Двигатель монофазный что это такое

Содержание
  1. Однофазный асинхронный двигатель: как устроен и работает
  2. Типы однофазных электродвигателей / Пусковой конденсатор с расщеплённой фазой и экранированным полюсом
  3. Индукционный электродвигатель с расщеплённой фазой
  4. Применение индукционного электродвигателя с расщеплённой фазой
  5. Индукционный электродвигатель с пусковым конденсатором и индукционный электродвигатель с двойным пусковым конденсатором
  6. Применение индукционного электродвигателя с пусковым конденсатором и индукционного электродвигателя с двойным пусковым конденсатором
  7. Электродвигатель с постоянным разделяющим конденсатором
  8. Преимущества и способы использования
  9. Индукционные однофазные электродвигатели с экранированным полюсом
  10. Участок 1:
  11. Участок 2:
  12. Участок 3:
  13. Преимущества и недостатки электродвигателя с экранированным полюсом
  14. Применение электродвигателя с экранированным полюсом

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 термин «фаза» 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.

Конструкция электродвигателя

По своему техническому устройству асинхронный двигатель состоит из:

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.

Ротор

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.

Статор

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 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.

Читайте также:  Турбированный двигатель жрет масло причины

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

Например, электродвигатель работает от сети 50 Гц с n1=1500, а n2=1440 оборотов в минуту. Его ротор имеет скольжение относительно магнитного потока прямого направления Sпр=0,04 и частоту тока f2пр=2 Гц. Обратное же скольжение Sобр=1,96, а частота тока f2обр=98 Гц.

На основании закона Ампера при взаимодействии тока I2пр и магнитного поля Фпр появится вращающий момент Мпр.

Здесь величина постоянного коэффициента сМ зависит от конструкции двигателя.

При этом также действует обратный магнитный поток Мобр, который вычисляется по выражению:

В итоге взаимодействия этих двух потоков появится результирующий:

Внимание! При вращении ротора в нем наводятся токи разной частоты, которые создают моменты сил с разными направлениями. Поэтому якорь двигателя будет совершать вращение под действием пульсирующего магнитного поля в ту сторону, с которой он начал вращение.

Во время преодоления однофазным двигателем номинальной нагрузки создается небольшое скольжение с основной долей прямого крутящего момента Мпр. Противодействие тормозного, обратного магнитного поля Мобр сказывается совсем незначительно из-за различия частот токов прямого и обратного направлений.

f2обр обратного тока значительно превышает f2пр, а создаваемое индуктивное сопротивление Х2обр сильно превышает активную составляющую и обеспечивает большое размагничивающее действие обратного магнитного потока Фобр, который в итоге этого уменьшается.

Поскольку коэффициент мощности у двигателя под нагрузкой небольшой, то обратный магнитный поток не может оказать сильное воздействие на вращающийся ротор.

Когда же одна фаза сети подана на двигатель с неподвижным ротором (n2=0), то скольжения, как прямое, так и обратное равны единице, а магнитные поля и силы прямого и обратного потоков уравновешены и вращения не возникает. Поэтому от подачи одной фазы невозможно раскрутить якорь электродвигателя.

Как быстро определить частоту вращения двигателя:

Как создается вращение ротора у однофазного асинхронного двигателя

За всю историю эксплуатации подобных устройств разработаны следующие конструкторские решения:

1. ручная раскрутка вала рукой или шнуром;

2. использование дополнительной обмотки, подключаемой на время запуска за счет омического, емкостного или индуктивного сопротивления;

3. расщепление короткозамкнутым магнитным витком магнитопровода статора.

Первый способ использовался в начальных разработках и не стал применяться в дальнейшем из-за возможных рисков получения травм при запуске, хотя он не требует подключения дополнительных цепочек.

Применение фазосдвигающей обмотки в статоре

Чтобы придать начальное вращение ротору к статорной обмотке дополнительно на момент запуска подключают еще одну вспомогательную, но только сдвинутую по углу на 90 градусов. Ее выполняют более толстым проводом для пропускания бо́льших токов, чем протекающие в рабочей.

Схема подключения такого двигателя показана на рисунке справа.

Здесь для включения применяется кнопка типа ПНВС, которая специально создана для таких двигателей и широко использовалась в работе стиральных машин, выпускаемых при СССР. У этой кнопки сразу включаются 3 контакта таким образом, что два крайних после нажатия и отпускания остаются зафиксированы во включенном состоянии, а средний — кратковременно замыкается, а потом под действием пружины возвращается в исходное положение.

