В чем отличие однофазного двигателя от конденсаторного

Однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором с рабочим напряжением 220 вольт — устройство и принцип работы

Потребляемая мощность электроприборов в быту обычно невелика. А значит применение трехфазных потребителей становится излишним. Электроприборы в домах, квартирах и офисах применяются однофазные. Потому в быту для питания электроприборов наиболее часто используется однофазная электросеть напряжением 220-240 вольт. Разумеется, что в бытовых электроприборах применяются однофазные электродвигатели с рабочим напряжением 220 вольт. Очень часто таким двигателем является однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Устройство асинхронного однофазного электродвигателя

Как и любой другой электрический двигатель, асинхронный однофазный двигатель состоит из двух основных частей. А именно, из ротора и статора. Статор является неподвижной частью асинхронного двигателя . Именно на контактные выводы обмотки статора подаётся питание однофазным переменным током с напряжением 220 вольт. А ротор — это подвижная (вращающаяся) часть асинхронного двигателя. Через ротор, посредством вала, двигатель соединяется с какой-нибудь механической нагрузкой. Как ротор, так и статор электродвигателя, оба состоят из стального сердечника и обмотки. Однофазный асинхронный электродвигатель по конструкции похож на трехфазный асинхронный двигатель. Основное отличие заключается в устройстве обмотки статора двигателя.

Короткозамкнутый ротор асинхронного однофазного электродвигателя

В подавляющем большинстве случаев, бытовые асинхронные однофазные электродвигатели имеют короткозамкнутый ротор. Короткозамкнутый ротор обычно изготавливают нижеописанным способом.

Сердечник ротора спрессовывают из множества круглых листов электротехнической стали. Каждый стальной лист изолируют друг от друга слоем лака. Такой способ изготовления сердечника применяется для уменьшения потерь электроэнергии. Если бы сердечники изготавливались из единого куска стали, то были бы большие потери на образование вихревых токов. То есть, электродвигатель потреблял бы больше электроэнергии, чем ему практически нужно для выполнения работы. А также ротор перегревался бы даже при небольших нагрузках. Однако, все же существует разновидность асинхронных двигателей с массивным ротором.

В итоге, получается конструкция цилиндрической формы с выполненными в ней пазами. Пазы параллельны друг другу. Однако, они не параллельны оси самого ротора. Чаще всего они имеют некоторый перекос направления относительно этой оси. Этот перекос уменьшает высшие гармонические ЭДС, вызванные пульсациями магнитного потока. Такие пульсации происходят из-за того, что магнитное сопротивление зубцов статора и ротора, образованных благодаря пазам, намного ниже магнитного сопротивления обмотки, которая находится в пазах.

То есть, часть ротора, на которой находится обмотка, имеет неоднородную структуру по своей окружности. Сначала сталь, потом алюминий, затем опять сталь и так далее. Потому и магнитное сопротивление на разных участках этой окружности очень отличается. А отсюда пульсации магнитного потока. А скосы позволяют свести к минимуму различие магнитных сопротивлений. И соответственно уменьшатся пульсации. Проще говоря, благодаря такому направлению пазов, работа асинхронного двигателя становится более плавной и менее шумной. К примеру, работа электродвигателя с ротором, у которого нет такого скоса у пазов для обмотки, будет сопровождаться сильным гудением или свистом.

В пазах находятся стержни из сплава алюминия. При изготовлении ротора алюминий впрессовывается или заливается в пазы. С двух сторон цилиндра ротора стержни соединяются (замыкаются) алюминиевыми кольцами. На кольцах могут располагаться лопасти для охлаждения электродвигателя. Алюминиевые стержни и кольца представляют собой обмотку ротора. Такой вид обмотки обычно называется — «беличья клетка». Однако, по форме она скорее напоминает колесо, в котором бегают белки для соблюдения моциона. Обмотка типа «беличья клетка» может иметь некоторые разновидности в своем устройстве.

