Однофазные асинхронные двигатели находят широкое применение как в промышленности, так и на судах и по устройству мало отличаются от трехфазных.
В частности, в пазах статора размещается не трехфазная, а однофазная обмотка, которая занимает обычно 2/3 τ, на каждом полюсном делении (рис. 1,а). Такую обмотку можно получить из трехфазной, если использовать только две её фазы. Ротор обычно имеет короткозамкнутую обмотку типа «беличья клетка».
Рису. 1 – Устройство(а) и моменты вращения (б) однофазного двигателя
Переменный ток однофазной обмотки создает пульсирующую МДС, которую можно разложить на две МДС, вращающиеся в противоположные стороны с одинаковой частотой вращения. Амплитуды этих МДС равны между собой, а каждая составляет по величине половину амплитуды пульсирующей МДС. МДС создают вращающиеся магнитные поля, одо из которых условно называют прямым, т.к. оно совпадает с направлением вращения ротора, другое — обратным, так как оно направлено против вращения ротора.Скольжение ротора относительно прямого поля:
а относительно обратного:
При пуске, когда s = 1 (n2 = 0), эти поля создают одинаковые, но разные по знаку моменты Мпр и Мобр, поэтому результирующий момент двигателя Мрез при пуске равен нулю (рис. 1,б). Если же ротор приведен во вращение в ту или другую сторону, то один из моментов (Мпр или Мобр), будет преобладать и при условии, что результирующий электромагнитный момент больше момента сопротивления Мс двигатель идет в ход, разгоняется и достигает определенного установившегося скольжения sн, соответствующего моменту нагрузки Мн.
Для получения пускового момента необходимо создать в зазоре однофазного двигателя вращающееся магнитное поле, которое образуется как минимум двумя пульсирующими МДС, имеющими пространственный и временной сдвиг по фазе. С этой целью на статоре, кроме основной рабочей обмотки, располагают пусковую обмотку, сдвинутую относительно основной обмотки на электрический угол 90º. Фазовый сдвиг между токами пусковой и рабочей обмоток достигается путем включения в одну из обмоток фазосдвигающего элемента, чаще всего конденсатора, подобранного таким образом, чтобы ток пусковой обмотки опережал ток рабочей обмотки на угол, близкий к π/2.
Схема включения и механическая характеристика однофазного двигателя с пусковой обмоткой показаны на рис.2
Рис.2 - Схема включения (а) и механическая характеристика (б) однофазного двигателя с пусковой обмоткой
Пуск двигателя происходит при включенном общем выключателе В путем нажатия на кнопку КнП (рис.2,а). По мере разгона двигателя примерно до момента, соответствующего точке А на механической характеристике (рис.2,б), пусковая обмотка отключается и двигатель переходит на естественную механическую характеристику (точка В).
www.radioingener.ru
Однофазовые асинхронные мотора выпускают от 5Вт до 10кВт. Данные мотора употребляются: в приводе стиральных машин, холодильников, центрифуг, заточных и маленьких обрабатывающих станков и т.д.Отметим, что однофазовые АД по сопоставлению с трехфазными движками обычно имеют несколько худшие технические характеристики. Мощность однофазового АД составляет не более 70% от мощности трехфазного АД в том же габарите. Однофазовые АД, не считая того, имеют более низкую перегрузочную способность.
Рис. 1
Схема включения однофазового АД:
Движок имеет на статоре две обмотки – основную (рабочею) и пусковую, которая употребляется для запуска АД. Ротор АД выполнен короткозамкнутым в виде беличьей клеточки.
Разглядим механизм работы однофазового АД:Чтоб осознать, зачем нужна пусковая обмотка разглядим пример, когда движок подключен к сети 220В лишь на одну обмотку – рабочую.
Однофазовый ток I1 этой обмотки делает пульсирующие магнитное поле, которое можно разложить на два поля Фа и Фв, имеющие равные амплитуды и крутятся в обратные стороны с схожей скоростью.При недвижном роторе магнитные поля Фа и Фв делают
Рис. 2
однообразные по величине, но обратны по знаку крутящиеся моменты М1 и М2 . Потому при пуске результирующий момент ( Мn = M1 – M2 ) равен нулю, и движок не может придти во вращение даже без нагрузки на валу.
В связи с этим для запуска однофазового АД и употребляется дополнительная пусковая обмотка, которая позволяет получить крутящееся магнитное поле, за счет которого обеспечивается исходный пусковой момент, который определяет и направление вращение вала.
Принципная схема однофазового асинхронного мотора:
Как понятно из теории электронных машин, для получения крутящего
// ]]>
магнитного поля на статоре мотора должны быть размещены, как минимум две обмотки, смещенные в пространстве на определенный угол и обтекаемые переменными токами.
Рис. 3
В согласовании с этим пусковая обмотка укладывается на статоре мотора со смещением ее оси на 90% по отношению к оси рабочей обмотки, а сдвиг токов обеспечивается включением в ее цепь дополнительного фазосдвигающего элемента, в качестве которого могут быть применены: активный резистор, катушка индуктивности либо конденсатор. Или пусковая обмотка мотается с маленьким колличеством витков в оборотную сторону – бефиляр.
Далее электродвигатель может работать лишь на рабочей обмотке, этот принцип применяется в холодильниках, где для пуска устанавливается пусковое реле, и после
Однофазовые электродвигатели
пуска пусковая обмотка отключаетя. Есть схемы подключения, в каких пусковая обмотка остается в работе и после запуска, таковой принцип применялся в стиральных машинках русского производства, и не считая того была возможность работы – реверс, т. е. вращение в другую сторону.К однофазовым электродвигателям относится и электроинструмент и бытовые электроприборы: дрели, шлефмашинки, пылесосы, триммеры (газонокосилки) и т. д., для которых нужно вращение более 3000 об/мин, А мы знаем, что наибольшее вращение электродвигателя, при частоте 50 гц, ограничено около 3000 об/мин. А для действенной работы перечисленных выше агрегатов, таких оборотов не довольно. И были придуманы однофазовые коллекторные электродвигатели, с колличеством оборотов/мин более 3000, но об этой категории в последующей статье.
// ]]>
elektrica.info
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.
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:
,
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:
,
Магнитный поток Фобр вращается встречно ротору, частота вращения ротора n2 относительно этого потока отрицательна, а скольжение ротора относительно Фобр
,
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:
,
,
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.
частота тока наводимого прямым магнитным потоком f2пр = 2 Гц;
скольжение ротора относительно обратного магнитного потока sобр = 1,96;
частота тока наводимого обратным магнитным потоком f2обр = 98 Гц
Согласно закону Ампера, в результате взаимодействия электрического тока I2пр с магнитным полем Фпр возникает вращающий момент
,
Электрический ток I2обр, взаимодействуя с магнитным полем Фобр, создает тормозящий момент Мобр, направленный против вращения ротора, то есть встречно моменту Мпр:
,
Результирующий вращающий момент, действующий на ротор однофазного асинхронного двигателя,
,
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.
,
Если учесть, что коэффициент мощности невелик, то станет, ясно, почему Мобр в режиме нагрузки двигателя не оказывает значительного тормозящего действия на ротор однофазного двигателя.
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 .
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.
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.
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.
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.
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.
homeconstruc.ru