Замкнутые же крайние контакты можно отключить нажатием на соседнюю кнопку «Стоп».

Кроме кнопочного выключателя для отключений дополнительной обмотки в автоматическом режиме используются:

1. центробежные переключатели;

2. дифференциальные или токовые реле;

Для улучшения запуска двигателя под нагрузкой применяются дополнительные элементы в фазосдвигающей обмотке.

Подключение однофазного двигателя с пусковым сопротивлением

В такой схеме к статорной дополнительной обмотке последовательно монтируется омическое сопротивление. При этом намотка витков выполняется биффилярным способом, обеспечивающим коэффициент самоиндукции катушки очень близким к нулю.

За счет выполнения этих двух приемов при прохождении токов по разным обмоткам между ними возникает сдвиг по фазе порядка 30 градусов, чего вполне достаточно. Разность углов создается за счет изменения комплексных сопротивлений в каждой цепи.

При этом методе еще может встречаться пусковая обмотка с заниженной индуктивностью и увеличенным сопротивлением. Для этого применяют намотку с маленьким числом витков провода заниженного поперечного сечения.

Подключение однофазного двигателя с конденсаторным запуском

Емкостной сдвиг токов по фазе позволяет создать кратковременное подключение обмотки с последовательно соединенным конденсатором. Эта цепочка работает только во время выхода двигателя на режим, а затем отключается.

У конденсаторного запуска создается наибольший крутящий момент и более высокий коэффициент мощности, чем при резистивном или индуктивном способе запуска. Он может достигать величины 45÷50% от номинального значения.

В отдельных схемах к цепочке рабочей обмотки, которая постоянно включена, тоже добавляют емкость. За счет этого добиваются отклонения токов в обмотках на угол порядка π/2. При этом в статоре сильно заметен сдвиг максимумов амплитуд, который обеспечивает хороший крутящий момент на валу.

За счет этого технического приема двигатель при пуске способен выработать больше мощности. Однако, такой метод используют только с приводами тяжелого запуска, например, для раскрутки барабана стиральной машины, заполненного бельем с водой.

Конденсаторный запуск позволяет изменять направление вращения якоря. Для этого достаточно сменить полярность подключения пусковой или рабочей обмотки.

Читайте также:  Начертить схему присоединения двигателя к сети

Подключение однофазного двигателя с расщепленными полюсами

У асинхронных двигателей с небольшой мощностью порядка 100 Вт используют расщепление магнитного потока статора за счет включения в полюс магнитопровода короткозамкнутого медного витка.

Разрезанный на две части такой полюс создает дополнительное магнитное поле, которое сдвинуто от основного по углу и ослабляет его в месте охваченного витком. За счет этого создается эллиптическое вращающееся поле, образующее момент вращения постоянного направления.

В подобных конструкциях можно встретить магнитные шунты, выполненные стальными пластинками, которые замыкают края наконечников статорных полюсов.

Двигатели подобных конструкций можно встретить в вентиляторных устройствах обдува воздуха. Они не обладают возможностью реверса.

Источник

Типы однофазных электродвигателей / Пусковой конденсатор с расщеплённой фазой и экранированным полюсом

Однофазные индукционные двигатели превращают в двигатели, способные к самозапуску, путём обеспечения дополнительного магнитного потока за счёт дополнительных средств. Сейчас, в зависимости от этих самых дополнительных средств, эти двигатели подразделяются следующим образом:

1. Индукционный электродвигатель с расщеплённой фазой.

2. Индукционный электродвигатель с пусковым конденсатором.

3. Индукционный электродвигатель с двойным пусковым конденсатором (двухзначный конденсаторный метод).

4. Электродвигатель с постоянным разделяющим конденсатором.

5. Индукционный электродвигатель с экранированным полюсом.

Индукционный электродвигатель с расщеплённой фазой

В дополнение к основной обмотке или же к двигающейся обмотке статор однофазного двигателя имеет ещё одну обмотку, которую называют вспомогательной или стартовой. Центробежный выключатель подключен последовательно к вспомогательной обмотке. Задачей этого выключателя является отключение вспомогательной обмотки от основной схемы, когда скорость электродвигателя достигнет от 75% до 80% от синхронной скорости.