Читайте также:  Форд фокус 3 какие двигатели ставят

Статор асинхронного однофазного электродвигателя

Сердечник статора также набран из отдельных стальных листов. По той же причине, что и сердечник ротора. И также на сердечнике статора имеются пазы. В пазах расположена обмотка статора. Но в отличии от обмотки ротора, эта обмотка намотана в пазах медной обмоточной проволокой. Питание переменным током напряжением 220 вольт подключают к обмотке статора. А то, каким образом подключают питание, зависит от особенностей принципа работы однофазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

Принцип работы асинхронного однофазного двигателя

У однофазного асинхронного электродвигателя на статоре обычно находятся две обмотки. Потому как одной обмотки для работы подобного электродвигателя не достаточно. Переменный ток, протекающий по одной обмотке, создает не вращающийся, а пульсирующий магнитный поток. Для удобства объяснения происходящего принято считать этот пульсирующий поток за два вращающихся в противоположные стороны магнитных потока (Φпр и Φобр).

Считается, что благодаря электромагнитной индукции два этих магнитных потока наводят в обмотке ротора две противоположные ЭДС. А эти электродвижущие силы образуют в обмотке ротора два противоположно протекающих тока. То есть, ток прямой и ток обратный (Iпр и Iобр ). Также считается, что каждый из магнитных потоков обуславливает для ротора вращающий электромагнитный момент (Mпр и Mобр). Принято считать, что оба эти вращающих момента равны (Mпр = Mобр). Потому пусковой момент для ротора однофазного асинхронного двигателя равен нулю. Иначе говоря, такой электродвигатель не может самостоятельно запуститься при подаче на рабочую обмотку статора питания.

Чтобы асинхронный однофазный двигатель запустился, нужно во время пуска создать в нем вращающееся магнитное поле. А ведь в электродвигателе уже существует два противоположно вращающихся магнитных поля. То есть, задача состоит в том, чтобы подавить одно из вращающихся магнитных полей. И тогда останется всего один вращающийся магнитный поток. И мы придадим первоначальное вращение ротору. Для этого используется вторая, вспомогательная обмотка и фазосмещающий элемент.

Считается, что вспомогательная обмотка также производит два противоположно вращающихся магнитных поля. Причем, вспомогательная обмотка расположена в стартере особым образом. Ее расположение позволяет взаимно подавлять по одному из магнитных потоков главной и вспомогательной обмотки, вращающихся в одном направлении. А два других потока при этом, наоборот, взаимно усиливают друг друга.

А также, токи в обмотке статора должны быть сдвинуты по фазе относительно друг друга. Для этого и применяется какой-либо фазосмещающий элемент. К примеру, индуктивное сопротивление , активное сопротивление или ёмкость. Чаще всего используется конденсатор.

В результате, на статоре остается только один магнитный поток, который вращается в одну сторону. Этот магнитный поток пронизывает обмотку ротора и индуктирует в ней ЭДС. Электродвижущая сила образует в обмотке ротора протекание электрического тока. Этот электрический ток , в свою очередь, вызывает образования магнитного потока ротора. Другими словами, появляются два магнитных поля неподвижные относительно друг друга. И это, согласно третьему закону электромеханики, приводит к электромеханическому преобразованию. Взаимосвязь потоков придает пусковой момент ротору. То есть, при подаче питания произойдет самостоятельный запуск электродвигателя.

Вспомогательная обмотка располагается перпендикулярно рабочей. То есть, осуществляется сдвиг фазы тока в обмотках на четверть периода. Благодаря такому расположению обмоток и такому сдвигу фаз происходит самостоятельный запуск электродвигателя. (Такого эффекта в трехфазном двигателе добиваются, располагая три обмотки под углом 120°. И там это приводит к сдвигу фаз электрического тока на треть периода.)

При разгоне ротора до определенной скорости, вспомогательную обмотку можно отключить. Ротор все равно продолжит вращаться. Осуществление отключения вспомогательной обмотки обычно проводится центробежным выключателем. То есть, во время пуска двигатель является двухфазным, а затем становится однофазным.

