Предназначение, устройство и принцип деяния однофазовых асинхронных движков
Однофазовые асинхронные движки — машины маленький мощности, которые по конструктивному выполнению напоминают подобные трехфазные электродвигатели с короткозамкнутым ротором.
Однофазовые асинхронные движки отличаются от трехфазных движков устройством статора, где в пазах магнитопровода находится двухфазная обмотка, состоящая из основной, либо рабочей, фазы с фазной зоной 120 эл. град и выводами к зажимам с обозначениями С1 и С2, и вспомогательной, либо пусковой, фазы с фазной зоной 60 эл. град и выводами к зажимам с обозначениями В1 и В2 (рис. 1).
Магнитные оси этих фаз обмотки сдвинуты относительно друг дружку па угол 0 = 90 эл. град. Одна рабочая фаза, присоединенная к питающей сети переменного напряжения, не может вызвать вращения ротора, потому что ток ее возбуждает переменное магнитное поле с недвижной осью симметрии, характеризуемое гармонически изменяющейся во времени магнитной индукцией.
Рис. 1. Схема включения однофазового асинхронного мотора с короткозамкнутым ротором.
Это поле можно представить 2-мя составляющими — схожими радиальными магнитными полями прямой и оборотной последовательностей, вращающимися с магнитными индукциями, вращающимися в обратные стороны с одной и той же скоростью. Но при подготовительном разгоне ротора в нужном направлении он при включенной рабочей фазе продолжает крутиться в том же направлении.
По этой причине запуск однофазового мотора начинают с разгона ротора методом нажатия пусковой кнопки, вызывающего возбуждение токов в обеих фазах обмотки статора, которые смещены по фазе на величину, зависящую от характеристик фазосдвигающего устройства Z, выполненного в виде резистора, индуктивной катушки либо конденсатора, и частей электронных цепей, в которые входят рабочая и пусковая фазы обмотки статора. Эти токи побуждают в машине крутящееся магнитное поле с магнитной индукцией в воздушном зазоре, которая временами и однообразно меняется в границах наибольшего и малого значений, а конец ее вектора обрисовывает эллипс.
Это. эллиптическое крутящееся магнитное поле находит в проводниках короткозамкнутой обмотки ротора ЭДС и токи, которые, взаимодействуя с этим полем, обеспечивают разгон ротора однофазового мотора в направлении вращения поля, и он в.течение нескольких секунд добивается практически номинальной скорости.
Отпускание пусковой кнопки переводит электродвигатель с двухфазного режима на однофазовый, поддерживаемый в предстоящем соответственной составляющей переменного магнитного поля, которая при собственном вращении несколько опережает крутящийся ротор из-за скольжения.
Увеличение надежности эксплуатации однофазовых асинхронных движков обеспечивают встраиванием в корпус машин центробежного выключателя с размыкающими контактами, присоединенными к зажимам с обозначениями ВЦ и В2, и термического реле с подобными контактами, имеющими выводы с обозначениями РТ и С1 (рис. 2, в, г).
Центробежный выключатель автоматом отключает пусковую фазу обмотки статора, присоединенную к зажимам с обозначениями В1 и В2 при достижении ротором скорости, близкой к номинальной, а термическое реле — обе фазы обмотки статора от питающей сети, когда нагрев их окажется выше допустимого.
Перемена направления вращения ротора достигается конфигурацией направления тока в одной из фаз обмотки статора при пуске методом переключения пусковой кнопки и перестановки железной пластинки на зажимах электродвигателя (рис. 2, а, б) либо только перестановкой 2-ух подобных пластинок (рис. 2, в, г).
Рис. 2. Маркировка зажимов фаз обмотки статора однофазового асинхронного мотора с короткозамкнутым ротором и их соединение для вращения ротороа: а, в — правого, б, г — левого.
Сопоставление технических черт однофазовых и трехфазных асинхронных движков
Однофазовые асинхронные движки отличаются от подобных по номинальной мощности трехфазных машин пониженной кратностью исходного пускового момента kп = Mп / Mном и завышенной кратностью пускового тока ki = Mi / Mном которые для однофазовых электродвигателей с пусковой фазой обмотки статора, имеющей завышенное сопротивление неизменному току и. наименьшую индуктивность, чем рабочая фаза, имеют значения kп — 1,0 — 1,5 и ki = 5 — 9.
Пусковые свойства однофазовых асинхронных движков ужаснее подобных черт трехфазных асинхронных движков в связи с тем, что возбуждаемое при пуске однофазовых машин с пусковой фазой обмотки статора эллиптическое крутящееся магнитное поле, эквивалентное двум неодинаковым радиальным вращающимся магнитным полям — прямому и оборотному, вызывает возникновение тормозного эффекта.
Подбором характеристик частей электронных цепей рабочей и пусковой фаз обмотки статора можно обеспечить при пуске возбуждение радиального вращающегося магнитного поля, что может быть при фазосдвигающем элементе, выполненном в виде конденсатора соответственной емкости.
Потому что разгон ротора вызывает изменение характеристик цепей машины, крутящееся магнитное поле из радиального перебегает в эллиптическое, ухудшая этим пусковые свойства мотора. Потому при скорости около 0,8 номинальной пусковую фазу обмотки статора электродвигателя отключают вручную либо автоматом, в итоге чего движок перебегает на однофазовый режим работы.
