Содержание
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.
|
Навигация:
Топ: Техника безопасности при работе на пароконвектомате: К обслуживанию пароконвектомата допускаются лица, прошедшие технический минимум по эксплуатации оборудования. Основы обеспечения единства измерений: Обеспечение единства измерений — деятельность метрологических служб, направленная на достижение… Генеалогическое древо Султанов Османской империи: Османские правители, вначале, будучи еще бейлербеями Анатолии, женились на дочерях византийских императоров…
Интересное: Что нужно делать при лейкемии: Прежде всего, необходимо выяснить, не страдаете ли вы каким-либо душевным недугом… Мероприятия для защиты от морозного пучения грунтов: Инженерная защита от морозного (криогенного) пучения грунтов необходима для легких малоэтажных зданий и других сооружений… Отражение на счетах бухгалтерского учета процесса приобретения: Процесс заготовления представляет систему экономических событий, включающих приобретение организацией у поставщиков сырья…
Дисциплины:
|
⇐ ПредыдущаяСтр 16 из 20Следующая ⇒ Цель:Сформировать умения включать трехфазный асинхронный двигатель в однофазную сеть и определять их механические характеристики опытным путём. По окончании выполнения лабораторной работы студент должен знать: — устройство и принцип действия однофазного асинхронного двигателя; — устройство и принцип действия конденсаторного асинхронного двигателя; — безопасные условия эксплуатации;
уметь: — опытным путем определять механические характеристики однофазного и конденсаторного двигателей; — включать трехфазный асинхронный двигатель в однофазную сеть.
Основные теоретические положения:
Трехфазный асинхронный двигатель может быть использован для работы от однофазной сети. В этом случае такой двигатель включают как конденсаторный по одной из схем, приведенных на рисунке 98. Значение рабочей емкости Сраб (мкФ) при частоте переменного тока 50 Гц можно ориентировочно определить по одной из формул: для схемы, изображенной на рисунке 98, а, Cpa6 ≈ 2700 I1/ Uc; на рисунке 98, б, Cpa6 ≈ 2800 I1/ Uc; на рисунке 98, в Cpa6 ≈ 4800 I1/ Uc ,
где I1 – номинальный (фазный) ток в обмотке статора, А; Uс – напряжение однофазной сети, В. При подборе рабочей емкости необходимо следить за тем, чтобы ток в фазных обмотках статора при установившемся режиме работы не превышал номинального значения. Рисунок 98 – Схемы соединения обмотки статора трехфазного асинхронного двигателя при включении его в однофазную сеть
Если пуск двигателя происходит при значительной нагрузке на валу, то параллельно рабочей емкости Сраб следует включить пусковую емкость
Сп = (2,5÷3,0)Сра6.
В этом случае пусковой момент становится равным номинальному. При необходимости дальнейшего увеличения пускового момента следует принять еще большее значение пусковой емкости (Сп ≤ 8Сра6). Большое значение для надежной работы асинхронного двигателя в качестве конденсаторного имеет правильный выбор конденсатора по напряжению. Следует иметь в виду, что габариты и стоимость конденсаторов определяются не только их емкостью, но и рабочим напряжением. При определении напряжения на конденсаторе при включении двигателя по одной из рассмотренных схем необходимо иметь в виду следующее: при включении двигателя по схеме рисунке 98, а напряжение на конденсаторе равно UK≈ 1,3 UС, а при включении двигателя по схемам рисунке 98, б и в это напряжение равно Uк ≈ 1,15 Uc. В схемах конденсаторных двигателей обычно применяют бумажные конденсаторы в металлическом герметичном корпусе прямоугольной формы типов КБГ – МН или БГТ (термостойкие). На корпусе конденсатора указаны емкость и рабочее напряжение постоянного тока. При включении такого конденсатора в сеть переменного тока следует уменьшить примерно в два раза допустимое рабочее напряжение.
Порядок выполнения работы: 1. Выполнить задание лабораторной работы. 2. Составить отчет. 3. Ответить на контрольные вопросы. Ход работы: Электрическая схема стенда приведена на рисунке 99.
Рисунок 99 – Электрическая схема стенда
Задание.
— Убедиться, что стенд отключен от сети питания и заземлен, все соединения соответствуют электрической схеме (рисунок 99). — Включить стенд в розетку сети 220 В с помощью вилки. — Включить тумблер, подключающий в схему пусковую емкость. — Нажать на кнопку «Пуск» кнопочного поста стенда. — По окончании разгона электродвигателя вывести из работы пусковую емкость, отключив тумблер. Измерить время пускового процесса и сравнить со временем разгона электродвигателя из предыдущей лабораторной работы, сделать выводы. — Отключить питание стенда. Записать значения пускового и рабочего конденсаторов, сделать выводы.