Читайте также:  Чем протереть двигатель от масла

Для того, чтобы получить нужный вращающийся магнитный поток с помощью вспомогательной обмотки, нужно соблюдать два условия:

  • Во-первых, магнитодвижущие силы обоих обмоток должны быть равны и сдвинуты относительно друг друга электрически на 90°.
  • Во-вторых, токи в обмотке статора должны быть сдвинуты по фазе относительно друг друга на 90°. То есть, необходим сдвиг фазы тока в обмотках на четверть периода.

Если выполнять эти условия, то вращающееся поле статора будет круговым. Это обеспечивает наибольший вращающий момент. При нарушении условий вращающееся поле становится эллиптическим. Такое поле ухудшает пуск электродвигателя и создает для ротора тормозной момент.

Если бы не было вспомогательной обмотки, пришлось бы каждый раз электродвигатель запускать вручную. То есть, нужно было бы придавать ему первоначальное вращение. Причем, в какую сторону это вращение бы было придано, в ту сторону и вращался бы ротор. После вращательного толчка он вращался бы самостоятельно, до отключения его от питания.

В асинхронном электродвигателе скорость вращения ротора всегда меньше чем скорость вращения магнитного поля статора. Иначе говоря, магнитное поле статора и ротор вращаются не одновременно и не синхронно. Их вращение не совпадает по времени. Из-за этой особенности подобные двигатели и названы асинхронными.

Однофазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором надежны, потому как просты в конструкции. Они дешевы по стоимости изготовления по сравнению с другими видами электродвигателей. А также, удобны для ремонта и обслуживания. Благодаря всем этим преимуществам, однофазный асинхронный электродвигатель находит свое применение во многих бытовых электроприборах.

Конечно, они имеют свои недостатки. Например, при тех же размерах однофазные асинхронные двигатели развивают мощность составляющую максимум 50% от мощности трехфазных асинхронных двигателей. Но для бытовых условий данный недостаток несущественен. Потому как большие мощности в домашних условиях и не нужны. Обычно подобные электродвигатели изготавливают мощностью до 1 киловатта.

Для вашего удобства подборка публикаций

Источник

Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели

Принцип действия и пуск однофазного асинхронного двигателя

По своему устройству однофазный асинхронный двигатель аналогичен трехфазному и состоит из статора, в пазах которого уложена однофазная обмотка, и короткозамкнутого ротора. Особенность работы однофазного асинхронного двигателя заключается в том, что при включении однофазной обмотки статора С1 — С2 в сеть (рис.4.22) МДС статора создает не вращающийся, а пульсирующий магнитный поток с амплитудой Фмах, изменяющейся от +Фмах до –Фмах. При этом ось магнитного потока остается неподвижной в пространстве.

Рис.4.22. Схема включения однофазного АД

Для объяснения принципа действия однофазного двигателя пульсирующий поток Фмах разложим на два вращающихся в противоположные стороны потока Фпр и Фобр (рис. 4.23), каждый из которых равен 0,5Фмах и вращается с частотой (об/мин)

Рис.4.23. Разложение пульсирующего магнитного потока на два вращающихся

Условимся считать поток Фпр, вращающийся в направлении вращения ротора, прямым, а поток Фобр — обратным. Допустим, что ротор двигателя вращается против часовой стрелки, т. е. в направлении потока Фпр.

Частота вращения ротора n2 меньше частоты вращения магнитного поля статора n1, поэтому скольжение ротора относительно вращающегося потока Фпр будет

Обратный поток Фобр вращается противоположно ротору, поэтому частота вращения ротора n2 относительно Фобр — отрицательная. В этом случае скольжение ротора относительно Фобр определится выражением

Прямое поле наводит в обмотке ротора ЭДС Е2пр, а обратное поле–ЭДС Е2обр. Эти ЭДС создают в обмотке ротора токи I΄2пр и I΄2обр. Известно, что частота тока в роторе пропорциональна скольжению (f2=sf1) Так как snp

