Однофазные асинхронные двигатели | Электрические машины

Страница 19 из 51

Однофазные асинхронные двигатели получили распространение в бытовых установках, питаемых однофазным током. Такие двигатели имеют однофазную обмотку на статоре и короткозамкнутую обмотку на роторе, как у обычного трехфазного асинхронного двигателя. Однофазный двигатель можно получить из трехфазного, если использовать одну или две фазы статора (рис. 4.40).

При прохождения по обмотке статора однофазного тока создается пульсирующее магнитное поле, которое может быть представлено двумя вращающимися в противоположные стороны полями. Эти поля создают моменты прямой и обратной последовательностей (рис. 4.41). Если ротор неподвижен (), то моменты и равны по величине, но противоположны по знаку, поэтому результирующий момент будет равен нулю. Это основной недостаток однофазных асинхронных двигателей. Если двигатель привести во вращение в ту или иную сторону, то один из моментов будет преобладать и двигатель сможет нести нагрузку. Но энергетические показатели однофазного двигателя хуже, чем у трехфазного. При одинаковых габаритах номинальная мощность однофазного двигателя составляет от номинальной мощности трехфазного двигателя. Это связано с тем, что обмотка статора однофазного двигателя занимает не все пазы и, кроме того, в однофазном двигателе существует обратное поле, которое снижает вращающий момент, увеличивая потери и нагрев.

Если у трехфазного двигателя при работе с номинальной нагрузкой произойдет обрыв одной фазы статора, то токи двух других фаз существенно возрастут и двигатель может быстро выйти из строя.
Действительно, трехфазный двигатель имеет мощность
,
где — КПД и коэффициент мощности в трехфазном режиме.
Мощность однофазного двигателя
,
где — КПД и коэффициент мощности однофазного режима.

Если учесть, что и , то ток однофазного режима возрастает более чем в раз. Работа трехфазного двигателя «на двух фазах» является частой причиной выхода его из строя. Но если мощность двигателя снизить, то его можно использовать как однофазный. Для получения пускового момента однофазных двигателей применяют специальные пусковые устройства. Часто в качестве пускового устройства используется свободная фаза с подключенным к ней конденсатором (рис. 4.42, а).
При таком включении магнитные оси обмоток А и ВС сдвинуты относительно друг друга на 90° (рис. 4.42, б), а конденсатор обеспечивает сдвиг токов во времени тоже на 90° (рис. 4.42, в). Поэтому созданное ими поле будет близко к круговому. Действительно, первая гармоника МДС фазы А
.

Изобразим пространственную волну на комплексной плоскости вектором
,
совместив вещественную ось с магнитной осью фазы А. Аналогично первую гармонику МДС фаз В и С

на комплексной плоскости можно представить вектором
.
Результирующая МДС
,
где ; .
Если , то результирующая МДС создает круговое вращающееся поле
.

Если , то наряду с прямо вращающимся полем будет существовать обратно вращающееся поле . Сумма этих полей образует эллиптическое поле
.
Очевидно, что пусковой момент будет максимальным при круговом поле. Для получения такого поля серийно выпускаемые однофазные асинхронные двигатели (рис. 4.43) содержат на статоре две взаимно ортогональные обмотки и . Чтобы обеспечить сдвиг во времени между токами в обмотках и тоже на 90°, в одну из обмоток включают конденсатор . Такие двигатели называются конденсаторными.

