Однофазні і двофазні асинхронні двигуни

Призначення, пристрій і принцип дії однофазних асинхронних двигунів

Однофазовий асинхронні двигуни - машини невеликої потужності, які за конструктивним виконанням нагадують подібні трифазні електродвигуни з короткозамкненим ротором.

Однофазовий асинхронні двигуни відрізняються від трифазних двигунів пристроєм статора, де в пазах магнітопроводу знаходиться двофазна обмотка, що складається з основної, або робочої, фази з фазною зоною 120 ел. град і висновками до затискачів з позначеннями С1 і С2, і допоміжної, або пусковий, фази з фазною зоною 60 ел. град і висновками до затискачів з позначеннями В1 і В2 (рис. 1).

Магнітні осі цих фаз обмотки зрушені відносно один одного па кут 0 = 90 ел. град. Одна робоча фаза, приєднана до мережі живлення змінної напруги, не може викликати обертання ротора, тому що струм її збуджує змінне магнітне поле з нерухомою віссю симетрії, що характеризується гармонійно змінюється в часі магнітної індукції.

Мал. 1. Схема включення однофазового асинхронного мотора з короткозамкненим ротором.

Це поле можна представити 2-ма складовими - схожими радіальними магнітними полями прямий і зворотній послідовності, що обертаються з магнітної індукції, що обертаються в протилежні сторони з однієї і тієї ж швидкістю. Але при підготовчому розгоні ротора в потрібному напрямку він при включеній робочої фазі продовжує крутитися в тому ж напрямку.

З цієї причини запуск однофазового мотора починають з розгону ротора методом натискання пускової кнопки, що викликає збудження струмів в обох фазах обмотки статора, які зміщені по фазі на величину, що залежить від характеристик фазосдвигающей пристрої Z, виконаного у вигляді резистора, індуктивної котушки або конденсатора, і частин електронних ланцюгів, в які входять робоча і пускова фази обмотки статора. Ці струми спонукають в машині крутиться магнітне поле з магнітною індукцією в повітряному зазорі, яка часом і одноманітно змінюється в межах максимального і мінімального значень, а кінець її вектора описує еліпс.

Це. еліптичне крутиться магнітне поле знаходить в провідниках короткозамкненою обмотки ротора ЕРС і струми, які, взаємодіючи з цим полем, забезпечують розгін ротора однофазового мотора в напрямку обертання поля, і він в.теченіе декількох секунд досягає майже номінальною швидкості.

Відпускання пускової кнопки переводить електродвигун з двофазного режиму на однофазовий, підтримуваний в майбутньому відповідної складової змінного магнітного поля, яка при власному обертанні кілька випереджає крутиться ротор через ковзання.

Своєчасне відключення пусковий фази обмотки статора однофазового асинхронного мотора від мережі живлення потрібно в зв`язку з її конструктивного виконання, що передбачає короткостроковий режим роботи - зазвичай до 3 с, що виключає тривале перебування її під навантаженням у зв`язку з неприпустимим перегрівом, згорянням ізоляції і виходом з ладу.

Збільшення надійності експлуатації однофазних асинхронних двигунів забезпечують встраиванием в корпус машин відцентрового вимикача з розмикаючими контактами, приєднаними до затискачів з позначеннями ВЦ і В2, і термічного реле з подібними контактами, що мають висновки з позначеннями РТ і С1 (рис. 2, в, г).

Відцентровий вимикач автоматом відключає пускову фазу обмотки статора, приєднаної до затискачів з позначеннями В1 і В2 при досягненні ротором швидкості, близької до номінальної, а термічне реле - обидві фази обмотки статора від мережі живлення, коли нагрів їх виявиться вище допустимого.

Зміна напрямку обертання ротора досягається конфігурацією напрямку струму в одній з фаз обмотки статора при пуску методом перемикання пускової кнопки і перестановки залізної пластинки на затискачах електродвигуна (рис. 2, а, б) або тільки перестановкою 2-ух подібних пластинок (рис. 2, в , г).

