Jednofázový asynchrónny motor: ako to funguje

Samotný názov tohto elektrického zariadenia naznačuje, že elektrická energia, ktorá sa mu dodáva, sa premení na rotačný pohyb rotora. Okrem toho prídavné meno „asynchrónne“ charakterizuje nesúlad, oneskorenie rýchlosti rotácie kotvy od magnetického poľa statora.

Slovo „jednofázové“ spôsobuje nejednoznačnú definíciu. Dôvodom je skutočnosť, že pojem „fáza“ v elektrike definuje niekoľko javov:

• posun, rozdiel uhlov medzi veličinami vektora;

• potenciálny vodič elektrického obvodu s dvoma, tromi alebo štyrmi vodičmi;

• jedno z vinutí statora alebo rotora trojfázového motora alebo generátora.

Preto okamžite objasňujeme, že je obvyklé volať jednofázový elektrický motor, ktorý beží na dvojvodičovej sieti striedavého prúdu predstavovanej fázovým a nulovým potenciálom. Počet vinutí namontovaných v rôznych prevedeniach statorov neovplyvňuje túto definíciu.

Dizajn motora

Podľa technického zariadenia sa indukčný motor skladá z:

1. stator - statická pevná časť vyrobená skriňou s rôznymi elektrickými prvkami umiestnenými na nej;

2. rotor rotovaný silami elektromagnetického poľa statora.

Mechanické spojenie týchto dvoch častí je uskutočnené rotačnými ložiskami, ktorých vnútorné krúžky sú namontované na namontovaných objímkach hriadeľa rotora a vonkajšie krúžky sú namontované v ochranných bočných krytoch pripevnených k statoru.

rotor

Jeho zariadenie pre tieto modely je rovnaké ako pre všetky indukčné motory: magnetické jadro zo zaťažených dosiek na báze zliatin mäkkého železa je namontované na oceľovom hriadeli. Na svojom vonkajšom povrchu sú vytvorené drážky, do ktorých sú namontované navíjacie tyče z hliníka alebo medi, ktoré sú na koncoch skratované k uzatváracím krúžkom.

Vo vinutí rotora je indukovaný elektrický prúd, ktorý je indukovaný statorovým magnetickým poľom a magnetický obvod slúži na dobrý prechod tu vytvoreného magnetického toku.

Jednotlivé konštrukcie rotorov pre jednofázové motory môžu byť vyrobené z nemagnetických alebo feromagnetických materiálov vo forme valca.

stator

Ďalej je uvedený návrh statora:

• bývanie;

• magnetický obvod;

• vinutia.

Jeho hlavným účelom je vytvárať stále alebo rotujúce elektromagnetické pole.

Vinutie statora zvyčajne pozostáva z dvoch obvodov:

1. pracovník;

2. launcher.

V najjednoduchších prevedeniach, navrhnutých na ručné pradenie kotvy, je možné vykonať iba jedno vinutie.

Princíp činnosti asynchrónneho jednofázového elektromotora

Aby sme zjednodušili prezentáciu materiálu, predstavme si, že vinutie statora je tvorené iba jednou slučkou. Vodiče vo vnútri statora sú rozmiestnené v kruhu pod uhlom 180 stupňov. Prechádza ním striedavý sínusový prúd s kladnými a zápornými polvlnami. Nevytvára rotujúce, ale pulzujúce magnetické pole.

Ako dochádza k pulzáciám magnetického poľa

Analyzujme tento proces na príklade toku pozitívnej polovice vlny prúdu v časových okamihoch t1, t2, t3.

Prechádza pozdĺž hornej časti súčasnej cesty smerom k nám a pozdĺž spodnej časti - od nás. V kolmej rovine predstavovanej magnetickým obvodom sa okolo vodiča objavujú magnetické toky.

Prúdy líšiace sa v amplitúde v uvažovaných časových okamihoch vytvárajú elektromagnetické polia F1, F2, F3 rôznej veľkosti. Pretože prúd v hornej a dolnej polovici je rovnaký, ale cievka je ohnutá, magnetické toky každej časti sú nasmerované v opačnom smere a ničia vzájomný účinok.Toto môže byť určené pravidlom gimlet alebo pravou rukou.

Ako vidíte, pri pozitívnej polvlne nie je pozorovaná rotácia magnetického poľa, ale vyskytuje sa iba jej zvlnenie v hornej a dolnej časti vodiča, ktoré je tiež vzájomne vyvážené v magnetickom obvode. Rovnaký proces nastáva pri negatívnej časti sínusoidu, keď prúdy opačne smerujú.

Pretože neexistuje žiadne rotujúce magnetické pole, rotor zostane tiež nehybný, pretože na to, aby sa začalo otáčanie, naň nie sú vyvíjané žiadne sily.

