрузки на мотор;
  • устройство развивает хороший момент, который при определенной мощности двигателя может обеспечиваться с отличными показателями стабильности при широких колебаниях нагрузки.

Говоря простым языком, дешевая китайская дрель, у которой преобразование оборотов минимально, просто заклинит при попытке пройти сверлом твердый или крайне вязкий и прочный материал. Та же по мощности качественная дрель, оснащенная механическим преобразователем, на сниженных оборотах легко справится с поставленной задачей.

Такой принцип преобразования момента позволяет инженерам минимизировать размеры двигателей или же гарантировать, что устройство справится с очень серьезными нагрузками.

Преобразование рода движения

Рассмотрим, что происходит в разного рода приборах, исполнительный орган которых совершает возвратно-поступательные движения. Все эти приборы приводятся в действие однофазным двигателем. Однако его вал передает движение либо кулачковому механизму, либо расположеному в центре круга, на краю которого в одной точке закреплен конец шатуна.

Работа кулачкового механизма может быть охарактеризована просто: усилие развивается в одном направлении движения исполнительного органа. Обратный ход обеспечивает либо еще один кулачковый механизм, что достаточно сложно в реализации, либо пружина. При работе шатуна двигатель отвечает за обе фазы возвратно-поступательного движения, что гарантирует полное использование мощности.

На таком принципе построено множество бытовых и промышленных механизмов. К примеру, массажеры с режимом вибрации, машинки для стрижки волос, электрические лобзики, швейные машины, компрессоры холодильников (в общем случае), уплотнители для бетона и многое другое.

Чем выгодны однофазные электрические двигатели

Прежде всего, однофазный электрический двигатель ценен простотой конструкции, отсутствием специального управления, а также возможностями тонкой регулировки как оборотов, так и скорости пуска. Поэтому с инженерной точки зрения такое устройство имеет массу преимуществ:

  • при стабильной нагрузке выделяет четко фиксированное количество тепла, что позволяет обеспечить режим охлаждения и безопасность работы;
  • с применением систем понижения оборотов возможно обеспечивать высокое усилие на конечном исполнительном органе и нивелировать броски нагрузки на валу двигателя;
  • массогабаритные показатели электромотора могут быть рассчитаны точно под выполнение конкретных задач, не перегружая и не создавая избыточную стоимость бытового или промышленного устройства;
  • применяя системы плавного пуска, можно добиться чрезвычайно долгой безаварийной работы однофазного двигателя переменного тока;
  • используемым в конструкции подшипникам качения не требуется специальное обслуживание;
  • однофазные двигатели ремонтопригодны благодаря простой конструкции.

Как следствие, покупая электродвигатель однофазного переменного тока, можно быть уверенным в его надежности и долговечности. Обеспечивая стабильные параметры входного напряжения, надлежащий режим охлаждения и не допуская перегрузок электромотора, можно не обслуживать его если не десятилетиями, то годами — наверняка.


Двигатель однофазный переменного тока: принцип работы

УПРАВЛЕНИЕ ДВИГАТЕЛЯМИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

В основу управления режимами работы двигателей переменного тока заложен принцип зависимости частоты вращения вала от величины напряжения, прикладываемого к катушкам статора.

При фиксированной величине тока это означает изменение мощности, передаваемой в нагрузочную (роторную) цепь. Еще один параметр, которым нередко приходится управлять при эксплуатации двигателей рассматриваемого класса – направление вращения вала (реверс).

Для реализации двух этих возможностей применяются различные схемы, построенные на компонентах того или иного типа.

Это могут быть:

  • транзисторные ключи или реле;
  • тиристорные элементы;
  • электронные тиристоры (симисторы).

Транзисторы применяется сегодня крайне редко, поскольку на смену им пришли более эффективные тиристорные и симисторные управляющие элементы.

С их помощью удается непосредственно изменять величину мощности, отдаваемой в нагрузочную цепочку ротора. Для этих целей применяются современные методы широтно-импульсного или фазоимпульсного управления.

Для получения нужной частоты вращения вала и мощности, отдаваемой непосредственно в нагрузку, используется особый электронный элемент – симистор. Степень его открытия задается подачей на управляющий электрод соответствующего напряжения или последовательности прямоугольных импульсов.

Во втором случае частота следования задает время открытия прямого перехода симистора, что в конечном счете определяет величину мощности, передаваемой в управляемую роторную цепочку.

  *  *  *

2014-2021 г.г. Все права защищены.Материалы сайта имеют ознакомительный характер и не могут использоваться в качестве руководящих и нормативных документов.

Асинхронный или коллекторный: как отличить

Вообще, отличить тип двигателя можно по табличке — шильдику — на которой написаны его данные и тип. Но это только в том случае, если его не ремонтировали. Ведь под кожухом может быть что угодно. Так что если вы не уверены, лучше определить тип самостоятельно.

Так выглядит новый однофазный конденсаторный двигатель

Как устроены коллекторные движки

Отличить асинхронный и коллекторный двигатели можно по строению. У коллекторных обязательно есть щетки. Они расположены возле коллектора. Еще обязательный атрибут движка этого типа — наличие медного барабана, разделенного на секции.

Такие двигатели выпускаются только однофазные, они часто устанавливаются в бытовой технике, так как позволяют получить большое число оборотов на старте и после разгона. Также они удобны тем, что легко позволяют менять направление вращения — необходимо только поменять полярность. Несложно также организовать изменение скорости вращения — изменением амплитуды питающего напряжения или угла его отсечки. Потому и используются подобные двигатели в большей части бытовой и строительной техники.

Строение коллекторного двигателя

Недостатки коллекторных двигателей — высокая шумность работы на больших оборотах. Вспомните дрель, болгарку, пылесос, стиральную машину и т.д.. Шум при их работе стоит приличный. На малых оборотах коллекторные двигатели не так шумят (стиральная машина), но не все инструменты работают в таком режиме.

Второй неприятный момент — наличие щеток и постоянного трения приводит к необходимости регулярного технического обслуживания. Если токосъемник не чистить, загрязнение графитом (от стирающихся щеток) может привести к тому, что соседние секции в барабане соединятся, мотор попросту перестанет работать.

Асинхронные

Асинхронный двигатель имеет статор и ротор, может быть одно и трёхфазным. В данной статье рассматриваем подключение однофазных двигателей, потому речь пойдет только о них.

Асинхронные двигатели отличаются невысоким уровнем шумов при работе, потому устанавливаются в технике, шум работы которой критичен. Это кондиционеры, сплит-системы, холодильники.

Строение асинхронного двигателя

Есть два типа однофазных асинхронных двигателей — бифилярные (с пусковой обмоткой) и конденсаторные. Вся разница состоит в том, что в бифилярных однофазных двигателях пусковая обмотка работает только до разгона мотора. После она выключается специальным устройством — центробежным выключателем или пускозащитным реле (в холодильниках). Это необходимо, так как после разгона она только снижает КПД.

В конденсаторных однофазных двигателях конденсаторная обмотка работает все время. Две обмотки — основная и вспомогательная — смещены относительно друг друга на 90°. Благодаря этому можно менять направление вращения. Конденсатор на таких двигателях обычно крепится к корпусу и по этому признаку его несложно опознать.

Более точно определить бифилярный или конденсаторный двигатель перед вами, можно при помощи измерений сопротивления обмоток. Если сопротивление вспомогательной обмотки больше в два раза (разница может быть еще более значительная), скорее всего, это бифилярный двигатель и эта вспомогательная обмотка пусковая, а значит, в схеме должен присутствовать выключатель или пусковое реле. В конденсаторных двигателях обе обмотки постоянно находятся в работе и подключение однофазного двигателя возможно через обычную кнопку, тумблер, автомат.

Схемы подключения однофазных асинхронных двигателей

С пусковой обмоткой

Для подключения двигателя с пусковой обмоткой потребуется кнопка, у которой один из контактов после включения размыкается. Эти размыкающиеся контакты надо будет подключить к пусковой обмотке. В магазинах есть такая кнопка — это ПНВС. У нее средний контакт замыкается на время удержания, а два крайних остаются в замкнутом состоянии.

Внешний вид кнопки ПНВС и состояние контактов после того как кнопка «пуск» отпущена»

Сначала при помощи измерений определяем какая обмотка рабочая, какая — пусковая. Обычно вывод от мотора имеет три или четыре провода.

Рассмотрим вариант с тремя проводами. В этом случае две обмотки уже объединены, то есть один из проводов — общий. Берем тестер, измеряем сопротивление между всеми тремя парами. Рабочая имеет самое меньшее сопротивление, среднее значение — пусковая обмотка, а наибольшее — это общий выход (меряется сопротивление двух последовательно включенных обмоток).

Если выводов четыре, они звонятся попарно. Находите две пары. Та, в которой сопротивление меньше — рабочая, в которой больше — пусковая. После этого соединяем один провод от пусковой и рабочей обмотки, выводим общий провод. Итого остается три провода (как и в первом варианте):

  • один с рабочей обмотки — рабочий;
  • с пусковой обмотки;
  • общий.

С этими тремя проводами и работаем дальше — используем для подключения однофазного двигателя.

Со всеми этими

Подключение однофазного двигателя с пусковой обмоткой через кнопку ПНВС

подключение однофазного двигателя

Все три провода подключаем к кнопке. В ней тоже имеется три контакта. Обязательно пусковой провод «сажаем на средний контакт (который замыкается только на время пуска), остальные два — на крайние (произвольно)

К крайним входным контактам ПНВС подключаем силовой кабель (от 220 В), средний контакт соединяем перемычкой с рабочим (обратите внимание! не с общим). Вот и вся схема включения однофазного двигателя с пусковой обмоткой (бифилярного) через кнопку

Конденсаторный

При подключении однофазного конденсаторного двигателя есть варианты: есть три схемы подключения и все с конденсаторами. Без них мотор гудит, но не запускается (если подключить его по схеме, описанной выше).

Схемы подключения однофазного конденсаторного двигателя

Первая схема — с конденсатором в цепи питания пусковой обмотки — хорошо запускаются, но при работе мощность выдают далеко не номинальную, а намного ниже. Схема включения с конденсатором в цепи подключения рабочей обмотки дает обратный эффект: не очень хорошие показатели при пуске, но хорошие рабочие характеристики. Соответственно, первую схему используют в устройствах с тяжелым пуском (бетономешалки, например), а с рабочим конденсором — если нужны хорошие рабочие характеристики.

Схема с двумя конденсаторами

Есть еще третий вариант подключение однофазного двигателя (асинхронного) — установить оба конденсатора. Получается нечто среднее между описанными выше вариантами. Эта схема и реализуется чаще всего. Она на рисунке выше в середине или на фото ниже более детально. При организации данной схемы тоже нужна кнопка типа ПНВС, которая будет подключать конденсатор только не время старта, пока мотор «разгонится». Потом подключенными останутся две обмотки, причем вспомогательная через конденсатор.

Подключение однофазного двигателя: схема с двумя конденсаторами — рабочим и пусковым

При реализации других схем — с одним конденсатором — понадобится обычная кнопка, автомат или тумблер. Там все соединяется просто.

Подбор конденсаторов

Есть довольно сложная формула, по которой можно высчитать требуемую емкость точно, но вполне можно обойтись рекомендациями, которые выведены на основании многих опытов:

  • рабочий конденсатор берут из расчета 70-80 мкФ на 1 кВт мощности двигателя;
  • пусковой — в 2-3 раза больше.

Рабочее напряжение этих конденсаторов должно быть в 1,5 раза выше, чем напряжение сети, то есть, для сети 220 вольт берем емкости с рабочим напряжением 330 В и выше. А чтобы пуск проходил проще, для пусковой цепи ищите специальный конденсатор. У них в маркировке присутствует слова Start или Starting, но можно взять и обычные.

Изменение направления движения мотора

Если после подключения мотор работает, но вал крутится не в том направлении, которое вам надо, можно поменять это направление. Это делают поменяв обмотки вспомогательной обмотки. Когда собирали схему, один из проводов подали на кнопку, второй соединили с проводом от рабочей обмотки и вывели общий. Вот тут и надо перекинуть проводники.

Соединим статор и ротор. Что получится?

Таким образом, имеем асинхронный короткозамкнутый двигатель с ротором, в обмотке которого проходит электрический ток. Он и будет причиной возникновения магнитного поля вокруг якорной обмотки. Однако полярность этого потока будет отличаться от созданного статором. Соответственно, и сила, образуемая им, будет вступать в противодействие с той, которая вызвана магнитным полем первичной обмотки. Это и приведёт в движение ротор, так как на нём собрана вторичная катушка, и хвостовики вала якоря закреплены в корпусе двигателя на подшипниках.

Рассмотрим ситуацию взаимодействия сил, возникающих от магнитных полей статора и ротора, с течением времени. Знаем, что магнитное поле первичной обмотки вращается и обладает определённой частотой. Созданная им сила будет перемещаться, имея аналогичную скорость. Это заставит асинхронный двигатель заработать. И его ротор будет свободно вращаться вокруг оси.

Варианты подключения однофазных асинхронных двигателей

Двигатели с пусковой обмоткой

Чтобы управлять работой асинхронным двигателем, имеющим пусковую обмотку, разработана специальная кнопка. Она состоит из трех контактов, один из которых отключается после включения устройства. Называется эта кнопка «ПНВС» и включает в себя средний контакт, который не фиксируется после включения и два крайних контакта с фиксацией.

Если двигатель с пусковой обмоткой, то у него может быть 3 или 4 вывода. Измерив их сопротивление, можно узнать, какой из концов или каких 2 конца имеют отношение к пусковой обмотке.

У двигателя, имеющего 3 вывода, один из концов пусковой обмотки уже соединен с рабочей обмоткой. Как уже было сказано выше, рабочая обмотка всегда имеет меньшее сопротивление, по сравнению с пусковой. У двигателя с 4-мя выводами пусковую обмотку придется соединять с рабочей самостоятельно, на пусковой кнопке. В результате, получится также 3 вывода, которые принимают участие в работе двигателя:

  • Один конец от рабочей обмотки.
  • Другой конец от пусковой обмотки.
  • Третий конец общий (соединение рабочей и пусковой обмотки).

Поэтому подключение таких двигателей ничем не отличается друг от друга, достаточно найти обмотки и соответствующим образом подключить их на реле ПНВС.

Подключение однофазного двигателя с пусковой обмоткой посредством кнопки ПНВС.

Правильное подключение:

Три провода, выходящие из двигателя, подключаются так: провод, представляющий пусковую обмотку, крепится к среднему контакту (верхнему), а остальные два на крайние (тоже верхние) контакты. Питание 220 V подается на крайние контакты (нижние), при этом средний нижний контакт соединяется перемычкой с боковым контактом (нижним), который включает рабочую обмотку, но не общую, представляющую соединение рабочей и пусковой обмотки. В противном случае двигатель просто не запустится.

Конденсаторные двигатели

Существует три варианта (схемы) подключения конденсаторных двигателей к сети 220V. Без конденсаторов двигатель работать не будет. Он не запустится и будет гудеть. Такая длительная работа может привести к перегреву и выходу его из строя.

Первая схема связана с включением конденсатора в цепь питания конденсаторной обмотки. Подобная схема легко запускает двигатель, но его работа связана с низким К.П.Д. Схема, где конденсатор включен к цепи питания рабочей обмотки обладает лучшими показателями к.п.д., но при этом возникают проблемы с пуском двигателя. Поэтому первая схема используется для условий с тяжелым пуском, если при этом не требуются высокие рабочие характеристики.

Схема с двумя конденсаторами

Третий вариант подключения связан с установкой 2-х конденсаторов, поэтому схема представляет что-то среднее между вышеописанными двумя вариантами. Схема располагается в середине и более детально ее подключение представлено на фото ниже. Для реализации такой схемы включения потребуется кнопка ПНВС. Она необходима лишь для того, чтобы кратковременно подключать второй конденсатор, на время разгона двигателя. После отключения пускового конденсатора в работе останется две обмотки, причем пусковая обмотка должна быть подключена через конденсатор.

