Однофазные и двухфазные асинхронные двигатели


СОДЕРЖАНИЕ:

Однофазные и двухфазные асинхронные двигатели

§ 96. Однофазные асинхронные двигатели

Однофазные асинхронные двигатели широко применяются при небольших мощностях (до 1 — 2 квт). Такой двигатель отличается от обычного трехфазного двигателя тем, что на статоре его помещается однофазная обмотка. Поэтому любой трехфазный асинхронный двигатель может быть использован в качестве однофазного. Ротор однофазного асинхронного двигателя может иметь фазную или короткозамкнутую обмотку.
Особенностью однофазных асинхронных двигателей является отсутствие начального или пускового момента, т. е. при включении такого двигателя в сеть ротор его остается неподвижным.
Если же под действием какой-либо внешней силы вывести ротор из состояния покоя, то двигатель будет развивать вращающий момент.
Отсутствие начального момента является существенным недостатком однофазных асинхронных двигателей. Поэтому эти двигатели всегда снабжаются пусковым устройством.
Чтобы получить начальный вращающий момент, можно разместить на статоре две обмотки, сдвинутые одна относительно другой на половину полюсного деления (90°). Эти обмотки должны быть присоединены к симметричной двухфазной сети, т. е. напряжения, приложенные к обмоткам катушек, должны быть равны между собой и сдвинуты на четверть периода по фазе.
В этом случае токи, протекающие по катушкам, окажутся также сдвинутыми по фазе на четверть периода, что в дополнение к пространственному сдвигу катушек дает возможность получить вращающееся магнитное поле. При наличии вращающегося магнитного поля двигатель развивает пусковой момент.

Простейшую двухфазную обмотку можно представить в виде двух катушек (рис. 121), оси которых смещены в пространстве на 90°. Если по этим катушкам, имеющим одинаковое число витков, пропустить равные по величине и сдвинутые по фазе на четверть периода синусоидальные токи, т. е.

то магнитные поля этих катушек будут также синусоидальны и сдвинуты по фазе на четверть периода, т. е.

При этом вектор ВA направлен по оси катушки А — X, а вектор ВB — по оси катушки В — Y.
В любой момент результирующее магнитное поле равно геометрической сумме магнитных полей катушек А и В, т. е.

Следовательно, при таком устройстве результирующее магнитное поле двухфазной обмотки имеет неизменное значение, равное амплитуде поля одной фазы.
Так как в пространстве магнитные поля взаимно перпендикулярны, то угол, образованный результирующим полем с осью катушки В, определяется из условия

откуда α = ωt т. е. угол между вектором результирующего поля и вертикальной осью линейно изменяется во времени и, следовательно, этот вектор вращается с постоянной скоростью

Но в действительности двухфазная сеть обычно отсутствует, а пуск однофазного двигателя осуществляется включением двух катушек в одну общую для них однофазную сеть. В таких условиях для получения угла сдвига фаз между токами в катушках, примерно равного четверти периода, одну из катушек (рабочую) включают в сеть непосредственно или с пусковым активным сопротивлением, а вторую катушку (пусковую) — через индуктивную катушку (рис. 122, а) или конденсатор (рис. 122, б).

Пусковая обмотка включается только на период пуска в ход. В момент, когда ротор приобретает определенную скорость, пусковая обмотка отключается от сети и двигатель работает как однофазный.
Пусковая обмотка отключается центробежным выключателем или специальным реле.
В качестве однофазного двигателя может быть использован любой трехфазный асинхронный двигатель (рис. 123, а). При работе трехфазного двигателя в качестве однофазного рабочая или главная обмотка, состоящая из двух последовательно соединенных фаз трехфазного двигателя, включается непосредственно в однофазную сеть, третья фаза, являющаяся пусковой или вспомогательной обмоткой, включается в ту же сеть через пусковой элемент — сопротивление (рис. 123, б), индуктивность (рис. 123, в) или конденсатор (рис. 123, г).

В однофазных двигателях малой мощности в качестве пусковой обмотки используют короткозамкнутые витки, укладываемые на полюсах статора. Статоры таких двигателей выполняют с явновыраженными полюсами (рис. 124) и рабочую обмотку укладывают на полюсы в виде катушек, подобно обмотке возбуждения машины постоянного тока.

Каждый полюс разделен на две части, на одной из которых помещают короткозамкнутые катушки. В этих катушках создаются токи, препятствующие прохождению магнитного потока в части полюса В, вследствие чего магнитный поток в части полюса А достигает максимального значения раньше, чем в части полюса В. Эти два несовпадающие по фазе потока возбуждают вращающееся магнитное поле.
В короткозамкнутых катушках возникают добавочные потери, что снижает к. п. д. двигателя. Поэтому такой способ пуска в ход используется только в двигателях очень малых мощностей (до 100 вт), где значение к. п. д. не является первостепенным.
Конденсатор ный двигатель представляет собой однофазный асинхронный двигатель с двумя обмотками на статоре и короткозамкнутым ротором (рис. 125, а). В отличие от способа пуска в ход однофазных двигателей через конденсатор, рассмотренного выше, в конденсаторных (двухфазных) двигателях вспомогательная обмотка рассчитана на длительное прохождение тока и остается включенной не только при пуске в ход двигателя, но и при работе. Наличие вращающегося поля при работе двигателя улучшает рабочие свойства этого двигателя в сравнении с однофазными.

Круговое вращающееся магнитное поле в конденсаторном двигателе будет получено в случае равенства намагничивающих сил двух катушек, причем намагничивающая сила катушки К2 должна опережать намагничивающую силу катушки К1 на π/2 во времени. Это будет при некоторой определенной нагрузке двигателя.
При изменении нагрузки нарушится условие получения кругового вращающегося поля. При этом помимо кругового прямого поля появляется обратное вращающееся поле, создающее тормозной момент, который уменьшает вращающий момент машины.
С увеличением емкости конденсатора возрастает и ток, т. е. повысится нагрузка двигателя, при которой будет создано круговое вращающееся поле. Поэтому повышение емкости конденсаторной батареи вызовет увеличение максимального момента машины, причем максимальный момент смещается в область больших нагрузок, т. е. больших скольжений (рис. 125, б).
При увеличении емкости возрастает также и пусковой момент двигателя. Однако увеличение емкости батареи конденсаторов в рабочем режиме нежелательно, так как это ведет к снижению скорости и понижает к. п. д. двигателя. Поэтому конденсаторные двигатели выполняют с двумя батареями конденсаторов — с постоянно включенной или рабочей емкостью Ср и пусковой емкостью Сп, включаемой только на период пуска в ход двигателя.

1. Объясните принцип действия асинхронного двигателя.
2. Может ли быть скорость вращения ротора асинхронного двигателя больше скорости вращения магнитного поля?
3. Как изменить направление вращения ротора двигателя?
4. Каково устройство асинхронного двигателя с фазным и корот-козамкнутым ротором?
5. Если напряжение питающей сети понизится на 10%, то в какой мере уменьшится вращающий момент двигателя?
6. Каково устройство двигателя с улучшенными пусковыми свойствами?
7. Каким образом регулируется скорость вращения асинхронных двигателей?
8. Почему однофазный асинхронный двигатель не имеет начального момента?
9. Какие способы пуска в ход однофазных двигателей известны Вам?
10. Может ли трехфазный асинхронный двигатель работать от однофазной сети?
11. Зачем конденсаторные двигатели снабжены двумя батареями конденсаторов?

Однофазные электродвигатели напряжения 220В

Наша жизнь стала уже просто немыслима без различных электромоторов. Пылесосы, стиральные машины, холодильники вентиляторы, кондиционеры, даже часы — все эти приборы снабжены электродвигателями. Если прибор подключается к домашней электрической сети, то, вероятнее всего, в нем стоит однофазный асинхронный двигатель 220В.

Принцип действия

Всем нам на школьных уроках физики демонстрировали опыты с проволочной рамкой, помещенной в поле постоянного магнита. Если через рамку пропустить ток, то на проводники в правой и левой части рамки будет действовать силы Ампера, создающие вращающий момент, и рамка с током будет поворачиваться до тех пор, пока она не займет положение, в котором действующие силы уравновешивают друг друга.

Если заставить поле вращаться, рамка с током будет вращаться вместе с ним. На этом принципе основана работа синхронного электродвигателя. Рамка с магнитами — аналог электрического двигателя. Вращающаяся рамка с током — ротор. Неподвижные магниты — статор.

Трехфазный синхронный двигатель

Теперь надо заставить неподвижный статор создать вращающееся магнитное поле.

Для начала заменим постоянные магниты катушками с током обмотками статора. Катушка с током создает такое же магнитное поле, как и магнит. Разместим на статоре не одну катушку-магнит, а три, повернув их на 120 градусов относительно друг друга. Подадим на эти обмотки переменный ток со сдвигом фаз на 120 градусов. Именно так сдвинуты фазы в трехфазной сети.

Результирующее магнитное поле есть результат векторного сложения трех полей. Суммарный вектор магнитной индукции будет вращаться с частотой переменного тока. За один период магнитное поле, создаваемое статором трехфазного двигателя, совершает полный оборот. Ротор, который аналогичен катушке с током, поворачивается вместе с магнитным полем статора с той же скоростью. Таким образом ротор синхронного двигателя вращается частотой питающего переменного тока.

Синхронные двигатели обладают самыми лучшими характеристиками, развивают максимальную мощность и обеспечивают высокий КПД. Однако там тяжелый ротор с обмотками, который сложно балансировать. К обмоткам ротора надо подводить ток, а это требует применения крайне ненадежного щеточного узла. В общем, синхронный двигатель — это хорошо, но сложно, дорого и не очень надежно.