Однофазовые асинхронные движки с пусковым конденсатором имеют кратность исходного пускового момента kп = 1,7 — 2,4 и кратность исходного пускового тока ki = 3 — 5.
Двухфазные асинхронные движки
В двухфазных асинхронных движках обе фазы обмотки статора с фазными зонами по 90 эл. град являются рабочими. Они размещены в пазах магнитопровода статора так, что их магнитные оси образуют угол 90 эл. град. Эти фазы обмотки статора отличаются друг от друга не только лишь числом витков, да и номинальными напряжениями и токами, хотя при номинальном режиме мотора полные мощности их схожи.
В одной из фаз обмотки статора повсевременно находится конденсатор Ср (рис. 3, а), который в критериях номинального режима мотора обеспечивает возбуждение радиального вращающегося магнитного поля. Емкость этого конденсатора определяют по формуле:
Cр = I1sinφ1 / 2πfUn2
где I1 и φ1— соответственно ток и сдвиг фаз меж напряжением и током цепи фазы обмотки статора без конденсатора при радиальном вращающемся магнитном поле, I и U — соответственно частота переменного тока и напряжение питающей сети, n— коэффициент трансформации — отношение действенных чисел витков фаз обмотки статора соответственно с конденсатором и без него, определяемое по формуле
n = kоб2 w2 / kоб1 w1
где kоб2 и kоб1 — обмоточные коэффициенты соответственных фаз обмотки статора с числом витков w2 и w1.
Напряжение на зажимах конденсатора Uc, включенного поочередно с фазой обмотки статорадвухфазного асинхронного мотора, при радиальном вращающемся магнитном поле выше напряжения сети U и определяется так:
Uc = U √1 + n2
Переход к нагрузке мотора, хорошей от номинальной, сопровождается конфигурацией вращающегося магнитного поля, которое заместо радиального становится эллиптическим. Это усугубляет рабочие характеристики мотора, а при пуске понижает исходный пусковой момент до Мп Mном, ограничивая этим применение движков с повсевременно включенным конденсатором исключительно в установках с легкими критериями запуска.
Для увеличения исходного пускового момента параллельно рабочему конденсатору Ср включают пусковой конденсатор Сп (рис. 3, б), емкость которого намного больше емкости рабочего конденсатора и находится в зависимости от кратности исходного пускового момента, которая может быть доведена до 2-ух и поболее.
Рис. 3. Схемы включения двухфазных асинхронных движков с короткозамкнутым ротором: а — спостоянно присоединенным конденсатором, б — с рабочим и пусковым конденсаторами.
После разгона ротора до скорости 0,6 — 0,7 номинальной пусковой конденсатор отключают для избежания перехода радиального вращающегося магнитного поля в эллиптическое, ухудшающее рабочие свойства мотора.
Пусковой режим таких конденсаторных движков характеризуется такими показателями: kп = 1,7 — 2,4 и ki = 4 — 6.
Конденсаторные движки отличаются наилучшими энергетическими показателями, чем однофазовые движки с пусковой фатой обмотки статора, я коэффициент мощности их, благодаря применению конденсаторов, выше, чем у трехфазных движков схожей мощности.
Универсальные асинхронные движки
В установках автоматического управления используют универсальные асинхронные движки — трехфазные машины малой мощности, которые присоединяют к трехфазной либо однофазовой сети. При питании от однофазовой сети пусковое и рабочие свойства движков несколько ужаснее, чем при использовании их в трехфазном режиме.
Универсальные асинхронные движки серии УАД изготовляют двух- и четырехполюсными, которые при трехфазном режиме имеют номинальную мощность от 1,5 до 70 Вт, а при однофазовом режиме — от 1 до 55 Вт и работают от сети переменного напряжения частотой 50 Гц с кпд η= 0,09 — 0.65.
Однофазовые асинхронные движки с расщепленными либо экранированными полюсами
В однофазовых асинхронных движках с расщепленными либо экранированными полюсами, каждый полюс расщеплен глубочайшим пазом па две неравные части и несет на для себя однофазовую обмотку, охватывающую весь магнитопровод полюса, и короткозамкнутые витки, расположенные на его наименьшей части.
Ротор у этих движков имеет короткозамкнутую обмотку. Включение обмотки статора на синусоидальное напряжение сопровождается установлением в ней тока и возбуждением переменного магнитного поля с недвижной осью симметрии, которое наводит в короткозамкнутых витках надлежащие эдс и токи.
Под воздействием токов короткозамкнутых витков соответственная им м. д. с, возбуждает магнитное поле, препятствующее усилению и ослаблению основного магнитного поля в экранированных нередких полюсов. Магнитные поля экранированных и неэкранированных частей полюсов не совпадают по фазе во времени и, будучи смещенными в пространстве, образуют результирующее эллиптическое крутящееся магнитное поле, перемещающее в направлении от магнитной оси неэранированной части полюса к магнитной оси его экранированной части.
