Еднофазни и двуфазни асинхронни двигатели

Предназначение, устройство и принцип на действие на еднофазни асинхронни двигатели

Еднофазните асинхронни двигатели са машини с ниска мощност, които по дизайн приличат на подобни трифазни двигатели с катеричка.

Еднофазните асинхронни двигатели се различават от трифазните двигатели по статорното устройство, където двуфазна намотка е разположена в жлебовете на магнитната верига, състояща се от основната или работеща фаза с фазова зона от 120 el. градушка и води до клеми с маркировка C1 и C2, и спомагателна, или стартираща фаза с фазова зона от 60 el. градушка и води до клеми с маркировка B1 и B2 (фиг. 1).

Магнитните оси на тези фази на намотката са изместени една спрямо друга с ъгъл 0 = 90 el. градушка. Една работна фаза, свързана към мрежата за променливо напрежение, не може да предизвика въртене на ротора, тъй като токът му възбужда променливо магнитно поле с фиксирана ос на симетрия, характеризиращо се с магнитна индукция, хармонично променяща се във времето.

Ориз. 1. Схема за включване на еднофазен асинхронен двигател с ротор с катеричка.

Това поле може да бъде представено от два компонента — идентични кръгови магнитни полета с директна и обратна последователност, въртящи се с магнитни индукции, въртящи се в противоположни посоки със същата скорост. Въпреки това, при предварително ускорение на ротора в необходимата посока, той продължава да се върти в същата посока, когато е включена работната фаза.

Поради тази причина стартирането на еднофазен двигател започва с ускоряване на ротора чрез натискане на бутона за стартиране, причинявайки възбуждане на токове и в двете фази на намотката на статора, които са фазово изместени с количество в зависимост от параметрите на фазата- преместващо устройство Z, направено под формата на резистор, индуктивна бобина или кондензатор, и елементи електрически вериги, които включват работната и стартовата фази на намотката на статора. Тези токове предизвикват въртящо се магнитно поле в машината с магнитна индукция във въздушната междина, която периодично и монотонно се променя в рамките на максималните и минималните стойности, а краят на неговия вектор описва елипса.

То. Елиптичното въртящо се магнитно поле открива ЕРС и токове в проводниците на намотката на ротора с късо съединение, които, взаимодействайки с това поле, осигуряват ускорението на ротора на еднофазния двигател по посока на въртене на полето и той достига почти номинална скорост за няколко секунди.

Освобождаването на бутона за стартиране прехвърля електродвигателя от двуфазния режим в еднофазен режим, който допълнително се поддържа от съответния компонент на променливото магнитно поле, което по време на въртенето си малко пред въртящия се ротор поради приплъзване .

Навременното изключване на стартовата фаза на намотката на статора на еднофазен асинхронен двигател от захранващата мрежа е необходимо поради неговата конструкция, която предвижда краткосрочен режим на работа-обикновено до 3 s, което изключва продължителното му престой при натоварване поради недопустимо прегряване, изгаряне на изолацията и повреда.

Повишаването на надеждността на работа на еднофазни асинхронни двигатели се осигурява чрез вграждане в кутията на машината на центробежен превключвател с прекъсващи контакти, свързани към клеми с маркировки VT и B2, и термично реле с подобни контакти, имащи клеми, маркирани PT и C1 (фиг. 2, в, г).

Центробежният превключвател автоматично изключва стартовата фаза на намотката на статора, свързана към клемите, маркирани B1 и B2, когато роторът достигне скорост, близка до номиналната, и термичното реле изключва и двете фази на намотката на статора от захранващата мрежа, когато отоплението е по -високо от допустимото.

Обръщането на посоката на въртене на ротора се постига чрез промяна на посоката на тока в една от фазите на намотката на статора при стартиране чрез превключване на бутона за стартиране и пренареждане на металната плоча върху клемите на електродвигателя ( Фиг. 2, а, б) или само чрез пренареждане на две подобни плочи (Фиг. 2, в, г).