Трехфазный асинхронный двигатель

Замкнем концы рамки накоротко. Получим один короткозамкнутый виток. Наш трехфазный статор создает вращающееся магнитное поле. Пусть это поле и создает ток в короткозамкнутом роторе.

Когда поле статора вращается относительно неподвижной рамки, оно создает в ее контуре переменный магнитный поток. По закону электромагнитной индукции переменное поле наводит в рамке электрический ток. Ток создает вращающий момент, и рамка поворачивается вслед за магнитным полем, как и в синхронном двигателе.

Но есть одно принципиальное отличие. В синхронном двигателе ротор вращается одновременно, то есть синхронно с полем статора. Ротор относительно поля статора неподвижен.

В асинхронном двигателе ротор пытается догнать вращающееся поле, но всегда немного отстает, как бы скользит относительно него. Если вдруг скорость вращения ротора точно сравняется со скоростью поля, то в роторе перестанет наводиться ток индукции.

Разность частот вращения магнитного поля и ротора асинхронного двигателя называется скольжением. Именно оно обеспечивает наличие тока в роторе.

Асинхронные электродвигатели уступают синхронным по всем характеристикам, но значительно проще, легче, надежнее и дешевле. Практически все электрические двигатели, применяемые сегодня в промышленности — это асинхронные трехфазные двигатели.

Механическая характеристика

Механическая характеристика двигателя — это зависимость момента на валу от скорости вращения.

Как уже было сказано, скорость вращения ротора в асинхронном двигателе всегда отличается от скорости вращения поля статора на величину скольжения.

Скольжение S = (n1- n2)/n1, где n1 — это скорость вращения поля, а n2 — скорость вращения ротора.

Характеристика показывает, что двигатель может работать в пяти режимах:

  1. Холостой ход.
  2. Пуск.
  3. Двигательный режим.
  4. Режим рекуперации.
  5. Генераторный режим.

В режиме холостого хода скольжение S равно 0. Ротор вращается синхронно с магнитным полем, как в синхронном двигателе, а момент вращения равен 0. Режим холостого хода — чисто гипотетический и никогда не реализуется на практике.

В момент пуска ротор еще неподвижен и S=1. Момент вращения при S=1 называется пусковым моментом.

После пуска ротор входит в двигательный режим и начинает раскручиваться, постепенно догоняя магнитное поле. В двигательном режиме 1 > S > 0.

Если ротор вдруг каким-то образом обгонит поле, то наступит режим рекуперации. При этом двигатель отдает энергию в сеть. В режиме рекуперации S 1 соответствует генераторному режиму. В генераторном режиме ротор движется навстречу потоку и генерирует электрический ток.

S = Sn соответствует номинальному режиму. Номинальное значение скольжения составляет обычно 2−8%.

Однофазный асинхронный двигатель

Можно еще упросить трехфазный асинхронный двигатель .

Оставим на статоре всего одну обмотку и подадим туда однофазный электрический ток. У нас получился однофазный асинхронный двигатель. В этом двигателе поле статора неподвижно — в этом принципиальное отличие однофазного двигателя от многофазного. Тем не менее такой двигатель работает.

Однофазный двигатель не может стартовать самостоятельно. Ничего особенного в этом нет. Привычный нам двигатель внутреннего сгорания тоже надо сначала раскрутить. В автомобиле мы пользуемся дополнительным электродвигателем — стартером, а в бензопиле делаем это вручную, дергая пусковой шнур.

Если однофазный двигатель подтолкнуть, причем в любую сторону, он разгонится и будет поддерживать вращение в заданном направлении.

Ели ротору придать вращение в определенном направлении, он будет двигаться попутно с одним полем и навстречу другому.

Двигатель можно представить как два трехфазных мотора, насаженных на один вал, но включенных во встречном направлении. При запуске вал неподвижен и моторы уравновешивают друг друга.

Если вал раскрутить внешней силой в каком-то направлении, то один мотор, запущенный в попутном направлении, окажется в двигательном режиме, а другой — в генераторном. Механическая характеристика показывает, что крутящий момент в двигательном режиме больше, чем в генераторном, поэтому попутный мотор перетягивает.

Для запуска однофазного электромотора на его статоре наматывают дополнительную пусковую обмотку перпендикулярно основной и подают в нее ток со сдвигом по фазе. Для сдвига фазы последовательно с обмоткой включают фазосдвигающий элемент. В качестве фазосдвигающего элемента можно использовать резистор, дроссель или конденсатор. В любом случае полное комплексное сопротивление в цепях основной и пусковой обмоток будет разным, и токи получат фазовый сдвиг.

Чаще всего для сдвига фаз используют конденсатор.

Скорость вращения

В сетях наших энергоснабжающих компаний используется переменное напряжение 220/380 с частотой 50 Гц. Причем частота переменного тока 50 Гц поддерживается с точностью до 2 процентов. Как нам уже известно, ротор синхронного электромотора вращается с частотой переменного тока. То есть при частоте питающей сети 50 Гц ротор совершает 50 оборотов в секунду или 3000 оборотов в минуту. Обмотку статора можно разделить на секции и сделать мотор многополюсным. В многополюсном моторе скорость понижается с ростом числа полюсов и в общем случае равна 3000/ p оборотов, где p — это число полюсов.

Таким образом скорость вращения сетевого электромотора в нашей стране не может быть выше 3000 оборотов в минуту. В странах, где принята частота сети в 60 Гц, например, в США, электромоторы крутятся с максимальной скоростью в 3600 оборотов в минуту. И здесь мы снова отстаем от Америки.

В синхронном электромоторе обороты не зависят от нагрузки. При росте нагрузки ротор синхронной машины отстает от поля на больший угол, но частота вращения не меняется.

В асинхронном режиме величина скольжения зависит от нагрузки. Таким образом, при увеличении нагрузки скорость асинхронного электромотора падает.

Схемы подключения

Пусковая обмотка, включенная со сдвигом по фазе, поворачивает магнитное поле и превращает на время запуска однофазный электродвигатель в двухфазный.

Дополнительная обмотка не рассчитана на длительную работу и после выхода на рабочий режим должна быть отключена. Отключение производится либо вручную кнопкой, либо центробежным выключателем, либо тепловым реле по нагреву пусковой обмотки.

В однофазном двигателе в рабочем режиме магнитное поле статора неподвижно. В этом его главное отличие от многофазного.

Иногда ошибочно называют однофазными электромоторы, дополнительная обмотка которых подключена через конденсатор постоянно.

В однофазную сеть можно подключить и трехфазный мотор, если одну из фазных обмоток подключить через конденсатор. Так что, если в вашем распоряжении вдруг оказался промышленный трехфазный электромотор, вы можете использовать его в однофазной домашней сети, хотя и с потерей мощности и более низким КПД.

Мир науки

Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!

Физика — рефераты, конспекты, шпаргалки, лекции, семинары

Двухфазные и однофазные двигатели

Для некоторых механизмов нужны двигатели переменного тока, которые питаются от одной фазы трехфазной системы, т. е. посредством только двух проводов. Для этих целей используют асинхронные бесколлекторные двигатели и коллекторные двигатели переменного тока.

В случае, если статор двигателя имеет только одну однофазную обмотку, протекающий по ней переменный ток возбудит в машине переменное магнитное поле. Данное поле способно индуктировать в обмотке ротора токи, и взаимодействие индуктированных токов с магнитным полем будет создавать электромагнитные силы, которые имеют противоположные направления. Результирующий момент, который действует на ротор, будет равен нулю, т. е. при наличии одной обмотки двигатель не будет вращаться.

Для создания начального пускового момента используются два способа, в соответствии с чем двигатели разделяют на двухфазные и однофазные.

Двухфазные двигатели, кроме обмотки, которая включена непосредственно в сеть, снабжаются второй обмоткой, которая соединена последовательно с одним из фазосмещающих устройств (конденсатором, реактивной катушкой).

Наиболее удобно для этой цели использовать конденсатор. Такие двигатели называются конденсаторными. В пазы статора таких двигателей укладываются две фазные обмотки, каждая из которых занимает половину всех пазов. Таким способом достигается условие получения вращающего момента через индукционный механизм — присутствие двух изменяющихся магнитных потоков, которые не совмещены в пространстве, сдвинуты по фазе относительно друг к другу.

Недостатком такого двигателя являются пульсации тока, что приводит к уменьшению вращающего момента. Этот недостаток устраняется путем усложнения установки — отключения части емкости при условии перехода от пусковых условий к рабочим.

В качестве двухфазных конденсаторных двигателей можно использовать малый трехфазный асинхронный двигатель. Для этого две фазные обмотки соединяют последовательно и включают непосредственно под напряжение, а третьи фазные обмотки соединяют последовательно с конденсатором и включают под то же напряжение.

Применение двухфазных двигателей чаще всего связано с автоматическими устройствами. Также их используют как управляемые двигатели: частоту их вращения или вращающий момент можно регулировать, изменяя величины или фазы напряжения одной из обмоток. Подобный двигатель вместо обычных коротко- замкнутых роторов снабжается ротором в форме полого тонкостенного алюминиевого цилиндра, который вращается в небольшом воздушном зазоре между статором и неподвижным центральным. Такой двигатель с полым ротором обладает очень маленькой инерцией, что используется при регулировании производственных процессов.

Однофазные двигатели не развивают пускового момента. Однако если раскрутить его ротор в любую сторону, то он сможет вращаться сам и будет способен развивать большой вращающий момент.