Взаимодействие этого поля с токами, индуктированными в обмотке ротора, вызывает возникновение исходного пускового момента Мп = (0,2 — 0,6) Мном и разгон ротора до номинальной скорости, если тормозной момент приложенный к валу мотора, не превосходит исходный пусковой момент.
С целью роста исходного пускового и наибольшего моментов однофазовых асинхронных движках с расщепленными либо экранированными полюсами меж их полюсами располагают магнитные шунты из листовой стали, что приближает крутящееся магнитное поле к радиальному.
Движки с расщепленными полюсами являются нереверсивными устройствами, допускающими нередкие запуски, неожиданную остановку и могут долгое время находиться в заторможенном состоянии. Их изготовляют двух- и четырехполюсными номинальной мощностью от 0,5 до 30 Вт, а при улучшенной конструкции до 300 Вт для работы от сети переменного напряжения частотой 50 Гц с кпд ηном = 0,20 — 0,40.
elektrica.info
Частотное управление электроприводами активно развивается и все чаще можно услышать о новом методе управления, или улучшенном частотнике, или о внедрении частотного электропривода в какой-то сфере, где ранее никто и подумать не мог что это возможно. Но это факт!
Если мы внимательно рассмотрим электродвигатели, к которым применяют частотное регулирование – то это асинхронные или синхронные трехфазные двигатели. Существует несколько разновидностей преобразователей частоты. Но ведь есть и однофазные асинхронные машины, почему прогресс не касается их? Почему частотное управление не применяют так активно к однофазным машинам? Давайте рассмотрим.Содержание:
При однофазном питании асинхронника в нем вместо вращающегося магнитного поля возникает пульсирующее, которое можно разложить на два магнитных поля, которые будут вращаться в разные стороны с одинаковой частотой и амплитудой. При остановленном роторе электродвигателя данные поля создадут моменты одинаковой величины, но различного знака. В итоге результирующий пусковой момент будет равен нулю, что не позволит двигателю запустится. По своим свойствам однофазный электродвигатель похож на трехфазный, который работает при сильном искажении симметрии напряжений:
на рисунке а) показана схема асинхронной однофазной машины, а на б) векторная диаграмма
Как упоминалось однофазный двигатель не может развивать пусковой момент, следствием чего становится невозможность его самостоятельного запуска. Для этого придумали несколько способов компенсации магнитного поля противоположного по знаку основному.
В данном способе пуска кроме основной обмотки Р, имеющей фазную зону 1200, на статор наматывают еще и пусковую П, которая имеет фазную зону 600. Также пусковая обмотка сдвигается относительно рабочей на 900 электрических. Для того, чтоб создать фазовый сдвиг между токами обмоток Iр и Iп последовательно в пусковую обмотку подключают элемент, приводящий к сдвигу фаз ψ (фазосдвигающее сопротивление Zп):
Где: а) схема подключения машины, б) векторные диаграммы при использовании различных сопротивлений.
Наилучшими условиями для пуска будет включения конденсатора в пусковую обмотку. Но поскольку емкость конденсатора довольно велика, соответственно и его стоимость и габариты тоже возрастают. Зачастую его применяют для получения повышенного момента для пуска. Пуск с помощью индуктивности имеет наихудшие показатели и в настоящее время не используется. Довольно часто могут применять запуск с помощью активного сопротивления, при этом пусковую обмотку делают с повышенным активным сопротивлением. После запуска электродвигателя пусковая обмотка отключается. Ниже показаны схемы включений и их пусковые характеристики:
Где: а,б) двигатели с пусковой обмоткой, в,г) конденсаторные
Данный тип электродвигателя имеет две рабочие обмотки, в одну из которых подключают рабочую емкость Ср. Данные обмотки сдвинуты относительно друг друга на 900 электрических и имеют фазные зоны тоже 900. При этом мощности обеих обмоток равны, но их токи и напряжения различны, также различны количества витков. Иногда величины конденсатора рабочего не достаточно для формирования нужного пускового момента, поэтому параллельно ему могут вешать пусковой, как это показано на рисунке выше. Схема приведена ниже:
Где: а) схема конденсаторного электродвигателя, б) его векторная диаграмма
В данном типе однофазных машин коэффициент мощности cosφ даже выше чем у трехфазных. Это объясняется наличием конденсатора. КПД такого электродвигателя выше, чем однофазного электродвигателя с пусковой обмоткой.
Итак, все чаще появляются предложения частотных преобразователей, которые могут управлять однофазными асинхронными машинами. В силу того что частотники предназначены для работы с трехфазными машинами, то для регулирования оборотов однофазной машинами необходим особый вид частотного преобразователя. Это обусловлено тем, что трехфазные и однофазные машины имеют немного разный принцип работы. Давайте рассмотрим схему включения, которую предоставляет один из официальных производителей частотных преобразователей для однофазных машин:
Это схема прямого подключения. Где: Ф-фаза питающего напряжения, N-нейтральный проводник, L1, L2 – обмотки двигателя, Ср – рабочий конденсатор.