Контрольные вопросы:
1. Почему однофазный двигатель не создает пускового момента? 2. Скакой целью в цепь пусковой обмотки двигателя включают фазосмещающий элемент? 3. Чем отличается однофазный двигатель от конденсаторного? 4. Как рассчитать мощность конденсатора для однофазного АД? 5. Каковы правила безопасной эксплуатации однофазных АД? 6. Каковы правила техники безопасности при эксплуатации конденсаторов?
Лабораторная работа №12 ⇐ Предыдущая11121314151617181920Следующая ⇒ Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции… Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни… Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰). Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим… |
..
Поэтому выбор конденсатора с большим “запасом” по напряжению ведет к неоправданному увеличению габаритов и стоимости установки, а включение конденсаторов на напряжение, превышающее допустимое рабочее напряжение, приводит к преждевременному выходу из строя конденсаторов, а, следовательно, и всей установки.
Например, если на конденсаторе указано напряжение 600 В, то рабочее напряжение переменного тока следует считать 300 В.
..Электрические машины — однофазные асинхронные двигатели
Однофазные асинхронные двигатели обычно имеют конструкцию, подобную
трехфазного двигателя: на статоре размещены обмотки переменного тока, короткозамкнутые проводники
помещается в цилиндрический ротор. Существенная разница, конечно, в том, что есть только
однофазное питание статора.
Рассмотрим схему двигателя, показанную на рис. 1. Если к обмотке статора подключен источник переменного тока, плотность пульсирующего потока будет
быть изготовлены, которые будут связывать цепи ротора. Напряжение, индуцируемое в цепях ротора, будет
вызвать протекание тока, создающего плотность потока, противодействующую изменению потока статора, соединяющего
схема. На приведенной выше диаграмме плотности потока как статора, так и ротора будут действовать в направлении y.
то есть векторное произведение плотностей потоков будет равно нулю, двигатель не создает крутящего момента. Этот простой качественный анализ
указывает на проблему, однофазные источники производят
пульсирующие поля, невращающиеся поля и пульсирующие поля не создают крутящего момента.
Тем не менее, однофазные двигатели могут быть изготовлены, поэтому кажется, что существует противоречие в том, что
мы знаем работы, а не анализ.
Рис. 1. Иллюстрация поперечного сечения однофазного асинхронного двигателя
Двойной вращающийся полевой подход
Подход с двойным вращающимся полем разлагает пульсирующее магнитное поле на два магнитных поля, вращающихся в противоположных направлениях. Рассмотрим уравнение для пространственно синусоидально распределенной МДС с пульсирующей величиной:
\[
\mathcal{F} \left(\theta,t\right) = \hat{\mathcal{F}} \sin\left(\omega_e t\right) \sin\left(\frac{p}{2}\ тета_м\право)
\]
Произведение функций косинуса и синуса можно разложить, чтобы получить:
\[
\mathcal{F}\left(\theta,t\right) = \frac{\hat{\mathcal{F}}}{2} \left(\color{red}{\cos\left(\frac{p {2}\theta_m — \omega_e t \right)} — \color{blue}{\cos\left(\frac{p}{2}\theta_m + \omega_e t \right) }\right)
\]
В приведенном выше уравнении красная часть \( \cos\left(\frac{p}{2}\theta_m — \omega_e t \right)\) представляет собой вращающуюся вперед (против часовой стрелки) синусоидально распределенную ммф.
Синяя секция \(\cos\left(\frac{p}{2}\theta_m + \omega_e t \right) \) представляет собой вращающуюся назад (по часовой стрелке) синусоидально распределенную МДС. Эта идея анимирована на рис. 2.9.0003
Рис. 2. Анимация двух векторов МДС, вращающихся в противоположных направлениях, и суммирование векторов с пульсирующим вектором МДС
. Применяя теорию двойного вращающегося поля, можно представить однофазную асинхронную машину как сумму двух меньших асинхронных машин, каждая из которых пытается вращаться в противоположных направлениях. Кривая скорости крутящего момента для однофазной асинхронной машины может быть представлена как сумма двух кривых скорости крутящего момента: одна связана с движением машины в прямом направлении, а другая пытается вести машину назад. Эта идея показана на рис. 3.9.0003
Можно видеть, что если есть два равных и противоположных вращающихся поля, то чистый крутящий момент в состоянии покоя
будет нулевым. Это случай, рассмотренный в качественном анализе, показанном ранее.