Другие схемы подключения не требуют кнопки ПНВС, поскольку подключение конденсаторов фиксированное, на все время работы электродвигателя. Поэтому достаточно воспользоваться обычным автоматическим выключателем с фиксацией включенных контактов.

Назначение асинхронного двигателя

Введение

Трёхфазный двигатель — электродвигатель, который конструктивно предназначен для питания от трехфазной сети переменного тока.

Представляет собой машину переменного тока, состоящую из статора с тремя обмотками, магнитные поля которых сдвинуты в пространстве на 120° и при подаче трехфазного напряжения образуют вращающееся магнитное поле в магнитной цепи машины, и из ротора — различной конструкции — вращающегося строго со скоростью поля статора (Синхронный двигатель) или несколько медленнее его.

Наибольшее распространение в технике и промышленности получил асинхронный трёхфазный электродвигатель с короткозамкнутой обмоткой ротора, также называемой «беличье колесо». Под выражением «трехфазный двигатель» обычно подразумевается именно этот тип двигателя, и именно он описывается далее в статье.

ПСТ.КР140448ЭЛ41-09с20.000ПЗ
ПСТ.КР140448ЭЛ41-09с20.000ПЗ

Асинхронный трёхфазный электродвигатель.

Расчет трехфазного асинхронного электродвигателя.

Исходные данные: Iпуск/Iном = 6,5; Ммакс/Мно = 2,0; КПДном = 0,82; сosjном = 0,83; Тип двигателя—4А80А2У3; Рном=1,5 кВТ; Sном=7,0 %.

Решение

Определим номинальный ток двигателя:

По найденному значению тока из табл. Приложения 2 выбираем сечение питающего провода для двигателя. При номинальном токе 3,35 А подойдут провода сечением 2,5 кв. мм трехжильные медные с резиновой или полихлорвиниловой изоляцией или трехжильные алюминиевые провода с резиновой или полихлорвиниловой изоляцией.

Определим величину пускового тока из известного по условию задачи соотношения Iпуск/Iном = 6,5:

Определим номинальный ток плавкой вставки:

Если принять, что двигатель работает с тяжелыми условиями пуска (большая длительность разгона, частые пуски):

Из ряда стандартных плавких вставок на номинальные токи 6, 10, 15, 20, 25, 30, 50, 60, 80, 100, 120, 150 А выбираем вставку на номинальный ток 15 А.

Определим частоту вращения магнитного поля двигателя:

В обозначении двигателя (4А80А2У3) после буквы «А» указано количество полюсов, количество пар полюсов вдвое меньше, т.е. в данном случае Р = 1.

ПСТ.КР140448ЭЛ41-09с20.000ПЗ

Определим частоту вращения ротора двигателя:

Определим вращающий момент при номинальном режиме работы:

Из заданной по условию задачи перегрузочной способности двигателя (Ммакс/Мно = 2,0) определим максимальный вращающий момент:

Определим величину скольжения, при которой момент наибольший:

Из двух полученных значений по условию устойчивой работы двигателя выбираем .

Определим пусковой момент двигателя (при S = 1):

Определим момент при S = 0,2:

Момент при S = 0,4:

ПСТ.КР140448ЭЛ41-09с20.000ПЗ

Построим график зависимости вращающего момента от скольжения:

Трёхфазный двигатель — электродвигатель, который конструктивно предназначен для питания от трехфазной сети переменного тока.

Представляет собой машину переменного тока, состоящую из статора с тремя обмотками, магнитные поля которых сдвинуты в пространстве на 120° и при подаче трехфазного напряжения образуют вращающееся магнитное поле в магнитной цепи машины, и из ротора — различной конструкции — вращающегося строго со скоростью поля статора (Синхронный двигатель) или несколько медленнее его.

ПСТ.КР140448ЭЛ41-09с20.000ПЗ

Назначение асинхронного двигателя

Система трехфазного переменного тока, позволившая создать устройства для получения вращающегося магнитного потока, вызвала появление наиболее распространенного в данное время электродвигателя, называемого асинхронным. Это название обусловлено тем, что вращающаяся часть машины — ротор — всегда вращается со скоростью, не равной скорости магнитного потока, т.е. не синхронно с ним. Изготовляемый на мощности от долей ватта до тысяч киловатт при напряжениях 127, 220, 380, 500, 600, 3000, 6000, 10000 В, этот электродвигатель прост по конструкции, надежен в эксплуатации и дешев по сравнению с другими типами. Он применяется во всех видах работ, где не требуется поддержания постоянной скорости вращения, а также в быту, в однофазном исполнении для малой мощности.

Источник



Достоинства и недостатки асинхронных двигателей.

Основные достоинства асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором:

1. Очень простое устройство, что позволяет сократить затраты на его изготовление.

2. Цена намного меньше по сравнению с другими двигателями.

3. Очень простая схема запуска.

4. Скорость вращения вала практически не меняется с увеличением нагрузки.

5. Хорошо переносит кратковременные перегрузы.

6. Возможность подключения трёхфазных двигателей в однофазную сеть.

7. Надёжность и возможность эксплуатировать практически в любых условиях.

8. Имеет очень высокий показатель КПД и cos φ.

Недостатки:

1. Не возможности контролировать частоту вращения ротора без потери мощности.

2. Если увеличить нагрузку, то уменьшается момент.

3. Пусковой момент очень мал по сравнению с другими машинами.

4. При недогрузе увеличивается показатель cos φ

5. Высокие показатели пусковых токов.

Достоинства двигателей с фазным ротором:

1. По сравнению с короткозамкнутыми двигателями, имеет достаточно большой вращающий момент. Что позволяет его запускать под нагрузкой.

2. Может работать с небольшим перегрузом, и при этом частота вращения вала практически не меняется.

3. Небольшой пусковой ток.

4. Можно применять автоматические пусковые устройства.

Недостатки:

1. Большие габариты.

2. Показатели КПД и cos φ меньше, чем у двигателей с короткозамкнутым ротором. И при недогрузе эти показатели имеют минимальное значение

3. Нужно обслуживать щёточный механизм.

Принцип действия

Обмотки статора при помощи переменного тока образуют магнитные поля. Они имеют одинаковую амплитуду и частоту, но действуют в разных направлениях, поэтому статический ротор начинает вращаться.

Если в двигателе отсутствует пусковой механизм, ротор останавливается, потому что результирующий крутящий момент равен нулю. В случае, когда ротор начинает вращаться в одном направлении, соответствующий крутящий момент становится выше, когда вал двигателя продолжает вращаться в заданном направлении.

Момент запуска

Сигналом к запуску становится магнитное поле двух обмоток, вращающее подвижную часть двигателя. Оно создается 2 обмотками: главной и пусковой. Дополнительная обмотка меньшего размера является пусковой и подключается к основной схеме включения однофазного двигателя через ёмкостное или индуктивное сопротивление.

Пусковая обмотка может работать кратковременно. Более длительное время нахождения под нагрузкой может вызвать перегревание и воспламенение изолирующих элементов, что приведет к выходу из строя.

Надежность повышается за счет встраивания в схему однофазного асинхронного двигателя таких элементов как тепловое реле и центробежный выключатель. Последний отключает пусковую фазу в тот момент, когда ротор разгоняется до номинальной скорости. Отключение происходит автоматически.

Работа реле происходит следующим образом: когда обмотки нагреваются до предельного значения, установленного на реле, механизм прерывает подачу питания на обе фазы, предотвращая отказ из-за перегрузки или по любой другой причине. Это защищает от возгорания.

Возможно, вам будет интересно также почитать все, что нужно знать о шаговых электродвигателях в другой нашей статье.

Варианты подключения

Для того, чтобы мотор заработал необходимо иметь одну 220-вольтовую фазу. Это значит, что подойдет любая стандартная розетка. Благодаря этой простоте двигатели завоевали популярность в быту. Любой прибор, начиная от стиральной машины и до соковыжималки, имеет подобные механизмы в своем составе.

Известны два типа однофазных двигателей в зависимости от способа подключения:

  1. Однофазный асинхронный двигатель с пусковой обмоткой.
  2. Однофазный двигатель с конденсатором.

Схема подключения однофазного асинхронного двигателя с помощью конденсаторов изображена на рисунке.

Схема содержит пусковую обмотку с конденсатором. После ускорения ротора происходит выключение катушки. Рабочий конденсатор не позволяет размыкаться пусковой цепи, и запускающая обмотка работает через конденсатор в постоянном режиме.

Одновременно с рабочей обмоткой пусковая катушка снабжена током через конденсатор. При использовании в режиме пуска у катушки более высокое активное сопротивление. Фазовый сдвиг при этом имеет достаточную величину, чтобы началось вращение.

Допускается брать пусковую обмотку, с меньшей индуктивностью и большим сопротивлением. Запуск конденсатора осуществляется при подключении его к пусковой обмотке и временному источнику питания.

Чтобы достичь максимального значения пускового момента требуется вращающееся магнитное поле. Для этого нужно добиться положения обмоток под углом 900. При правильно рассчитанной емкости конденсатора обмотки могут быть смещены на 900 градусов. Расчет однофазного асинхронного двигателя зависит от схем подключения, которые приведены ниже.

Различные варианты подключения:

  • временное включение электрического тока на стартовую обмотку через конденсатор;
  • подача на пусковое устройство через резистор, без конденсатора;
  • запуск через конденсатор на пусковую обмотку постоянно, одновременно с работой рабочей обмотки.

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.

Электродвигатели 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.

https://youtube.com/watch?v=NW9T9xHFTuw

Типы однофазных двигателей переменного тока. Однофазные асинхронные двигатели. Устройство и принцип действия

Области применения. Асинхронные двигатели небольшой мощности (15 — 600 Вт) применяют в автоматических устройствах и электробытовых приборах для привода вентиляторов, насосов и другого оборудования, не требующего регулирования частоты вращения. В электробытовых приборах и автоматических устройствах обычно используют однофазные микродвигатели, так как эти приборы и устройства, как правило, получают питание от однофазной сети переменного тока.

Принцип действия и устройство однофазного двигателя. Обмотка статора однофазного двигателя (рис. 4.60, а) расположена в пазах, занимающих примерно две трети окружности статора, которая соответствует паре полюсов. В результате

(см. гл. 3) распределение МДС и индукции в воздушном зазоре близко к синусоидальному. Поскольку по обмотке проходит переменный ток, МДС пульсирует во времени с частотой сети. Индукция в произвольной точке воздушного зазора

В х = В m sinωtcos (πх/τ) .

Таким образом, в однофазном двигателе обмотка статора создает неподвижный поток, изменяющийся во времени, а не круговой вращающийся поток, как в трехфазных двигателях при симметричном питании.

Для упрощения анализа свойств однофазного двигателя представим (4.99) в виде

В х = 0,5В т sin (ωt — πх/τ) + 0,5В т sin (ωt + πх/τ), .

т. е. заменим неподвижный пульсирующий поток суммой идентичных круговых полей, вращающихся в противоположных направлениях и имеющих одинаковые частоты вращения: n 1пр = n 1обр = n 1 . Поскольку свойства асинхронного двигателя при круговом вращающемся поле подробно рассмотрены в § 4.7 — 4.12, анализ свойств однофазного двигателя можно свести к рассмотрению совместного действия каждого из вращающихся полей. Иными словами, однофазный двигатель можно представить в виде двух одинаковых двигателей, роторы которых жестко связаны между собой (рис. 4.60, б), при встречном направлении вращения магнитных полей и создаваемых ими моментов М пр и М обр. Поле, направление вращения которого совпадает с направлением вращения ротора, называют прямым; поле обратного направления — обратным или инверсным.

Допустим, что направление вращения роторов совпадает с направлением одного из вращающихся полей, например с n пр. Тогда скольжение ротора относительно потока Ф пр

s пр = (n 1пр — п 2)/n 1пр = (n 1 — п 2)/n 1 = 1 — n 2 /n 1 . .

Скольжение ротора относительно потока Ф обр

s обр = (n 1обр + п 2)/п 1обр = (n 1 + п 2)/n 1 = 1 + п 2 /n 1 . .

Из (4.100) и (4.101) следует, что

s o6p = 1 + п 2 /n 1 = 2 — s пр. .

Электромагнитные моменты М пр и М обр, образуемые прямым и обратным полями, направлены в противоположные стороны, а результирующий момент однофазного двигателя М рез равен разности моментов при одной и той же частоте вращения ротора.

На рис. 4.61 показана зависимость М = f(s) для однофазного двигателя. Рассматривая рисунок, можно сделать следующие выводы:

а) однофазный двигатель не имеет пускового момента; он вращается в ту сторону, в которую приводится внешней силой; б) частота вращения однофазного двигателя при холостом ходе меньше, чем у трехфазного двигателя, из-за наличия тормозящего момента, образуемого обратным полем;

в) рабочие характеристики однофазного двигателя хуже, чем трехфазного; он имеет повышенное скольжение при номинальной нагрузке, меньший КПД, меньшую перегрузочную способность, что также объясняется наличием обратного поля;

г) мощность однофазного двигателя составляет примерно 2/3 от мощности трехфазного двигателя того же габарита, так как в однофазном двигателе рабочая обмотка занимает только 2/3 пазов статора. Заполнять все пазы статора

так как при этом обмоточный коэффициент получается малым, расход меди возрастает примерно в 1,5 раза, в то время как мощность увеличивается только на 12%.

Пусковые устройства. Чтобы получить пусковой момент, однофазные двигатели имеют пусковую обмотку, сдвинутую на 90 электрических градусов относительно основной рабочей обмотки. На период пуска пусковую обмотку присоединяют к сети через фазосдвигающие элементы — емкость или активное сопротивление. После окончания разгона двигателя пусковую обмотку отключают, при этом двигатель продолжает работать как однофазный. Поскольку пусковая обмотка работает лишь короткое время, ее изготовляют из провода меньшего сечения, чем рабочую, и укладывают в меньшее число пазов.

Подробно рассмотрим процесс пуска при использовании в качестве фазосдвигающего элемента емкости С (рис. 4.62, а). На пусковой обмотке П напряжение
Ú 1п = Ú 1 — Ú C = Ú 1 +jÍ 1 п X C , т. е. оно сдвинуто по фазе относительно напряжения сети U 1 , приложенного к рабочей обмотке Р . Следовательно, векторы токов в рабочей I 1р и пусковой I 1п обмотках сдвинуты по фазе на некоторый угол. Выбирая определенным образом емкость фазосдвигающего конденсатора, можно получить режим работы при пуске, близкий к симметричному (рис. 4.62, б), т. е. получить круговое вращающееся поле. На рис. 4.62, в показаны зависимости М = f(s) для двигателя при включенной (кривая 1) и выключенной (кривая 2) пусковой обмотке. Пуск двигателя осуществляется на части аb характеристики 1; в точке b пусковая обмотка выключается, и в дальнейшем двигатель работает на части сО характеристики 2.

Поскольку включение второй обмотки существенно улучшает механическую характеристику двигателя, в некоторых случаях применяют однофазные двигатели, в которых обмотки А и В

включены все время (рис. 4.63, а). Такие двигатели называют конденсаторными.

Обе обмотки конденсаторных двигателей занимают, как правило, одинаковое число пазов и имеют одинаковую мощность. При пуске конденсаторного двигателя для увеличения пускового момента целесообразно иметь увеличенную емкость С р + С п. После разгона двигателя по характеристике 2 (рис. 4.63,б) и уменьшения тока часть конденсаторов Сн отключают, чтобы при номинальном режиме (когда ток двигателя становится меньшим, чем при пуске) увеличить емкостное сопротивление и обеспечить работу двигателя в условиях, близких к работе при круговом вращающемся поле. При этом двигатель работает на характеристике 1.

Конденсаторный двигатель имеет высокий cos φ. Недостатками его являются сравнительно большая масса и габариты конденсатора, а также возникновение несинусоидального тока при искажениях питающего напряжения, которое в ряде случаев приводит к вредному воздействию на линии связи.