А вот схема подключения преобразователя:
Как мы можем видеть, конденсатор при включении данной схемы отключается. Обмотка L1 переключается к выходу преобразователя фазы А, а L2 к В. Общий провод подключается к выходу С. Тем самым мы фактически получили двухфазную машину. Фазовый сдвиг теперь будет реализовывать частотный преобразователь, а не конденсатор. На выходе преобразователя будет обычное трехфазное напряжение.
Данный способ частотного регулирования трудно назвать однофазным, так как при питания двигателя от сети напрямую необходимо опять восстанавливать схему с конденсатором. Более того, этот способ регулирования частоты НЕ ПОДХОДИТ для машин с пусковой обмоткой, так как сопротивление рабочей и пусковой обмотки не равны, появится асимметрия.
Можем сделать вывод, что данный вид частотного регулирования подходит не всем электродвигателям, а только конденсаторным. Более того, при такой схеме подключения необходимо провести переподключение обмоток внутри электродвигателя (в коробке выводов электродвигателя), что после переподключения не позволит работать ему от сети напрямую. Поэтому если вы собираетесь питать электродвигатель от однофазной сети через частотник, то, может быть стоит купить преобразователь, который питается от однофазной сети, а двигатель обычный, трехфазный. Это лучше с точки зрения работы самой машины, также отсутствуют переделки внутри электрической машины. Если вы собираетесь таким образом модернизировать систему, то внимательно изучите характеристики электродвигателя, преобразователя, чтоб избежать пустой траты средств или выхода из строя элементов системы.
elenergi.ru
Назначение, устройство и принцип действия однофазных асинхронных двигателей
Однофазные асинхронные двигатели - машины небольшой мощности, которые по конструктивному исполнению напоминают аналогичные трехфазные электродвигатели с короткозамкнутым ротором.
Однофазные асинхронные двигатели отличаются от трехфазных двигателей устройством статора, где в пазах магнитопровода находится двухфазная обмотка, состоящая из основной, или рабочей, фазы с фазной зоной 120 эл. град и выводами к зажимам с обозначениями С1 и С2, и вспомогательной, или пусковой, фазы с фазной зоной 60 эл. град и выводами к зажимам с обозначениями В1 и В2 (рис. 1).
Магнитные оси этих фаз обмотки смещены относительно друг друга па угол 0 = 90 эл. град. Одна рабочая фаза, присоединенная к питающей сети переменного напряжения, не может вызвать вращения ротора, так как ток ее возбуждает переменное магнитное поле с неподвижной осью симметрии, характеризуемое гармонически изменяющейся во времени магнитной индукцией.
Рис. 1. Схема включения однофазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
Это поле можно представить двумя составляющими - одинаковыми круговыми магнитными полями прямой и обратной последовательностей, вращающимися с магнитными индукциями, вращающимися в противоположные стороны с одной и той же скоростью. Однако при предварительном разгоне ротора в необходимом направлении он при включенной рабочей фазе продолжает вращаться в том же направлении.
По этой причине пуск однофазного двигателя начинают с разгона ротора путем нажатия пусковой кнопки, вызывающего возбуждение токов в обеих фазах обмотки статора, которые сдвинуты по фазе на величину, зависящую от параметров фазосдвигающего устройства Z, выполненного в виде резистора, индуктивной катушки или конденсатора, и элементов электрических цепей, в которые входят рабочая и пусковая фазы обмотки статора. Эти токи побуждают в машине вращающееся магнитное поле с магнитной индукцией в воздушном зазоре, которая периодически и монотонно изменяется в пределах максимального и минимального значений, а конец ее вектора описывает эллипс.
Это. эллиптическое вращающееся магнитное поле находит в проводниках короткозамкнутой обмотки ротора ЭДС и токи, которые, взаимодействуя с этим полем, обеспечивают разгон ротора однофазного двигателя в направлении вращения поля, и он в.течение нескольких секунд достигает почти номинальной скорости.
Отпускание пусковой кнопки переводит электродвигатель с двухфазного режима на однофазный, поддерживаемый в дальнейшем соответствующей составляющей переменного магнитного поля, которая при своем вращении несколько опережает вращающийся ротор из-за скольжения.
Своевременное отключение пусковой фазы обмотки статора однофазного асинхронного двигателя от питающей сети необходимо в связи с ее конструктивным исполнением, предусматривающим кратковременный режим работы - обычно до 3 с, что исключает длительное пребывание ее под нагрузкой в связи с недопустимым перегревом, сгоранием изоляции и выходом из строя.
Повышение надежности эксплуатации однофазных асинхронных двигателей обеспечивают встраиванием в корпус машин центробежного выключателя с размыкающими контактами, присоединенными к зажимам с обозначениями ВЦ и В2, и теплового реле с аналогичными контактами, имеющими выводы с обозначениями РТ и С1 (рис. 2, в, г).
Центробежный выключатель автоматически отключает пусковую фазу обмотки статора, присоединенную к зажимам с обозначениями В1 и В2 при достижении ротором скорости, близкой к номинальной, а тепловое реле — обе фазы обмотки статора от питающей сети, когда нагрев их окажется выше допустимого.
Перемена направления вращения ротора достигается изменением направления тока в одной из фаз обмотки статора при пуске путем переключения пусковой кнопки и перестановки металлической пластины на зажимах электродвигателя (рис. 2, а, б) или только перестановкой двух аналогичных пластин (рис. 2, в, г).