Подобные условия наблюдаются у трехфазного двигателя при перегорании предохранителей в одной из фаз. При этом трехфазный двигатель будет продолжать работать. Объяснить работу двигателя при однофазном возбуждении можно, зная, что переменное пульсирующее магнитное поле — это поле, созданное наложением двух магнитных полей, которые вращаются в противоположные стороны с синхронной угловой скоростью. Для однофазного двигателе это положение справедливо при условии, что ротор неподвижен. Рассматривая при этом переменное поле, которое складывается из двух вращающихся полей, можно сделать вывод, что оба эти поля индуктируют в обмотке ротора равные по силе токи. Данные токи взаимодействуют только с индуктирующими их полями и создают два равных вращающих момента, которые направлены в противоположные стороны, благодаря чему взаимно уравновешивают друг друга.

Равенство этих двух моментов нарушается в случаях, когда ротор начинает вращаться. При этом вращающий момент, который создается прямо вращающимся полем, приобретает большую величину, а ротор может не только самостоятельно вращаться, но и вращать некоторый механизм.

Как отличить однофазный двигатель от трехфазного

Электрические двигатели — устройства, преобразовывающие электроэнергию, получаемую из распределительных сетей, в механическую энергию вращения. В состав любого двигателя входят следующие элементы: корпус для защиты от попадания пыли и влаги, неподвижная часть (статор), жестко прикрепленная к корпусу, неподвижные обмотки и магнитопроводы, часть, которая вращается (ротор). Ротор насаживается на вал, вращаемый в двух подшипниковых узлах. Конец выходит наружу, имеет канавку, где закрепляются шкивы или шестерные привода.

Узлы подшипников располагаются в пределах двух съемных крышек, закрывающих корпус с торцов, стягиваются между собой с помощью длинных шпилек (трех-четырех). В задней части вала размещена крыльчатка вентилятора, который обдувает и охлаждает обмотки.

Конструкция таких устройств отличается удобством обслуживания и проведения ремонта — их легко разобрать и собрать.

Асинхронные двигатели бывают однофазными и трехфазными. Первые применяются преимущественно до мощности 2,2 кВт. Ограничение действует из-за большого пускового и рабочего тока. Принцип действия одинаковый, но у однофазных более низкий пусковой момент.

Работа трехфазных электродвигателей

Самое главное достоинство трехфазной системы электроснабжения состоит в том, что создается электрическое поле, имеющее способность вращаться. Если на неподвижном статоре располагаются три обмотки с магнитомягкими (материалы, способны с легкостью перемагничиваться) сердечниками, а в дальнейшем происходит подача напряжения последовательно от каждой из фаз, то сердечники постепенно намагничиваются от поступающего тока и создают магнитное поле, перемещающееся в пределах окружности.

Каждый электрик должен знать:  Электрооборудование автомобиля - состав, устройство и принцип действия

Асинхронный трехфазный электродвигатель применяется в разных отраслях промышленности и в сельском хозяйстве.

Скорость вращения магнитного поля в статоре можно легко снизить, используя чисто конструктивные методы, к примеру, увеличив число обмоток на окружности вдвое (из трех до шести).

Асинхронные двигатели

Изобретатель М. О. Доливо-Добровольский придумал, как можно усовершенствовать двигатель избавившись от коллекторов, имеющих ряд недостатков. Так, он предложил обмотку ротора выполнять в виде короткозамкнутых витков, ток в которых будет заводить переменное магнитное поле статора. Внешне такое решение представляет собой два кольца, соединенных между собой поперечными проводниками, — «бельчье колесо». Такой устройство еще называется двигателем с короткозамкнутым ротором.

Принцип действия примерно следующий: при запуске переменное поле статора возбудит в проводниках сильный ток, что приведет к намагничиванию сердечника ротора, он будет притянут статорными магнитами и начнет вращение. Чтобы ток стабильно появлялся в замкнутых витках, необходимы постоянные колебания магнитного поля, поэтому ротор вращается медленнее магнитного поля. Именно от такого «запаздывания» двигатели начали называть асинхронными, а разница вращений — скольжение.

Скольжение является переменной величиной. При запуске оно достигает максимальных значений, постепенно уменьшаясь и достигая минимальных значений на холостом ходу (примерно 3%). Если есть нагрузка на вал, скольжение пропорционально увеличивается и возрастает вместе с нагрузками (около 7%).

Особенности трехфазных асинхронных двигателей

Конструкция этого типа оказалась настолько удачной, что большинство электроприводов всего мира производятся на базе трехфазных асинхронных устройств, имеющих короткозамкнутый ротор. Они имеют ряд преимуществ, в частности, обладают:

  • Исключительной простотой, надежностью и долговечностью;
  • Удобством обслуживания и ремонта;
  • Возможностью изменять направление вращения ротора. Для это нужно всего лишь переключить два любые фазные провода;
  • Возможностью работы в качестве генератора: при применении электромагнитного торможения мотор начнет отдавать энергию в сеть.

Простота переключения фазных проводов может быть как преимуществом, так и недостатком. Производя замену силового кабеля, нужно особое внимание уделять оборудованию, запомнить, как оно ранее было подключено. Делая монтаж, следует обязательно перепроверить на запасном двигателе фазировку проводов, ведь оборудование может запросто выйти из строя, если сделана неверная фазировка.

Слабые стороны асинхронного трехфазного двигателя:

  • Значительный пусковой ток, превышающий номинальный примерно в 5 раз. Это значит, что нужно устанавливать защитные автоматы двигателей только класса D.
  • Малый момент на валу при запуске. При значительной инерции понадобится двигатель большей мощности.

Однофазные электродвигатели

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.

Основные типы однофазных индукционных электродвигателей

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.

Однофазный электродвигатель с пуском через конденсатор/работа через обмотку (CSIR)

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.

Однофазный электродвигатель с пуском через конденсатор/ работа через конденсатор (CSCR)

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.

Однофазный электродвигатель с пуском через сопротивление/работа через обмотку (индуктивность) (RSIR)

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.

Однофазный электродвигатель с постоянным разделение емкости (PSC)

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

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.

Ограничения однофазных электродвигателей

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.

О напряжении в однофазных электродвигателях

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.

В статоре однофазного электродвигателя находится однофазная обмотка, что отличает его от трехфазного. Изготовлена эта единственная обмотка по аналогии с одной обмоткой трехфазного устройства, но объем, который она заполняет, занимает 2/3 пазов окружности статора.

В этой обмотке (которая еще имеет название рабочей) магнитный поток изменяется с такой частотой, с которой протекает по обмотке ток. Чтобы создать первоначальный вращающий момент, в пазы статора укладывается вторичная обмотка, которая носит название пусковой. Она работает только для запуска, потому включается на короткое время запуска.

На рисунке 1.1. представлена схема, на которой можно рассмотреть подключение электродвигателя в однофазную сеть. Через добавочный резистор или конденсатор включается пусковая обмотка.

Такое подключение необходимо для того, что бы ток в пусковой обмотке мог быть сдвинут по фазе по сравнению с током в рабочей обмотке на 90°. Две обмотки, которые перпендикулярны друг другу и питаются сдвинутыми по фазе токами, создают магнитное поле, которое вращается. Ротор начинает разгоняться под действием вращающегося магнитного поля.

После этого пусковая обмотка отключается. Она всегда работает короткое время и служит для запуска двигателя. Чтобы произвести запуск двигателя в обратном направлении, необходимо поменять местами клеммы пусковой и рабочей обмоток.

1.1. Схема подключения однофазного двигателя в сеть

Чаще всего ротор однофазных асинхронных электродвигателей с одной фазой выполнен короткозамкнутым. Существуют модели, в которых пусковая обмотка работает не только при запуске, а и все остальное время. Такие устройства имеют коэффициент мощности больший, чем у выше описанных короткозамкнутых приборов, развивают по сравнению с ними больший вращающий момент. Называют их конденсаторными.

1.2. Схема устройства однофазного электродвигателя с расщепленными полюсами

Существуют модели однофазных устройств и с расщепленными полюсами. Схема однофазного электродвигателя представлена на рисунке 1.2. Короткозамкнутый виток в его конструкции охватывает часть каждого полюса. Ток, возникающий в этом витке с помощью переменного потока рабочей обмотки, сдвигается по фазе относительно потока в рабочей обмотке. Эти два переменных потока, которые смещены относительно друг друга по фазе, и образуют вращающее магнитное поле. Такой агрегат вращается только в одном направлении. Если переменить полюса, то с изменением направления тока в обмотке изменится и ток в короткозамкнутом витке.

Применяются однофазные асинхронные модели для привода приборов и машин, которые имеют небольшую мощность.

Яркими представителями конденсаторных устройств являются двигатели асинхронные конденсаторные (ДАК). Они имеют широкое применение как в бытовых приборах, так и в промышленных установках. Примерами их использования ДАК могут служить стиральные машины, электросоковыжималки и, конечно же, любой электроинструмент.

Схема подключения однофазного электродвигателя ДАК представлена на рисунке.

Трехфазные агрегаты на практике получили большее распространение, чем однофазные. Такое оборудование, как циркулярная пила, вентилятор, электрорубанок, сверлильный станок или насос питают именно они. От однофазной сети трехфазные устройства работают с помощью емкостных или индуктивно-емкостных цепей, сдвигающих фазу. Одна универсальная цепь была бы хорошим решением для подключения однофазных и трехфазных моделей. Но тогда параметры элементов цепи, которые зависят от мощности и схемы соединения обмоток будет необходимо менять, что не очень удобно в эксплуатации. Но есть другой путь — подключение однофазного электродвигателя как генератора для получения трехфазного напряжения.