При легких условиях пуска (небольшой нагрузочный момент в пусковой период) применяют двигатели с пусковым сопротивлением R (рис. 4.64, а). Наличие активного сопротивления в цепи пусковой обмотки обеспечивает меньший сдвиг фаз φ п между напряжением и током в этой обмотке (рис. 4.64, б), чем сдвиг фаз φ р в рабочей обмотке. В связи с этим токи в рабочей и пусковой обмотках оказываются сдвинутыми по фазе на угол φ р — φ п и образуют несимметричное (эллиптическое) вращающееся поле, благодаря которому и возникает пусковой момент. Двигатели с пусковым сопротивлением надежны в эксплуатации в выпускаются серийно. Пусковое сопротивление встраивают в корпус двигателя и охлаждают тем же воздухом, который охлаждает весь двигатель.

Однофазные микродвигатели с экранированными полюсами. В этих двигателях обмотку статора, подсоединяемую к сети, выполняют обычно сосредоточенной и укрепляют на явно-выраженных полюсах (рис. 4.65, а), листы которых штампуют совместно со статором. В каждом полюсе один из наконечников охватывается вспомогательной обмоткой, состоящей из одного или нескольких короткозамкнутых витков, которые экранируют от 1/5 до 1/2 полюсной дуги. Ротор двигателя — короткозамкнутый обычного типа.

Магнитный поток машины, создаваемый обмоткой статора (поток полюса), можно представить в виде суммы двух составляющих (рис. 4.65, б) Ф п = Ф п1 + Ф п2 , где Ф п1 — поток, проходящий через часть полюса, не охваченную короткозамкну-тым витком; Ф п2 — поток, проходящий через часть полюса, экранированную короткозамкнутым витком.

Потоки Ф п1 и Ф п2 проходят через различные части полюсного наконечника, т. е. смещены в пространстве на угол β. Кроме того, они сдвинуты по фазе относительно МДС F п обмотки статора на различные углы — γ 1 и γ 2 . Это объясняется тем, что каждый полюс описываемого двигателя можно рассматривать в первом приближении как трансформатор, первичной обмоткой которого является обмотка статора, а вторичной — короткозамкнутый виток. Поток обмотки статора индуцирует в короткозамкнутом витке ЭДС E к (рис. 4.65, в), вследствие чего возникает ток I к и МДС F к, складывающаяся с МДС F п обмотки статора. Реактивная составляющая тока I к уменьшает поток Ф п2 , а активная — смещает его по фазе относительно МДС F п. Так как поток Ф п1 не охватывает короткозамкнутый виток, угол γ 1 имеет сравнительно небольшое значение (4-9°) — примерно такое же, как угол сдвига фаз между потоком трансформатора и МДС первичной обмотки в режиме холостого хода. Угол γ 2 значительно больше (около 45°), т. е. такой, как в трансформаторе со вторичной обмоткой, замкнутой накоротко (например, в измерительном трансформаторе тока). Это объясняется тем, что потери мощности, от которых зависит угол γ 2 , определяются не только магнитными потерями мощности в стали, но и электрическими потерями в короткозамкнутом витке.

Рис. 4.65. Конструктивные схемы однофазного двигателя с экранированными полюсами и его
векторная диаграмма:
1 — статор; 2 — обмотка статора; 3 — короткозамкнутый
виток; 4 — ротор; 5 — полюс

Потоки Ф п1 и Ф п2 , смещенные в пространстве на угол β и сдвинутые по фазе во времени на угол γ = γ 2 — γ l , образуют эллиптическое вращающееся магнитное поле (см. гл. 3), которое воздает вращающий момент, действующий на ротор двигателя в направлении от первого полюсного наконечника, не охватываемого короткозамкнутым витком, ко второму наконечнику (в соответствии с чередованием максимумов потоков «фаз»).

Для увеличения пускового момента рассматриваемого двигателя путем приближения его вращающегося поля к круговому применяют различные способы: устанавливают между полюсными наконечниками смежных полюсов магнитные шунты, которые усиливают магнитную связь между основной обмоткой и короткозамкнутым витком и улучшают форму магнитного поля в воздушном зазоре; увеличивают воздушный зазор под наконечником, не охватываемым короткозамкнутым витком; используют два и большее количество коротко-замкнутых витков на одном наконечнике с разными углами охвата. Имеются также двигатели без короткозамкнутых витков на полюсах, но с несимметричной магнитной системой: различной конфигурацией отдельных частей полюса и разными воздушными зазорами. Такие двигатели имеют меньший пусковой момент, чем двигатели с экранированными полюсами, но КПД их выше, так как у них отсутствуют потери мощности в короткозамкнутых витках.

Рассмотренные конструкции двигателей с экранированными полюсами являются нереверсивными. Для осуществления ревер­са в таких двигателях вместо короткозамкнутых витков применяют катушки В1, В2, В3 и В4 (рис. 4.65, в ), каждая из которых охватывает половину полюса. Замыкая накоротко пару катушек В1 и В4 или В2 и В3 ,можно экранировать одну или другую половину полюса и изменять таким образом направление вращения магнитного поля и ротора.

Двигатель с экранированными полюсами имеет ряд существенных недостатков: сравнительно большие габаритные размеры и массу; низкий cos φ ≈ 0,4 ÷ 0,6; низкий КПД η = 0,25 ÷ 0,4 из-за больших потерь в короткозамкнутом витке; небольшой пусковой момент и др. Достоинствами двигателя являются простота конструкции и вследствие этого высокая надежность в эксплуатации. Благодаря отсутствию зубцов на статоре шум двигателя незначителен, поэтому он часто употребляется в устройствах по воспроизводству музыки и речи.

3-7. УСТРОЙСТВО АСИНХРОННЫХ ОДНОФАЗНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

На рис. 3-16 показано устройство асинхронного однофазного электродвигателя типа АОЛБ с встроенным пусковым резистором. Статор электродвигателя собран из штампованных листов электротехнической стали 15, спрессован и залит в алюминиевую оболочку (корпус статора) с двойными стенками 13. Между стенками образуются каналы для воздуха, охлаждающего поверхность статора. На заточки корпуса статора надеты две крышки 2 и 17, отлитые из алюминиевого сплава.

На переднюю крышку 17 надет штампованный колпак 18 с отверстиями в торце. Через эти отверстия при вращении ротора вентилятор 19, насаженный на конец вала ротора, забирает воздух. Вентилятор отлит из алюминиевого сплава и закреплен на валу винтом.

В листах статора, проштампованы 24 паза грушевидной формы. Из них 16 пазов занят к проводами рабочей обмотки, а 8 пазов — проводами пусковой обмотки. Выводные концы рабочей и пусковой обмоток выведены к контактным винтам 4, расположенным в коробке зажимов 11. Сердечник ротора собран из листов 12 электротехнической стали и напрессован на рифленую поверхность средней части вала 1. В пазы ротора залита алюминиевая обмотка 14 с замыкающими кольцами и лопатками вентилятора. Назначение вентилятора заключается в том, чтобы отбрасывать нагретый воздух к охлаждаемым наружным стенкам корпуса.

На роторе смонтирован центробежный выключатель пусковой обмотки. Он состоит из двух рычагов 7 с противовесами 9, сидящих на осях 8, которые запрессованы в четырех лопатках вентилятора. Рычаги нажимают штифтами 6 на пластмассовую втулку 5, свободно сидящую на валу. При разгоне ротора, когда частота его вращения приближается к номинальной, противовесы под действием центробежной силы расходятся, поворачивая рычаги вокруг осей.

При этом втулка 5 перемещается вправо, сжимая пружину 10, и освобождает пружинный контакт 4, замыкающий цепь пусковой обмотки. Этот контакт при неподвижном роторе замкнут торцом втулки с неподвижным контактом 3.

Подвижный и неподвижный контакты крепятся на изоляционной плате к задней крышке электродвигателя 2. На ней укреплено тепловое реле, которое отключает электродвигатель от сети при его перегреве. Подставка 16 с четырьмя шпильками служит для крепления электродвигателя.

Схема включения электродвигателя показана на рис. 3-17.

Напряжение питающей сети подводится к зажимам С 1 и С 2 . От этих зажимов напряжение подводится к рабочей обмотке через контакты теплового реле РТ, состоящего из обмотки, биметаллической пластинки и контактов. При нагреве электродвигателя сверх допустимого пластинка изгибается и размыкает контакты. При коротком замыкании через обмотку теплового реле пойдет большой ток, пластинка быстро нагреется и разомкнет контакты. При этом будут обесточены рабочая С и пусковая П обмотки, так как обе они питаются через тепловое реле. Таким образом, тепловое реле защищает электродвигатель и от перегрузки, и от коротких замыканий.

Пусковая обмотка питается от зажимов C 1 и С 2 через перемычку С 2 —П 1 , контакты центробежного выключателя ВЦ, перемычку ВЦ—РТ, контакты теплового реле РТ. При пуске электродвигателя, когда ротор достигнет частоты вращения 70—80% номинальной, контакты центробежного выключателя разомкнутся и пусковая обмотка отключится от сети. При включении электродвигателя, когда частота вращения ротора снизится, контакты центробежного выключателя снова замкнутся и пусковая обмотка будет подготовлена к следующему пуску.

На рис. 3-18 показана конструкция асинхронного электродвигателя типа АВЕ Эти двигатели включаются в сеть с постоянно включенной вспомогательной обмоткой, в цепь которой последовательно включен конденсатор (рис. 3-9), Электродвигатели типа АВЕ не имеют жесткого корпуса и поэтому их называют встраиваемыми. С приводным механизмом электродвигатели скрепляются при помощи фланца или скобы.

Корпусом электродвигателя служит пакет сердечника статора 1, набранный из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Пакет спрессован и под давлением залит алюминиевым сплавом. На торцах статора имеются нажимные кольца 5 и стягивающие их четыре стержня из алюминия. В пазы статора вложены катушки 6 рабочей и вспомогательной обмотки. На нажимных кольцах 5 центрируются подшипниковые щиты 4 и 7. Через резиновую втулку 9 в подшипниковом щите выведены концы обмоток 8 для приключения их к сети. Подшипниковые щиты стянуты четырьмя шпильками.

Ротор электродвигателя собран из листов электротехнической стали и залит алюминием 2. Вместе с обмоткой ротора отлиты крылья вентилятора для охлаждения электродвигателя. Ротор вращается в двух шарикоподшипниках 3.

Электродвигатели имеют буквенные и цифровые обозначения типов, например электродвигатель АВЕ 041-2 расшифровывается так: А — асинхронный, В — встраиваемый, Е — однофазный,

4 — номер габарита, 1 — порядковый номер длины сердечника статора и цифра 2 через тире — число полюсов.

3-8. СИНХРОННЫЕ ОДНОФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ

В некоторых случаях требуются электродвигатели, частота вращения которых должна быть строго постоянной независимо от нагрузки. В качестве таких используют синхронные электродвигатели, у которых частота вращения ротора всегда равна частоте вращения магнитного поля и определяется по (3-2). Существует много типов синхронных электродвигателей как трехфазного, так и однофазного тока. Здесь рассмотрены только два наиболее простых типа однофазных синхронных электродвигателей: реактивный и конденсаторный реактивный.

На рис. 3-19 показана конструктивная схема простейшего однофазного реактивного электродвигателя, известного в технике под названием колеса Ла-Кура. Статор 1 и ротор 2 собраны из штампованных листов электротехнической стали. На статоре намотана катушка, питаемая от сети однофазного переменного тока, создающая пульсирующее магнитное поле. Свое название реактивный электродвигатель получил потому, что ротор вращается за счет реакций двух сил магнитного притяжения.

При пульсирующем поле электродвигатель не имеет пускового вращающего момента и его необходимо раскрутить от руки. Магнитные силы, действующие на зубцы ротора, все время стремятся поставить его против полюсов статора, так как в этом положении сопротивление магнитному потоку будет минимальным. Однако ротор по инерции проходит это положение за время, когда пульсирующее поле уменьшается. При следующем увеличении магнитного поля магнитные силы действуют уже на другой зубец ротора, и его вращение будет продолжаться. Для устойчивости хода ротор реактивного электродвигателя должен обладать большой инерцией.

Реактивные электродвигатели работают устойчиво только при небольшой частоте вращения порядка 100— 200 об/мин. Мощность их обычно не превосходит 10— 15 Вт. Частота вращения ротора определяется частотой питающей сети f и числом зубцов ротора Z. Так как за один полупериод изменения магнитного потока ротор поворачивается на 1/Z оборота, то за 1 мин, содержащую 60 2 f полупериодов, он повернется на 60 2 f/Z оборотов. При частоте переменного тока 50 Гц частота вращения ротора равна:

Для увеличения вращающего момента увеличивают число зубцов на статоре. Наибольшего эффекта можно добиться, сделав на статоре столько зубцов, сколько на роторе. При этом магнитные притяжения будут действовать одновременно не на пару зубцов, а на все зубцы ротора, и вращающий момент значительно возрастет. В таких электродвигателях обмотка статора состоит из маленьких катушек, которые намотаны на обод статора в промежутках между зубцами. В электропроигрывателях старых типов применялся такой электродвигатель с 77 зубцами на статоре и на роторе, что обеспечивало частоту вращения диска 78 об/мин. Ротор представлял собой одно целое с диском, на который клали пластинку. Для пуска электродвигателя надо было подтолкнуть диск пальцем.

Статор синхронного конденсаторного реактивного электродвигателя ничем не отличается от статора конденсаторного асинхронного электродвигателя. Ротор электродвигателя можно сделать из ротора асинхронного электродвигателя, профрезеровав в нем пазы по числу полюсов (рис. 3-20). При этом срезаются частично стержни беличьей клетки. При заводском изготовлении таких электродвигателей с листами ротора, выштампованными с полюсными выступами, часть стержней беличьей клетки играет роль пусковой обмотки. Ротор начинает вращаться так же, как ротор асинхронного электродвигателя, затем втягивается в синхронизм с магнитным полем и в дальнейшем вращается с синхронной частотой.

Качество работы конденсаторного электродвигателя сильно зависит от того, в каком режиме работы электродвигатель имеет круговое вращающееся поле. Эллиптичность поля в синхронном режиме приводит к увеличению шума, вибраций и нарушению равномерности вращения. Если круговое вращающееся поле имеет место при асинхронном режиме, то электродвигатель имеет хороший пусковой момент, но малые моменты входа и выхода из синхронизма. При смещении кругового поля в сторону больших частот-пусковой момент уменьшается, а моменты входа и выхода из синхронизма увеличиваются. Наибольшие моменты входа и выхода из синхронизма получаются в том случае, когда круговое вращающееся поле имеет место в синхронном режиме. В этом случае, однако, сильно снижается пусковой момент. С целью его повышения обычно несколько увеличивают активное сопротивление коротко-замкнутой обмотки ротора.

Недостатком некоторых типов конденсаторных реактивных электродвигателей является залипание ротора, заключающееся в том, что при пуске ротор не разворачивается, а останавливается в каком-либо положении.

Обычно залипание ротора проявляется у электродвигателей с неудачным соотношением между размерами впадин и полюсных выступов. Наибольший реактивный момент при небольшой потребляемой электродвигателем мощности получается, когда отношение полюсной дуги b п к полюсному делению т составляет примерно 0,5—0,6, а глубина впадин h в 9—10 раз больше воздушного зазора между полюсными выступами и статором.

Положительным свойством конденсаторных реактивных электродвигателей является высокий коэффициент мощности, который значительно выше, чем у трехфазных электродвигателей, и достигает иногда 0,9—0,95. Это объясняется тем, что индуктивность конденсаторного электродвигателя в значительной степени компенсируется емкостью конденсатора.

Синхронные реактивные электродвигатели являются самыми распространенными синхронными электродвигателями благодаря простоте конструкции, низкой стоимости и отсутствию скользящих контактов. Они нашли применение в схемах синхронной связи, в установках звукового кино, звукозаписи и телевидения.