Учитывая кривые крутящего момента, если
можно запустить однофазный асинхронный двигатель, создать крутящий момент и машина будет работать как двигатель.
Рис. 3. Компоненты крутящего момента однофазного асинхронного двигателя
Начиная с
Существует ряд различных типов однофазных асинхронных машин, подходы к созданию которых несколько различаются.
вращающееся поле при запуске. Большинство однофазных индукционных машин работают, подавая на двигатель двухфазные токи (две обмотки, подключенные к одному и тому же напряжению питания, с разными импедансами для создания разных фазовых углов для токов). в
4, на двигатель подается две фазы. Если питание фаз сбалансировано (одинаково на единицу mmf), с 90 ° электрического фазового угла между токами и 90 ° электрического пространственного угла между катушками, тогда в результате получается чисто вращательное поле без пульсаций. Если источники питания несбалансированы или фазовый угол не точно равен 90°, будет иметь место комбинация эффекта пульсации и вращения.
Это можно увидеть на анимации на рис. 4.
Используя знания о трехфазных асинхронных машинах, мы знаем, что импеданс обмотки является функцией скольжения. Это добавляет дополнительную сложность, если два сбалансированных тока обмоток должны быть получены от однофазного источника питания — коэффициент мощности обмотки изменяется при скольжении.
В идеале мы хотим, чтобы ток во «вспомогательной обмотке» опережал ток основной обмотки, и для этого мы можем использовать конденсатор. Но емкость, необходимая для создания идеального фазового сдвига тока, будет разной для каждого значения скольжения. Мы должны выбрать значения емкости, которые либо оптимально уравновешивают магнитные поля при заданной скорости (например, при запуске или при номинальной нагрузке), либо емкость, обеспечивающую компромисс между пусковыми и рабочими характеристиками.
Рис. 4. Анимация двух фаз, способных создавать вращающееся поле
Пуск конденсатора — двигатели с пусковым конденсатором
Рис.
5. Схема цепи пускового конденсатора
. Схематическая диаграмма выше показывает основную и вспомогательную обмотки, расположенные под углом 90°.
разделение вокруг ротора. Два параллельных конденсатора включены последовательно со вспомогательной обмоткой.
При запуске общая емкость определяется как
\[
C_{tot}=C_{бег}+C_{старт}
\
]
Как только ротор достигнет заданной скорости, переключатель разомкнется, и будет работать только рабочая емкость.
использоваться. Этот тип переключения достигается с помощью механического подпружиненного центробежного переключателя. Комбинированный крутящий момент
Кривая скорости для двигателя с пусковым конденсатором показана ниже.
Рис.6 Кривая крутящего момента при работе от конденсатора при пуске с конденсатором Иллюстрация
Двигатель с запуском от конденсатора
Основным недостатком двигателя с запуском от конденсатора является стоимость. Там два конденсатора
переключатель. Совокупная стоимость этих компонентов и их производства значительна по сравнению с остальной частью двигателя.
Если требуется высокий пусковой крутящий момент, но приемлем режим работы с более низким КПД, можно исключить рабочий конденсатор.
как показано ниже.
Рис.7. Схема цепи запуска конденсатора
. В этом случае рабочий момент отрицателен при синхронной скорости из-за обратного вращения поля.
обратное поле также вызовет пульсации крутящего момента и вибрацию. Комбинированная кривая крутящий момент-скорость в установившемся режиме показана ниже.
Рис. 8 Иллюстрация кривой пусковой момент конденсатор-скорость
Двигатель с постоянно разделенным конденсатором
Если важны эффективность работы и вибрация, но пусковой момент может быть нарушен, конденсатор можно оставить в
вспомогательный контур на всех скоростях. Размер конденсатора для обеспечения баланса в конкретной точке нагрузки, обратное поле
можно устранить, повысив эффективность и устранив пульсации крутящего момента.
Рис.9. Схема постоянно разделяемого конденсатора
. Устранение центробежного переключателя может значительно снизить стоимость производства.
Компромисс ниже, начиная
крутящий момент, так как размер конденсатора рассчитан не для обеспечения баланса при пуске, а для условий работы
Рис. 10 Иллюстрация кривой крутящий момент-скорость постоянного раздельного конденсатора
Двухфазный двигатель
Двухфазный двигатель не имеет емкости во вспомогательной цепи. Сдвиг фаз по отношению к основному току равен
достигается за счет использования узких проводников для достижения высокого отношения сопротивления к реактивному сопротивлению. Увеличение сопротивления означает, что вспомогательный
обмотку можно использовать только во время пуска, иначе она перегреется.