Любая электрическая машина достаточно универсальна. Генератор может исполнять роль двигателя, а он в свою очередь – генератора. Рассмотрим, как подключить однофазный электродвигатель, чтобы он выполнял роль генератора трехфазного напряжения. После отключения одной из обмоток, ротор продолжает вращаться. Между выводами обмотки, которая отключена, имеется электродвижущаяся сила. Токи, протекающие по обмоткам, превращают ротор в электромагнит с полюсами, поддерживающий напряжение в обмотках стартера. Сдвиг фаз в обмотках равен 120 градусам.

Вращающийся ротор – это одно из главных условий работы асинхронного устройства в качестве преобразователя числа фаз. Раскрутить его можно с помощью обычного фазосдвигающего конденсатора. Конденсатор необходим только для запуска двигателя. После запуска цепь, в которой он находится, разрывают, и его емкость не влияет на качество напряжения, которое генерируется. К статору подключается трехфазная нагрузка. Если ее нет, то коэффициент полезного действия преобразователя большой.

Различные виды двигателей использовались для испытаний на пригодность выполнять функции генератора. В первом случае использовалась схема включения однофазного устройства, представленная на рисунке 1. В схеме применялось выводы от общей точки (нейталью). По схеме, изображенной на рисунке 2, соединения исполнялись без нейтрали.

Подключение однофазного электродвигателя всегда происходило нажатием и удержанием кнопки. Во время удерживания частота вращения ротора достигала значения номинальной величины.

Были сделаны выводы, что скорость вращения ротора прибора, который используется в качестве генератора, не зависит от напряжения, которое подано на питающую однофазную сеть. Из-за потерь энергии на намагничивание и создание вращающего момента, напряжения, которые выдает генератор.

Для того чтобы подключить однофазную модель в сеть или выполнить изменение схемы включения однофазного двигателя, необходимо убедится, что она обесточена. Конденсаторы, которые находятся в цепи, могут быть заряжены. Лучше при проведении таких работ использовать предохранители.

Устройство асинхронного типа с магнитным шунтом к сети подключается непосредственно. Вращение его в обратную сторону невозможно. Широкое применение такие агрегаты нашли в вентиляторах. Переключая три отвода, можно изменять частоту вращения. Некоторые модели изменяют частоту вращения за счет последовательно включенных конденсаторов. Использовать необходимо только конденсаторы, которые идут в комплекте поставки. После запуска двигателя, конденсаторы содержат определенное количество заряда, потому прикасаться к проводникам запрещается. Для защиты от напряжения конденсаторов в схемах однофазного электродвигателя используют резисторы. Они играют роль шунтов, однако действую не мгновенно.

Конденсаторное устройство с двумя обмотками подключается к сети по другому принципу. Одна из обмоток подключается непосредственно к сети, а вторая – с использованием конденсатора. Такой конденсатор должен быть бумажным и иметь емкость, указанную в инструкции. Некоторые модели допускают изменение стороны движения ротора, если изменить способ подключения конденсатора. Конденсатор может быть номинальным напряжением от 500 до 630 В. В документации описаны способы подключения конденсаторов для реверсирования двигателя. Важно! Не путать однофазные конденсаторные агрегаты с трехфазными. Если изменить способ установки конденсатора на трехфазном устройстве, то он может сгореть. Это недопустимая ситуация.

Коллекторная однофазная модель имеет в своей конструкции обмотку возбуждения и две щетки. Сеть питания подключается к одной щетке, а вторая щетка крепится к обмотке возбуждения. С каждым из сетевых проводов необходимо подключить дроссели для исключения помех.

Читайте также на портале myfta.ru:

Вольфрамовая проволока Данная категория металлического.

Керамический тепловентилятор – вид отопительного прибор.

Определение асинхронного двигателя. Однофазный асинхронный двигатель: как устроен и работает

Само название этого электротехнического устройства свидетельствует о том, что электрическая энергия, поступающая на него, преобразуется во вращательное движение ротора. Причем прилагательное «асинхронный» характеризует несовпадение, отставание скоростей вращения якоря от магнитного поля статора.

Слово «однофазный» вызывает неоднозначное определение. Связано это с тем, что в электрике определяет несколько явлений:

сдвиг, разность углов между векторными величинами;

потенциальный проводник двух, трех или четырехпроводной электрической схемы переменного тока;

одну из обмоток статора или ротора трехфазного двигателя либо генератора.

Поэтому сразу уточним, что однофазным электродвигателем принято называть тот, который работает от двухпроводной сети переменного тока, представленной фазным и нулевым потенциалом. Количество обмоток, вмонтированных в различных конструкциях статоров, на это определение не влияют.

1. статора — статической, неподвижной части, выполненной корпусом с расположенными на нем различными электротехническими элементами;

2. ротора, вращаемого силами электромагнитного поля статора.

Механическое соединение этих двух деталей выполнено за счет подшипников вращения, внутренние кольца которых посажены на подогнанные гнезда вала ротора, а внешние вмонтированы в защитные боковые крышки, закрепляемые на статоре.

Каждый электрик должен знать:  Законы Кирхгофа - формулы и примеры использования

Его устройство у этих моделей такое же, как у всех асинхронных двигателей: на стальном валу смонтирован магнитопровод из шихтованных пластин на основе мягких сплавов железа. На его внешней поверхности выполнены пазы, в которые вмонтированы стержни обмоток из алюминия или меди, закороченные по концам на замыкающие кольца.

В обмотке ротора протекает электрический ток, индуцируемый магнитным полем статора, а магнитопровод служит для хорошего прохождения создаваемого здесь же магнитного потока.

Отдельные конструкции ротора у однофазных двигателей могут быть выполнены из немагнитных или ферромагнитных материалов в форме цилиндра.

Конструкция статора также представлена:

Его основное назначение заключается в генерировании неподвижного или вращающегося электромагнитного поля.

Статорная обмотка обычно состоит из двух контуров:

У самых простых конструкций, предназначенных для ручной раскрутки якоря, может быть выполнена всего одна обмотка.

Принцип работы асинхронного однофазного электрического двигателя

С целью упрощения изложения материала представим, что обмотка статора выполнена всего одним витком петли. Ее провода внутри статора разносят по кругу на 180 угловых градусов. По ней проходит переменный синусоидальный ток, имеющий положительные и отрицательные полуволны. Он создает не вращающееся, а пульсирующее магнитное поле.

Как возникают пульсации магнитного поля

Разберем этот процесс на примере протекания положительной полуволны тока в моменты времени t1, t2, t3.

Она проходит по верхней части токопровода по направлению к нам, а по нижней — от нас. В перпендикулярной плоскости, представленной магнитопроводом, вокруг проводника возникают магнитные потоки Ф.


Изменяющиеся по амплитуде токи в рассматриваемые моменты времени создают разные по величине электромагнитные поля Ф1, Ф2, Ф3. Поскольку ток в верхней и нижней половине один и тот же, но виток изогнут, то магнитные потоки каждой части направлены встречно и уничтожают действие друг друга. Определить это можно по правилу буравчика или правой руки.

Как видим, при положительной полуволне вращения магнитного поля не наблюдается, а происходит только его пульсация в верхней и нижней части провода, которая еще и взаимно уравновешивается в магнитопроводе. Этот же процесс происходит при отрицательном участке синусоиды, когда токи изменяют направление на противоположное.

Поскольку вращающееся магнитное поле отсутствует, то и ротор останется неподвижным, ибо нет сил, приложенных к нему для начала вращения.

Как создается вращение ротора в пульсирующем поле

Если теперь придать ротору вращение, хотя бы рукой, то он будет продолжать это движение.

Для объяснения этого явления покажем, что суммарный магнитный поток изменяется по частоте синусоиды тока от нуля до максимального значения в каждом полупериоде (с изменением направления на противоположное) и состоит из двух частей, образуемых в верхней и нижней ветвях, как показано на рисунке.

Магнитное пульсирующее поле статора состоит из двух круговых с амплитудой Фмакс/2 и двигающихся в противоположных направлениях с одной частотой.

В этой формуле обозначены:

nпр и nобр частоты вращения магнитного поля статора в прямом и обратном направлениях;

n1 — скорость вращающегося магнитного потока (об/мин);

p — число пар полюсов;

f — частота тока в обмотке статора.

Теперь рукой придадим вращение двигателю в одну сторону, и он сразу подхватит движение за счет возникновения вращающегося момента, вызванного скольжением ротора относительно разных магнитных потоков прямого и обратного направлений.

Примем, что магнитный поток прямого направления совпадает с вращением ротора, а обратный, соответственно, будет противоположен. Если обозначить через n2 частоту вращения якоря в об/мин, то можно записать выражение n2 асинхронными двигателями .

В связи с большими мощностями энергетических систем и большой протяженностью электрических сетей энергоснабжение потребителей всегда осуществляется на переменном токе. Поэтому естественно стремление к максимальному использованию электрических двигателей переменного тока. Это, казалось бы, освобождает от необходимости многократного преобразования энергии.

К сожалению, двигатели переменного тока по своим свойствам, и прежде всего по управляемости, существенно уступают двигателям постоянного тока, поэтому они используются преимущественно в установках, где не требуется регулирование скорости.

Относительно недавно начали активно использоваться регулируемые системы переменного тока с подключением электродвигателей переменного тока через .

Очень широко применяются в различных отраслях хозяйства и производства асинхронные двигатели в силу простоты их изготовления и высокой надежности. Между тем, можно выделить четыре основных типа асинхронных двигателей:

однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором;

двухфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором;

трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором;

трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором.