3-9. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТРЕХФАЗНЫХ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ В КАЧЕСТВЕ ОДНОФАЗНЫХ

В практике встречаются случаи, когда нужно трехфазный электродвигатель подключить к однофазной сети. Раньше считалось, что для этого необходима перемотка статора электродвигателя. В настоящее время разработано и испытано на практике много схем включения трехфазных электродвигателей в однофазную сеть без всяких изменений обмоток статора.

В качестве пусковых элементов используют конденсаторы.

Выводы обмотки статора трехфазного электродвигателя имеют следующие обозначения: С1—начало первой фазы; С2—начало второй фазы; СЗ—начало третьей фазы; С4 — конец первой фазы; С5 — конец второй фазы; С6—конец третьей фазы. Эти обозначения выбиты на металлических бирках, надетых на выводные проводники обмотки.

Обмотка трехфазного электродвигателя может быть соединена в звезду (рис. 3-21, а) или в треугольник (рис. 3-21, б). При соединении в звезду начала или концы всех трех фаз соединяют в одну точку, а оставшиеся три вывода соединяют с трехфазной сетью. При соединении в треугольник соединяют конец первой фазы с началом второй, конец второй с началом третьей, а конец третьей с началом первой. От точек соединений берут выводы для подключения электродвигателя к трехфазной сети.

В трехфазной системе различают фазные и линейные напряжения и токи. При соединении в звезду между ними имеют место следующие соотношения:

при соединении в треугольник

Большая часть трехфазных электродвигателей выпускается на два линейных напряжения, например 127/220 В или 220/380 В. При меньшем напряжении сети обмотка соединяется в треугольник, а при большем напряжении—в звезду. У таких электродвигателей на дощечку: зажимов выводят все шесть выводных проводников обмотки.

Однако встречаются электродвигатели на одно напряжение сети, у которых обмотка соединена в звезду или в треугольник внутри электродвигателя, а к дощечке зажимов выведены только три проводника. Конечно, можно было бы и в этом случае разобрать электродвигатель, разъединить междуфазовые соединения и сделать три дополнительных вывода. Однако можно этого и не делать, использовав одну из схем включения электродвигателя в однофазную сеть, которые приведены ниже.

Принципиальная схема включения трехфазного электродвигателя с шестью выводами в однофазную сеть показана на рис. 3-22, а. Для этого две фазы соединяют последовательно и подключают к однофазной сети, а третью фазу присоединяют к ним параллельно, включив в нее пусковой элемент 1 с выключателем 2. В качестве пускового элемента может служить активное сопротивление или конденсатор. При этом рабочая обмотка будет занимать 2 / 3 пазов статора, а пусковая 1 / 3 . Таким образом, трехфазная обмотка обеспечивает требуемое соотношение пазов между рабочей и пусковой обмотками. При таком соединении угол между рабочей и пусковой обмотками составляет 90° эл. (рис. 3-22, б).

При соединении двух фаз последовательно надо следить за тем, чтобы они были включены согласно, а не встречно, когда н. с. соединяемых фаз вычитаются. Как видно из схемы рис. 3-22, а, в общую точку соединены концы второй и третьей фаз С 5 и С 6 .

Можно трехфазный электродвигатель использовать и в качестве конденсаторного по схеме рис. 3-23 с одним рабочим конденсатором 1 или с рабочим 1 и пусковым 2 конденсаторами. При такой схеме включения емкость рабочего конденсатора, мкФ, определяется по формуле:

где I — номинальный ток электродвигателя, A; U — напряжение сети, В.

Трехфазный электродвигатель с тремя выводами и обмоткой статора, соединенной в звезду, подключают к однофазной сети по схеме рис. 3-24. При этом емкость рабочего конденсатора определяют по формуле

Напряжение конденсатора U 1 = 1,3 U.

Трехфазный электродвигатель с тремя выводами и обмоткой статора, соединенной в треугольник, подключают к однофазной сети по схеме рис. 3-25. Емкость рабочего конденсатора определяют по формуле

Напряжение конденсатора U=1,15 V.

Во всех трех случаях емкость пусковых конденсаторов можно примерно определить из соотношения

При выборе схемы включения следует руководствоваться напряжением, на которое рассчитан трехфазный электродвигатель, и напряжением однофазной сети. При этом фазное напряжение трехфазного

Пример. Трехфазный электродвигатель мощностью 250 Вт, напряжением 127/220 В с номинальным током 2/1,15 А надо включить в однофазную сеть напряжением 220 В.

При использовании схемы рис. 3-24 емкость рабочего конденсатора:

напряжение на конденсаторе U 1 = 1,3 220 = 286 В.

Емкость пускового конденсатора

При использовании трехфазного электродвигателя в качестве однофазного мощность его снижается до 50%, в качестве конденсаторного однофазного — до 70% номинальной мощности трехфазного электродвигателя.

Н.В. Виноградов, Ю.Н. Виноградов
Как самому рассчитать и сделать электродвигатель
Москва 1974

Легкость преобразования напряжения переменного тока сделала его наиболее широко используемым в электроснабжении. В сфере конструирования электродвигателей открылось другое достоинство переменного тока: возможность создания вращающегося магнитного поля без дополнительных преобразований или с их минимальным количеством.

Поэтому, даже несмотря на определенные потери из-за реактивного (индуктивного) сопротивления обмоток, простота создания электродвигателей переменного тока внесла свой вклад в победу над электроснабжением постоянным током в начале XX века.

Принципиально электродвигатели переменного тока можно разделить на две группы:

Асинхронные

B них вращение ротора отличается по скорости от вращения магнитного поля, благодаря чему они могут работать на самых разных оборотах. Этот тип электродвигателей переменного тока наиболее распространен в наше время. Синхронные

Эти двигатели имеют жесткую связь оборотов ротора и скорости вращения магнитного поля. Они сложнее в производстве и менее гибки в применении (изменение оборотов при фиксированной частоте питающей сети возможно только изменением числа полюсов статора).

Они находят применение только на высоких мощностях в несколько сотен киловатт, где их больший по сравнению с асинхронными электродвигателями КПД значительно снижает тепловые потери.

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА АСИНХРОННЫЙ

Наиболее распространенный тип асинхронного двигателя – это электродвигатель с короткозамкнутым ротором типа «беличья клетка», где в наклонные пазы ротора уложен набор токопроводящих стержней, с торцов соединенных кольцами.

История этого типа электродвигателей насчитывает более сотни лет, когда было замечено, что токопроводящий предмет, помещенный в зазор сердечника электромагнита переменного тока, стремится вырваться из него за счет возникновения в нем ЭДС индукции с противонаправленным вектором.

Таким образом, асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором не имеет каких-либо механических контактирующих узлов, кроме опорных подшипников ротора, что обеспечивает моторам такого типа не только низкую цену, но и высочайшую долговечность. Благодаря этому электродвигатели такого типа стали наиболее распространенными в современной промышленности.

Однако им присущи и определенные недостатки, которые приходится учитывать при проектировании асинхронных электродвигателей подобного типа:

Высокий пусковой ток – так как в момент включения асинхронного бесколлекторного электродвигателя в сеть на реактивное сопротивление обмотки статора еще не влияет магнитное поле, создаваемое ротором, возникает сильный бросок тока, в несколько раз превосходящий номинальный ток потребления.

Эту особенность работы двигателей подобного типа необходимо закладывать во все проектируемое электроснабжение во избежание перегрузок, особенно при подключении асинхронных электродвигателей к мобильным генераторам с ограниченной мощностью.

Низкий пусковой момент – электродвигатели с короткозамкнутой обмоткой имеют ярко выраженную зависимость крутящего момента от оборотов, поэтому их включение под нагрузкой крайне нежелательно: значительно увеличиваются время выхода на номинальный режим и пусковые токи, обмотка статора перегружается.

Так, например, происходит при включении глубинных насосов – в электроцепях их питания приходится учитывать пяти-семикратный запас по току.

Невозможность непосредственного запуска в цепях однофазного тока — для того, чтобы ротор начал вращаться, необходим стартовый толчок либо введение дополнительных фазных обмоток, сдвинутых по фазе друг относительно друга.

Для запуска асинхронного электродвигателя переменного тока в однофазной сети используется либо вручную коммутируемая пусковая обмотка, отключаемая после раскрутки ротора, либо вторая обмотка, включенная через фазовращательный элемент (чаще всего – конденсатор необходимой емкости).

Отсутствие возможности получения высокой частоты вращения — хотя вращение ротора и не синхронизировано с частотой вращения магнитного поля статора, но и не может его опережать, поэтому в сети 50 Гц максимальные обороты для асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором – не более 3000 об/мин.

Увеличение частоты вращения асинхронного двигателя требует применения частотного преобразователя (инвертора), что делает такую систему дороже, чем коллекторный двигатель. Кроме того, при увеличении частоты возрастают реактивные потери.

Трудность организации реверса — для этого необходима полная остановка двигателя и перекоммутация фаз, в однофазном варианте – смещение фазы в пусковой или второй фазной обмотке.

Наиболее удобно использование асинхронного электродвигателя в промышленной трехфазной сети , так как создание вращающегося магнитного поля при этом осуществляется самими фазными обмотками без дополнительных приспособлений.

Фактически цепь, состоящую из трехфазных генератора и электромотора, можно рассматривать как пример электро трансмиссии: привод генератора создает в нем вращающееся магнитное поле, преобразуемое в колебания электрического тока, в свою очередь возбуждающего вращение магнитного поля в электродвигателе.

Кроме того, именно при трехфазном питании асинхронные электродвигатели имеют наибольший КПД, так как в однофазной сети создаваемое статором магнитное поле по сути может быть разложено на два противофазных, что увеличивает бесполезные потери на перенасыщение сердечника. Поэтому мощные однофазные электродвигатели как правило выполняются по коллекторной схеме.

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА КОЛЛЕКТОРНЫЙ

В электромоторах данного типа магнитное поле ротора создается фазными обмотками, подключенными к коллектору. Фактически коллекторный двигатель переменного тока отличается от двигателя постоянного тока только тем, что в его расчет заложено реактивное сопротивление обмоток.

В ряде случаев даже создаются универсальные коллекторные двигатели, где статорная обмотка имеет отвод от неполной части для включения в сеть переменного тока, а к полной длине обмотки может подключаться источник тока постоянного.

Преимущества данного типа двигателей очевидны:

Возможность работы на высоких оборотах позволяет создавать коллекторные электромоторы с частотой вращения до нескольких десятков тысяч оборотов в минуту, знакомые всем по электрическим бормашинам.

Отсутствие необходимости в дополнительных пусковых устройствах в отличие от двигателей с короткозамкнутым ротором.

Высокий пусковой момент , что ускоряет выход на рабочий режим, в том числе и под нагрузкой. Более того, крутящий момент коллекторного электродвигателя обратно пропорционален оборотам и при росте нагрузки позволяет избежать просадки частоты вращения.

Легкость управления оборотами — так как они зависят от напряжения питания, для регулировки частоты вращения в широчайших пределах достаточно иметь простейший симисторный регулятор напряжения. При отказе регулятора коллекторный двигатель может быть включен в сеть напрямую.

Меньшая инерция ротора — он может быть выполнен гораздо более компактным, чем при короткозамкнутой схеме, благодаря чему и сам коллекторный двигатель становится заметно меньше.

Также коллекторный двигатель элементарно может быть реверсирован, что особенно актуально при создании различного рода электроинструмента и ряда станков.

По этим причинам коллекторные двигатели широко распространены во всех однофазных потребителях, где необходимо гибкое регулирование оборотов: в ручном электроинструменте, пылесосах, кухонной технике и так далее. Однако ряд конструктивных особенностей определяет специфику эксплуатации коллекторного электродвигателя:

Коллекторные двигатели требуют регулярной замены щеток, изнашивающихся со временем. Изнашивается и сам коллектор, в то время как двигатель с короткозамкнутым ротором, как уже писалось выше, при условии нечастой замены подшипников практически вечен.

Неизбежное искрение между коллектором и щетками (причина появления всем знакомого запаха озона при работе коллекторного электродвигателя) не только дополнительно снижает ресурс, но и требует повышенных мер безопасности при работе из-за вероятности воспламенения горючих газов или пыли.

© 2012-2017 г. Все права защищены.

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Однофазный электродвигатель 220В представляет собой отдельный механизм, который широко применяется для установки в разнообразные устройства. Его можно использовать для бытовых и производственных целей. Питание электрического двигателя осуществляется от обычной розетки, где обязательно есть мощность не менее 220 Вольт. При этом необходимо обратить внимание на частоту в 60 герц.

На практике было доказано, что однофазный электродвигатель 220 В продается вместе с устройствами, которые помогают преобразовывать энергию электрического поля , а также накапливают необходимый заряд при помощи конденсатора. Современные модели, которые производятся по инновационным технологиям, электродвигатели 220В дополнительно оснащаются оборудованием для подсветки рабочего места устройства. Это касается внутренних и внешних частей.

Важно помнить, что емкость конденсатора должна храниться с соблюдением всех основных требований. Оптимальный вариант – это место, где температура воздуха остается неизменной и не подвержена никаким колебаниям. В помещении температурный режим не должен опускаться до минусового значения.

Во время использования двигателя специалисты рекомендуют время от времени измерять величину емкости конденсатора.

Асинхронные двигатели сегодня широко используются для различных производственных процессов. Для разных приводов применяется именно эта модель электрического двигателя. Однофазные асинхронные конструкции помогают приводить в движение станки для обработки дерева, насосы, компрессоры, устройства промышленной вентиляции, транспортеры, подъемники и многую другую технику.

Электродвигатель используется также для привода средств малой механизации. Сюда можно отнести кормоизмельчители и бетоносмесители. Покупать такие конструкции необходимо только у проверенных поставщиков. Перед приобретением желательно проверить сертификаты соответствия и гарантию от производителя.

Поставщики должны предоставить своим клиентам сервисное обслуживание электродвигателя в случае его поломки или выхода из строя. Это один из главных компонентов, который комплектуется во время сборки насосного агрегата.

Существующие серии электрических двигателей

Сегодня промышленные предприятия производят следующие серии однофазного электродвигателя 220В:

Абсолютно все двигатели подразделяются по конструктивному исполнению , по способу монтажа, а также степени защиты. Это позволяет уберечь конструкцию от попадания влаги или механических частиц.

Особенности электродвигателей серии А

Электрические однофазные двигатели серии А являются унифицированными асинхронными конструкциями. Они закрыты от внешнего воздействия при помощи короткозамкнутого ротора.

Структура электродвигателя имеет следующие группы исполнения:

Стоимость однофазного электродвигателя 220В зависит от серии.

Какие бывают разновидности двигателей?

Однофазные двигатели предназначены для укомплектования электрических приводов, имеющие бытовое и промышленное предназначение. Такие конструкции производятся в соответствии с государственными стандартами.

Однофазные асинхронные двигатели | Эксплуатация электрических машин и аппаратуры | Архивы

Страница 12 из 74

Преимущество однофазных двигателей перед трехфазными — их способность работать от однофазной сети.
Станина, сердечник статора и короткозамкнутый ротор в однофазных двигателях такие же, как и в трехфазных. Однофазная обмотка статора занимает 2/3 пазов сердечника. Переменный ток в однофазной обмотке создает пульсирующее, а не вращающее, магнитное поле. Такое поле не способно создать пусковой момент двигателя. Если ротор двигателя развернуть, то возникает момент, действующий в направлении вращения ротора. Однофазный двигатель с одной обмоткой на статоре не имеет преимущественного направления вращения: вращение ротора будет в направлении первоначального толчка.
Однофазные двигатели (рис. 41), кроме рабочей обмотки, имеют пусковую обмотку (фазу), которая занимает 1/3 пазов. Пусковую обмотку изготовляют из провода меньшего сечения, чем рабочую. Для получения фазы сдвига токов в обмотках последовательно с пусковой обмоткой включают активное сопротивление. Часто это сопротивление сосредоточено внутри пусковой обмотки.


