Предназначение, устройство и принцип деяния однофазовых асинхронных движков

Однофазовые асинхронные движки — машины маленький мощности, которые по конструктивному выполнению напоминают подобные трехфазные электродвигатели с короткозамкнутым ротором.

Однофазовые асинхронные движки отличаются от трехфазных движков устройством статора, где в пазах магнитопровода находится двухфазная обмотка, состоящая из основной, либо рабочей, фазы с фазной зоной 120 эл. град и выводами к зажимам с обозначениями С1 и С2, и вспомогательной, либо пусковой, фазы с фазной зоной 60 эл. град и выводами к зажимам с обозначениями В1 и В2 (рис. 1).

Магнитные оси этих фаз обмотки сдвинуты относительно друг дружку па угол 0 = 90 эл. град. Одна рабочая фаза, присоединенная к питающей сети переменного напряжения, не может вызвать вращения ротора, потому что ток ее возбуждает переменное магнитное поле с недвижной осью симметрии, характеризуемое гармонически изменяющейся во времени магнитной индукцией.

Рис. 1. Схема включения однофазового асинхронного мотора с короткозамкнутым ротором.

Это поле можно представить 2-мя составляющими — схожими радиальными магнитными полями прямой и оборотной последовательностей, вращающимися с магнитными индукциями, вращающимися в обратные стороны с одной и той же скоростью. Но при подготовительном разгоне ротора в нужном направлении он при включенной рабочей фазе продолжает крутиться в том же направлении.

По этой причине запуск однофазового мотора начинают с разгона ротора методом нажатия пусковой кнопки, вызывающего возбуждение токов в обеих фазах обмотки статора, которые смещены по фазе на величину, зависящую от характеристик фазосдвигающего устройства Z, выполненного в виде резистора, индуктивной катушки либо конденсатора, и частей электронных цепей, в которые входят рабочая и пусковая фазы обмотки статора. Эти токи побуждают в машине крутящееся магнитное поле с магнитной индукцией в воздушном зазоре, которая временами и однообразно меняется в границах наибольшего и малого значений, а конец ее вектора обрисовывает эллипс.

Это. эллиптическое крутящееся магнитное поле находит в проводниках короткозамкнутой обмотки ротора ЭДС и токи, которые, взаимодействуя с этим полем, обеспечивают разгон ротора однофазового мотора в направлении вращения поля, и он в.течение нескольких секунд добивается практически номинальной скорости.

Отпускание пусковой кнопки переводит электродвигатель с двухфазного режима на однофазовый, поддерживаемый в предстоящем соответственной составляющей переменного магнитного поля, которая при собственном вращении несколько опережает крутящийся ротор из-за скольжения.

Своевременное отключение пусковой фазы обмотки статора однофазового асинхронного мотора от питающей сети нужно в связи с ее конструктивным исполнением, предусматривающим краткосрочный режим работы — обычно до 3 с, что исключает долгое пребывание ее под нагрузкой в связи с недопустимым перегревом, сгоранием изоляции и выходом из строя.

Увеличение надежности эксплуатации однофазовых асинхронных движков обеспечивают встраиванием в корпус машин центробежного выключателя с размыкающими контактами, присоединенными к зажимам с обозначениями ВЦ и В2, и термического реле с подобными контактами, имеющими выводы с обозначениями РТ и С1 (рис. 2, в, г).

Центробежный выключатель автоматом отключает пусковую фазу обмотки статора, присоединенную к зажимам с обозначениями В1 и В2 при достижении ротором скорости, близкой к номинальной, а термическое реле — обе фазы обмотки статора от питающей сети, когда нагрев их окажется выше допустимого.

Перемена направления вращения ротора достигается конфигурацией направления тока в одной из фаз обмотки статора при пуске методом переключения пусковой кнопки и перестановки железной пластинки на зажимах электродвигателя (рис. 2, а, б) либо только перестановкой 2-ух подобных пластинок (рис. 2, в, г).

Рис. 2. Маркировка зажимов фаз обмотки статора однофазового асинхронного мотора с короткозамкнутым ротором и их соединение для вращения ротороа: а, в — правого, б, г — левого.

Сопоставление технических черт однофазовых и трехфазных асинхронных движков

Однофазовые асинхронные движки отличаются от подобных по номинальной мощности трехфазных машин пониженной кратностью исходного пускового момента kп = Mп / Mном и завышенной кратностью пускового тока ki = Mi / Mном которые для однофазовых электродвигателей с пусковой фазой обмотки статора, имеющей завышенное сопротивление неизменному току и. наименьшую индуктивность, чем рабочая фаза, имеют значения kп — 1,0 — 1,5 и ki = 5 — 9.

Пусковые свойства однофазовых асинхронных движков ужаснее подобных черт трехфазных асинхронных движков в связи с тем, что возбуждаемое при пуске однофазовых машин с пусковой фазой обмотки статора эллиптическое крутящееся магнитное поле, эквивалентное двум неодинаковым радиальным вращающимся магнитным полям — прямому и оборотному, вызывает возникновение тормозного эффекта.

Подбором характеристик частей электронных цепей рабочей и пусковой фаз обмотки статора можно обеспечить при пуске возбуждение радиального вращающегося магнитного поля, что может быть при фазосдвигающем элементе, выполненном в виде конденсатора соответственной емкости.

Потому что разгон ротора вызывает изменение характеристик цепей машины, крутящееся магнитное поле из радиального перебегает в эллиптическое, ухудшая этим пусковые свойства мотора. Потому при скорости около 0,8 номинальной пусковую фазу обмотки статора электродвигателя отключают вручную либо автоматом, в итоге чего движок перебегает на однофазовый режим работы.

Однофазовые асинхронные движки с пусковым конденсатором имеют кратность исходного пускового момента kп = 1,7 — 2,4 и кратность исходного пускового тока ki = 3 — 5.