Известно, что движущаяся обмотка является индукционной по своей природе. Наша задача заключается в том, чтобы создать разницу фаз между двумя обмотками. Это возможно, если стартовая обмотка имеет большое сопротивление. Допустим, что Irun является электрическим током, который проходит через основную или движущуюся обмотку, Istart является током, проходящим через стартовую обмотку, и VT является напряжением, которое подаётся.

Известно, что для обмотки с большой резистивностью электрический ток почти в фазе с напряжением, а для обмотки с большой индуктивностью ток отстает от напряжения под большим углом. Стартовая обмотка обладает большой резистивностью, поэтому электрический ток, который идёт через стартовую обмотку, отстаёт от приложенного напряжения с очень маленьким углом. Движущаяся обмотка по сути своей очень индукционная, так что ток в этой обмотке отстаёт от напряжения под большим углом.

Результатом этих двух токов является IT. Данный результат производит вращающееся магнитное поле, которое вращается только в одну сторону. В индукционном двигателе с расщепленной фазой стартовый и основной электрический ток разделены друг с другом под определённым углом, поэтому данный двигатель и получил такое называние.

Применение индукционного электродвигателя с расщеплённой фазой

У данных двигателей имеется низкий стартовый электрический ток, средний стартовый крутящий момент. По этой причине данные двигатели нашли своё применение в таких вещах как центробежные насосы, вентиляторы, стиральные машины, а также во множестве других устройств. Эти двигатели доступны в размерах в диапазоне от 1 / 20 киловатт до 1 / 2 киловатт.

Индукционный электродвигатель с пусковым конденсатором и индукционный электродвигатель с двойным пусковым конденсатором

Принцип работы и конструкция индукционного электродвигателя с пусковым конденсатором и индукционного электродвигателя с двойным пусковым конденсатором почти одинаковы. Известно, что однофазный индукционный электродвигатель не способен к запуску самого себя, поскольку магнитное поле, которое возникает в итоге, не относится к вращающемуся типу поля.

Для того чтобы производилось вращающееся магнитное поле, должна быть разница фаз. В случае с индукционным двигателем, имеющим расщеплённую фазу, использовалось сопротивление для того чтобы создать эту разницу фаз, но в данном случае для этой цели используется конденсатор.

Известен тот факт, что электрический ток, проходящий через конденсатор, приводит к возникновению напряжения. Поэтому в данных двух типах электродвигателя используются две обмотки, соответственно, основная обмотка и стартовая обмотка. К стартовой обмотке подключается конденсатор, так что электрический ток, который идёт через конденсатор, Ist приводит к напряжению под определённым углом, φst.

В силу того, что движущаяся обмотка индуктивна по натуре, электрический ток в ней отстает от напряжения под углом, φm. Теперь возникает большой угол фазы, разница между этими двумя электрическими токами, которая производит ток, I, а это уже приводит к образованию вращающегося магнитного поля.

Крутящий момент, производимый этими электродвигателями, зависит от разницы угла фазы, которая почти 90°. Поэтому эти двигатели производят очень большой стартовый крутящий момент. В случае с индукционным мотором со стартовым конденсатором, центробежный выключатель отключает стартовую обмотку, когда двигатель достигает 75-80% от синхронной скорости.

Но в случае с индукционным электродвигателем с двойным пусковым конденсатором отсутствует центробежный выключатель, поэтому конденсатор сохраняется в схеме и помогает улучшить коэффициент мощности и условия движения индукционного однофазного двигателя.

Применение индукционного электродвигателя с пусковым конденсатором и индукционного электродвигателя с двойным пусковым конденсатором

Эти двигатели имеют высокий начальный крутящий момент, поэтому их используют в конвейерах, кондиционерах воздуха, шлифовальных станках и т.д. Они доступны вплоть до 6 киловатт.

Читайте также:  Основные причины снижения мощности двигателя

Электродвигатель с постоянным разделяющим конденсатором

Он имеет клеткообразный ротор и статор. У статора имеются две обмотки. Одну называют основной, а другую – вспомогательной. Имеется лишь один конденсатор, подключенный последовательно в стартовой обмотке. Стартовый выключатель отсутствует.

Преимущества и способы использования

Центробежный выключатель не нужен. Эффективность в данном случае выше, а крутящий момент достаточно мощный. Данный электродвигатель нашёл себе применение в нагнетателях воздуха в обогревателях и кондиционерах воздуха, а также в вентиляторах. Также он используется и в офисном оборудовании.