Мал. 2. Маркування затискачів фаз обмотки статора однофазового асинхронного мотора з короткозамкненим ротором і їх з`єднання для обертання ротороа: а, в - правого, б, г - лівого.

Зіставлення технічних характеристик однофазних і трифазних асинхронних двигунів

Однофазовий асинхронні двигуни відрізняються від подібних по номінальній потужності трифазних машин зниженою кратністю вихідного пускового моменту kп = Mп / Mном і завищеною кратністю пускового струму ki = Mi / Mном які для однофазних електродвигунів з пусковою фазою обмотки статора, що має підвищений опір постійному струму і. найменшу індуктивність, ніж робоча фаза, мають значення kп - 1,0 - 1,5 і ki = 5 - 9.

Пускові властивості однофазних асинхронних двигунів гірше подібних рис трифазних асинхронних двигунів в зв`язку з тим, що порушується при пуску однофазних машин з пускової фазою обмотки статора еліптичне крутиться магнітне поле, еквівалентну двом неоднаковим радіальним обертовим магнітних полів - прямому і зворотному, викликає виникнення гальмівного ефекту.

Підбором параметрів елементів електронних ланцюгів робочої і пускової фаз обмотки статора можна забезпечити при пуску збудження радіального магнітного поля, що може бути при фазосдвігающій елементі, виконаному у вигляді конденсатора відповідної ємності.

Тому що розгін ротора викликає зміна характеристик ланцюгів машини, що обертається магнітне поле з радіального переходить в еліптичне, погіршуючи цим пускові характеристики двигуна. Тому при швидкості близько 0,8 номінальної пускову фазу обмотки статора електродвигуна відключають вручну або автоматом, в результаті чого двигун переходить на однофазовий режим роботи.

Однофазовий асинхронні двигуни з пусковим конденсатором мають кратність початкового пускового моменту kп = 1,7 - 2,4 і кратність початкового пускового струму ki = 3 - 5.

Двофазні асинхронні двигуни

У двофазних асинхронних двигунах обидві фази обмотки статора з фазними зонами по 90 ел. град є робочими. Вони розміщені в пазах магнітопроводу статора так, що їх магнітні осі утворюють кут 90 ел. град. Ці фази обмотки статора відрізняються один від одного не тільки числом витків, та й номінальними напругами і струмами, хоча при номінальному режимі мотора повні потужності їх схожі.

В одній з фаз обмотки статора постійно знаходиться конденсатор Ср (рис. 3, а), який в умовах номінального режиму мотора забезпечує збудження радіального магнітного поля. Ємність цього конденсатора визначають за формулою:

Cр = I1sinφ1 / 2πfUn2

де I1 і φ1- відповідно струм і зрушення фаз між напругою і струмом ланцюга фази обмотки статора без конденсатора при радіальному обертається магнітному полі, I і U - відповідно частота змінного струму і напруга мережі живлення, n- коефіцієнт трансформації - відношення дієвих чисел витків фаз обмотки статора відповідно з конденсатором і без нього, що визначається за формулою

n = kоб2 w2 / kоб1 w1

де kоб2 і kоб1 - обмотувальні коефіцієнти відповідних фаз обмотки статора з числом витків w2 і w1.

Напруга на затискачах конденсатора Uc, включеного по черзі з фазою обмотки статорадвухфазного асинхронного мотора, при радіальному обертається магнітному полі вище напруги мережі U і визначається так:

Uc = U √1 + n2

Перехід до навантаження мотора, відмінною від номінальної, супроводжується зміною магнітного поля, яке замість радіального стає еліптичних. Це посилює робочі характеристики двигуна, а при пуску знижує вихідний пусковий момент до Мп < 0>Mном, обмежуючи цим застосування двигунів з постійно включеним конденсатором виключно в установках з легкими критеріями запуску.