Читайте также:  Как бороться с нагаром в двигателе
Рис. 4.24. Механические характеристики однофазного асинхронного двигателя Рис. 4.25. Схема однофазного асинхронного двигателя с пусковой обмоткой

Приведенные на рис. 4.24 зависимости моментов показывают, что однофазный асинхронный двигатель не создает пускового момента. Чтобы этот момент появился, необходимо во время пуска двигателя создать в нем вращающееся магнитное поле. С этой целью на статоре двигателя помимо рабочей обмотки А применяют еще одну обмотку – пусковую В. Эти обмотки располагают на статоре обычно так, чтобы их оси были смещены относительно друг друга на 90 эл. град. Кроме того, токи в обмотках статора IА и IВ должны быть сдвинуты по фазе относительно друг друга. Для этого в цепь пусковой обмотки включают фазосмещающий элемент (ФЭ), в качестве которого могут быть применены активное сопротивление, индуктивность или емкость (рис. 4.25). По достижении частотой вращения значения, близкого к номинальному, пусковую обмотку В отключают с помощью реле. Таким образом, во время пуска двигатель является двухфазным, а во время работы – однофазным.

Для получения вращающегося магнитного поля посредством двух обмоток на статоре, смещенных относительно друг друга на 90 эл. град, необходимо соблюдать следующие условия (рис. 4.26):

· МДС рабочей и пусковой обмоток FA и FB должны быть равны и сдвинуты в пространстве относительно друг друга на 90 эл. град;

· токи в обмотках статора IА и IВ должны быть сдвинуты по фазе относительно друг друга на 90°.

Рис. 4.26. Получение вращающегося магнитного поля двухфазной системой токов

При строгом соблюдении указанных условий вращающееся полe статора является круговым, что соответствует наибольшему вращающему моменту. При частичном нарушении какого-либо из

условий поле статора становится эллиптическим, содержащим общую составляющую. Обратная составляющая поля создает тормозной момент и ухудшает пусковые свойства двигателя.

Из векторных диаграмм, приведенных да рис. 4.27, видно, что активное сопротивление и индуктивность в качестве ФЭ не обеспечивают получения фазового сдвига между токами в 90°. Лишь только емкость С в качестве ФЭ обеспечивает фазовый сдвиг Ψ= 90°. Значение этой емкости выбирают таким, чтобы ток пусковой обмотки IВ в момент пуска (s = 1) опережал по фазе напряжение U1 на угол φB, дополняющий угол φA до 90°:

Рис. 4.27. Сравнение свойств фазосмещающих элементов: а — активное сопротивление, б—индуктивность, в — емкость, г—механические характеристики двигателя при различных фазосмещающих элементах; 1 — активное сопротивление; 2 — емкость

Если при этом обе обмотки создают одинаковые по значению ЭДС, то в начальный период пуска вращающееся поле окажется круговым, и двигатель будет развивать значительный начальный пусковой момент. Однако применение емкости в качестве ФЭ часто ограничивается значительными габаритами конденсаторов, тем более что для получения кругового поля требуются конденсаторы значительной емкости. Например, для однофазного двигателя мощностью 200 Вт необходима емкость 30 мкФ при рабочем напряжении 300–500 В.

Получили распространение однофазные двигатели с активным сопротивлением в качестве ФЭ. При этом повышенное активное сопротивление пусковой обмотки достигается тем, что она выполняется проводом уменьшенного сечения (по сравнению с проводом рабочей обмотки). Так как эта обмотка включена на непродолжительное время (обычно несколько секунд), то такая ее конструкция вполне допустима. Пусковой момент таких двигателей обычно не превышает номинального, но это вполне приемлемо при пуске двигателей при небольшой нагрузке на валу.

Применение емкости в качестве ФЭ позволяет получить пусковой момент Мп = (1,6÷2,0)Мном. На рис. 4.27, г приведены механические характеристики однофазного асинхронного двигателя при различных ФЭ. Для большей наглядности значения момента даны в относительных единицах.

Дата добавления: 2018-04-15 ; просмотров: 225 ;

Источник