Индукционные однофазные электродвигатели с экранированным полюсом

Статор данного двигателя имеет выдающиеся или выступающие полюсы. Эти полюсы экранированы за счёт медной полосы или кольца, которые по природе своей индукционны. Полюсы в данном случае разделены на две неравные части. Более маленькая составляющая несёт медную полосу. Эту область называют экранированной областью полюса.

ДЕЙСТВИЕ: Когда однофазный ток приходит на статор, получается переменный магнитный поток. Эта перемена магнитного потока вызывает электродвижущую силу в экранированной катушке. С того момента как эта экранированная часть замкнута, электрический ток, который в ней производится, будет в таком направлении, которое будет противоположно главному магнитному потоку.

Магнитный поток в экранированном полюсе отстаёт от магнитного потока в не экранированном полюсе. Разница фаз между этими двумя потоками способствует возникновению результирующего вращающегося магнитного потока.

Известно, что электрический ток обмотки статора является переменным по природе, поэтому и магнитный поток, возникающий из-за данного тока, является переменным. Для того чтобы полностью понять то, как работает индукционный двигатель с экранированным полюсом, стоит рассмотреть три участка:

1. Когда магнитный поток меняет своё значение с нуля на почти что максимальное положительное значение.

2. Когда магнитный поток остаётся почти неизменным на своём максимальном значении.

3. Когда магнитный поток уменьшается с максимального положительного значения до нуля.

Участок 1:

На данном участке скорость возрастания магнитного потока, а значит, и электрического тока, является очень высокой. Согласно положению, выдвинутому Фарадеем, когда бы ни происходило изменение магнитного потока, электродвижущая сила всё равно будет возникать. Так как медная полоса замкнута, электрический ток начинает протекать в медной полосе, в силу вызываемой электродвижущей силы. Данный ток производит свой собственный магнитный поток.

Сейчас, согласно положению Ленца, направление этого тока таково, что оно противоположно возрастанию этого тока. Магнитный поток экранирующего кольца противоположен главному магнитному потоку, что приводит, в свою очередь, к скоплению магнитного потока в не экранированной области статора, тогда как магнитный поток в экранированной части слабеет. Такое неравномерное распределение магнитного потока вынуждает магнитную ось сдвигаться в середину не экранированной области.

Участок 2:

На данном участке скорость роста электрического тока, а следовательно, и магнитного потока остаётся практически неизменной. Поэтому электродвижущая сила, которая возникает в экранированной области, очень мала. Магнитный поток, который производится этой силой, не имеет эффекта на главный магнитный поток, и поэтому распределение магнитного потока остается равномерным, и магнитная ось лежит по центру полюса.

Участок 3:

Скорость уменьшения магнитного потока и тока очень высока. Опять же актуален закон, установленный когда-то Фарадеем, который был актуален на первом участке. Раз медная полоса замкнута, ток начинает проходить в этой полосе, в силу возникшей электродвижущей силы. Этот ток производит свой магнитный поток. Направление этого электрического тока обратно его собственному уменьшению (из положения, выдвинутого Ленцем).

Так что магнитный поток экранирующего кольца помогает главному магнитному потоку. Это приводит к скоплению магнитного потока в экранированной части статора и к ослаблению его в не экранированной области. Это неравномерное распространение потока способствуют смещению магнитной оси в середину экранированной части полюса.

Это смещение магнитной оси продлевает отрицательный цикл, а также приводит к производству вращающегося магнитного поля. Направление этого поля лежит из не экранированной части полюса в его экранированную часть.

Преимущества и недостатки электродвигателя с экранированным полюсом

Плюсы такого двигателя состоят в следующем:

1. Он очень экономичен, а также очень надёжен.

2. Конструкция проста и прочна, поскольку отсутствует центробежный выключатель.

К недостаткам такого двигателя относятся:

1. Маленький коэффициент мощности.

2. Стартовый крутящий момент очень слаб.

3. Эффективность очень низка, так как потери меди велики из-за наличия медной полосы.

4. Изменение скорости также непросто осуществить, как, впрочем, и затратно, ведь это требует другого комплекта медных коле

Применение электродвигателя с экранированным полюсом

В силу их слабых стартовых крутящих моментов и приемлемой цены, эти двигатели в основном используются в маленьких инструментах, игрушках, фенах и т.д. Двигатели такого типа обычно доступны в следующем диапазоне: от 1 / 300 до 1 / 20 киловатт.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта Электронщик , буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Делитесь информацией в соцсетях, ставьте лайки, если вам понравилось — это поможет развитию канала

Источник

Adblock
detector