Для збільшення вихідного пускового моменту паралельно робочому конденсатору Ср включають пусковий конденсатор Сп (рис. 3, б), ємність якого набагато більше ємності робочого конденсатора і знаходиться в залежності від кратності початкового пускового моменту, яка може бути доведена до 2-ух і більш.

Мал. 3. Схеми включення двофазних асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором: а - спостоянно приєднаним конденсатором, б - з робочим і пусковим конденсаторами.

Після розгону ротора до швидкості 0,6 - 0,7 номінальної пусковий конденсатор відключають для уникнення переходу радіального магнітного поля в еліптичне, яке погіршується робочі характеристики двигуна.

Пусковий режим таких конденсаторних двигунів характеризується такими показниками: kп = 1,7 - 2,4 і ki = 4 - 6.

Конденсаторні движки відрізняються найкращими енергетичними показниками, ніж однофазовий движки з пускової фатою обмотки статора, я коефіцієнт потужності їх, завдяки застосуванню конденсаторів, вище, ніж у трифазних двигунів схожої потужності.

Універсальні асинхронні двигуни

В установках автоматичного управління використовують універсальні асинхронні двигуни - трифазні машини малої потужності, які приєднують до трифазної або однофазовий мережі. При харчуванні від однофазних мережі пусковий і робочі властивості движків дещо гірше, ніж при використанні їх в трифазному режимі.

Універсальні асинхронні двигуни серії УАД виготовляють дво- і чотириполюсні, які при трифазному режимі мають номінальну потужність від 1,5 до 70 Вт, а при однофазних режимі - від 1 до 55 Вт і працюють від мережі змінного напруги частотою 50 Гц з ккд η = 0 , 09 - 0.65.

Однофазовий асинхронні двигуни з розщепленими або екранованими полюсами

В однофазних асинхронних двигунах з розщепленими або екранованими полюсами, кожен полюс розщеплений глибоким пазом па дві нерівні частини і несе на собі однофазовий обмотку, що охоплює весь муздрамтеатр полюса, і короткозамкнені витки, розташовані на його найменшої частини.

Ротор у цих движків має короткозамкненим обмотку. Включення обмотки статора на синусоїдальну напругу супроводжується встановленням в ній струму і порушенням змінного магнітного поля з нерухомою віссю симетрії, яке наводить в короткозамкнених витках належні ЕРС і струми.

Під впливом струмів короткозамкнутих витків відповідна їм м. Д. З, збуджує магнітне поле, що перешкоджає посиленню і ослаблення основного магнітного поля в екранованих частих полюсів. Магнітні поля екранованих і неекранованих частин полюсів не збігаються по фазі в часі і, будучи зміщеними в просторі, утворюють результуючий еліптичне крутиться магнітне поле, що переміщує в напрямку від магнітної осі нееранірованной частини полюса до магнітної осі його екранованої частини.

Взаємодія цього поля з струмами, индуктироваться в обмотці ротора, викликає виникнення вихідної пускового моменту Мп = (0,2 - 0,6) Мном і розгін ротора до номінальної швидкості, якщо гальмівний момент прикладений до валу двигуна, не перевищує вихідний пусковий момент.

З метою зростання вихідного пускового і максимального моментів однофазних асинхронних двигунах з розщепленими або екранованими полюсами між їх полюсами розташовують магнітні шунти з листової сталі, що наближає крутиться магнітне поле до радіального.

Двигуни з розщепленими полюсами є нереверсивними пристроями, що допускають часті запуски, несподівану зупинку і можуть тривалий час перебувати в загальмованому стані. Їх виготовляють дво- і чотириполюсні номінальною потужністю від 0,5 до 30 Вт, а при поліпшеної конструкції до 300 Вт для роботи від мережі змінного напруги частотою 50 Гц з ккд ηном = 0,20 - 0,40.