Рис. 42. Схема однофазного конденсаторного двигателя: С — конденсатор.

Рис. 43. Схема конденсаторного двигателя с рабочей (Ср) и пусковой (Сп) емкостями.
Рис. 41. Схема однофазного асинхронного двигателя с пусковой обмоткой:
К — ключ; R — активное сопротивление.

При замкнутом ключе К и подаче напряжения к двигателю в системе двух обмоток образуется эллиптическое вращающееся магнитное поле; оно обусловливает пусковой момент. Когда скорость ротора достигнет 70—80% номинальной, пусковая обмотка отключается автоматически или вручную.
В однофазных двигателях с пусковой обмоткой небольшой пусковой момент, малая перегрузочная способность, низкие к. п. д. и Cos ср. Изготовляют такие двигатели мощностью ст нескольких десятков до нескольких сот ватт. Их применяют в стиральных машинах, холодильниках, вентиляторах и т. п.
Для увеличения пускового момента однофазного двигателя последовательно с пусковой обмоткой вместо активного сопротивления включают конденсатор. Благодаря емкости пусковые токи в фазах получаются сдвинутыми относительно друг друга на угол до 90°, что и обусловливает больший пусковой момент. После разбега двигателя пусковая обмотка с конденсатором отключается.

Однофазные конденсаторные двигатели на статоре имеют две обмотки (фазы), занимающие равное число пазов, и в одну из которых включен конденсатор (рис. 42). Постоянно включенный конденсатор обусловливает эллиптическое вращающееся магнитное поле, а в рабочем режиме при определенной нагрузке получается круговое поле, то есть такое же, как в трехфазном двигателе.
Конденсаторный двигатель обладает хорошими рабочими характеристиками. К. п. д. достигает 75%. cos φ = 0,9 и выше Пусковые характеристики этих двигателей неудовлетворительны. Пои пуске двигателя магнитное поле сильно отличается от кругового. Поэтому пусковой момент не превышает 30% номинального.

С целью увеличения пускового момента в однофазном конденсаторном двигателе параллельно рабочей емкости включают пусковую емкость, она после разбега двигателя отключается (рис. 43). Такой двигатель называют конденсаторным с пусковой емкостью.
Во всех однофазных двигателях — с пусковой обмоткой, с конденсаторным пуском и конденсаторных двигателях — для измене- нения направления вращения ротора нужно изменить направление тока в одной из обмоток, то есть переключить пусковую или рабочую фазу.
В однофазных асинхронных двигателях с двумя обмотками на статоре пусковой момент пропорционален произведению пусковых токов обмоток и синусу угла смещения этих токов. При заданных токах в обмотках пусковой момент будет наибольшим при фазе смещения токов на 90°, что можно достичь только включением емкости в одну (обычно пусковую) обмотку.
В однофазных конденсаторных двигателях для одной какой- либо нагрузки можно добиться строго кругового вращающегося магнитного поля. Для другой нагрузки изменением величины рабочей емкости можно уменьшить обратно вращающееся магнитное поле, но получить вновь строго круговое поле нельзя, оно будет эллиптическим.
Промышленность выпускает однофазные двигатели: АОЛБО с пусковой обмоткой и активным сопротивлением в качестве фазосдвигающего  элемента; АОЛГО с пусковой обмоткой и конденсатором в качестве фазосдвигающего пускового элемента; АОЛДО — конденсаторный однофазный двигатель, в котором для увеличения пускового момента на время пуска параллельно работающей емкости включается пусковой конденсатор.
Кроме однофазных двигателей с двумя обмотками на статоре, есть однообмоточные двигатели. В них статор явно полюсной системы (как в машинах постоянного тока). Для создания вращающегося поля при пуске используют короткозамкнутые витки, охватывающие часть сердечников полюсов. В этих двигателях нельзя изменить направление вращения ротора.

однофазный двигатель переменного тока — патент РФ 2516413

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и касается особенностей конструктивного выполнения однофазных двигателей переменного тока. Предлагаемый однофазный двигатель содержит статор с образующими зубцы пазами для основной обмотки и пазами для вспомогательной обмотки. Основная обмотка выполнена с возможностью подключения к источнику питания переменного тока для создания основного магнитного поля с основной магнитной осью, вспомогательная обмотка выполнена с возможностью подключения к источнику питания через рабочий конденсатор для создания вспомогательного магнитного поля с вспомогательной магнитной осью, причем указанные основная и вспомогательная оси посредством векторного суммирования задают вращающийся вектор, представляющий результирующее магнитное поле с, по существу, постоянной магнитной индукцией при работе двигателя на номинальной нагрузке. При этом согласно данному изобретению группа зубцов, расположенная по вспомогательной магнитной оси, имеет более высокую магнитную проницаемость по сравнению с другими зубцами, причем наименьший зубец из зубцов, образующих пазы для основной обмотки, больше наибольшего зубца из зубцов, образующих пазы для дополнительной обмотки. Технический результат — обеспечение более высоких рабочих характеристик однофазного двигателя, в частности, при нагрузке, отличающейся от номинальной. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула изобретения

1. Однофазный двигатель переменного тока, содержащий статор (1) с образующими зубцы (3) пазами (2) для основной обмотки (4) и пазами для вспомогательной обмотки (5), основную обмотку (4), выполненную с возможностью подключения к источнику питания переменного тока для создания основного магнитного поля с основной магнитной осью, и вспомогательную обмотку, выполненную с возможностью подключения к источнику питания через рабочий конденсатор для создания вспомогательного магнитного поля с вспомогательной магнитной осью, причем указанные основная и вспомогательная оси посредством векторного суммирования задают вращающийся вектор (8), представляющий результирующее магнитное поле с, по существу, постоянной магнитной индукцией при работе двигателя на номинальной нагрузке, отличающийся тем, что группа зубцов (10), расположенная по вспомогательной магнитной оси, имеет более высокую магнитную проницаемость по сравнению с другими зубцами, причем наименьший зубец из зубцов, образующих пазы для основной обмотки, больше наибольшего зубца из зубцов, образующих пазы для вспомогательной обмотки.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что различие значений магнитных проницаемостей обеспечено, по меньшей мере частично, за счет разной ширины, по меньшей мере, некоторых зубцов.

3. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что различие значений магнитных проницаемостей обеспечено, по меньшей мере частично, за счет различия между полным объемом образующих зубцы пазов для основной обмотки, соответствующей магнитной оси для вспомогательной фазы, и полным объемом образующих зубцы пазов для вспомогательной обмотки, соответствующей магнитной оси для основной фазы.

4. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что различие значений магнитных проницаемостей обеспечено, по меньшей мере частично, за счет различия между средней шириной образующих зубцы пазов для основной обмотки и средней шириной образующих зубцы пазов для вспомогательной обмотки.

5. Двигатель по п.4, отличающийся тем, что средняя ширина образующих зубцы пазов для основной обмотки составляет приблизительно 5-15 процентов относительно средней ширины образующих зубцы пазов для вспомогательной обмотки.

6. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что образующие зубцы пазы для основной обмотки расположены в зоне основной обмотки между зубцами основной обмотки, расположенными на противоположных краях зоны основной обмотки, причем зубцы выполнены с постепенным увеличением ширины в зависимости от расстояния зубцов основной обмотки до центра зоны основной обмотки.

7. Двигатель по любому из пп.1, 2, 5, 6, отличающийся тем, что различие значений магнитных проницаемостей обеспечено, по меньшей мере частично, различием между свойствами материалов образующих зубцы пазов для основной обмотки и материалов образующих зубцы пазов для вспомогательной обмотки.

8. Двигатель по любому из пп.1, 2, 5, 6, отличающийся тем, что статором образован магнитопровод, расположенный по окружности, охватывающей все пазы, при этом магнитопровод содержит основную часть, расположенную у основной обмотки, и вспомогательную часть, расположенную у вспомогательной обмотки, причем за счет вспомогательной части магнитопровода обеспечена более высокая магнитная проницаемость, чем за счет основной части магнитопровода.

9. Двигатель по п.8, отличающийся тем, что проницаемость основной части магнитопровода составляет 80-95 процентов от магнитной проницаемости вспомогательной части магнитопровода.

10. Двигатель по любому из пп.1, 2, 5, 6, 9, отличающийся тем, что в статоре сформирован ряд групп зубцов, при этом в одной группе зубцы имеют одинаковую ширину, отличающуюся от ширины зубцов другой группы.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к однофазному двигателю переменного тока, содержащему статор с образующими зубцы пазами для основной и вспомогательной обмоток. Предусмотрено подключение основной обмотки к источнику питания для создания основного магнитного поля с основной магнитной осью, и подключение вспомогательной обмотки к источнику питания через рабочий конденсатор для создания вспомогательного магнитного поля с вспомогательной магнитной осью.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Двигатель указанного выше типа может представлять собой как обычный асинхронный электродвигатель компрессора так и линейный пусковой двигатель. Рабочий конденсатор обеспечивает 90-градусный фазовый сдвиг между напряжениями основной и вспомогательной обмоток так, что магнитные поля двух обмоток сдвинуты во времени.

Магнитные поля, созданные главной и вспомогательной обмотками, имеют направления, в целом заданные основной и вспомогательной магнитными осями, и их положение зависит от размещения обмоток.

Посредством сложения векторов, основной и вспомогательной осями задан вращающийся вектор, представляющий результирующее магнитное поле с по существу постоянной магнитной индукцией при номинальной нагрузке двигателя.

Для обеспечения оптимального соотношения магнитной индукции и веса двигателя и, следовательно, для получения хороших рабочих характеристик двигателя разработаны статоры, в которых пазы для укладки обмоток имеют разные формы.

В документе GB 887047 представлены статорные пазы, расположенные между первой радиальной осью отверстия, проходящей через угол статорных пластин, и второй радиальной осью отверстия, проходящей через среднюю точку между двумя соседними сердечниками, сформированные с непрерывным увеличением шага статорных зубцов и их ширины, и с непрерывным уменьшением площади поперечного сечения паза и глубины в промежутке между первой и второй осью. Следовательно, изменение размеров пазов зависит от углов статора.

В документах DE 10029549 A1/US 20030178906 A1 изложена теория векторного вращения применительно к двигателям описанного типа и ее раскрытие включено посредством ссылки.

Обычно двигатель предназначен для работы при номинальной нагрузке. При такой нагрузке величина магнитного потока постоянна в течение полного периода напряжения переменного тока, это означает, что основная и вспомогательная обмотки вносят одинаковый вклад в созданное вращающееся магнитное поле и результирующее магнитное поле имеет постоянную магнитную индукцию. Обычно это имеют в виду, когда говорят о симметрии электродвигателя, и это его состояние является предпочтительным.

При отклонении нагрузки от ее номинального значения вклад вспомогательной обмотки не соответствует вкладу основной обмотки, и возникает нарушение симметричности электродвигателя. Поэтому в большинстве случаев предпочтительна работа двигателя при нагрузке, максимально приближенной к ее номинальному значению.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с целью изобретения предложены варианты исполнения двигателя, обладающего более высокими рабочими характеристиками, в частности, при нагрузке, отличающейся от номинальной.

В соответствии с первым аспектом изобретения предусмотрен двигатель указанного выше типа, в котором группа зубцов, расположенных по вспомогательной магнитной оси, имеет более высокую магнитную проницаемость по сравнению с остальными зубцами.

Вследствие этой особенности, за счет более высокой магнитной проницаемости, обеспечена более сильная поддержка вспомогательного магнитного поля, чем основного магнитного поля, а ослабление поля, возникшее в результате подачи питания через рабочий конденсатор, уравновешено большей магнитной проницаемостью.

При возрастании нагрузки двигателя до уровня, превышающего ее номинальное значение, возможно понижение напряжения на вспомогательной обмотке, сопровождающееся возникновением нежелательного фазового сдвига во вспомогательной обмотке с отклонением от идеального значения фазового сдвига, равного 90 градусам. Причина этого состоит в том, что вспомогательная обмотка обычно получает питание через конденсатор, обеспечивающий требуемый и очень близкий к 90 градусам фазовый сдвиг относительно напряжения основной фазы. Это означает, что электропитание вспомогательной обмотки обычно слабее, чем основной. Для компенсации этого явления предпочтительно разместить эти отличные от других зубцы относительно направлений основной и вспомогательной магнитных осей так, чтобы обеспечить наилучшую магнитную проницаемость по вспомогательной магнитной оси, где магнитная сила наиболее чувствительна к ослабленному электропитанию вспомогательной фазы.

В соответствии с изобретением предусмотрены зубцы разных размеров, формы и с разными свойствами материала, с учетом такого их расположения относительно основной и вспомогательной магнитных осей, что разная магнитная проницаемость способствует поддержанию симметричного вращающегося вектора при значениях нагрузки, отличающихся от номинального значения. Таким образом обеспечено улучшение рабочих характеристик электродвигателя в увеличенном диапазоне приложенного крутящего момента.

За основную магнитную ось далее в описании изобретения принята ось, определяющая направление результирующего магнитного поля, созданного ампер-витками основной обмотки, а за вспомогательную магнитную ось принята ось, определяющая направление результирующего магнитного поля, созданного ампер-витками вспомогательной обмотки. При этом величина и направление результирующего магнитного поля, обусловленного ампер-витками основной обмотки заданы основным вращающимся вектором. Аналогично величина и направление результирующего магнитного поля, обусловленного ампер-витками вспомогательной обмотки определены вспомогательным вращающимся вектором.

Суммирование основного и вспомогательного вращающихся векторов дает в результате вектор, именуемый далее «статорным вращающимся вектором», определяющий величину и направление магнитного поля, созданного статором, то есть магнитного поля, определяющего вклад статора во вращение ротора.

Дополнительное магнитное поле создает ротор, поэтому электродвигатель, как таковой, приводится во вращение фактически за счет взаимодействия двух разных систем магнитного поля, а именно магнитного поля, заданного статорным вращающимся вектором, и магнитного поля, созданного ротором.

При этом электродвигатель в соответствии с изобретением рассчитан на номинальную нагрузку, и именно при номинальной нагрузке статорный вращающийся вектор имеет постоянную длину, характеризующую постоянную магнитную индукцию.

В соответствии с изобретением различие значений магнитной проницаемости зубцов использовано для поддержания постоянной магнитной индукции за счет поддержки того из двух вращающихся векторов, основного и вспомогательного, который слабее и поэтому в большей мере подвержен влиянию нагрузки, большей или меньшей номинального значения, а именно вращающегося вектора, сформированного электропитанием, поданным через рабочий конденсатор.

В частности, различие значений магнитных проницаемостей обеспечено за счет выполнения зубцов разной ширины так, что по меньшей мере некоторые зубцы имеют меньшую или большую ширину по сравнению с остальными зубцами или образуют группы зубцов заданной ширины.

При этом за ширину зубца принят размер, перпендикулярный оси, проходящей в радиальном направлении от осевой линии, вокруг которой происходит вращение ротора относительно статора. Если зубцы имеют переменную ширину в зависимости от расстояния от центра, то есть от дна паза до свободного конца зубца, то в этом случае за ширину зубца принята его ширина в средней точке между дном паза и свободным концом зубца, то есть в месте, прилегающем к обмотке, помещенной в паз, или, иначе, за ширину зубца принята его средняя ширина вдоль полной длины зубца, то есть между дном паза и свободным концом зубца.

Различие значений магнитных проницаемостей также, по меньшей мере частично, вызвано различием между полным объемом образующих зубцы пазов для основной обмотки, совпадающей с магнитной осью вспомогательной фазы, и полным объемом образующих зубцы пазов для вспомогательной обмотки, совпадающей с магнитной осью основной фазы.

Различие значений магнитных проницаемостей также, по меньшей мере частично, вызвано различием между средней шириной образующих зубцы пазов для основной и вспомогательной обмоток. Средняя ширина образующих зубцы пазов для основной обмотки, составляет, например, приблизительно 5-15 процентов, 10-13 процентов или 11-12,5 процентов от средней ширины образующих зубцы пазов для вспомогательной обмотки.