Двухфазные асинхронные движки

В двухфазных асинхронных движках обе фазы обмотки статора с фазными зонами по 90 эл. град являются рабочими. Они размещены в пазах магнитопровода статора так, что их магнитные оси образуют угол 90 эл. град. Эти фазы обмотки статора отличаются друг от друга не только лишь числом витков, да и номинальными напряжениями и токами, хотя при номинальном режиме мотора полные мощности их схожи.

В одной из фаз обмотки статора повсевременно находится конденсатор Ср (рис. 3, а), который в критериях номинального режима мотора обеспечивает возбуждение радиального вращающегося магнитного поля. Емкость этого конденсатора определяют по формуле:

Cр = I1sinφ₁ / 2πfUn²

где I1 и φ₁— соответственно ток и сдвиг фаз меж напряжением и током цепи фазы обмотки статора без конденсатора при радиальном вращающемся магнитном поле, I и U — соответственно частота переменного тока и напряжение питающей сети, n— коэффициент трансформации — отношение действенных чисел витков фаз обмотки статора соответственно с конденсатором и без него, определяемое по формуле

n = kоб2 w2 / kоб1 w1

где kоб2 и kоб1 — обмоточные коэффициенты соответственных фаз обмотки статора с числом витков w2 и w1.

Напряжение на зажимах конденсатора Uc, включенного поочередно с фазой обмотки статорадвухфазного асинхронного мотора, при радиальном вращающемся магнитном поле выше напряжения сети U и определяется так:

Uc = U √1 + n²

Переход к нагрузке мотора, хорошей от номинальной, сопровождается конфигурацией вращающегося магнитного поля, которое заместо радиального становится эллиптическим. Это усугубляет рабочие характеристики мотора, а при пуске понижает исходный пусковой момент до Мп < 0,3Mном, ограничивая этим применение движков с повсевременно включенным конденсатором исключительно в установках с легкими критериями запуска.

Для увеличения исходного пускового момента параллельно рабочему конденсатору Ср включают пусковой конденсатор Сп (рис. 3, б), емкость которого намного больше емкости рабочего конденсатора и находится в зависимости от кратности исходного пускового момента, которая может быть доведена до 2-ух и поболее.

Рис. 3. Схемы включения двухфазных асинхронных движков с короткозамкнутым ротором: а — спостоянно присоединенным конденсатором, б — с рабочим и пусковым конденсаторами.

После разгона ротора до скорости 0,6 — 0,7 номинальной пусковой конденсатор отключают для избежания перехода радиального вращающегося магнитного поля в эллиптическое, ухудшающее рабочие свойства мотора.

Пусковой режим таких конденсаторных движков характеризуется такими показателями: kп = 1,7 — 2,4 и ki = 4 — 6.

Конденсаторные движки отличаются наилучшими энергетическими показателями, чем однофазовые движки с пусковой фатой обмотки статора, я коэффициент мощности их, благодаря применению конденсаторов, выше, чем у трехфазных движков схожей мощности.

Универсальные асинхронные движки

В установках автоматического управления используют универсальные асинхронные движки — трехфазные машины малой мощности, которые присоединяют к трехфазной либо однофазовой сети. При питании от однофазовой сети пусковое и рабочие свойства движков несколько ужаснее, чем при использовании их в трехфазном режиме.

Универсальные асинхронные движки серии УАД изготовляют двух- и четырехполюсными, которые при трехфазном режиме имеют номинальную мощность от 1,5 до 70 Вт, а при однофазовом режиме — от 1 до 55 Вт и работают от сети переменного напряжения частотой 50 Гц с кпд η= 0,09 — 0.65.

Однофазовые асинхронные движки с расщепленными либо экранированными полюсами

В однофазовых асинхронных движках с расщепленными либо экранированными полюсами, каждый полюс расщеплен глубочайшим пазом па две неравные части и несет на для себя однофазовую обмотку, охватывающую весь магнитопровод полюса, и короткозамкнутые витки, расположенные на его наименьшей части.

Ротор у этих движков имеет короткозамкнутую обмотку. Включение обмотки статора на синусоидальное напряжение сопровождается установлением в ней тока и возбуждением переменного магнитного поля с недвижной осью симметрии, которое наводит в короткозамкнутых витках надлежащие эдс и токи.

Под воздействием токов короткозамкнутых витков соответственная им м. д. с, возбуждает магнитное поле, препятствующее усилению и ослаблению основного магнитного поля в экранированных нередких полюсов. Магнитные поля экранированных и неэкранированных частей полюсов не совпадают по фазе во времени и, будучи смещенными в пространстве, образуют результирующее эллиптическое крутящееся магнитное поле, перемещающее в направлении от магнитной оси неэранированной части полюса к магнитной оси его экранированной части.

Взаимодействие этого поля с токами, индуктированными в обмотке ротора, вызывает возникновение исходного пускового момента Мп = (0,2 — 0,6) Мном и разгон ротора до номинальной скорости, если тормозной момент приложенный к валу мотора, не превосходит исходный пусковой момент.

С целью роста исходного пускового и наибольшего моментов однофазовых асинхронных движках с расщепленными либо экранированными полюсами меж их полюсами располагают магнитные шунты из листовой стали, что приближает крутящееся магнитное поле к радиальному.

Движки с расщепленными полюсами являются нереверсивными устройствами, допускающими нередкие запуски, неожиданную остановку и могут долгое время находиться в заторможенном состоянии. Их изготовляют двух- и четырехполюсными номинальной мощностью от 0,5 до 30 Вт, а при улучшенной конструкции до 300 Вт для работы от сети переменного напряжения частотой 50 Гц с кпд ηном = 0,20 — 0,40.