Рис.11 Схема цепи с расщепленной фазой
Двигатель с расщепленной фазой имеет значительно меньший пусковой момент, чем любой из конденсаторных двигателей из-за
уменьшен фазовый угол между токами основной и вспомогательной обмотки.
Рис. 12 Иллюстрация двухфазной кривой крутящий момент-скорость
Резюме
Каждый из вышеперечисленных типов двигателей имеет разные характеристики, но по разной цене — конденсаторы требуют дополнительных расходов, как и центробежные выключатели; переключателям может потребоваться техническое обслуживание.
На самом деле многие решения, в которых требуется производительность, основаны на компромиссе между эффективностью работы и капитальными затратами, если конструкция способна довести нагрузку до нужной скорости.
Двигатели с экранированными полюсами
Однофазный асинхронный двигатель одного класса, который дешевле любого из
двухобмоточная (или «расщепленная фаза») конструкция представляет собой двигатель с экранированными полюсами. Как правило, эти двигатели используются в
небольшие размеры, а наиболее привычным применением может быть вентилятор для ванной комнаты.
Схема простого двигателя с экранированными полюсами показана на рис. 13.
Рис. 13 Иллюстрация двигателя с экранированными полюсами
В двигателе с экранированными полюсами ротор помещен в простой с-образный сердечник. Половина каждого
полюс покрыт «затеняющей» катушкой. Когда переменный ток проходит через питающую катушку, возникает пульсирующий
производится флюс. При изменении потока через затеняющую катушку индуцируются напряжение и ток.
в затеняющей катушке, препятствуя изменению потока от питающей катушки. В результате
поток под затеняющей катушкой отстает от потока в остальной части катушки. Чистый эффект состоит в том, чтобы произвести
небольшое вращение в потоке через ротор, заставляющее ротор вращаться.
Этот эффект показан на линиях потока, полученных с помощью анализа методом конечных элементов, нанесенных на график
в анимации на рис. 14
Рис. 14 Анимация картины потока в двигателе с расщепленными полюсами
Эквивалентная схема однофазного асинхронного двигателя
Эквивалентная схема однофазного асинхронного двигателя может быть получена двумя методами: теорией двойного вращающегося поля и теорией перекрестного поля. Во-первых, эквивалентная схема разработана на основе теории двойного вращающегося поля, когда только его основная обмотка находится под напряжением.
Рассматривается случай, когда ротор неподвижен и возбуждается только основная обмотка.
Двигатель ведет себя как однофазный трансформатор с коротким замыканием вторичной обмотки. Эквивалентная электрическая схема однофазного двигателя с включенной только его основной обмоткой показана ниже:
Здесь
- R 1м сопротивление основной обмотки статора.
- X 1м — реактивное сопротивление рассеяния основной обмотки статора.
- X M — реактивное сопротивление намагничивания.
- R’ 2 – сопротивление покоящегося ротора, относящегося к основной обмотке статора.
- X’ 2 — реактивное сопротивление рассеяния неподвижного ротора, относящееся к основной обмотке статора.
- В м — приложенное напряжение.
- I м ток основной обмотки.
Предполагается, что потери в сердечнике объединены с механическими и паразитными потерями как часть потерь при вращении ротора. Пульсирующий поток воздушного зазора в двигателе в состоянии покоя разлагается на два равных и противоположных потока с двигателем.
Полное сопротивление в состоянии покоя каждого из роторов, называемого основной обмоткой статора, определяется как:
Эквивалентная схема однофазного асинхронного двигателя с одной обмоткой и неподвижным ротором показана ниже. Прямой и обратный потоки индуцируют напряжение E mf и E mb соответственно в основной обмотке статора. E m – результирующее наведенное напряжение в основной обмотке.
В состоянии покоя E mf = E mb
Теперь с помощью вспомогательной обмотки запускается двигатель. Когда двигатель достигает своей нормальной скорости, вспомогательная обмотка удаляется. Эффективное сопротивление ротора асинхронного двигателя зависит от скольжения ротора.
На схеме выше воздушный зазор разделен на две части. Первая часть показывает влияние потока прямого вращения, а вторая часть показывает влияние потока обратного вращения. Эффективное сопротивление ротора по отношению к потоку прямого вращения составляет R ’2 /2 S , а по отношению к потоку обратного вращения R’ 2 /2 (2 с).