Предусмотрена возможность размещения образующих зубцы пазов для основной обмотки в зоне, отнесенной в описании изобретения к «зоне основной обмотки». Эта зона предусмотрена между зубцами основной обмотки, расположенными на противоположных краях зоны основной обмотки. Различие значений магнитных проницаемостей возможно обеспечить за счет постепенного увеличения ширины зубцов в зависимости от расстояния зубцов основной обмотки до центра зоны основной обмотки так, что размер зубцов в зоне основной обмотки по существу больше, чем вне этой зоны.

Самый маленький из этих зубцов, образующих пазы для основной обмотки, больше самого большого зубца из числа зубцов, образующих пазы для вспомогательной обмотки.

Различие значений магнитных проницаемостей также, по меньшей мере частично, вызвано различием свойств материалов образующих зубцы пазов для основной обмотки и свойств материалов зубцов, образующих пазы для вспомогательной обмотки.

Предусмотрена возможность того, что статор образует магнитопровод, расположенный по окружности, охватывающей все пазы, при этом магнитопровод содержит основную часть, находящуюся у основной обмотки, и вспомогательную часть, расположенную у вспомогательной обмотки, причем основная часть магнитопровода обеспечивает меньшую магнитную проницаемость по сравнению со вспомогательной частью. Магнитная проницаемость основной части магнитопровода, например, составляет 80-95 процентов от магнитной проницаемости вспомогательной части магнитопровода при одинаковой ширине основной и вспомогательной частей.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее варианты реализации изобретения описаны более подробно со ссылками на следующие чертежи, на которых изображено следующее:

Фиг.1 — известный из предыдущего уровня техники статор, изображен в поперечном разрезе, выполненном перпендикулярно оси вращения;

Фиг.2 — изображение статора и магнитного поля в случае неидеальной нагрузки;

Фиг.3 — статор в соответствии с изобретением, изображен в поперечном разрезе, выполненном перпендикулярно оси вращения;

На Фиг.1 показана статорная пластина 1, которую возможно использовать для изготовления статора однофазного электродвигателя переменного тока. Статорная пластина имеет такую форму, что при сложении пакета из одинаковых пластин происходит образование ряда пазов 2 для укладки обмоток. Пазы разделены зубцами, показанными и обозначенными однократно посредством ссылки 3 на Фиг.1.

Основная обмотка 4 условно изображена в двух из указанных пазов, а вспомогательная обмотка 5 условно изображена в двух других из указанных пазов, при этом в остальные пазы в окончательной конструкции также уложены обмотки, но в целях упрощения на чертеже показаны только восемь пазов с обмотками.

Обычно предусмотрено подключение основной обмотки непосредственно к источнику питания, не показанному на чертеже, в то время как вспомогательная обмотка выполнена с возможностью подключения к источнику питания через рабочий конденсатор, обеспечивающий фазовый сдвиг.

При подключении основной обмотки к источнику питания она создает магнитное поле с основной магнитной осью, отображенное вектором 6.

При подключении вспомогательной обмотки к источнику питания через рабочий конденсатор она создает вспомогательное магнитное поле с вспомогательной магнитной осью, отображенное вектором 7.

Основное и вспомогательное магнитные поля образуют результирующее магнитное поле. Результирующее магнитное поле возможно отобразить посредством суммирования векторов, а для обозначения результирующего вектора 8 в описании изобретения использован термин «вращающийся вектор». Вращающийся вектор представляет магнитное поле, имеющее по существу постоянную магнитную индукцию при работе двигателя на номинальной нагрузке, то есть при расчетной рабочей нагрузке электродвигателя. На чертеже, показанном на Фиг.1, основное и вспомогательное магнитные поля и вращающийся вектор показаны в разные моменты времени, и поэтому изображенный вращающийся вектор не представляет собой результат векторного суммирования показанных векторов основного и вспомогательного магнитных полей. Вращающийся вектор 8 определен векторным суммированием векторов основного и вспомогательного магнитных полей в определенный момент времени.

В показанном варианте реализации изобретения пазы расположены вокруг отверстия 9. Это отверстие предусмотрено под установку ротора, функционирующего в качестве внутреннего ротора. Изобретение также возможно использовать в конструкциях с внешним ротором, в которых зубцы и, следовательно, пазы обращены в радиальном направлении наружу в сторону ротора, вращающегося вокруг статора.

На Фиг.2 изображен электродвигатель описанного типа, работающий с нагрузкой, превышающей номинальное значение. В этом случае происходит изменение длины вращающегося вектора по мере вращения поля, и в результате, как показано на чертеже, перемещение конца вращающегося вектора 8 происходит по эллипсу. Такая ситуация является нежелательной.

На Фиг.3 статор в соответствии с изобретением изображен в поперечном разрезе, выполненном перпендикулярно оси вращения. В этом статоре зубцы имеют переменную ширину так, что зубцы, находящиеся у основной обмотки, то есть расположенные по вспомогательной магнитной оси, шире, чем зубцы у вспомогательной обмотки, расположенные по основной магнитной оси. На Фиг.3 два самых широких зубца обозначены цифрой 10, а два самых узких — цифрой 11.

За счет более высокой результирующей магнитной проницаемости в направлении вспомогательной магнитной оси обеспечено улучшение работы двигателя при неидеальной нагрузке, то есть, при значениях нагрузки, отличных от номинального значения.

Однофазные асинхронные двигатели — двигатели переменного тока

Однофазные индукционные двигатели

Глава 13 — Двигатели переменного тока

Трехфазный двигатель может работать от однофазного источника питания. (Рисунок ниже) Однако он не будет запускаться самостоятельно. Его можно запустить вручную в любом направлении, достигнув скорости в течение нескольких секунд. Он будет развивать только 2/3 мощности 3-φ, потому что одна обмотка не используется.

3-φмотор работает от 1-φ, но не запускается.

Одинарная катушка однофазного двигателя

Единственная катушка однофазного асинхронного двигателя не создает вращающегося магнитного поля, но пульсирующее поле достигает максимальной интенсивности при 0 o и 180 o электричества. (Рисунок ниже)

Однофазный статор создает невращающееся пульсирующее магнитное поле.

Другое мнение состоит в том, что одиночная катушка, возбуждаемая однофазным током, генерирует два встречных вращающихся магнитных полевых фазора, совпадающих дважды за оборот при 0 o (рис. Выше-a) и 180 o (рисунок e). Когда фазоры вращаются до 90 o и -90 o, они отменяются на рисунке b. При 45 o и -45 o (рисунок c) они частично аддитивны вдоль оси + x и отменяют вдоль оси y. Аналогичная ситуация существует на рисунке d. Сумма этих двух фазоров является стационарным в пространстве фазором, но переменная полярность во времени. Таким образом, начальный крутящий момент не развивается.

Однако, если ротор вращается вперед на бит меньше, чем синхронная скорость, он будет развивать максимальный крутящий момент при 10% скольжения по отношению к прямому вращающемуся фазу. Меньший крутящий момент будет развиваться выше или ниже 10% скольжения. Ротор будет видеть проскальзывание 200% — 10% относительно счетчика вращающегося магнитного поля. Небольшой крутящий момент (см. Крутящий момент по сравнению с кривой скольжения), отличный от пульсации с двойной частотой, разработан с помощью счетчика вращающегося фазора. Таким образом, однофазная катушка будет развивать крутящий момент после запуска ротора. Если ротор запущен в обратном направлении, он будет развивать аналогичный большой крутящий момент, так как он приближается к скорости обратного вращающегося фазора.

Однофазные асинхронные двигатели снабжены медной или алюминиевой белой клеткой, встроенной в цилиндр из стальных пластин, типичный для полифазных асинхронных двигателей.

Один из способов решения однофазной задачи — построить двухфазный двигатель, получивший двухфазную мощность от одной фазы. Для этого требуется двигатель с двумя обмотками, разнесенными на 90 o электрическим, с двумя фазами тока, смещенными на 90 o во времени. Это называется постоянным делителем конденсаторного двигателя на рисунке ниже.

Асинхронный двигатель с постоянным раздельным конденсатором.

Этот тип двигателя страдает увеличением величины тока и обратного сдвига во времени, когда двигатель приближается к скорости, с пульсациями крутящего момента на полной скорости. Решение состоит в том, чтобы сохранить конденсатор (импеданс) малым, чтобы минимизировать потери. Потери меньше, чем для двигателя с заштрихованным полюсом. Эта конфигурация двигателя хорошо работает до 1/4 лошадиных сил (200 Вт), хотя обычно применяется к малым двигателям. Направление движения двигателя можно легко изменить, переключая конденсатор последовательно с другой обмоткой. Этот тип двигателя может быть адаптирован для использования в качестве сервомотора, описанного в других разделах этой главы.

Однофазный асинхронный двигатель со встроенными катушками статора.

Однофазные асинхронные двигатели могут иметь катушки, встроенные в статор, как показано на рисунке выше для двигателей большего размера. Хотя меньшие размеры используют менее сложные для создания концентрированных обмоток с выступающими полюсами.

На рисунке ниже более мощный конденсатор может быть использован для запуска однофазного асинхронного двигателя через вспомогательную обмотку, если он отключается центробежным переключателем, когда двигатель работает до скорости. Кроме того, вспомогательная обмотка может быть гораздо больше витков более тяжелого провода, чем используется в двигателе с разделительной фазой сопротивления для уменьшения чрезмерного повышения температуры. В результате получается больше пускового момента для тяжелых нагрузок, таких как компрессоры для кондиционирования воздуха. Эта конфигурация двигателя работает настолько хорошо, что она доступна в многомоторных (многокилометровых) размерах.

Асинхронный двигатель с конденсатором.

Вариант двигателя запуска конденсатора (рис. Ниже) заключается в том, чтобы запустить двигатель с относительно большим конденсатором для максимального пускового момента, но оставлять конденсатор меньшего значения на месте после начала улучшать рабочие характеристики, не вытягивая чрезмерный ток. Дополнительная сложность электродвигателя с конденсатором оправдана для двигателей большего размера.

Моторный асинхронный двигатель с конденсаторным двигателем.

Стартовым конденсатором двигателя может быть двухполярный неполярный электролитический конденсатор, который может быть двумя последовательно соединенными поляризованными электролитическими конденсаторами. Такие AC-электролитические конденсаторы имеют такие высокие потери, что их можно использовать только для прерывистой работы (1 секунда, 60 секунд), как запуск двигателя. Конденсатор для работы двигателя не должен иметь электролитической конструкции, но более низкого типа полимера потерь.

Если вспомогательная обмотка гораздо меньше оборотов меньшего провода помещается на 90 o электрически по отношению к основной обмотке, он может запустить однофазный асинхронный двигатель. (Рис. Ниже) При более низкой индуктивности и более высоком сопротивлении ток будет испытывать меньше фазового сдвига, чем основная обмотка. Может быть получено около 30 o разности фаз. Эта катушка производит умеренный пусковой момент, который отключается центробежным переключателем со скоростью 3/4 синхронной скорости. Это простое (без конденсатора) устройство хорошо служит для двигателей мощностью до 1/3 лошадиных сил (250 Вт), которые легко запускают нагрузки.

Электродвигатель с асинхронным электродвигателем с сопротивлением.

Этот двигатель имеет больше пускового момента, чем двигатель с заштрихованным полюсом (следующая секция), но не так сильно, как двухфазный двигатель, построенный из тех же частей. Плотность тока во вспомогательной обмотке настолько высока во время запуска, что последующее быстрое повышение температуры исключает частый перезапуск или медленные пусковые нагрузки.

Фрэнк Нола из NASA предложил корректор коэффициента мощности для повышения эффективности асинхронных двигателей переменного тока в середине 1970-х годов. Это основано на предположении, что асинхронные двигатели неэффективны при меньшей нагрузке. Эта неэффективность коррелирует с низким коэффициентом мощности. Коэффициент мощности меньше единицы, обусловлен намагничивающим током, требуемым статором. Этот фиксированный ток является большей частью общего тока двигателя при уменьшении нагрузки двигателя. При малой нагрузке полный ток намагничивания не требуется. Его можно было бы уменьшить, уменьшив приложенное напряжение, улучшив коэффициент мощности и эффективность. Корректор коэффициента мощности определяет коэффициент мощности и снижает напряжение двигателя, тем самым восстанавливая более высокий коэффициент мощности и уменьшая потери.

Так как однофазные двигатели примерно в 2-4 раза неэффективны в качестве трехфазных двигателей, существует потенциальная экономия энергии для двигателей с 1 фазой. Для полностью загруженного двигателя нет экономии, так как требуется ток намагничивания статора. Напряжение не может быть уменьшено. Но есть потенциальная экономия от менее загруженного двигателя. Номинальный двигатель мощностью 117 В переменного тока рассчитан на работу до 127 В переменного тока, до 104 В переменного тока. Это означает, что он не полностью загружен при работе при температуре более 104 В переменного тока, например, в холодильнике емкостью 117 В переменного тока. Для контроллера коэффициента мощности безопасно снизить линейное напряжение до 104-110 В переменного тока. Чем выше начальное напряжение линии, тем больше потенциальная экономия. Конечно, если энергетическая компания подойдет ближе к 110 В переменного тока, двигатель будет работать более эффективно без какого-либо дополнительного устройства.

Любой по существу бездействующий, 25% FLC или менее однофазный асинхронный двигатель является кандидатом на ПФУ. Хотя, он должен управлять большим количеством часов в год. И чем больше времени он простаивает, как в лесопильной, прессовой прессе или конвейере, тем больше вероятность оплаты за контроллер в течение нескольких лет эксплуатации. Это должно быть проще заплатить за это в три раза по сравнению с более эффективным 3-ф-двигателем. Стоимость PFC не может быть восстановлена ​​для двигателя, работающего всего несколько часов в день. (7)

Реферат: Однофазные асинхронные двигатели

  • • Однофазные асинхронные двигатели не запускаются самостоятельно без вспомогательной обмотки статора, приводимой в действие внефазным током около 90 o . После запуска вспомогательная обмотка является необязательной.
  • • Вспомогательная обмотка конденсаторного электродвигателя с постоянным разделением имеет конденсатор последовательно с ним во время запуска и работы.
  • • Асинхронный электродвигатель с конденсатором только имеет конденсатор последовательно со вспомогательной обмоткой во время запуска.
  • • Двигатель с конденсаторным двигателем обычно имеет большой неполяризованный электролитический конденсатор последовательно со вспомогательной обмоткой для запуска, а затем меньший неэлектролитический конденсатор во время работы.
  • • Вспомогательная обмотка двигателя с раздельной фазой сопротивления развивает разность фаз по сравнению с основной обмоткой во время пуска в силу разницы в сопротивлении.

Однофазный асинхронный двигатель | Учебники по электрике | Мепиц

Однофазный асинхронный двигатель

Однофазный асинхронный двигатель — это двигатель переменного тока , в котором электрическая энергия преобразуется в механическую для выполнения какой-либо физической задачи. Для правильной работы этому асинхронному двигателю требуется только одна фаза питания. Они обычно используются в приложениях с низким энергопотреблением, в быту и промышленности. Простая конструкция, дешевизна, повышенная надежность, простота ремонта и обслуживания — вот некоторые из его заметных преимуществ.

                       

Конструкция однофазного асинхронного двигателя

Основными компонентами однофазного асинхронного двигателя являются статор и ротор. Статор известен как стационарная часть. Обычно однофазное переменное питание подается на обмотку статора. Ротор – вращающаяся часть двигателя. Ротор соединен с механической нагрузкой с помощью вала. Здесь используется короткозамкнутый ротор . Он имеет многослойный железный сердечник с множеством пазов.Пазы ротора бывают закрытыми или полузакрытыми. Обмотки ротора симметричны и при этом однотипно короткозамкнуты. Между ротором и статором имеется воздушный зазор. Наиболее практичным применением этого двигателя являются холодильники, часы, дрели, насосы, стиральные машины и т. д. Обмотка статора асинхронного двигателя 1Ø состоит из двух частей: основной обмотки и вспомогательной обмотки . Обычно вспомогательная обмотка располагается перпендикулярно основной обмотке. В асинхронном двигателе 1Ø обмотка с большим количеством витков называется основной обмоткой.В то время как другой провод называется вспомогательной обмоткой.