Ориз. 2. Маркиране на клемите на фазите на намотката на статора на еднофазен асинхронен двигател с ротор с катерица и тяхната връзка за въртене на ротора: a, c — надясно, b, d — ляво.

Сравнение на техническите характеристики на еднофазни и трифазни асинхронни двигатели

Еднофазните асинхронни двигатели се различават от трифазните машини, сходни по номинална мощност с намалена кратност на началния въртящ момент кn = МНС / Мном и увеличена кратност на началния ток ки = Ми / Мном, които са за еднофазни електродвигатели с начална фаза на намотката на статора с повишено съпротивление на постоянен ток и. по -ниската индуктивност от работната фаза са важни кn — 1,0 — 1,5 и ки = 5 — 9.

Стартовите характеристики на еднофазните асинхронни двигатели са по-лоши от тези на трифазните асинхронни двигатели поради факта, че елиптичното въртящо се магнитно поле се възбужда в началото на еднофазни машини с начална фаза на намотката на статора, еквивалентна на две неравномерни кръгови въртящи се магнитни полета — директно и обратно, предизвиква спирачен ефект.

Чрез избор на параметрите на елементите на електрическите вериги на работната и стартовата фаза на намотката на статора е възможно да се осигури възбуждане на кръгово въртящо се магнитно поле при стартиране, което е възможно с фазово-изместващ елемент, направен в под формата на кондензатор с подходящ капацитет.

Тъй като ускорението на ротора причинява промяна в параметрите на веригите на машината, въртящото се магнитно поле се променя от кръгово към елипсовидно, като по този начин влошава стартовите характеристики на двигателя. Следователно, при скорост от около 0,8 номинална, стартовата фаза на намотката на статора на електродвигателя се изключва ръчно или автоматично, в резултат на което двигателят преминава към еднофазна работа.

Еднофазните асинхронни двигатели със стартов кондензатор имат кратност на началния начален въртящ момент kp = 1,7 — 2,4 и кратност на първоначалния стартов ток ки = 3 — 5.

Двуфазни асинхронни двигатели

При двуфазни асинхронни двигатели, двете фази на намотката на статора с фазови зони от 90 el. поздрави са работниците. Те са разположени в жлебовете на магнитната верига на статора, така че техните магнитни оси образуват ъгъл от 90 el. градушка. Тези фази на намотката на статора се различават една от друга не само по броя на завъртанията, но и по номиналните напрежения и токове, въпреки че общите им мощности са еднакви при номиналния режим на двигателя.

В една от фазите на намотката на статора има постоянен кондензатор Cp (фиг. 3, а), който при условията на номиналния режим на двигателя осигурява възбуждане на кръгово въртящо се магнитно поле. Капацитетът на този кондензатор се определя по формулата:

° Ср = I1sinφ1 / 2πfUn2

където I1 и φ1- съответно токът и фазовото изместване между напрежението и тока на фазовата верига на намотката на статора без кондензатор в кръгово въртящо се магнитно поле, Аз и ти — съответно честотата на променливия ток и напрежението на захранващата мрежа, н- коефициент на трансформация — съотношението на ефективния брой завои на фазите на намотката на статора, съответно с и без кондензатор, определено по формулата

n = kvol2 w2 / ктом 1 w1

където кob2 и кob1 — коефициенти на намотка на съответните фази на намотката на статора с броя на завоите w2 и w1.

Напрежение на клемите на кондензатора Uc, свързано последователно с фазата на намотката на статорадвуфазен асинхронен двигател, с кръгово въртящо се магнитно поле над мрежовото напрежение U и се определя, както следва:

Uc = U √1 + n2

Преходът към моторен товар, различен от номиналния, е придружен от промяна във въртящото се магнитно поле, което вместо кръгово става елипсовидно. Това влошава работните свойства на двигателя, а при стартиране намалява първоначалното Стартов въртящ момент до MP <0,3Мном, ограничаващ използването на двигатели с постоянно свързан кондензатор само в инсталации с леки условия на стартиране.