Ako sa vytvára rotácia rotora v pulzujúcom poli

Ak otáčate rotorom aj rukou, bude v tomto pohybe pokračovať. Na vysvetlenie tohto javu ukazujeme, že celkový magnetický tok kolísa vo frekvencii súčasného sínusoidu od nuly po maximálnu hodnotu v každom pol cykle (so zmenou smeru) a pozostáva z dvoch častí vytvorených v hornej a dolnej vetve, ako je to znázornené na obrázku.

Magnetické pulzujúce pole statora pozostáva z dvoch kruhových polí s amplitúdou Fmax / 2 a pohybujúcich sa v opačných smeroch s rovnakou frekvenciou.

npr = nbr = f60 / p = 1.

V tomto vzorci sú uvedené:

• npr a nobr frekvencia rotácie magnetického poľa statora v smere dopredu a dozadu;

• n1 je rýchlosť rotujúceho magnetického toku (r / min);

• p je počet párov pólov;

• f je frekvencia prúdu vo vinutí statora.

Teraz rukou dáme rotáciu motora v jednom smere a okamžite zachytí pohyb v dôsledku výskytu krútiaceho momentu spôsobeného kĺzaním rotora vzhľadom na rôzne magnetické toky vpred a vzad.

Predpokladáme, že magnetický tok v smere dopredu sa zhoduje s rotáciou rotora, respektíve spätný chod bude opačný. Ak n2 je frekvencia rotácie kotiev v ot / min, potom môžeme napísať výraz n2

V tomto prípade označujeme Spr = (n1-n2) / n1 = S.

Indexy S a Spr tu označujú sklz indukčného motora a rotora relatívneho magnetického toku v smere dopredu.

V spätnom toku je sklz Sobr vyjadrený podobným vzorcom, ale so zmenou znamienka n2.

Sobr = (n1 - (-n2)) / n1 = 2-Sbr.

V súlade so zákonom o elektromagnetickej indukcii bude pôsobiť pri vinutí rotora elektromagnetická sila pôsobením priamych a spätných magnetických tokov, ktorá v ňom vytvorí prúdy rovnakých smerov I2pr a I2obr.

Ich frekvencia (v hertzoch) bude priamo úmerná rozsahu sklzu.

f2pr = f1 ∙ Spr;

f2sample = f1 ∙ S

Frekvencia f2obr vytvorená indukovaným prúdom I2obr navyše významne prekračuje frekvenciu f2pr.

Napríklad elektrický motor beží na 50 Hz sieti s n1 = 1500 a n2 = 1440 ot / min. Jeho rotor má sklz vo vzťahu k magnetickému toku vprednom smere Spr = 0,04 a aktuálnej frekvencii f2pr = 2 Hz. Sobr = spätný sklz = 1,96 a aktuálna frekvencia f2obr = 98 Hz.

Na základe zákona Ampéra, keď súčasné I2pr a magnetické pole Фпр interagujú, objaví sa krútiaci moment Мпр.

Mpr = cM ∙ Fpr ∙ I2pr ∙ cosφ2pr.

Tu konštantný koeficient SM závisí od konštrukcie motora.

V tomto prípade pôsobí aj spätný magnetický tok Mobr, ktorý sa vypočíta podľa vzorca:

Mobr = cM ∙ Phobr ∙ I2obr ∙ cosφ2obr.

V dôsledku interakcie týchto dvoch tokov sa objaví výsledný tok:

M = Mpr-Mobr.

Varovanie! Keď sa rotor otáča, indukujú sa v ňom prúdy rôznych frekvencií, ktoré vytvárajú momenty síl v rôznych smeroch. Preto sa bude motorová kotva otáčať pôsobením pulzujúceho magnetického poľa v smere, z ktorého sa začala otáčať.

Pri prekonávaní menovitého zaťaženia jednofázovým motorom sa vytvorí mierny sklz s hlavným podielom priameho krútiaceho momentu Mpr. Protiaha inhibičného, ​​reverzného magnetického poľa MOBR má veľmi mierny účinok v dôsledku rozdielu vo frekvenciách prúdov v smere dopredu a dozadu.

f2obr spätného prúdu významne prekračuje f2pr a indukovaná indukčnosť X2obr výrazne prevyšuje účinnú zložku a poskytuje veľký demagnetizačný účinok reverzného magnetického toku Fobr, ktorý sa nakoniec znižuje.

Pretože účinník zaťaženého motora je malý, spätný magnetický tok nemôže mať výrazný vplyv na rotujúci rotor.

Keď sa jedna fáza siete aplikuje na motor s pevným rotorom (n2 = 0), potom sa kĺzanie, ako dopredu, tak aj vzad, rovná jednote a magnetické polia a sily tokov vpred a vzad sú vyvážené a nedochádza k rotácii. Preto od dodávky jednej fázy nie je možné rozmotať kotvu motora.