Рис. 2. Маркировка зажимов фаз обмотки статора однофазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и их соединение для вращения ротороа: а, в - правого, б, г - левого.
Сравнение технических характеристик однофазных и трехфазных асинхронных двигателей
Однофазные асинхронные двигатели отличаются от аналогичных по номинальной мощности трехфазных машин пониженной кратностью начального пускового момента kп = Mп / Mном и повышенной кратностью пускового тока ki = Mi / Mном которые для однофазных электродвигателей с пусковой фазой обмотки статора, имеющей повышенное сопротивление постоянному току и. меньшую индуктивность, чем рабочая фаза, имеют значения kп - 1,0 - 1,5 и ki = 5 - 9.
Пусковые характеристики однофазных асинхронных двигателей хуже аналогичных характеристик трехфазных асинхронных двигателей в связи с тем, что возбуждаемое при пуске однофазных машин с пусковой фазой обмотки статора эллиптическое вращающееся магнитное поле, эквивалентное двум неодинаковым круговым вращающимся магнитным полям - прямому и обратному, вызывает появление тормозного эффекта.
Подбором параметров элементов электрических цепей рабочей и пусковой фаз обмотки статора можно обеспечить при пуске возбуждение кругового вращающегося магнитного поля, что возможно при фазосдвигающем элементе, выполненном в виде конденсатора соответствующей емкости.
Так как разгон ротора вызывает изменение параметров цепей машины, вращающееся магнитное поле из кругового переходит в эллиптическое, ухудшая этим пусковые характеристики двигателя. Поэтому при скорости около 0,8 номинальной пусковую фазу обмотки статора электродвигателя отключают вручную или автоматически, в результате чего двигатель переходит на однофазный режим работы.
Однофазные асинхронные двигатели с пусковым конденсатором имеют кратность начального пускового момента kп = 1,7 - 2,4 и кратность начального пускового тока ki = 3 - 5.
Двухфазные асинхронные двигатели
В двухфазных асинхронных двигателях обе фазы обмотки статора с фазными зонами по 90 эл. град являются рабочими. Они расположены в пазах магнитопровода статора так, что их магнитные оси образуют угол 90 эл. град. Эти фазы обмотки статора отличаются друг от друга не только числом витков, но и номинальными напряжениями и токами, хотя при номинальном режиме двигателя полные мощности их одинаковы.
В одной из фаз обмотки статора постоянно находится конденсатор Ср (рис. 3, а), который в условиях номинального режима двигателя обеспечивает возбуждение кругового вращающегося магнитного поля. Емкость этого конденсатора определяют по формуле:
Cр = I1sinφ1 / 2πfUn2
где I1 и φ1- соответственно ток и сдвиг фаз между напряжением и током цепи фазы обмотки статора без конденсатора при круговом вращающемся магнитном поле, I и U - соответственно частота переменного тока и напряжение питающей сети, n- коэффициент трансформации - отношение эффективных чисел витков фаз обмотки статора соответственно с конденсатором и без него, определяемое по формуле
n = kоб2 w2 / kоб1 w1
где kоб2 и kоб1 - обмоточные коэффициенты соответствующих фаз обмотки статора с числом витков w2 и w1.
Напряжение на зажимах конденсатора Uc, включенного последовательно с фазой обмотки статора двухфазного асинхронного двигателя, при круговом вращающемся магнитном поле выше напряжения сети U и определяется так:
Uc = U √1 + n2
Переход к нагрузке двигателя, отличной от номинальной, сопровождается изменением вращающегося магнитного поля, которое вместо кругового становится эллиптическим. Это ухудшает рабочие свойства двигателя, а при пуске снижает начальный пусковой момент до Мп Mном, ограничивая этим применение двигателей с постоянно включенным конденсатором только в установках с легкими условиями пуска.
Для повышения начального пускового момента параллельно рабочему конденсатору Ср включают пусковой конденсатор Сп (рис. 3, б), емкость которого намного больше емкости рабочего конденсатора и зависит от кратности начального пускового момента, которая может быть доведена до двух и более.
Рис. 3. Схемы включения двухфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором: а - спостоянно присоединенным конденсатором, б - с рабочим и пусковым конденсаторами.
После разгона ротора до скорости 0,6 - 0,7 номинальной пусковой конденсатор отключают для избежания перехода кругового вращающегося магнитного поля в эллиптическое, ухудшающее рабочие характеристики двигателя.
Пусковой режим таких конденсаторных двигателей характеризуется такими показателями: kп = 1,7 - 2,4 и ki = 4 - 6.
Конденсаторные двигатели отличаются лучшими энергетическими показателями, чем однофазные двигатели с пусковой фатой обмотки статора, я коэффициент мощности их, благодаря применению конденсаторов, выше, чем у трехфазных двигателей одинаковой мощности.
Универсальные асинхронные двигатели
В установках автоматического управления применяют универсальные асинхронные двигатели — трехфазные машины малой мощности, которые присоединяют к трехфазной или однофазной сети. При питании от однофазной сети пусковое и рабочие характеристики двигателей несколько хуже, чем при использовании их в трехфазном режиме.