Конденсаторный двигатель в сущности является двухфазным двигателем, который с помощью конденсатора подключается к однофазной сети и при номинальной нагрузке имеет двухфазную симметричную систему токов. При других нагрузках симметрия фаз нарушается и в машине появляется обратное поле. Чтобы сохранить симметрию, необходимо изменять емкость. Емкость , подобранная по рабочему режиму, оказывается недостаточной для получения кругового поля при пуске. Поэтому часто параллельно с на время пуска включают пусковую емкость .
Определим величину рабочей емкости , при которой образуется круговое поле при постоянной нагрузке.
При круговом поле напряжения и токи фаз сдвинуты на 90° (рис. 4.44). Мощность обмоток и их МДС равны, поэтому справедливы следующие соотношения:
; .
Отсюда получаем связь между напряжениями на обмотках:
.
Напряжение на конденсаторе

отстает от тока на 90°. При этом согласно векторной диаграмме (рис. 4.44) углы между напряжениями и токами в фазах a и b должны быть равны,
,
и связаны с числом витков фаз соотношением
.
С учетом этих условий емкость конденсатора определится из выражения
.
Согласно векторной диаграмме
; ; .
Используя эти соотношения, получим окончательное выражение для емкости :
.
Мощность этой емкости

равна полной мощности двигателя,
.
Поэтому конденсаторы занимают объем, близкий к объему самого двигателя, что является недостатком конденсаторных двигателей. Но технико-экономические показатели таких двигателей близки к показателям трехфазных двигателей.

• Назад
• Вперёд

Однофазний електродвигун: принцип роботи, особливості, переваги і недоліки

Теоретичні основи роботи асинхронних електродвигунів були опубліковані в далекому 1888 році. Ця подія стала початком ери масового впровадження агрегатів в промисловість. Однофазний електродвигун змінного струму тільки частково може так називатися, оскільки фаз все ж дві, але з-за того, що робочої є тільки одна обмотка, він називається однофазним. Розберемося, який його принцип роботи та переваги.

Особливості однофазних електродвигунів

Для роботи однофазних асинхронних електродвигунів вимагається лише одна фаза живлення. Вони використовуються як у побуті, так і промисловості.

Однофазний двигун складається з наступних основних компонентів:

• ротора, який обертається частиною;
• статора — нерухомої частини.

Обмотка статора складається з двох частин: основної і допоміжної обмотки. Допоміжна розташована перпендикулярно до основної, до неї підключений конденсатор.

Принцип дії однофазного двигуна

Основна і допоміжна обмотка мають лише по одному контуру. Змінний струм, що проходить через основну обмотку, буде створювати змінне магнітне поле.

Принцип роботи однофазного асинхронного двигуна простий — ротор, має початкове обертання, поміщається всередину цього магнітного поля і продовжує обертатися в тому ж напрямку. Причина даного фізичного явища в тому, що змінне магнітне поле дорівнює сумі двох протилежно обертових магнітних полів. Цей принцип називається теорією подвійного обертового поля.

Магнітне поле є змінним, тому електромагнітна індукція викликає електричний струм в стрижнях ротора. Це створює силу у відповідності з законом Лоренца і ротор починає обертатися. Але в конструкції однофазного асинхронного електродвигуна два обертових магнітних полів і вироблені ними обертаючі моменти будуть рівні і протилежні.

Сумарним ефектом буде нульовою обертаючий момент на роторі, тому ротор не запуститься, а просто буде видавати гул. Розгляд принципу роботи було без неповним без опису обмотки і конденсатора, саме вони надають ротору початкове обертання.

Обмотка також виробляє два протилежно обертових магнітних полів, одне з них пригнічує магнітне поле основної обмотки, а інший його посилює в результаті утворюється одне поле, що обертається з певною швидкістю. Таке поле надає пусковий момент ротора, тобто виробляє самостійний запуск електродвигуна змінного струму. Після того як ротор досягне певної швидкості, навіть якщо допоміжний контур буде відключений, він продовжить обертатися.

Переваги і недоліки однофазного асинхронного двигуна

Всі переваги асинхронного електродвигуна змінного струму випливають з його конструкції і принципу роботи.

Якщо порівнювати даний вид двигуна з іншими активно використовуються в промисловості та побуті агрегатами, стає зрозуміло, що його конструкція максимально проста. Це позитивно позначається не тільки на обслуговуванні, але і на початкової вартості вузла. Асинхронного електродвигуна належить пальма першості в поєднанні ціни і продуктивності, особливо, якщо мова йде про побутовий експлуатації.