За да се увеличи първоначалният въртящ момент, пусковият кондензатор Cn се включва паралелно с работния кондензатор Cp (фиг.3, б), чийто капацитет е много по -голям от капацитета на работния кондензатор и зависи от множеството на първоначалния пусков момент, който може да бъде увеличен до два или повече.

Ориз. 3. Схеми за включване на двуфазни асинхронни двигатели с ротор с катеричка: а — с постоянно свързан кондензатор, б — с работещ и стартиращ кондензатор.

След като роторът се ускори до скорост 0,6 — 0,7 от номиналния пусков кондензатор, той се изключва, за да се избегне преминаването на кръгово въртящо се магнитно поле в елипсовидно, което влошава работата на двигателя.

Режимът на стартиране на такива кондензаторни двигатели се характеризира със следните показатели: кn = 1,7 — 2.4 и кi = 4 — 6.

Кондензаторните двигатели се отличават с по-добри енергийни характеристики от еднофазните двигатели с начален воал на намотката на статора, а техният коефициент на мощност, благодарение на използването на кондензатори, е по-висок от този на трифазни двигатели със същата мощност.

Универсални асинхронни двигатели

В инсталациите за автоматично управление се използват универсални асинхронни двигатели-трифазни машини с ниска мощност, които са свързани към трифазна или еднофазна мрежа. Когато се захранват от еднофазна мрежа, стартовите и работните характеристики на двигателите са малко по-лоши, отколкото когато се използват в трифазен режим.

Универсалните асинхронни двигатели от серията UAD се произвеждат с дву- и четириполюсни, които в трифазен режим имат номинална мощност от 1,5 до 70 W, а в еднофазен режим-от 1 до 55 W и работят от мрежа с променливо напрежение с честота 50 Hz с ефективност η= 0,09 — 0.65.

Еднофазни асинхронни двигатели със сенчести или сенчести полюси

В еднофазни асинхронни двигатели с разделени или сенчести полюси, всеки полюс е разделен от дълбок канал на две неравни части и носи еднофазна намотка, покриваща цялата магнитна верига на полюса, и късо съединени завои, разположени на по-малката му част .

Роторът на тези двигатели има намотка с късо съединение. Включването на намотката на статора към синусоидално напрежение е придружено от установяване на ток в него и възбуждане на променливо магнитно поле с фиксирана ос на симетрия, което индуцира съответните ЕРС и токове в късо съединените контури.

Под въздействието на токове на късо съединение съответните m.d.s възбуждат магнитно поле, което предотвратява укрепването и отслабването на основното магнитно поле в екранирани чести полюси. Магнитните полета на екранираните и неекранирани части на полюсите са извън фаза във времето и, изместени в пространството, образуват полученото елипсовидно въртящо се магнитно поле, движещо се в посока от магнитната ос на неекранираната част на полюса към магнитната оста на нейната екранирана част.

Взаимодействието на това поле с токовете, индуцирани в намотката на ротора, причинява появата на началния въртящ момент Mn = (0,2 — 0,6) Mnom и ускорението на ротора до номиналната скорост, ако спирачният момент, приложен към вала на двигателя не трябва да надвишава началния въртящ момент.

За да се увеличат началните пускови и максимални моменти на еднофазни асинхронни двигатели с разделени или сенчести полюси, магнитните шунтове от стоманена ламарина се поставят между полюсите им, което приближава въртящото се магнитно поле до кръгово.

Двигателите със сенчести полюси са нереверсивни устройства, които позволяват често стартиране, внезапни спирания и могат да се забавят за дълго време. Те са направени с дву- и четириполюсна номинална мощност от 0,5 до 30 W и с подобрен дизайн до 300 W за работа от мрежа с променливо напрежение с честота 50 Hz с ефективност ηном = 0,20 — 0,40.
Прочетете също: Selsyns: цел, устройство, принцип на действие