Универсальные асинхронные двигатели серии УАД изготовляют двух- и четырехполюсными, которые при трехфазном режиме имеют номинальную мощность от 1,5 до 70 Вт, а при однофазном режиме - от 1 до 55 Вт и работают от сети переменного напряжения частотой 50 Гц с кпд η= 0,09 - 0.65.
Однофазные асинхронные двигатели с расщепленными или экранированными полюсами
В однофазных асинхронных двигателях с расщепленными или экранированными полюсами, каждый полюс расщеплен глубоким пазом па две неравные части и несет на себе однофазную обмотку, охватывающую весь магнитопровод полюса, и короткозамкнутые витки, расположенные на его меньшей части.
Ротор у этих двигателей имеет короткозамкнутую обмотку. Включение обмотки статора на синусоидальное напряжение сопровождается установлением в ней тока и возбуждением переменного магнитного поля с неподвижной осью симметрии, которое наводит в короткозамкнутых витках соответствующие эдс и токи.
Под влиянием токов короткозамкнутых витков соо тветствующая им м. д. с, возбуждает магнитное поле, препятствующее усилению и ослаблению основного магнитного поля в экранированных частых полюсов. Магнитные поля экранированных и неэкранированных частей полюсов не совпадают по фазе во времени и, будучи смещенными в пространстве, образуют результирующее эллиптическое вращающееся магнитное поле, перемещающее в направлении от магнитной оси неэранированной части полюса к магнитной оси его экранированной части.
Взаимодействие этого поля с токами, индуктированными в обмотке ротора, вызывает появление начального пускового момента Мп = (0,2 - 0,6) Мном и разгон ротора до номинальной скорости, если тормозной момент приложенный к валу двигателя, не превышает начальный пусковой момент.
С целью увеличения начального пускового и максимального моментов однофазных асинхронных двигателях с расщепленными или экранированными полюсами между их полюсами располагают магнитные шунты из листовой стали, что приближает вращающееся магнитное поле к круговому.
Двигатели с расщепленными полюсами являются нереверсивными устройствами, допускающими частые пуски, внезапную остановку и могут длительное время находиться в заторможенном состоянии. Их изготовляют двух- и четырехполюсными номинальной мощностью от 0,5 до 30 Вт, а при усовершенствованной конструкции до 300 Вт для работы от сети переменного напряжения частотой 50 Гц с кпд ηном = 0,20 - 0,40.
etkmdv.ru
Общие сведения. Однофазные асинхронные двигатели питаются от сети однофазного тока, но обмотка статора может быть при этом однофазной, двухфазной и даже трехфазной. Устройство ротора однофазного двигателя такое же, как у трехфазного. Двигатели, выпускаемые промышленностью, имеют малую мощность: от 1 Вт (серия УАД) до 400 Вт (серия ABE) и даже 600 Вт (серия АОЛБ). Однофазные асинхронные двигатели применяются в схемах автоматического управления, в различного рода бытовых устройствах, в приводах механизмов малой мощности.
Образование вращающегося магнитного поля в однофазных двигателях. Если статор имеет лишь одну обмотку ОС, питаемую от сети синусоидальным током (рис. 3.43), тогда МДС Fc этой обмотки создает пульсирующий в пространстве магнитный поток Ф, который наводит переменную ЭДС и ток в короткозамкнутой обмотке ротора. МДС статора Fc и ротора Fp будут равны и противоположны по направлению, результирующая МДС равна нулю и, следовательно, пусковой момент равен нулю, ротор не вращается. Однако если ротор при помощи какой-либо посторонней силы привести во вращение, то в дальнейшем он будет вращаться, хотя эта сила будет снята. Это явление можно объяснить, если представить пульсирующее магнитное поле в виде суммы двух вращающихся в противоположных направлениях магнитных полей (рис. 3.44).
Одно из полей обозначим Ф+, другое Ф-. Амплитудные значения вращающихся полей одинаковы и равны половине амплитудного значения пульсирующего поля.
Механическая характеристика. Рассматривая вращающиеся поля независимо, можно установить, что одно поле, взаимодействуя с ротором, создает вращающий момент одного направления М+, а другое поле — момент противоположного направления М-. Тогда результирующий момент М = М+ — М-. На рис. 3.45 показаны механические характеристики п(М+) и п(М-).
Механическая характеристика однофазного двигателя п(М) находится графическим сложением этих характеристик.
Пуск в ход однофазного асинхронного двигателя с пусковой обмоткой. Из механической характеристики однофазного двигателя видно, что пусковой момент равен нулю. Для того чтобы однофазный двигатель пустить в ход, не прибегая к сторонней силе, на статоре размещают вторую обмотку, сдвинутую в пространстве на 90° относительно первой (рис. 3.46). В цепь второй обмотки включен конденсатор С, создающий в цепи этой обмотки сдвиг тока по фазе. Первую обмотку назовем рабочей РО, вторую — пусковой ПО. Токи РО и ПО образуют вращающееся магнитное поле, создающее при взаимодействии с ротором вращающий момент, приводящий ротор двигателя во вращение. После разгона двигателя пусковая обмотка отключается от сети.