Профілактичні роботи при обслуговуванні однофазного двигуна змінного струму зводяться до очищення від пилу і підтяжки контактів підключення. За умови коректної, дбайливого транспортування, правильної установки, експлуатації з урахуванням навантажень і потужності агрегату, першу заміну системи підшипників можна робити лише через 15-20 років.

З принципу роботи агрегату випливають і його недоліки, які в деяких випадках виступають обмежувачами у використанні двигуна для тих або інших завдань.

Частота мережі і кількість полюсів обмотки визначають швидкість обертання двигуна. Це буде обмеженням, якщо робочий процес вимагає зміни швидкості. Вирішити проблему в деякій мірі можна використанням багатошвидкісних асинхронних двигунів, принцип роботи яких дає можливість перемикати обмотки.

Асинхронні електродвигуни змінного струму практично не використовуються у вологих і сирих приміщеннях. Із-за особливостей конструкції вони не випускаються на напругу менш 220 В. Єдине рішення, що нівелює даний недолік — установлення пневматичних і гідравлічних приводів.

Часто перегрів двигуна змінного струму відбувається навіть при мінімальному відхиленні напруги живлення. Зниження значення неминуче веде до зниження частоти обертання.

Наш інтернет-магазин в своєму каталозі зібрав різні моделі, у нас можна вигідно купити однофазні електродвигуни в Україні від виробника, у тому числі представлені популярні агрегати АИ1Е 1500 об/хв і АИ1Е 80 С2У2Л 3000 об/хв.

1-ФАЗНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ — Двигатель Вольт

Структура 1-фазных асинхронных двигателей состоит из двух основных компонентов, статора и ротора, как и в 3-фазных асинхронных двигателях. Статор – неподвижная часть двигателя. Статор имеет сердечник статора и обмотки возбуждения. В статоре однофазных асинхронных двигателей обычно две обмотки: основная и вспомогательная. Ротор – вращающаяся часть двигателя. В роторах асинхронных двигателей с контактными кольцами имеется обмотка, а в роторе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором — короткозамкнутые стержни. Ассортимент промышленных асинхронных двигателей Volt Motor состоит из асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

В асинхронных двигателях частота вращающегося поля, создаваемого в воздушном зазоре, и частота вращения ротора не совпадают. По этой причине такие двигатели называются асинхронными. Частота вращающегося поля в воздушном зазоре зависит от частоты подачи двигателя и числа полюсов и не изменяется с нагрузкой двигателя, но частота вращения ротора меняется в зависимости от нагрузки. При увеличении нагрузки в зоне работы двигателя скорость вращения двигателя уменьшается, а при уменьшении нагрузки скорость вращения двигателя увеличивается. Скорость вращения двигателя самая высокая в режиме холостого хода. Скорость вращения двигателя асинхронного двигателя в зоне действия двигателя не может превышать скорость вращения вращающегося поля. Скорость вращения вращающегося поля рассчитывается следующим образом:

N = 120 x f/P

N: скорость вращения вращающегося поля [об/мин]
f: частота подачи [Гц]
P: число полюсов обмотки статора

Рисунок 1. Пример графика крутящий момент-скорость для 1 -Фазовый асинхронный двигатель с двойным конденсатором

Как видно здесь, скорость вращения 2-полюсного двигателя будет 3000 об/мин, а скорость вращения 4-полюсного двигателя будет 1500 об/мин. Изменение скорости вращения асинхронного двигателя при различных нагрузках можно увидеть на графике момент-скорость, показанном ниже.

Для образования пускового момента в однофазных асинхронных двигателях должны проходить переменные токи разных фаз от основной и вспомогательной обмоток. Для этого к цепи вспомогательной обмотки подключается последовательный конденсатор. Таким образом возникает двухфазный двигатель. В дополнение к постоянному конденсатору для увеличения пускового момента двигателя можно также использовать пусковой конденсатор, который активируется только во время пуска и отключается с помощью механизма по завершении пуска. . Для деактивации пускового конденсатора в однофазных изделиях вольтового двигателя используется центробежный переключатель.