Ako rýchlo určiť otáčky motora:

Ako sa vytvára rotácia rotora v jednofázovom asynchrónnom motore

V celej histórii prevádzky takýchto zariadení boli vyvinuté nasledujúce konštrukčné riešenia:

1. ručné odvíjanie hriadeľa rukou alebo šnúrou;

2. použitie prídavného vinutia pripojeného počas spúšťania z dôvodu ohmického, kapacitného alebo induktívneho odporu;

3. rozdelenie skratovej magnetickej cievky statorového magnetického obvodu na skrat.

Prvá metóda sa použila v počiatočnom vývoji a nezačala sa uplatňovať v budúcnosti kvôli možným rizikám zranení pri spustení, hoci si nevyžaduje pripojenie ďalších reťazí.

Aplikácia vinutia s posunom fázy v statore

Na zabezpečenie počiatočnej rotácie rotora statorovému vinutiu je v čase spustenia pripojená ďalšia pomocná, ale iba uhlová posunutá iba o 90 stupňov. Vykonáva sa hrubší drôt, aby prešiel viac prúdov, ako prúdi v pracovnom.

Schéma zapojenia takéhoto motora je znázornená na obrázku vpravo.

Tu sa používa tlačidlo typu PNVS, ktoré bolo špeciálne vytvorené pre tieto motory a bolo široko používané pri prevádzke práčok vyrobených v ZSSR. Toto tlačidlo okamžite zapne 3 kontakty tak, že dva extrémne kontakty zostanú po stlačení a uvoľnení pevné v zapnutom stave a stredný sa krátko uzavrie a potom sa pôsobením pružiny vráti do svojej pôvodnej polohy.

Zatvorené extrémne kontakty je možné odpojiť stlačením susedného tlačidla Stop.

Okrem vypínača sa v automatickom režime používajú na vypnutie dodatočného vinutia aj tieto položky:

1. odstredivé spínače;

2. diferenciálne alebo prúdové relé;

3. mechanické časovače.

Na zlepšenie naštartovania motora pri zaťažení sa vo vinutí s posunom fázy používajú ďalšie prvky.

Pripojenie jednofázového motora so štartovacím odporom

V takomto obvode je ohmický odpor postupne namontovaný na prídavné vinutie statora. V tomto prípade je vinutie závitov uskutočňované bifilárnym spôsobom, čo poskytuje koeficient samočinnej indukcie cievky veľmi blízko nuly.

Vďaka implementácii týchto dvoch techník, keď prúdy tečú rôznymi vinutiami, nastáva medzi nimi fázový posun asi 30 stupňov, čo je dosť. Rozdiel v uhloch sa vytvára zmenou zložitých odporov v každom obvode.

Týmto spôsobom je stále možné nájsť štartovacie vinutie s nízkou indukčnosťou a zvýšeným odporom. Na tento účel sa používa vinutie s malým počtom zákrutov drôtu so zníženým prierezom.

Pripojenie jednofázového motora so štartovaním kondenzátora

Kapacitný fázový prúdový posun vám umožňuje vytvoriť krátkodobé spojenie vinutia so sériovo zapojeným kondenzátorom. Tento reťazec funguje iba vtedy, keď motor vstúpi do režimu a potom sa vypne.

Štart kondenzátora vytvára najvyšší krútiaci moment a vyšší účinník ako pri metóde odporového alebo induktívneho štartu. Môže dosiahnuť hodnotu 45 ÷ 50% menovitej hodnoty.

V oddelených obvodoch sa kapacita pridáva aj do pracovnej reťaze vinutia, ktorá je neustále zapnutá. V dôsledku toho sa dosahujú odchýlky prúdov vo vinutí pod uhlom rádovo π / 2. Súčasne je v statore zreteľne viditeľný posun maximálnych amplitúd, ktorý poskytuje dobrý krútiaci moment na hriadeli.

Vďaka tejto technike je motor schopný naštartovať väčší výkon. Tento spôsob sa však používa iba pri pohonoch s veľkým štartom, napríklad na spriadanie bubna práčky naplnenej bielizňou vodou.

Spúšťač kondenzátora vám umožňuje zmeniť smer otáčania kotvy. Ak to chcete urobiť, stačí zmeniť polaritu pripojenia štartovacieho alebo pracovného vinutia.

Jednofázové pripojenie motora s deleným pólom

Asynchrónne motory s malým výkonom asi 100 W využívajú rozdelenie statorového magnetického toku v dôsledku začlenenia skratovanej medenej cievky do pólu magnetického obvodu.

Takto rozrezaný na dve časti vytvára ďalšie magnetické pole, ktoré je posunuté v uhle od hlavného poľa a oslabuje ho v mieste pokrytom cievkou. Vďaka tomu sa vytvorí eliptické rotujúce pole, ktoré vytvára moment rotácie konštantným smerom.

V takýchto uskutočneniach je možné nájsť magnetické skraty vyrobené z oceľových dosiek, ktoré uzatvárajú okraje špičiek pólov statora.

Motory podobného prevedenia možno nájsť vo ventilačných zariadeniach na fúkanie vzduchu. Nemajú schopnosť obrátiť sa.