Однофазный асинхронный двигатель с экранированными (расщепленными) полюсами. Статор 1 такого двигателя имеет явно выраженные полюсы, на которых расположена рабочая обмотка РО. Каждый полюс как бы расщеплен на две неравные части, одна из которых узкая, а другая — широкая. На узкой части помещен короткозамкнутый виток wк (рис. 3.47, а). Ротор двигателя короткозамкнутый, обычной конструкции. Пульсирующий магнитный поток Ф΄1, созданный переменной МДС рабочей обмотки статора, пронизывает короткозамкнутый виток и наводит в нем ЭДС Ек, которая вызывает появление тока в витке и магнитного потока Фк(рис. 3.47,6). Этот поток сдвинут по фазе относительно потока рабочей обмоткиФ˝1, складываясь с ним создает в зоне короткозамкнутого витка результирующий магнитный поток Фрез, сдвинутый по фазе относительно потока Ф1 . В результате под полюсом есть два магнитных потока Ф1 и Фрез, разнесенные в пространстве и сдвинутые по фазе (во времени), что обеспечивает получение вращающегося поля.
Технические данные подобных двигателей хуже, чем трехфазных ( [ η = 0,1÷0,4; cosφ = 0,5÷0,6, Мп = (0,1÷1) Мном ), поэтому они выпускаются на мощности до нескольких десятков ватт.
Двухфазный асинхронный двигатель с постоянно включенным конденсатором. Схема двигателя приведена на рис. 3.48.
Конденсатор Ср, создавая сдвиг фаз в цепи одной из обмоток статора, позволяет получить вращающееся магнитное поле. Если вращающий момент такого двигателя недостаточен для пуска двигателя под нагрузкой, то параллельно конденсатору Ср подключается пусковой конденсатор Сп. После разгона двигателя конденсатор Сп автоматически отключается центробежным выключателем Q.
Двухфазный асинхронный двигатель с полым немагнитным ротором. Такой двигатель находит применение при необходимости регулирования частоты вращения в широких пределах. Ротор двигателя 1 (рис. 3.49) изготавливают в виде полого цилиндра из немагнитного материала (например, сплава алюминия), вращающегося между внешней 2 и внутренней 3 частями статора. Обмотки статора размещаются либо на внешней, либо на внутренней части. Под влиянием вращающегося поля в теле ротора создаются вихревые токи, и их взаимодействие с вращающимся полем создает вращающий момент. Подобные двигатели обладают большим быстродействием, так как полый цилиндр имеет небольшой момент инерции.
electrono.ru
Однофазные асинхронные электродвигатели мощностью от десятков ватт до нескольких киловатт нашли достаточно широкое применение в различного рода бытовых приборах, приводах вентиляторов бытового и производственного назначения, деревообрабатывающих станков, насосов, компрессоров, транспортеров а также небольших станков. Их преимущество — возможность использования в таких местах и помещениях, где нет трехфазной сети, но подведена двухпроводная однофазная сеть.
Значительная часть однофазных асинхронных электродвигателей изготавливается на базе серийных трехфазных двигателей. к примеру, однофазные двигатели серии ABE изготавливаются на базе трехфазных встраиваемых двигателей АВ и т. д. В конструкции механической части и магнитопроводов таких двигателей нет каких-либо существенных отличий в сравнении с асинхронными электродвигателями трехфазного тока.
Конденсаторные эл. двигатели
Главное отличие — в конструкции, выполнении и подключении статорной обмотки. Для пуска однофазных асинхронных электродвигателей часто используют специальную пусковую обмотку, находящуюся на статоре вместе с основной рабочей обмоткой, но смещенной на некоторый угол по отношению к ней. Пусковая обмотка зачастую подключается к сети через конденсатор, а после пуска и разгона двигателя отключается. В ряде конструкций обе обмотки являются рабочими и для повышения эффективности использования и улучшения характеристик однофазных двигателей можно пусковую обмотку с включенными в ее цепь конденсаторами оставить подсоединенной к сети на весь период работы. В этом случае подбором емкости конденсаторов можно добиться в рабочем режиме машины кругового или почти кругового вращающегося магнитного поля, когда обратная составляющая поля будет отсутствовать полностью или будет в значительной мере ослаблена. В результате этого улучшатся характеристики машины и повысится эффективность ее использования. Если при работе однофазного двигателя обе его обмотки остаются постоянно подсоединенными к сети, а последовательно с одной из них включен конденсатор, то такой двигатель называется конденсаторным (см. рис.).
У конденсаторного двигателя обе обмотки являются рабочими. Из условия получения кругового поля их числа витков в общем случае различны. Выбор конденсатора может показаться достаточно сложной задачей. Для этого существует, как минимум, два способа.
Первый способ - подбор емкости конденсатора опытным путем. Критерии для оценки оптимального выбора емкости ток холостого хода и пусковой момент. Момент должен быть максимальный, а ток холостого хода минимальный. Обычно достаточно оценки по току холостого хода.