Вольт Двигатель Типы однофазных асинхронных двигателей;

1. Двигатели с конденсаторами постоянной цепи: Эти двигатели имеют только конденсаторы постоянной цепи. Постоянный конденсатор цепи активен как во время пуска, так и во время работы двигателя.

2. Двигатели с пусковым конденсатором и конденсатором постоянного тока: Эти двигатели также имеют пусковой конденсатор в дополнение к конденсатору постоянного тока. Пусковой конденсатор активируется только во время пуска и отключается центробежным выключателем после того, как двигатель работает. Постоянный конденсатор цепи активен как при запуске двигателя, так и во время его работы.

Однофазные асинхронные двигатели;

• можно использовать напрямую через сеть (DOL).

Стандартные двигатели

• можно использовать только в сетях с частотой 50 Гц или только с частотой 60 Гц.
• Стандартные двигатели могут работать от бытовых сетей 220 В.

Что такое асинхронный двигатель с расщепленной фазой? — его Приложения

Двигатель с расщепленной фазой также известен как пусковой двигатель с сопротивлением 9.0048 . Он имеет ротор с одной клеткой, а его статор имеет две обмотки, известные как основная обмотка и пусковая обмотка. Обе обмотки смещены в пространстве на 90 градусов. Основная обмотка имеет очень низкое сопротивление и высокое индуктивное сопротивление, тогда как пусковая обмотка имеет высокое сопротивление и низкое индуктивное сопротивление. Схема подключения двигателя показана ниже:

Резистор включен последовательно со вспомогательной обмоткой. Ток в двух обмотках неодинаков, вследствие чего вращающееся поле неравномерно. Следовательно, пусковой крутящий момент невелик, порядка 1,5-2 раза от заявленного рабочего крутящего момента. При пуске двигателя обе обмотки включаются параллельно.

Как только двигатель достигает скорости около 70 до 80 % синхронной скорости, пусковая обмотка автоматически отключается от сети питания. Если мощность двигателей составляет около 100 Вт или более, центробежный выключатель используется для отключения пусковой обмотки, а для двигателей меньшей мощности используется реле для отключения обмотки.

Реле включено последовательно с основной обмоткой. При пуске в цепи протекает сильный ток, и контакты реле замыкаются. Таким образом, пусковая обмотка находится в цепи, и по мере набора двигателем заданной скорости ток в реле начинает уменьшаться. Поэтому реле размыкается и отключает вспомогательную обмотку от питания, заставляя двигатель работать только от основной обмотки.

Векторная диаграмма асинхронного двигателя с расщепленной фазой показана ниже:

Ток в основной обмотке (I _M ) отстает от напряжения питания V почти на угол 90 градусов. Ток во вспомогательной обмотке I _А находится примерно в фазе с линейным напряжением. Таким образом, существует разница во времени между токами двух обмоток. Разность фаз по времени ϕ составляет не 90 градусов, а порядка 30 градусов. Этой разности фаз достаточно, чтобы создать вращающееся магнитное поле.

Ниже показана характеристика скорости вращения двигателя с расщепленной фазой:

Здесь n ₀ — это точка, в которой срабатывает центробежный переключатель. Пусковой момент пускового двигателя с сопротивлением примерно в 1,5 раза превышает крутящий момент при полной нагрузке. Максимальный крутящий момент примерно в 2,5 раза превышает крутящий момент при полной нагрузке примерно на 75% синхронной скорости. Пусковой ток двигателя высок, примерно в 7-8 раз превышает значение полной нагрузки.

Направление двигателя с резистивным пуском можно изменить, поменяв местами подключение к линии основной обмотки или пусковой обмотки.