                         

Принцип действия

Однофазное питание переменного тока подается на обмотку статора. Благодаря этому создается магнитное поле , которое пульсирует синусоидально. Через некоторое время полярность поля меняется на противоположную, и переменный поток не может обеспечить требуемое вращение двигателя. Но если двигатель приводится в движение внешними средствами, двигатель будет вращаться с конечной скоростью. Используя теорию вращения двойного поля, поведение этого двигателя можно объяснить, как показано ниже.

Теория вращения с двойным полем: Почему однофазный асинхронный двигатель не запускается самостоятельно?

Пусть Ø м будет пульсирующим полем в двигателе, которое имеет две составляющие с величиной Ø м /2. Оба вращаются со скоростью ω рад/сек и в противоположном направлении. Это показано на рисунке ниже. Переменный поток, создаваемый статором, представлен Ø 1 и Ø 2 . Каждый из потоков равен половине максимального значения переменного потока и они вращаются с синхронной скоростью в противоположных направлениях.Поток Ø 1 создаст крутящий момент T 1 в направлении против часовой стрелки, а поток Ø 2 создаст крутящий момент T 2 в направлении по часовой стрелке. Когда ротор находится в состоянии покоя, крутящие моменты T 1 и T 2 равны и противоположны, а развиваемый чистый крутящий момент будет равен нулю. Следовательно, однофазный асинхронный двигатель не является самозапускающимся. Этот факт проиллюстрирован на рисунке ниже.

Типы однофазных асинхронных двигателей

Существует множество способов запуска однофазного асинхронного двигателя.Исходя из этого, существует 5 различных типов.

Асинхронный двигатель с расщепленной фазой

Также известен как двигатель с резистивным пуском. Основная обмотка и вспомогательная обмотка смещены на 90 градусов. Здесь используется центробежный переключатель. Некоторые из его характеристик включают в себя: Номинальная мощность от 60 Вт до 250 Вт, постоянная скорость и высокий пусковой ток. Благодаря невысокой стоимости мотора он очень популярен на рынке. Бытовые приложения эффективно используют этот двигатель. Из-за низкого пускового момента мощность двигателя не может превышать 1 кВт.

                       

Конденсаторный пусковой двигатель

Здесь вспомогательная обмотка имеет большее количество витков. Последовательно со вспомогательной обмоткой включен электролитический конденсатор . Также подключен центробежный переключатель, а две обмотки расположены под углом 90 градусов. Некоторыми из его характеристик являются высокая стоимость, номинальная мощность от 120 Вт до 7 кВт и т. д. Конденсаторный пусковой двигатель обычно используется в тех приложениях, где требуется высокий пусковой крутящий момент.

            

Конденсаторный пусковой и конденсаторный двигатель

Клетка ротора и обмотки статора являются двумя основными частями двигателя. Обмотки статора расположены под углом 90 градусов. Это использует два конденсатора параллельно. Здесь также используется центробежный переключатель. Пуск больших нагрузок, простота в эксплуатации, повышенная эффективность — вот некоторые из его характеристик. Бытовые и промышленные применения позволяют эффективно использовать этот двигатель.

                   

Двигатель с постоянным разделительным конденсатором (PSC)

Клетка ротора и обмотка статора являются двумя частями двигателя.Он имеет только один конденсатор последовательно с вспомогательной обмоткой. Здесь конденсатор работает в рабочем и пусковом режимах. Здесь не используется центробежный переключатель. Некоторыми характеристиками этого двигателя являются хороший КПД, низкий пусковой ток, отсутствие центробежного выключателя, большой крутящий момент, использование простых конденсаторов и т. д. Вентиляторы, воздуходувки и т. д. широко используют этот двигатель.

         

Электродвигатель с экранированными полюсами

Клетка ротора и статора являются основными частями этого двигателя. Здесь статор состоит из явно выраженных полюсов с возбуждающей катушкой.Каждый полюс обернут затеняющей катушкой. Столбы называются заштрихованными. Простая конструкция, отсутствие центробежного выключателя, номинальная мощность около 30 Вт — вот некоторые из его характеристик. Этот двигатель широко используется в приложениях с низким энергопотреблением.

          

Продажа электродвигателей| Однофазный| Square One Электрический

Также называемые конденсаторными двигателями, однофазные агрегаты представляют собой небольшие электродвигатели, которые ограничены по размеру и выходной мощности (от дробных до 16 л.с.).

 

Однофазные двигатели переменного тока

используются в большинстве жилых и сельскохозяйственных помещений, а также во многих коммерческих работах, включая воздуходувки, вентиляторы, компрессоры, насосы, инструменты, конвейеры и другое оборудование.

 

Особенности однофазной машины:

  • Прочная стальная конструкция 
  • Вибропоглощающая основа с низким уровнем шума 
  • Варианты полностью закрытого и открытого каплеуловителей 
  • Динамически сбалансированный ротор для низкого уровня вибрации и долговечности подшипников
  • Конструкция с оптимизированным воздушным потоком для большей мощности в компактном корпусе 

 

Square One Electric предлагает однофазные двигатели по оптовым ценам.Каждый конденсаторный двигатель доставляется с ближайшего склада к вашей двери.

 

Каждый двигатель новый и имеет гарантию производителя.  

 

Square One Electric Motors and Pumps является авторизованным сервисным центром и дистрибьютором большинства основных брендов.

 

Мы продаем через Интернет следующие ведущие бренды: 

 

Не видите то, что вам нужно? Свяжитесь с нами для цитаты!

 

Как заменить электродвигатель  

Замена двигателя переменного тока может показаться запутанной, но это не обязательно.

Лучше всего начать с двигателя, который вы заменяете. На паспортной табличке, которая может быть металлической пластиной или наклейкой, содержится необходимая информация. Обычно достаточно ввести модель, идентификатор или номер SPEC (каждый производитель использует разные термины).

Таблички нет или не могу прочитать? Есть определенные ключевые критерии, которые помогут вам выбрать правильное направление (если у вас есть информация): 

.
  • Фаза — либо 1, либо 3. Совет — если это в вашем доме, это 1 (одна) фаза.
  • л.с. (лошадиных сил) — вы хотите соответствовать л.с.В некоторых случаях можно подняться, но рама должна быть такой же, чтобы двигатель физически помещался.
  • Рама — указывает физический размер двигателя, включая длину и диаметр вала.
  • об/мин — как быстро вращается вал; доступные скорости: 3600 (2 полюса), 1800 (4 полюса), 1200 (6 полюсов) и 900 (8 полюсов). Округлить до ближайшего полюса. Например, 1725 об/мин равно 1800. 
  • Напряжение — однофазные напряжения 115, 208, 230, 460 и 460.
  • Корпус — общая картина, двигатель либо открытый, либо закрытый.Если в корпусе есть прорези, он открыт. Открытий нет? Закрыто.

 

Один из самых частых звонков, которые мы получаем, касается схем подключения. Знаете ли вы, что на веб-сайте каждого производителя есть информация, необходимая для подключения нового двигателя? Просто введите номер модели!

 

Типы однофазных двигателей  

Каждое приложение требует определенной конструкции однофазного двигателя. Ниже приведены несколько примеров.

 

Однофазный двигатель общего назначения

Этот тип спроектирован, зарегистрирован и предлагается в стандартных номиналах со стандартными рабочими характеристиками и механической конструкцией. Он используется в обычных условиях эксплуатации, которые не ограничиваются конкретным приложением.

 

Конденсаторный пусковой двигатель  

В «конденсаторном пусковом конденсаторе» два конденсатора подключены параллельно в момент пуска.Когда двигатель набирает скорость, пусковой конденсатор отключается от цепи двигателя с помощью центробежного выключателя, а рабочий конденсатор остается включенным в цепь.

Двигатели с конденсаторным пуском работают плавно и бесшумно с постоянным крутящим моментом, поэтому вибрации от пульсаций отсутствуют. Они подходят для компрессоров, холодильных установок и мест, где важна бесшумная работа (например, в школах и больницах).

Если двигатель работает в режиме индукционного пуска с конденсатором, то основная обмотка подключается непосредственно к источнику питания, а вспомогательная обмотка присоединяется к пусковому конденсатору.Конденсатор работает только во время фазы запуска двигателя.

Это наиболее подходящий двигатель переменного тока для оборудования, подвергающегося частым пускам, такого как инструменты, насосы, конвейеры и компрессоры.

 

Двухфазный двигатель

Эта электрическая машина, которую иногда называют пусковым двигателем с сопротивлением, часто используется в конденсаторном оборудовании ОВКВ. Он оснащен двумя конденсаторами и одним переключателем. Его отличительными особенностями являются две обмотки:  

  • Пусковая обмотка, включенная параллельно основной обмотке
  • Рабочая обмотка, смещенная в магнитном положении относительно пусковой обмотки 

 

Постоянно работающий двигатель с раздельным конденсатором

Другие названия этого типа двигателя включают PSC и конденсаторный двигатель из-за их сходства с конденсаторным пусковым устройством.Отличие этой конструкции в том, что конденсатор остается в цепи как во время пуска, так и во время работы.

Этот тип двигателя обычно используется в офисных машинах, вентиляторах, обогревателях, кондиционерах и холодильных компрессорах. В этом типе двигателя не нужны коэффициент мощности, пробивной момент, более высокий КПД и центробежный переключатель.

 

Электродвигатель с экранированными полюсами

Этот однофазный двигатель с короткозамкнутым ротором используется для вытяжных и охлаждающих вентиляторов, кондиционеров и холодильного оборудования.Вращение его магнитного поля зависит от одной (или нескольких) короткозамкнутых вспомогательных обмоток, смещенных в магнитном положении от основной обмотки.

Из-за небольшого фазового угла между заштрихованной и незаштрихованной частями этот двигатель создает небольшой пусковой момент.

 

Конденсатор двигателя переменного тока  

Конденсаторы считаются батареями электродвигателей. Они являются отличительной чертой однофазных двигателей, легко идентифицируемых по крышке конденсатора, а.к.а. шишка на корпусе мотора.

Напротив, в трехфазных двигателях этот компонент отсутствует.

Конденсаторный пуск/асинхронный запуск Однофазные двигатели имеют одну «выпуклость» на корпусе двигателя; тогда как в конструкциях Capacitor Start / Capacitor Run обычно их два.

 

Как это работает  

Пусковые конденсаторы запускают пусковой момент двигателя и остаются в цепи, пока он не достигнет 75% заданной скорости. Затем двигатель переключается на рабочий конденсатор для поддержания эффективной работы.

В свою очередь, рабочий конденсатор создает магнитное поле, стимулируя вторую фазу обмотки, чтобы обеспечить вращение ротора.

Двойные рабочие конденсаторы используются для машин с двумя двигателями, например, вентилятором и компрессором. Эти два конденсатора размещены вместе в одном корпусе и обычно применяются в конденсаторных блоках ОВиК.

 

Признаки неисправности конденсатора  

Когда однофазный двигатель не запускается или не работает эффективно, это почти всегда происходит из-за неисправного конденсатора.Если ячейка сгорела или повреждена, она не может удерживать достаточно энергии для запуска машины. Вот способы узнать, вышел ли из строя конденсатор:

  • Блок конденсатора гудит, но не запускается 
  • Двигатель с трудом запускается, а затем сразу выключается
  • Двигатель вообще не запускается
  • Кондиционер работает дольше обычного после включения
  • Воздух из кондиционера не остынет

Если вы заметили какой-либо из этих индикаторов, пришло время устранить неполадки двигателя.Самый дешевый и беспроблемный способ начать — это обратиться к экспертам, таким как команда Square One, для проверки конденсатора — хотя ремонт возможен, в большинстве случаев конденсаторы требуют замены.

 

Двигатели переменного тока, часть 3. Однофазный режим

Говорят, что Вашингтон, округ Колумбия, является домом для самой большой популяции беспозвоночных в США. или мужество, необходимое для принятия трудных решений.Та же аналогия может быть применена к однофазному двигателю, так как он имеет только одну треть «внутренностей» своего трехфазного собрата. Тем не менее, он все еще может работать хорошо, пока ожидания разумны.

Однофазное магнитное поле

На рис. 1 (ниже) показан один цикл (в герцах) однофазной синусоидальной волны переменного тока. В отличие от трехфазной кривой, обсуждавшейся во второй части серии (Насосы и системы, апрель 2011 г.), эта кривая имеет пик только два раза за цикл, и пики расположены на расстоянии 180 градусов друг от друга.Именно эти пики, расположенные на расстоянии всего 60 градусов друг от друга, обеспечивали истинное вращающееся магнитное поле в трехфазном статоре. Может ли форма однофазной волны создавать вращающееся поле в однофазном статоре, и если да, то как это выглядит?

 

Рисунок 1: Один цикл синусоидальной волны однофазного переменного тока

На рис. 2 (ниже) показан однофазный двухполюсный статор с полюсами, ориентированными в направлении север/юг.Он похож на трехфазную версию, за исключением того, что в нем отсутствуют четыре полюса. Не так просто визуализировать поле, которое создается между двумя полюсами, без анимации, но давайте попробуем.

Рис. 2: Однофазный двухполюсный статор с полюсами, ориентированными в направлении север/юг

максимум.При 270 градусах волна достигает своего отрицательного пика, и магнитное поле переносится на нижний полюс. Во время этой нисходящей миграции магнитное поле перемещается к нижнему полюсу с обеих сторон статора.

Когда волна снова начинает расти, магнитное поле начинает менять направление и перемещается к верхнему полюсу, и снова это происходит с обеих сторон статора. Результатом является пульсирующее поле, которое возникает дважды в каждом цикле. Это не вращательное поле, и если бы к этому статору была приложена однофазная мощность, ротор не вращался бы.Однако если вы повернете его рукой (в любом направлении), он начнет вращаться и будет вращаться до тех пор, пока подается питание.

Вращение вала вызывает индукцию, а взаимодействие между индуцированными полями и полями статора плюс инерция ротора поддерживает вращательное движение. В отличие от трехфазного двигателя, всем однофазным двигателям для начала вращения требуется вспомогательный пусковой компонент.

Однофазный пусковой

Несмотря на то, что существует ряд методов однофазного пуска, в большинстве из них используется второй набор полюсов для создания «синтетической» второй фазы (расщепленной фазы), которая работает вместе с первичной фазой для создания вращающегося магнитного поля между четырьмя полюсами. .

Хорошим сравнением является двухфазный двигатель. На рис. 3 (ниже) показаны положения полюсов двухфазного двухполюсного двигателя. Двухфазный генератор вырабатывает фазы, разделенные на 90 градусов, а положительный и отрицательный пики будут создавать вращающееся поле в двухфазном статоре. Однофазные двигатели имитируют двухфазный двигатель, используя полюса второй фазы в качестве пусковой обмотки, которая может создавать вращающееся поле, аналогичное полю двухфазного двигателя.

Рисунок 3: Положения полюсов двухфазного двухполюсного двигателя

На рис. 4 (ниже)  представлена ​​схема двухфазного асинхронного двигателя с пусковым сопротивлением.В этой схеме вспомогательная или пусковая обмотка намотана проводом меньшего сечения, чем основная обмотка. Это увеличивает сопротивление (и снижает индуктивность) в обмотке и приводит к меньшей задержке протекания тока, чем в основной обмотке. Для получения того же результата можно также использовать внешнее сопротивление в сочетании с проводом большего сечения.