Второй способ выбора емкости конденсатора - метод расчета. Остановимся на этом подробнее. В этом случае напряжения на обмотках должны быть сдвинуты по фазе на 90о, поэтому
jUa = Uβ kwawa/kwβwβ. (1)
Токи в обмотках Ia и Iβ также будут сдвинуты по фазе на 90° и будут создавать МДС
jIakwawa =Iβkwβwβ (2),
где wa и wβ - числа витков обмоток α и β;
kwa и kwβ обмоточные коэффициенты для обмоток α и β.
Перемножая левые и правые части равенств (1) и (2), получаем
UαIα = UβIβ
Т. е. полные мощности обеих обмоток будут равны. Так как обмотки находятся в одинаковых условиях по отношению к ротору, то развиваемые ими активные мощности также будут равны, т. е.
UαIαcosφα = UβIβcosφβ
откуда следует, что φα = φβ.
Кроме того, согласно рис.
Uα = U1 Uβ+Uс = U1
и угол сдвига между током Iβ и напряжением на конденсаторе Uс составляет 90°. Этим условиям соответствует векторная диаграмма. Согласно этой диаграмме
Uс = Uβ /sinφβ
Емкость, необходимая для создания кругового поля, определяется из соотношения
Iβ = Uс /xc = (Uβ / sinφβ) ωC
откуда
C = Iβ sinφβ / (ωUβ)
Мощность конденсатора составляет
QC = Uс Iβ = Uβ Iβ / sinφβ
Таким образом, мощность конденсатора равна полной мощности двигателя, Т. е. относительно велика. Следует обратить внимание, что при заданном значении емкости C круговое поле создается только при одной определенной нагрузке двигателя (при одном значении тока). При других нагрузках поле является эллиптическим и работа двигателя ухудшается. Можно регулировать емкость с изменением нагрузки, но это будет усложнять схему двигателя. Чтобы получить круговое поле при пуске и при какой-либо нагрузке, иногда конденсаторы включают в две параллельные ветви; при нагрузке работает одна ветвь, а при пуске включают обе. У конденсаторных двигателей использование материалов почти такое же, как у трехфазного двигателя равной мощности, КПД их также примерно равны, а cosφ несколько выше у конденсаторных двигателей.
У многих однофазных асинхронных двигателей в цепь обмотки, включенной в сеть через конденсатор, на время пуска подключается дополнительный (пусковой) конденсатор.
Принцип работы и конструкция однофазного электродвигателя.
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 на несколько секций.
На рисунке приведен пример двухполюсной однофазной обмотки с четырьмя секциями в главной обмотке и двумя секциями во вспомогательной.
Ограничения однофазных электродвигателей.
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 могут иметь более высокий уровень шума по сравнению с двухфазными электродвигателями, которые работают на много тише, так как в них используется пусковой конденсатор. Конденсатор, через который производится пуск электродвигателя, способствует его плавной работе.
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, так же не рекомендуется эксплуатировать электродвигатель при нагрузке меньшей 25% от полной нагрузки.
Асинхронные эл. двигатели с экранированными полюсами
Статор асинхронного двигателя с экранированными полюсами имеет явнополюсную конструкцию (см. рис.). На полюсах размещается однофазная обмотка, которая подключается в однофазную сеть. Часть полюса охватывает короткозамкнутый виток К. На роторе двигателя имеется обычная короткозамкнутая обмотка в виде беличьей клетки.
Магнитный поток одного полюса двигателя можно представить в виде двух составляющих. Часть полюса, не охваченную короткозамкнутым витком, пронизывает поток Ф1m, созданный током обмотки статора I1. Другую часть полюса можно рассматривать как трансформатор, у которого первичной обмоткой является обмотка статора, а вторичной - короткозамкнутый виток. Результирующий поток этой части полюса Ф2m равен геометрической сумме потока Ф'2m созданного током обмотки статора I1, и потока Фк,m от тока Iк, индуктируемого в короткозамкнутом витке потоком Ф'2m.
Как следует из векторной диаграммы (см. рис.), которая аналогична векторной диаграмме трансформатора, между потоками двух частей полюса Ф1m и Ф2m из-за экранирующего действия короткозамкнутого витка существует сдвиг по фазе во времени на угол β. Кроме того, оси этих потоков смещены на определенный угол в пространстве. Поэтому магнитное поле в машине будет вращающимся. Так как магнитные потоки Ф1m и Ф2m не равны между собой и угол сдвига между ними меньше 90°, то магнитное поле будет эллиптическим. Вследствие этого двигатели с экранированными полюсами имеют ряд недостатков: большие габаритные размеры, небольшой пусковой момент [Mn = 0,2 ÷ 0,5Mном], низкий коэффициент мощности (cos φ ≈ 0,4 ÷ 0,6) и невысокий КПД из-за больших потерь в короткозамкнутом витке (ή ≈ 0,25 ÷ 0,4).
Некоторое улучшение их пусковых и рабочих характеристик удается получить путем применения между полюсами магнитных шунтов из листовой стали, увеличения воздушного зазора под неэкранированной частью полюсов, расположения на каждом полюсе двух-трех короткозамкнутых витков разной ширины. Двигатели с экранированными полюсами выпускаются серийно на мощности от долей ватта до 300 Вт и применяются в вентиляторах, проигрывателях, магнитофонах и пр
malahit-irk.ru
