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.
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.
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.
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.
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.
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 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.
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.
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.
www.eti.su
Работа многих приборов и агрегатов обеспечивается функционированием встроенного в них электродвигателя. Чаще всего к жилым домам и участкам подводится электросеть с напряжением 220 В. Поэтому необходимо выбирать модели однофазного типа.
Однофазный электродвигатель функционирует за счет подключения к сети с переменным током двухпроводного типа. Сеть представлена потенциалом фазного и нулевого характера. При этом число обмоток статора не является определяющим.
В процессе выбора агрегата нужно четко различать типы однофазных двигателей, а также отделять асинхронные конструкции от коллекторных. На шильдике есть вся информация о типе, но она становится доступной, если вы начнете разбирать двигатель. А идентифицировать требуется гораздо раньше.
Если вы хотите определить, коллекторный вариант или асинхронный перед вами, то следует обратить внимание на строение. Первый тип двигателя оснащен щетками, находящимися непосредственно рядом с коллектором, а также имеет секционный барабан из меди. Эта модификация однофазная.
Коллекторные двигатели отличаются возможностью выдачи многочисленных запускающих оборотов, а также в процессе разгона. Поэтому их применяют в бытовых приборах. А простая смена полярности позволит изменить направленность вращения.
Характерно и еще одно преимущество – возможность смены вращательной скорости. Это делается регулированием амплитуды напряжения, которое поступает на вход.
Но при этом не следует забывать и о ключевых недостатках, к которым относятся:
Такие двигатели конструктивно включают:
При этом такие агрегаты могут быть не только однофазными, но и трехфазными. Помимо указанных составных элементов, в конструкции выделяются вал, клеммная колодка и вентилятор для охлаждения, что видно на фото однофазного двигателя.
Рассматриваемые агрегаты могут быть бифилярного и конденсаторного вида. В устройствах, сконструированных по первому варианту, пусковая обмотка активизируется и функционирует исключительно до момента разгона мотора. Затем выключатель центробежного типа или реле деактивируют ее. Поскольку работа после разгона приводила бы к резкому падению КПД.
Принцип однофазного двигателя конденсаторного вида предполагает постоянную работу конденсаторной обмотки. При этом существуют две смещенные обмотки – основная и вспомогательная.
Это смещение составляет 90 градусов, что обеспечивает возможность регулирования направления, по которому вращается вал. Наличие конденсатора на поверхности корпуса позволяет идентифицировать эту модель двигателя.
Чтобы точно выбрать нужную модификацию, вам придется замерить сопротивление. У бифилярных движков сопротивление обмотки вспомогательного уровня не менее чем в 2 раза меньше значения основной. Поэтому она выполняет все функции пусковой. В конструкции можно обнаружить также реле или соответствующий выключатель.
Мощность однофазного двигателя варьируется в обширном диапазоне. Она может быть как в несколько ватт, так и достигать 10 кВт. Этот параметр, равно как КПД с пусковым моментом, будут меньше, чем в трехфазных моделях аналогичных габаритов.
Подключение однофазного двигателя выполняется путем задействования кнопки, размыкающей контактный элемент после запуска. Он присоединен к обмотке, которая является пусковой. Например, в ПНВС-кнопке при удержании происходит замыкание среднего контакта, а крайние сохраняют замкнутое положение.
Чтобы идентифицировать, является ли обмотка пусковой или рабочей, следует произвести замеры. А для обустройства вывода мотора выделяется несколько проводов. Обычно их или 3, или 4 штуки.
Если проводов три, то две обмотки предварительно находятся в объединенном виде. А поэтому один провод будет общим. Получается три пары, в каждой из которых тестером нужно замерить сопротивление. У обмотки рабочего вида будет наименьшая величина сопротивления, а у выхода общего типа – наибольшее. Для пусковой же сохранится средний показатель.
При наличии четырех проводов нужно протестировать две пары. Та, у которой сопротивление меньшее, считается рабочей. Пара с идентифицированным большим сопротивлением будет пусковой. Провода, идущие от каждой обмотки, надо объединить с выводом от общего провода.
В результате образуются три выхода – общий, пусковой и рабочий. Их и надо подключить к кнопке с контактами. Пусковой вывод крепится к среднему контакту кнопки, который крепится при помощи перемычки с рабочим контактом. А вот на крайние контакты выводятся остальные, не пусковые выводы. К ним будет идти силовой кабель.
Чтобы подключить такой движок, используют несколько вариантов.
Во-первых, можно задействовать пусковой конденсатор. Такой агрегат будет быстро запускаться, но в процессе функционирования выдается мощность ниже номинальной.
Во-вторых, допустимо воспользоваться рабочим конденсатором. Тогда запитка производится с рабочей обмотки. Показатели пуска будут недостаточно высокими, а вот параметры функционирования — отличными.
В процессе организации запуска используется также и схема подключения однофазного двигателя на базе двух конденсаторов сразу.
Кнопка ПНВС запускает конденсатор на этапе включения до момента требуемого разгона, после чего активными остаются только две обмотки. Вспомогательная же в процессе работы будет подключена посредством конденсатора.
Для движков важно правильно подобрать нужный конденсатор. Рабочий требует параметр 0,7-0,8 мкФ в расчете на киловатт мощности. А пусковому требуется двух или трехкратное превышение заданного значения.
И, конечно же, величина рабочего напряжения у используемых конденсаторов должна превышать сетевой уровень в 1,5 раза. При этом эффективность старта обеспечивается пусковым конденсатором, что позволит задать оптимальные параметры работы.
mojdominfo.ru
Однофа́зный дви́гатель — электродвигатель, конструктивно предназначенный для подключения к однофазной сети переменного тока. Фактически является двухфазным, но вследствие того, что рабочей является только одна обмотка, двигатель называют однофазным.
Строго говоря, именно однофазным называется такой асинхронный двигатель, который имеет на статоре одну рабочую обмотку, которая подключается к сети однофазного тока. Запуск осуществляется дополнительной (меньшей) пусковой обмоткой, которая подключается через ёмкость/индуктивность к основной сети на время пуска или замыкается накоротко (в двигателях малой мощности).
Преимуществом двигателя является простота конструкции (короткозамкнутый ротор). Недостатки - малый пусковой момент (или вообще его отсутствие) и низкий КПД.
Применяются в основном в вентиляторах малой мощности (настольных, оконных, для ванных комнат и т.п.). Самым массовым советским вентилятором такого типа (и двигателем для него) был "ВН-2" мощностью 15 Ватт. Особенностью его конструкции является установка шарикового подшипника только с одной стороны вала двигателя (противоположной крыльчатке вентилятора), в результате из-за значительных изгибающих нагрузок подшипник (и двигатель) сильно шумит даже на малых оборотах.
Не вполне корректно однофазными двигателями также называют конструктивно двух- и трёхфазные асинхронные электродвигатели, подключаемые через схемы согласования в однофазную сеть (конденсаторные двигатели).
Двухфазный двигатель, как правило, проектируется именно в расчёте на работу в однофазной сети (как конденсаторный двигатель).
Обе его обмотки (фазы двигателя) являются рабочими и включены постоянно - одна непосредственно в сеть, вторая - через фазосдвигающую цепь (как правило, конденсаторы). Он имеет лучшие эксплуатационные параметры из всех типов асинхронных двигателей при работе в однофазной сети. Широко применялся в активаторных стиральных машинах советского времени.Трехфазный асинхронный электродвигатель также может работать в однофазной сети с потерей мощности. При этом для запуска необходима фазосдвигающая цепь, которая обычно строится или из ёмкости или из индуктивности:
Однофазный электродвигатель
biograf.academic.ru