Однофазный асинхронный двигатель содержит на статоре лишь одну рабочую обмотку, на которую в процессе работы двигателя подается переменный ток. Но для пуска двигателя на его статоре есть и дополнительная обмотка, которая кратковременно подключается к сети через конденсатор или индуктивность, либо замыкается накоротко. Это необходимо для создания начального сдвига фаз, чтобы ротор начал вращаться, иначе пульсирующее магнитное поле статора не столкнуло бы ротор с места.

Ротор такого двигателя, как и любого другого асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, представляет собой цилиндрический сердечник с залитыми алюминием пазами, с одновременно отлитыми вентиляционными лопастями. Такой ротор, типа «беличья клетка» и называется короткозамкнутым ротором. Однофазные двигатели применяются в маломощных приборах, таких как комнатные вентиляторы или небольшие насосы.

Двухфазные асинхронные двигатели наиболее эффективны при работе от однофазной сети переменного тока. Они содержат на статоре две рабочие обмотки, расположенные перпендикулярно, причем одна из обмоток подключается к сети переменного тока напрямую, а вторая – через фазосдвигающий конденсатор, так получается вращающееся магнитное поле, а без конденсатора ротор бы сам не сдвинулся с места.

Эти двигатели также имеют короткозамкнутый ротор, а их применение гораздо шире, чем у однофазных. Здесь уже и стиральные машины, и различные станки. Двухфазные двигатели для питания от однофазных сетей называют конденсаторными двигателями, так как фазосдвигающий конденсатор является зачастую неотъемлемой их частью.

Трехфазный асинхронный двигатель содержит на статоре три рабочие обмотки, сдвинутые относительно друг друга так, что при включении в трехфазную сеть, их магнитные поля получаются смещенными в пространстве относительно друг друга на 120 градусов. При подключении трехфазного двигателя к трехфазной сети переменного тока, возникает вращающееся магнитное поле, приводящее в движение короткозамкнутый ротор.

Обмотки статора трехфазного двигателя можно соединить по схеме «звезда» или «треугольник», причем для питания двигателя по схеме «звезда» требуется напряжение выше, чем для схемы «треугольник», и на двигателе, поэтому, указываются два напряжения, например: 127/220 или 220/380. Трехфазные двигатели незаменимы для приведения в действие различных станков, лебедок, циркулярных пил, подъемных кранов, и т.д.

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором имеет статор аналогичный описанным выше типам двигателей, — шихтованный магнитопровод с тремя уложенными в его пазы обмотками, однако в фазный ротор не залиты алюминиевые стержни, а уложена уже полноценная трехфазная обмотка, в . Концы звезды обмотки фазного ротора выведены на три контактных кольца, насаженных на вал ротора, и электрически изолированных от него.

1 — кожух с жалюзями, 2 — щетки, 3 — щеточная траверса со щеткодержателями, 4 — палец крепления щеточных траверс, 5 — выводы от щеток, 6 — колодка, 7 — изоляционная втулка, 8 — контактные кольца, 9 — наружная крышка подшипника, 10 — шпилька крепления коробки и крышек подшипника, 11 — задний подшипниковый щит, 12 — обмотка ротора, 13 — обмоткодержатель, 14 — сердечник ротора, 15 — обмотка ротора, 16 — передний подшипниковый щит, 7 — наружная крышка подшипника, 18 — вентиляционные отверстия, 19 — станина, 20 — сердечник статора, 21 — шпильки внутренней крышки подшипника, 22 — бандаж, 23 — внутренняя крышка подшипника, 21 — подшипник, 25 — вал, 26 — контактные кольца, 27 — выводы обмотки ротора

Посредством щеток, на кольца также подается трехфазное переменное напряжение, и подключение может быть осуществлено как напрямую, так и через реостаты. Безусловно, двигатели с фазным ротором стоят дороже, но их под нагрузкой значительно выше, чем у типов двигателей с короткозамкнутым ротором. Именно в силу повышенной мощности и большого пускового момента, этот тип двигателей нашел применение в приводах лифтов и подъемных кранов, то есть там, где устройство запускается под нагрузкой, а не вхолостую.

Однофазные асинхронные электродвигатели — где купить дешевле

Относительно небольшие маломощные устройства, напоминающие внешним видом трехфазные машинные моторы (станочные, к примеру), с ротором замкнутого типа, называются короткозамкнутые однофазные асинхронные электродвигатели. Предлагаем рассмотреть принцип работы агрегатов, их конструктивное решение и область применения, а также как настроить реверс.

Принцип действия двигателей

Главным отличием данной модели от трехфазного двигателя является специальное устройство конструкции – на статоре находится однофазная обмотка, которая занимает примерно две пятых точки на каждом полюсе двигателя. Эта обмотка может быть изготовлена отдельно, а также её можно сделать, не подключая две обмотки трехфазной модели (как часто поступают домашние мастера). Ротор обычно замкнут по системе «беличьей клетки» (короткозамкнутым путем). Также в данных двигателях червячный и цилиндрический редукторы являются встроенными.

Фото: устройство однофазного асинхронного электродвигателя

Когда обмотка статора подключена к источнику питания, создается магнитное поле. Это МП пульсирует в природе с постоянным уровнем частоты, падает до нуля и снова накапливается в противоположном направлении. Под действием трансформатора индуцируется ток в проводниках ротора, противостоящим МДС статора. Таким образом, ось ротора МДС совпадает с направлением статора, угол поворота равен нулю, следовательно, при запуске не будет крутящего момента.

Схема включения однофазного асинхронного электродвигателя

Но как тогда однофазный двигатель вращается?

Если нажать на ротор мотора вручную или с помощью любых других средств, в любом направлении, он будет подбирать скорость и начнет вращаться в том же направлении, в котором начиналось движение. Таким образом, однофазный асинхронный двигатель не является само отправным механизмом и нужны некоторые специальные методы старта. Для анализа производительности однофазного АД можно использовать 2 метода, а именно:

  • теория дважды вращающегося поля;
  • теория креста.

Обе теории имеют свои преимущества, недостатки и области применения. Но результат будет практически аналогичный при использовании обоих. Эти две методики довольно сложны, но мы постараемся объяснить все как можно проще.

Теория дважды вращающегося поля

Пульсирующее магнитное поле создается, когда обмотки статора запитывается от источника переменного тока. Пульсирующие поле можно разложить на две составляющие, которые являются равными величинами, имеют разные направления. Асинхронный двигатель реагирует на каждое из магнитных полей по отдельности. И крутящий момент двигателя равен сумме моментов из-за каждого МП.

Крестовое поле

Крестовое поле создается только тогда, когда ротор вращается. Так как поле, создаваемое током ротора, находится под прямым углом к полю, создаваемому током статора, его называются поперечным или крестовым. Поскольку поперечные поля действует под прямым углом к полям статора и отстает от них на 90 ° по фазе времени, две совокупности образуют вращающееся при синхронной скорости магнитное поле.

Область применения

Асинхронные однофазные электродвигатели применяются в сети 220 вт и частотой 50 Гц. Чаще всего они используются в бытовых станках (столярных или деревообрабатывающих), для вибропрессов, смесителей и прочего бытового оснащения.

Однофазные маслонаполненные электродвигатели двухфазной обмотки статора с конденсатором (дао и дак), или многоскоростные двухфазные асинхронные двигатели небольшой мощности (от 15 ватт до 1 квт) – это тип двигателей, который используются для должной работы конденсатора (см. фото). Эти приборы нельзя использовать в местах с повышенной вибрацией или температурой. Область назначения: бытовые устройства малой механизации (низкооборотные кормоизмельчительные машины, бетонные смесители), оборудование электроприводов, и прочее. Также однофазные двухскоростные двигатели используют насосы.

Кроме этого однофазные конденсаторные асинхронные электродвигатели используются для компрессоров холодильника, стиральных машин, вытяжки и вентиляторов, их цена на порядок ниже.

Реверс двигателя

Реверс однофазного электродвигателя практически не отличается от трехфазного асинхронного аналога и производится контакторами, схема следующая: если нажать на кнопку контактора, его катушка получит питание 220 вольт по пути фаза-контакт-фаза. Для остановки нужно повторно нажать на кнопку контактора, так советует один форум электриков.

Реверс однофазного асинхронного электродвигателя

При повторном нажатии на кнопку контактора «Назад», двигатель начинает двигаться в обратном направлении, т.е. вставать на «самоподхват». Для остановки реверсивного движения нужно нажать клавишу стоп.

Фото: кнопочный пост пке 222-3 для управления однофазным асинхронным электродвигателем

Реверсивные механизмы применяются для скоростного переключения двигателей машин, в бытовых и производственных условиях.

Для того чтобы купить долговечные и качественные асинхронные однофазные двигатели, советуем выбирать только проверенную продукцию, например импортные производители и марки Abe, Emod, Eurotec, Raec (Болгария), Siemens (серии 100 мм) и АИРЕ. Во всех крупных городах есть магазин с подобной техникой – Уфе, Киеве, Краснодаре, Красноярске, Липецке, Сыктывкаре, Москве или Белгороде и особенно популярны пермские магазины. Продажа также осуществляется через Интернет или на разнообразных рынках.