  Рис. 4. Схема двухфазного асинхронного двигателя с пусковым сопротивлением

Результирующий фазовый сдвиг между двумя обмотками составляет около 30 градусов и достаточен для создания вращающегося поля с низким крутящим моментом.Это не так хорошо, как сдвиг на 90 градусов, производимый двухфазным двигателем, но он работает. Центробежный или термовыключатель отключает пусковую обмотку от цепи, как только двигатель достигает определенной скорости. Двигатели с пусковым сопротивлением доступны до ½ лошадиных сил и популярны из-за их низкой стоимости. К их недостаткам можно отнести низкий пусковой момент и высокий пусковой ток, что приводит к дополнительному нагреву при пуске.

Конструкция с расщепленной фазой, показанная на рис. 5, называется асинхронным двигателем с пусковым конденсатором.В этой конструкции пусковая обмотка намотана проводом нормального сечения и последовательно соединена с конденсатором. Силовой ток переменного тока опережает напряжение в емкостной цепи, но в индуктивной цепи ток основной обмотки отстает от напряжения. Это приводит к фазовому сдвигу почти на 90 градусов и создает вращающееся поле, которое почти идентично полю, создаваемому двухфазным двигателем.

Центробежный или токовый выключатель отключает пусковую обмотку от цепи при достижении двигателем определенной скорости.Из-за большего фазового сдвига двигатели с конденсаторным пуском имеют относительно высокий пусковой момент (в два-четыре раза больше момента полной нагрузки) и умеренный пусковой ток. Этот однофазный двигатель обычно имеет мощность от долей до 3 лошадиных сил.

Потенциальной проблемой больших однофазных асинхронных двигателей является вибрация. При работе на частоте 60 Гц однофазные двигатели вибрируют с частотой 120 Гц. Эта конкретная частота может создавать чрезмерный шум, если двигатели подключены к резонансной нагрузке.

Вариантом этой конструкции является двигатель с конденсаторным пуском и питанием от конденсатора. Эта конструкция аналогична модели , рис. 5 (ниже) , за исключением того, что в ней используются два конденсатора. В дополнение к пусковому конденсатору и его переключателю, рабочий конденсатор меньшего размера постоянно подключен последовательно с пусковой обмоткой. При запуске пусковой конденсатор удаляется из цепи, но рабочий конденсатор остается включенным последовательно с пусковой обмоткой и улучшает характеристики двигателя, обеспечивая более слабую, но сглаженную вторую фазу во время работы.Эта вторая фаза работы снижает вибрацию и шум. Доступны двигатели с конденсаторным пуском мощностью от 2 до 15 лошадиных сил.

Рисунок 5: Асинхронный двигатель с пусковым конденсатором

Другая конструкция представляет собой двигатель с постоянным раздельным конденсатором (PSC). Она также аналогична конфигурации, показанной на рис. 5, за исключением того, что в ней нет переключателя, а один конденсатор постоянно включен последовательно с пусковой обмоткой.Конденсатор имеет размеры рабочего конденсатора и создает вращающееся поле, которое инициирует вращение. Пусковой крутящий момент ограничен примерно 100 процентами крутящего момента при полной нагрузке. Доступны двигатели PSC мощностью до 1 л.с. и используются в приложениях с переменным крутящим моментом.

Простейшим представителем однофазного семейства является двигатель с расщепленными полюсами, показанный на Рис. 6 (ниже) . В нем не используется метод расщепленной фазы, а вместо этого используется конструкция полюса с «зазубринами». Медное короткозамыкающее кольцо установлено вокруг меньших частей полюсов с выемками и задерживает нарастание магнитных полей в областях полюсов.С точки зрения ротора кажется, что поле вращается от основной части полюса к заштрихованной области, и оно начинает вращаться. После вращения двигатель разгоняется до полной скорости. Двигатели с экранированными полюсами обычно используются в небольших вентиляторах отопления и вентиляции и имеют мощность от 1/100 до 1/6 лошадиных сил.

Рисунок 6: Двигатель с расщепленными полюсами

Однофазные двигатели малой мощности являются важными компонентами как в коммерческих, так и в жилых помещениях.Однако существует тенденция к использованию частотно-регулируемых приводов для замены моделей с большей мощностью трехфазными двигателями. Как правило, мощность привода удваивается при преобразовании однофазной мощности в трехфазную. Стоимость приводов может быть компенсирована за счет экономии на проводке, пусковых компонентах и ​​сниженном потреблении электроэнергии благодаря более высокому КПД.

Для дальнейшего изучения см. сайты, указанные в мартовском выпуске PumpEd 101. В колонке следующего месяца рассматриваются размеры корпуса двигателя, типы корпусов двигателя и данные с паспортной таблички двигателя. Насосы и системы, Май 2011 г.

Нажмите на ссылку ниже, чтобы просмотреть остальную часть серии двигателей переменного тока:

Двигатели переменного тока: магнетизм и двигатель постоянного тока

Двигатели переменного тока, часть вторая — трехфазный режим

Двигатели переменного тока, часть 4: типоразмер, корпус и данные с паспортной таблички

Двигатели переменного тока Часть 5: Срок службы двигателя переменного тока

Крутящий момент двигателя переменного тока

Однофазный электродвигатель, 2 л.с., 230 В, 1800 об/мин, Tefc, вал 5/8 дюйма

Прочное оборудование и инструменты, платите меньше

VEVOR — ведущий бренд, специализирующийся на оборудовании и инструментах.Наряду с тысячами мотивированных сотрудников VEVOR стремится предоставлять нашим клиентам прочное оборудование и инструменты по невероятно низким ценам. Сегодня VEVOR оккупировал рынки более чем 200 стран с более чем 10 миллионами членов по всему миру.

Почему выбирают ВЕВОР?

  • Premium Tough Quality
  • Невероятно низкие цены
  • Быстрая и безопасная доставка
  • 30-дневный бесплатный возврат
  • Внимательное обслуживание 24 часа в сутки 7 дней в неделю в оборудовании и инструментах.Наряду с тысячами мотивированных сотрудников VEVOR стремится предоставлять нашим клиентам прочное оборудование и инструменты по невероятно низким ценам. Сегодня VEVOR оккупировал рынки более чем 200 стран с более чем 10 миллионами членов по всему миру.

    Почему выбирают ВЕВОР?

    • Premium Tough Quality
    • Невероятно низкие цены
    • Быстрая и безопасная доставка
    • 30-дневный бесплатный возврат
    • Внимательное обслуживание 24/7

    Электродвигатель 140256CЭлектродвигатель SHDC обычно используется для водяных насосов, сельскохозяйственной техники и оборудования общего назначения. Электродвигатель 115/230 вольт, вращающийся со скоростью 1800 об/мин.

    • Эффективность работы
    • Высокоскоростной вентилятор охлаждения
    • Стальной корпус
    • Многоцелевое применение

    Мощный двигатель

    Мощный двигатель имеет однофазный двигатель и напряжение 115/230 В, что позволяет экономить энергию. время. Сократите затраты на электроэнергию или накладные расходы. Двигайтесь без усилий.

    Высокая производительность

    Электродвигатель 56C имеет мощность 2 л.с., максимальная скорость 1800 об/мин. Напряжение: 115/230 В 60 Гц, вал высокой твердости более прочный.

    Полностью закрытый вентилятор

    Вентилятор охлаждает двигатель во время работы, имеет отличные характеристики рассеивания тепла и продлевает срок службы машины.

    Прочная и долговечная конструкция

    Корпус двигателя изготовлен из прочного металлического материала, прочного и надежного, прочного и долговечного.

    Монтажный кронштейн в комплекте

    В комплект входит прочный монтажный кронштейн для повышения устойчивости двигателя и уменьшения трения. Системы шарикоподшипников также подходят для многих применений.

    Широкое применение

    Электродвигатель мощностью 2 л.с. подходит для воздушных компрессоров, рафинировочных станков медицинского оборудования, металлорежущих станков, насосов, вентиляторов, миксеров для транспортных машин, пищевого оборудования и т. д.

Технические характеристики

  • Модель: 140256C
  • Модель: 140256C
  • Тип: SHDC
  • Фаза: Однофазные
  • Входные силы: 2 HP
  • Напряжение: 2 HP
  • Напряжение: 115/230 V
  • Полная загрузка AMP: 20/10 A
  • Частота: 60 ​​Гц
  • Номинальная скорость: 1745 об/мин.
  • Синхронная скорость: 1800 об/мин.875 дюйма
  • Rotation: CW-CCW
  • Коэффициент обслуживания: 1.15
  • : TEFC
  • Изоляционный класс: F
  • Полюс: 4
  • Размер пакета: 44 х 28 x 27 см / 17.32 x 11.02 x 10.63 дюйма
  • Полная масса: 25,23 кг / 55,62 фунта

Двигатели переменного тока (часть первая)

Благодаря своим преимуществам многие типы авиационных двигателей предназначены для работы на переменном токе. Как правило, двигатели переменного тока дешевле, чем сопоставимые двигатели постоянного тока. Во многих случаях в двигателях переменного тока не используются щетки и коллекторы, что позволяет избежать искрения на щетках.Двигатели переменного тока надежны и требуют минимального обслуживания. Они также хорошо подходят для приложений с постоянной скоростью, и некоторые типы производятся с характеристиками переменной скорости в определенных пределах. Двигатели переменного тока предназначены для работы в многофазных или однофазных сетях и при нескольких номинальных напряжениях.

Скорость вращения двигателя переменного тока зависит от количества полюсов и частоты электрического источника питания:

Поскольку электрические системы самолета обычно работают с частотой 400 циклов, электродвигатель на этой частоте работает примерно при семи раз превышает скорость 60-тактного коммерческого двигателя с тем же числом полюсов.Из-за такой высокой скорости вращения 400-тактные двигатели переменного тока подходят для работы с небольшими высокоскоростными роторами через редукторы, для подъема и перемещения тяжелых грузов, таких как закрылки, убирающееся шасси и запуск двигателя. двигатели. 400-тактный асинхронный двигатель работает со скоростью от 6000 до 24000 об/мин. Двигатели переменного тока оцениваются по выходной мощности, рабочему напряжению, току полной нагрузки, скорости, количеству фаз и частоте. В рейтинге также учитывается, работают ли двигатели непрерывно или периодически (с короткими интервалами).

Типы двигателей переменного тока

Существует два основных типа двигателей переменного тока, используемых в авиационных системах: асинхронные двигатели и синхронные двигатели. Любой тип может быть однофазным, двухфазным или трехфазным. Трехфазные асинхронные двигатели используются там, где требуется большая мощность. Они управляют такими устройствами, как стартеры, закрылки, шасси и гидравлические насосы. Однофазные асинхронные двигатели используются для управления такими устройствами, как поверхностные замки, заслонки промежуточного охладителя и маслозапорные клапаны, в которых потребляемая мощность невелика.Трехфазные синхронные двигатели работают с постоянными синхронными скоростями и обычно используются для работы феррозондовых компасов и систем синхронизации гребных винтов. Однофазные синхронные двигатели являются обычными источниками энергии для работы электрических часов и другого мелкого прецизионного оборудования. Им требуется какой-то вспомогательный метод, чтобы довести их до синхронных скоростей; то есть, чтобы начать их. Обычно пусковая обмотка состоит из вспомогательной обмотки статора.

Трехфазный асинхронный двигатель

Трехфазный асинхронный двигатель переменного тока также называют двигателем с короткозамкнутым ротором.Как однофазные, так и трехфазные двигатели работают по принципу вращающегося магнитного поля. Подковообразный магнит, удерживаемый над стрелкой компаса, является простой иллюстрацией принципа вращающегося поля. Стрелка занимает положение, параллельное магнитному потоку, проходящему между двумя полюсами магнита. Если магнит вращается, стрелка компаса следует за ним. Вращающееся магнитное поле может создаваться двух- или трехфазным током, протекающим по двум или более группам катушек, намотанных на выступающих внутрь полюсах железного каркаса.Катушки на каждой группе полюсов намотаны поочередно в противоположных направлениях для получения противоположной полярности, и каждая группа подключена к отдельной фазе напряжения. Принцип работы зависит от вращающегося или вращающегося магнитного поля для создания крутящего момента. Ключом к пониманию асинхронного двигателя является полное понимание вращающегося магнитного поля.

Вращающееся магнитное поле

Структура поля, показанная на рис. 12-307A, имеет полюса, обмотки которых питаются тремя переменными напряжениями: a, b и c.Эти напряжения имеют одинаковую величину, но отличаются по фазе. [Рисунок 12-307B]Рисунок 12-307. Вращающееся магнитное поле, создаваемое приложением трехфазных напряжений.

В момент времени, обозначенный как 0, результирующее магнитное поле, создаваемое приложением трех напряжений, имеет наибольшую напряженность в направлении, простирающемся от полюса 1 к полюсу 4. При этом условии полюс 1 можно рассматривать как север полюс и полюс 4 как южный полюс. В момент времени, обозначенный цифрой 1, результирующее магнитное поле имеет наибольшую напряженность в направлении от полюса 2 к полюсу 5.В этом случае полюс 2 можно рассматривать как северный полюс, а полюс 5 — как южный полюс. Таким образом, между моментом 0 и моментом 1 магнитное поле вращалось по часовой стрелке. В момент 2 результирующее магнитное поле имеет наибольшую напряженность в направлении от полюса 3 к полюсу 6, и результирующее магнитное поле продолжает вращаться по часовой стрелке. В момент 3 полюса 4 и 1 можно считать северным и южным соответственно, а поле повернулось еще дальше. В более поздние моменты времени результирующее магнитное поле поворачивается в другие положения, перемещаясь по часовой стрелке, при этом один оборот поля происходит за один цикл.Если возбуждающие напряжения имеют частоту 60 гц, магнитное поле совершает 60 оборотов в секунду, или 3600 об/мин. Эта скорость известна как синхронная скорость вращающегося поля.

Конструкция асинхронного двигателя

Неподвижная часть асинхронного двигателя называется статором, а вращающаяся часть называется ротором. Вместо явно выраженных полюсов в статоре, как показано на рис. 12-307А, используются распределенные обмотки.

Рисунок 12-307. Вращающееся магнитное поле, создаваемое приложением трехфазных напряжений.

Эти обмотки размещаются в пазах по периферии статора. Определить количество полюсов асинхронного двигателя путем визуального осмотра обычно невозможно, но информацию можно получить из паспортной таблички двигателя. На паспортной табличке обычно указано количество полюсов и скорость, на которую рассчитан двигатель. Эта номинальная или несинхронная скорость немного меньше синхронной скорости. Чтобы определить количество полюсов на фазу двигателя, разделите частоту, умноженную на 120, на номинальную скорость.Записанное в виде уравнения:

Результат почти равен количеству полюсов на фазу. Например, рассмотрим трехфазный двигатель с 60 циклами и номинальной скоростью 1750 об/мин. В данном случае:

Следовательно, двигатель имеет четыре полюса на фазу. Если количество полюсов на фазу указано на паспортной табличке, синхронную скорость можно определить, разделив 120-кратное значение частоты на количество полюсов на фазу. В приведенном выше примере синхронная скорость равна 7200/4, или 1800 об/мин.Ротор асинхронного двигателя состоит из железного сердечника с продольными пазами по окружности, в которые вставлены тяжелые медные или алюминиевые стержни. Эти стержни приварены к тяжелому кольцу с высокой проводимостью на обоих концах. Композитную конструкцию иногда называют короткозамкнутым ротором, а двигатели с таким ротором называют асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором. [Рис. 12-308]Рис. 12-308. Ротор с короткозамкнутым ротором для асинхронного двигателя переменного тока.

Проскальзывание асинхронного двигателя

Когда ротор асинхронного двигателя подвергается воздействию вращающегося магнитного поля, создаваемого обмотками статора, в продольных стержнях индуцируется напряжение.Наведенное напряжение заставляет ток течь через стержни. Этот ток, в свою очередь, создает собственное магнитное поле, которое в сочетании с вращающимся полем приводит к тому, что ротор занимает положение, в котором индуцированное напряжение минимально.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.