В каком направлении вращается ротор асинхронного двигателя

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.

Читайте также:  На холодную двигатель заводится и сразу глохнет приора

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.

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.

Читайте также:  На какой пробег рассчитан двигатель поло седан

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.

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

Регулирование частоты вращения асинхронного электродвигателя

Подписка на рассылку

Рисунок 1. Асинхронный двигатель Асинхронный двигатель (рис. 1) имеет неподвижную часть, которая называется статор, и вращающуюся часть, именуемую ротором. Магнитное поле создается в обмотке, размещенной в статоре. Такая конструкция электродвигателя позволяет регулировать частоту его вращения различными способами.

Читайте также:  Чем отличается двигатель sr20 от sr20de

Основные технические характеристики, учитываемые при изменении частоты вращения

При регулировании частоты вращения асинхронных электродвигателей следует учитывать несколько основных технических показателей, которые в значительной мере влияют на процесс работы двигателей.

  1. Диапазон регулирования Д, то есть предел, до которого возможно изменять частоту вращения. Эта характеристика вычисляется по соотношению минимальной и максимальной частоты вращения.
  2. Плавность регулирования — определяется по минимальному скачку частоты вращения электродвигателя, когда осуществляется переход одной механической характеристики на другую.
  3. Направление изменения частоты вращения двигателя (так называемая зона регулирования). Номинальные условия работы определяют естественную механическую характеристику двигателя. Когда осуществляется процесс регулирования частоты вращения, эти характеристики (напряжение и частота питающей сети) начнут изменяться. В результате получаются искусственные характеристики, которые обычно ниже естественных.

Есть несколько способов регулирования частоты вращения электродвигателя:

Регулирование частоты вращения изменением частоты питающей сети

Регулирование частоты вращения путем изменения частоты в питающей сети считается одним из самых экономичных способов регулирования, который позволяет добиться отличных механических характеристик электропривода. Когда происходит изменение частоты питающей сети, частота вращения магнитного поля также меняется.

Преобразование стандартной частоты сети, которая составляет 50 Гц, происходит за счет источника питания. Одновременно с изменением частоты происходит и изменение напряжения, которое необходимо для обеспечения высокой жесткости механических характеристик.

Регулирование частоты вращения позволяет добиться различных режимов работы электродвигателя:

  • с постоянным вращающим моментом;
  • с моментом, который пропорционален квадрату частоты;
  • с постоянной мощностью на валу.

В качестве источника питания для регулирования могут использоваться электромашинные вращающиеся преобразователи, а также статические преобразователи частоты, которые работают на полупроводниковых приборах, серийно выпускающихся промышленностью.

Несомненным преимуществом частотного регулирования является наличие возможности плавно регулировать частоту вращения в обе стороны от естественной характеристики. При регулировании достигается высокая жесткость характеристик и отличная перегрузочная способность.

Регулирование частоты вращения изменением числа полюсов

Регулирование частоты вращения путем изменения числа полюсов происходит за счет изменения частоты вращения магнитного поля статора. Частота питающей сети остается неизменной, в то время как происходит изменение частоты вращения магнитного поля и частоты вращения ротора. Они меняются обратно пропорционально числу полюсов. Например, число полюсов равно 2, 4, 6, 8, тогда обороты двигателя при изменении их количества будут составлять 3000, 1500, 1000, 750 оборотов в минуту.

Двигатели, которые обеспечивают переключение числа пар полюсов, имеют обычно короткозамкнутый ротор с обмоткой. Благодаря этому ротору обеспечивается возможность работы двигателя без дополнительных пересоединений в цепи.

Изменение частоты вращения включением в цепь ротора с реостатом

Еще одним способом изменения частоты вращения двигателя является включение в цепь ротора с реостатом. Такой метод имеет существенное ограничение, так как может быть применен только для двигателей с фазным ротором. Он обеспечивает плавное изменение частоты вращения в очень широких пределах. Минусом же являются большие потери энергии в регулировочном реостате.

Изменение направления вращения

Изменение направления вращения двигателя может быть осуществлено за счет изменения направления вращения магнитного поля, которое создается обмотками статора. Изменение направления вращения можно достичь, изменив порядок чередования тока в фазах обмотки статора.

Источник

Adblock
detector