Однофазные и двухфазные асинхронные двигатели. Назначение, устройство и принцип действия однофазных асинхронных двигателей

Название Назначение, устройство и принцип действия однофазных асинхронных двигателей
Дата 19.11.2020
Размер 65.5 Kb.
Формат файла
Имя файла Однофазные и двухфазные асинхронные двигатели.docx
Тип Документы
#95915
страница 1 из 2
Подборка по базе: 131 фз об общих принципах.docx, Реферат. Принципы, методы и средства общей терапии при внутренни, 02 Устройство двенадцатицилиндровых двигателей (семейство в-2).p, Архитектура микропроцессора. Принципы управления.docx, информация по теме Получение суспензий, эмульсий, коллоидных рас, Презентация Особенности биологического действия макроэлементов н, технологическая карта на устройство кислотоупорной плитки.docx, Основные принципы лечения больных алкоголизмом.docx, -Лекция №1 НОЗОЛОГИЧЕСКИЙ И СИНДРОМОЛОГИЧЕСКИЙ ПРИНЦИПЫ ИЗУЧЕНИЯ, Матрицы и действия над ними.doc.

Однофазные и двухфазные асинхронные двигатели

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 ротора: а, в — правого, б, г — левого.

Как подключить однофазный двигатель

Чаще всего к нашим домам, участкам, гаражам подведена однофазная сеть 220 В. Поэтому оборудование и все самоделки делают так, чтобы они работали от этого источника питания. В этой статье рассмотрим, как правильно сделать подключение однофазного двигателя.

Асинхронный или коллекторный: как отличить

Вообще, отличить тип двигателя можно по табличке — шильдику — на которой написаны его данные и тип. Но это только в том случае, если его не ремонтировали. Ведь под кожухом может быть что угодно. Так что если вы не уверены, лучше определить тип самостоятельно.

Так выглядит новый однофазный конденсаторный двигатель

Как устроены коллекторные движки

Отличить асинхронный и коллекторный двигатели можно по строению. У коллекторных обязательно есть щетки. Они расположены возле коллектора. Еще обязательный атрибут движка этого типа — наличие медного барабана, разделенного на секции.

Такие двигатели выпускаются только однофазные, они часто устанавливаются в бытовой технике, так как позволяют получить большое число оборотов на старте и после разгона. Также они удобны тем, что легко позволяют менять направление вращения — необходимо только поменять полярность. Несложно также организовать изменение скорости вращения — изменением амплитуды питающего напряжения или угла его отсечки. Потому и используются подобные двигатели в большей части бытовой и строительной техники.

Строение коллекторного двигателя

Недостатки коллекторных двигателей — высокая шумность работы на больших оборотах. Вспомните дрель, болгарку, пылесос, стиральную машину и т.д.. Шум при их работе стоит приличный. На малых оборотах коллекторные двигатели не так шумят (стиральная машина), но не все инструменты работают в таком режиме.

Второй неприятный момент — наличие щеток и постоянного трения приводит к необходимости регулярного технического обслуживания. Если токосъемник не чистить, загрязнение графитом (от стирающихся щеток) может привести к тому, что соседние секции в барабане соединятся, мотор попросту перестанет работать.

Асинхронные

Асинхронный двигатель имеет статор и ротор, может быть одно и трёхфазным. В данной статье рассматриваем подключение однофазных двигателей, потому речь пойдет только о них.

Асинхронные двигатели отличаются невысоким уровнем шумов при работе, потому устанавливаются в технике, шум работы которой критичен. Это кондиционеры, сплит-системы, холодильники.

Строение асинхронного двигателя

Есть два типа однофазных асинхронных двигателей — бифилярные (с пусковой обмоткой) и конденсаторные. Вся разница состоит в том, что в бифилярных однофазных двигателях пусковая обмотка работает только до разгона мотора. После она выключается специальным устройством — центробежным выключателем или пускозащитным реле (в холодильниках). Это необходимо, так как после разгона она только снижает КПД.

В конденсаторных однофазных двигателях конденсаторная обмотка работает все время. Две обмотки — основная и вспомогательная — смещены относительно друг друга на 90°. Благодаря этому можно менять направление вращения. Конденсатор на таких двигателях обычно крепится к корпусу и по этому признаку его несложно опознать.

Более точно определить бифилярный или конденсаторный двигатель перед вами, можно при помощи измерений сопротивления обмоток. Если сопротивление вспомогательной обмотки больше в два раза (разница может быть еще более значительная), скорее всего, это бифилярный двигатель и эта вспомогательная обмотка пусковая, а значит, в схеме должен присутствовать выключатель или пусковое реле. В конденсаторных двигателях обе обмотки постоянно находятся в работе и подключение однофазного двигателя возможно через обычную кнопку, тумблер, автомат.

Схемы подключения однофазных асинхронных двигателей

С пусковой обмоткой

Для подключения двигателя с пусковой обмоткой потребуется кнопка, у которой один из контактов после включения размыкается. Эти размыкающиеся контакты надо будет подключить к пусковой обмотке. В магазинах есть такая кнопка — это ПНВС. У нее средний контакт замыкается на время удержания, а два крайних остаются в замкнутом состоянии.

Внешний вид кнопки ПНВС и состояние контактов после того как кнопка «пуск» отпущена»

Сначала при помощи измерений определяем какая обмотка рабочая, какая — пусковая. Обычно вывод от мотора имеет три или четыре провода.

Рассмотрим вариант с тремя проводами. В этом случае две обмотки уже объединены, то есть один из проводов — общий. Берем тестер, измеряем сопротивление между всеми тремя парами. Рабочая имеет самое меньшее сопротивление, среднее значение — пусковая обмотка, а наибольшее — это общий выход (меряется сопротивление двух последовательно включенных обмоток).

Если выводов четыре, они звонятся попарно. Находите две пары. Та, в которой сопротивление меньше — рабочая, в которой больше — пусковая. После этого соединяем один провод от пусковой и рабочей обмотки, выводим общий провод. Итого остается три провода (как и в первом варианте):

  • один с рабочей обмотки — рабочий;
  • с пусковой обмотки;
  • общий.

С этими тремя проводами и работаем дальше — используем для подключения однофазного двигателя.

    Подключение однофазного двигателя с пусковой обмоткой через кнопку ПНВС

подключение однофазного двигателя

Все три провода подключаем к кнопке. В ней тоже имеется три контакта. Обязательно пусковой провод «сажаем на средний контакт (который замыкается только на время пуска), остальные два — на крайние (произвольно). К крайним входным контактам ПНВС подключаем силовой кабель (от 220 В), средний контакт соединяем перемычкой с рабочим (обратите внимание! не с общим). Вот и вся схема включения однофазного двигателя с пусковой обмоткой (бифилярного) через кнопку.

Конденсаторный

При подключении однофазного конденсаторного двигателя есть варианты: есть три схемы подключения и все с конденсаторами. Без них мотор гудит, но не запускается (если подключить его по схеме, описанной выше).

Схемы подключения однофазного конденсаторного двигателя

Первая схема — с конденсатором в цепи питания пусковой обмотки — хорошо запускаются, но при работе мощность выдают далеко не номинальную, а намного ниже. Схема включения с конденсатором в цепи подключения рабочей обмотки дает обратный эффект: не очень хорошие показатели при пуске, но хорошие рабочие характеристики. Соответственно, первую схему используют в устройствах с тяжелым пуском (бетономешалки, например), а с рабочим конденсором — если нужны хорошие рабочие характеристики.

Схема с двумя конденсаторами

Есть еще третий вариант подключение однофазного двигателя (асинхронного) — установить оба конденсатора. Получается нечто среднее между описанными выше вариантами. Эта схема и реализуется чаще всего. Она на рисунке выше в середине или на фото ниже более детально. При организации данной схемы тоже нужна кнопка типа ПНВС, которая будет подключать конденсатор только не время старта, пока мотор «разгонится». Потом подключенными останутся две обмотки, причем вспомогательная через конденсатор.

Подключение однофазного двигателя: схема с двумя конденсаторами — рабочим и пусковым

При реализации других схем — с одним конденсатором — понадобится обычная кнопка, автомат или тумблер. Там все соединяется просто.

Подбор конденсаторов

Есть довольно сложная формула, по которой можно высчитать требуемую емкость точно, но вполне можно обойтись рекомендациями, которые выведены на основании многих опытов:

  • рабочий конденсатор берут из расчета 70-80 мкФ на 1 кВт мощности двигателя;
  • пусковой — в 2-3 раза больше.

Рабочее напряжение этих конденсаторов должно быть в 1,5 раза выше, чем напряжение сети, то есть, для сети 220 вольт берем емкости с рабочим напряжением 330 В и выше. А чтобы пуск проходил проще, для пусковой цепи ищите специальный конденсатор. У них в маркировке присутствует слова Start или Starting, но можно взять и обычные.

Изменение направления движения мотора

Если после подключения мотор работает, но вал крутится не в том направлении, которое вам надо, можно поменять это направление. Это делают поменяв обмотки вспомогательной обмотки. Когда собирали схему, один из проводов подали на кнопку, второй соединили с проводом от рабочей обмотки и вывели общий. Вот тут и надо перекинуть проводники.

Двигатель однофазный переменного тока – принцип работы и устройство агрегата

Любой электрический двигатель – это устройство, способное преобразовывать электрическую энергию в кинетическую, то есть энергию вращения, которая по цепям передается на ведомые устройства. Применяются электрические двигатели сегодня практически везде. Эти устройства, которые практически не изменились за последние 150 лет, можно встретить даже в зубных щетках.

Сегодня мы поговорим с вами про электродвигатели переменного тока однофазные, узнаем, как они устроены и за счет каких сил приводятся в движение.

Основная информация

Итак, особенностью однофазного двигателя является то, что он способен запитываться от стандартной электрической сети с частотой 50 Гц и напряжением 220 В.

  • Ставят такие электромоторы в основном в устройствах небольшой мощности, так как по эффективности они существенно уступают двухфазным и трехфазным аналогам.
  • Мощность данных агрегатов варьируется от 5 Вт до 10 кВт.
  • Однофазная схема подключения двигателя существенно влияет на его КПД, который приблизительно равен 70% от показателей такого же по мощности двигателя, но трехфазного. Также у них меньше пусковой момент, а перегрузочная способность выше.
  • На самом деле, если разобрать строение такого двигателя, то он будет иметь 2 фазы, но так как задействуется, фактически, лишь одна из них, то и называют его однофазным.
  • Строение мотор имеет самое что ни наесть классическое – подвижная часть (ротор или якорь) и неподвижная часть (статор).
  • Вращение подвижных частей двигателя происходит за счет взаимодействия магнитных полей – подробнее об этом чуть дальше.
  • Несомненным плюсом такого мотора можно считать простую и надежную конструкцию с короткозамкнутым ротором.
  • А главным минусом можно посчитать неспособность самостоятельно выработать магнитное поле, что не позволяет ему самостоятельно запускаться при подключении к сети питания.
  • Считается, что для того чтобы ротор пришел в движение требуется минимум 2 обмотки, а также смещение одной относительно второй на определенный градус.
  • Если сопоставить все эти моменты, то можно понять следующее.
  • На статоре однофазного электромотора располагается пусковая обмотка, которая смещена по отношению к рабочей, основной обмотке на 90 градусов.
  • В цепь, питающую обмотку, включаю фазосдвигающее устройство – конденсаторы, катушки индуктивности, резисторы активного типа.
  • То есть, фактически мы говорим про те же моторы двух- и трехфазного типа, только сдвиг фазы достигается не за счет подключения, а за счет схем согласования.

Принцип действия однофазного двигателя

Теперь давайте попробуем систематизировать то, что мы понаписали в предыдущей главе, чтобы принцип работы таких устройств стал понятен каждому.

  • Итак, при подключении питания, ток начинает бежать по обмоткам статора. Движение тока порождаем пульсирующее магнитное поле. Почему пульсирующее, да потому что ток в общественных сетях имеет частоту в 50 Гц, то есть за секунду 50 раз меняет направление своего движения. Соответственно меняются и параметры магнитного поля
  • Мы все знаем про такое явление, как электромагнитная индукция. Если кто-то не знает, то бегом читать – вкратце, это явление порождает электрический ток в проводнике, который перемещается поперек магнитного поля, причем нет никакой разницы, что будет двигаться – проводник или поле.
  • Если устройство не будет иметь пусковых механизмов, то ротор останется неподвижным, так как в нем до сих пор нет тока, а значит и магнитного поля, а магнитные поля от тока в статора равнозначны, и тянут, так сказать, в разных направлениях, как лебедь, рак и щука.
  • Но если ротору дать толчок в любую из сторон, в нем моментально начнет расти электродвижущая сила (ЭДС), которая начнет генерировать свое магнитное поле. В результате взаимодействия этих полей двигатель продолжит вращаться в туже сторону, несмотря на то, что основное магнитное поле постоянно меняет свое направление.
  • Заставляет сдвинуться с места ротор пусковая обмотка, которую мы уже упоминали. Точнее делает это результирующее магнитное поле от основной и пусковой обмоток.
  • Эта обмотка требует включения только при пуске мотора.

Интересно знать! В маломощных моторах пусковая обмотка является короткозамкнутой.

  • Момент включения пусковой обмотки связан с пусковой кнопкой – обычно ее необходимо удерживать на протяжении нескольких секунд, пока двигатель не начнет вращаться с нормальной скоростью.
  • Когда контакт на кнопке размыкается, двигатель переходит полностью в однофазный режим.
  • Важно помнить, что пусковая фаза не предназначается для долгой работы – обычно время ее активного состояния составляет около 3 секунд. Если попытаться превысить данное значение обмотка начнет перегреваться, что может привести к выходу элемента из строя.
  • Становится понятным, что ручной контроль за пуском двигателя неэффективен и малонадежен, поэтому данный процесс в современных устройствах автоматизирован. В них устанавливаются тепловые реле и центробежные выключатели.
  • Первый элемент контролирует нагрев обеих обмоток и отключает питание, если температура достигает критического значения.
  • Второй отключает питание пусковой фазы, как только ротор разгонится до нужных оборотов.

Подключение двигателя

Итак, мы уже поняли, что для работы такому мотору требуется всего одна фаза на 220 В, то есть включается он в обыкновенную розетку, что, собственно, и делает эти устройства такими популярными несмотря на низкий КПД и прочие недостатки.

Интересно знать! Практически все бытовые приборы оборудованы именно такими двигателями.

  • Однофазные двигатели переменного тока по подключению делят на три типа: вариант с пусковой обмоткой и рабочим конденсатором.
  • В первом пусковая обмотка запитана через конденсатор только во время старта – собственно, его мы описали в предыдущей главе.
  • Во втором она подключена через конденсатор постоянно.
  • В третьем вместо конденсатора используется сопротивление.
  • Для последнего типа подключения может использоваться пусковой резистор, который подключается к пусковой обмотке последовательно. За счет этого удается получить сдвиг фаз на 30 градусов, чего вполне хватает для раскрутки двигателя.
  • Также дополнительная обмотка может сама по себе иметь высокое активное сопротивление.
  • Сдвиг фаз также может быть получен за счет того, что пусковая фаза будет иметь высокое сопротивление и меньшую индуктивность.

Конденсаторный пуск имеет следующие особенности:

  • Чтобы достигнуть максимального значения пускового момента, достаточного для старта двигателя, нужно вращающееся круговое магнитное поле. Таковое возникает, когда обмотки сдвинуты относительно друг друга на 90 градусов – сразу становится понятно, что ни резистор, ни дроссель не смогут задать такое значение. А вот если правильно подобрать емкость конденсатора – ну вы поняли…
  • Конденсатор необходимо подбирать по потребляемому току.

Интересно знать! На нашем сайте есть очень познавательная статья про то, как конденсаторы ведут себя в цепи переменного тока. Если интересно, обязательно ознакомьтесь.

Кстати, если вы пытаетесь самостоятельно подключить такой двигатель в сеть, но не знаете, какие выводы к какой обмотке относятся, просто замерьте их сопротивление. Для основной оно составит где-то 12 Ом, а для пусковой – 30.

Строение асинхронного однофазного двигателя

Итак, мы вами в первой части статьи разобрали общие понятия об однофазных двигателях, принципе их работы и подключении. Такой информации хватило бы для поверхностного изучения, но нас такой подход не совсем устраивает. Для любителей технических подробностей, давайте разберем теперь все детальнее.

Асинхронный двигатель

Электрические моторы бывают синхронными и асинхронными. Разница между ними состоит в том, что в синхронном, скорость вращения якоря совпадает с вращением магнитного поля, а в асинхронном ротор несколько отстает.

  • Последний вариант является самым распространенным, так как имеет более простую конструкцию и очень надежен. Синхронные применяются лишь в тех сферах, где очень важен контроль за оборотами двигателя.
  • Вы уже, наверное, обратили внимание на то, что словом фаза называются разные понятия – и количество питающих проводов, и обмотки на статоре и сдвиг по углам. И мы даже сказали, что однофазные двигатели, фактически имеют две фазы, но называются они таковыми именно по количеству питающих проводов.
  • Мы также писали, что мотор имеет подвижную и неподвижную части. Давайте разберем их строение подробнее.
  • Ротор агрегата представляет собой вал, который держится в корпусе двигателя при помощи подшипников вращения. За счет них же он свободно крутится вокруг своей оси. Строение этого элемента будет отличаться в зависимости от того является двигатель коллекторным или бесколлекторным. Давайте начнем со второго.
  • На валу бесколлекторного фазного ротора закреплен магнитопровод, который набирается из шихтованных стальных пластин.
  • Снаружи магнитопровода имеются пазы, в которых находятся стержни обмоток – обычно из меди.
  • С концов стержни соединяются с кольцами, которые накоротко их замыкают – их называют замыкающими кольцами.
  • Внутри данной обмотки будет течь ток, который индуктируется магнитным полем статора – никаких внешних подключений он не имеет.
  • Магнитопровод служит для лучшего прохождения магнитного поля, которое создается в роторе.
  • Для таких устройств характерна высокая надежность, так как они не имеют трущихся деталей. Управление скоростью вращения двигателя осуществляется только за счет тока на основной обмотке статора.
  • Коллекторный двигатель переменного тока однофазный по своему строению мало чем отличается от ротора двигателя постоянного тока. Собственно, такие двигатели являются универсальными и могут запитываться как переменным, так и постоянным током.
  • Фазы ротора подключаются к питающей сети через коллектор, который контактирует со щетками, которые в свою очередь уже соединяются с питающей цепью.
  • Строение таких двигателей более сложное, также их надежность будет ниже, но они являются более гибкими в управлении.
  • Статор является пассивной частью электромотора – он неподвижен и состоит из магнитопровода и обмотки.
  • Назначение этого элемента – генерирование неподвижного или вращающегося магнитного поля.
  • У однофазного двигателя от статора будет отходить четыре вывода – два для рабочей обмотки и два для пусковой. Как их отличить мы уже писали.

Помимо этих элементов двигатели имеют следующие составляющие:

  • Станина и корпус устройства, которые удерживают в себе все рабочие части и позволяют закрепить устройство на поверхности;
  • Внешняя электрическая цепь – кнопка включения, устройство регулировки оборотов, провода и устройства для шунтирования дополнительной обмотки;
  • Крыльчатка – активное охлаждение двигателя, располагается также на валу;
  • Подшипники вращения.

Что происходит в обмотках при включении

Чтобы лучше понять принцип взаимодействия магнитных полей, давайте представим, что у нашего двигателя обмотка имеет всего один виток. Провод при этом уложен в магнитопроводе так, что его части разведены на 180 градусов, то есть уложены друг напротив друга.

  • Подключаем питание, и по нашему проводу начинает течь синусоидальный или переменный ток.
  • Период синусоидального тока состоит из двух полупериодов, при которых ток двигается в разных направлениях. Именно это изображено на схеме выше.
  • Как вы можете видеть, изначально значение тока равно нулю, затем он растет, достигая пика, после чего падает до нулевой отметки и опять возрастает, но уже в другом направлении.
  • Давайте представим, что ток и магнитное поле от него замерли в какой-то точке. Представьте, что смотрите на виток сбоку – он будет похож на букву «С».
  • Ток протекает в верхней горизонтальной части обмотки влево, соответственно, в нижней – вправо. При этом ток одинаков и получается так, что создаваемое им магнитное поле противодействует друг другу. Почему ротор и находится в неподвижном состоянии.
  • Итак, ток течет, меняется его величина и направление, как и у магнитного поля, но они всегда остаются в противовесном состоянии, поэтому ротор так и продолжает стоять.

Как же создается сила, заставляющая ротор вращаться?

  • Как вариант можно толкнуть его рукой и этого будет достаточно, чтобы совершить пуск, но мы же говорим про техническое решение вопроса!
  • Ну ладно, мы уже знаем, что нам потребуется еще одна обмотка.
  • Обмотка сделана из более толстого провода, чтобы она смогла пропустить большие токи. Фаза тока в этой обмотке отстает от основной на 90 градусов, то есть когда ток в основной обмотке уже опустился до нуля, здесь он буден на пике (отстает на четверть периода). В итоге разница магнитных полей придает ротору первый вращающий импульс. Направление вращения зависит от полярности подключения концов пусковой обмотки.
  • Как только ротор начинает вращаться, в нем создается ЭДС.
  • Направление тока в стержнях будет противоположно направленным, так как на них воздействуют разные магнитные поля.
  • За счет возникновения вращающего момента двигатель моментально подхватит направление вращения и начнет раскручивать ротор до достижения им максимальных оборотов. Но почему не происходит торможения, когда ток в статоре меняет свое направление на обратное?
  • Дело в том, что, по сути ничего не меняется. Просто подталкивающая вращение сила будет переходить с верхней части обмотки на нижнюю и обратно. А так как двигатель уже получил смещение в одну из сторон, а противодействующая сила может лишь уравновесить, то коэффициент ускорения будет несколько сильнее торможения.

То есть, в роторе будут наводиться токи с разной частотой, которые будут создавать моменты сил с разными направлениями, именно поэтому якорь продолжит вращаться в том же направлении.

На этом закончим наш материал. Мы узнали, как устроены электродвигатели переменного тока однофазные, если тема вам интересно, то посмотрите следующее увлекательное видео.

Однофазные двигатели асинхронного типа

В большинстве случаев источником питания для жилых домов является однофазная электрическая сеть с напряжением 220 Вольт. Поэтому в быту используются электроприборы, имеющие в своей конструкции асинхронный однофазный двигатель — механизм с мощностью не более 1500 Ватт.

Конструкция и принцип действия

По своему устройству однофазный электродвигатель похож на трёхфазный. Оба они имеют стартер и ротор. Основное отличие заключается в количестве обмоток (у однофазного их две).

Движение ротора начинается в тот момент, когда обмотка создаёт магнитное поле. Его особенность заключается в том, что оно не вращается как в трёхфазном двигателе, а пульсирует, поэтому может быть разложено на два:

  • Прямое. Движется с синхронной скоростью в том же направлении, что и ротор, образуя основной электромагнитный элемент.
  • Обратное. Вращается противоположно движению ротора, поэтому частота вращения ротора является отрицательной величиной относительно электромагнитного поля.

Благодаря возникновению электродвижущей силы через ротор начинают проходить токи с частотами, пропорциональными скольжению. При этом значение частоты тока обратного поля значительно превышает значение частоты тока в прямом поле.

Увеличение индуктивного сопротивления приводит к тому, что ток в обратном поле размагничивает магнитный поток. Из-за этого момент, направленный против вращения ротора, оказывается небольшим.

Невращающийся ротор сохраняет неподвижной ось между двумя магнитными полями, поэтому двигатель не работает. Чтобы его запустить, следует прокрутить ротор, заставив ось сместиться. Вращение ротора должно происходить в круглом магнитном поле, созданном двумя типами обмотки (пусковой и рабочей). Для того чтобы достичь максимального результирующего момента, магнитодвижущие силы должны быть:

  • равны;
  • перпендикулярны;
  • смещены на 90 градусов.

При несоблюдении этих условий магнитное поле примет форму эллипса. Увеличившийся тормозной момент обратного поля спровоцирует уменьшение значения результирующего момента.

Необходимый фазовый сдвиг магнитодвижущих сил создаётся с помощью фазосмещающих элементов. В роли такого элемента может выступать катушка, конденсатор или активное сопротивление. Однофазный асинхронный электродвигатель с активным сопротивлением получил широкое распространение. Обмотка в нём отличается уменьшенной площадью сечения, которая даёт возможность увеличить сопротивление. За счёт того, что пусковая обмотка работает непродолжительное время, она не успевает выйти из строя.

Конденсаторное устройство

В двигателях, где фазосмещающим элементом служит конденсатор, обмотка функционирует постоянно. Подключение такого устройства может быть проведено по разным схемам. Первая, подразумевающая наличие конденсатора в цепи пусковой обмотки, гарантирует хороший запуск двигателя, но не обеспечивает достаточную мощность (она оказывается значительно меньше номинальной).

Конденсатор, расположенный в цепи рабочей обмотки, даёт противоположный результат. При хороших рабочих показателях двигатель запускается плохо. Подключение двух конденсаторов одновременно является самым эффективным, поскольку сочетает в себе преимущества первых двух схем. При этом используется нажимной пускатель, который включает конденсатор только в стартовый период. Для запуска двигателей с одним конденсатором подойдёт обычная кнопка, автомат либо тумблер.

Чтобы конденсаторный однофазный электродвигатель асинхронного типа показывал высокую эффективность работы, необходимо правильно рассчитать ёмкость конденсаторов. При подсчётах следует руководствоваться правилом, по которому 1 кВт мощности двигателя соответствует 0,7−0,8 мкФ ёмкости рабочего конденсатора. Для пускового показатели будут в 2−3 раза выше. Рабочее напряжение конденсаторов должно в 1,5 раза превышать напряжение в сети.

Бифилярный двигатель

Асинхронное устройство, работающее без конденсатора (только за счёт пусковой и рабочей обмотки), ещё называют бифилярным. Для его подключения необходимо воспользоваться нажимным пускателем, у которого находящийся в середине контакт замыкается на период удержания, а остальные находятся в замкнутом состоянии. При маркировке таких выключателей используется число, обозначающее силу тока, на которую они рассчитаны.

Перед тем как приступить к подключению устройства, следует определить тип обмотки путём измерения сопротивлений на каждой из них. Та катушка, показатель на которой будет больше, является пусковой, другая — рабочей.

После того как замеры будут проведены, необходимо соединить концы обмоток и подключить их к крайней клемме выключателя. Ко второй клемме присоединить свободный конец рабочей обмотки, среднюю клемму соединить с оставшимся проводом пусковой катушки. Подключение следует проводить только с клеммами, расположенными на одной стороне нажимного пускателя. Те, что расположены на другой стороне, предназначаются для сетевого шнура и перемычки, идущей от клеммы с рабочим проводом.

Когда все подключения будут осуществлены, нужно провести пробный запуск двигателя. Включив вилку в розетку, следует нажать кнопку пуск и удерживать её до момента, когда мотор наберёт обороты. Через несколько секунд кнопку необходимо выключить.

Направление вращения

В некоторых случаях при включении двигателя вал начинает вращаться не в том направлении. Чтобы решить эту проблему, придётся поменять положение выводов в том месте, где один соединялся с выключателем, а другой — с концом рабочей обмотки.

Вращение вала в обоих направлениях можно обеспечить путём установки тумблера реверса. Он должен иметь два или три рабочих положения и шесть выводов. В процессе установки такого тумблера на конденсаторный двигатель нужно предусмотреть возможность его переключения во время работы мотора. Центральные клеммы требуется соединить с проводами одной из обмоток, крайние подключить по диагонали и отвести два провода. Отведённые провода присоединить к местам, где находились концы обмотки. После этого мотор будет крутиться в обе стороны.

Коллекторные моторы

Помимо асинхронных, в некоторых электроприборах могут быть установлены коллекторные двигатели, имеющие конструктивные отличия. Обязательными элементами их конструкции являются специальные щётки и разделённый на секции медный барабан. Преимущество моторов такого типа заключается в большом количестве оборотов в момент старта и после разгона. Направление движение вала в них регулируется путём изменения полярности.

Также в таких электродвигателях может быть изменена скорость вращения. Это свойство позволяет применять коллекторные моторы в различной бытовой и строительной технике. Их недостатком считается сильный шум, издаваемый при работе. Асинхронные работают с меньшим уровнем шума.

Каждый электрик должен знать:  Прокладка силового и телевизионного кабеля в стене
Добавить комментарий