Принцип работы и подключение однофазного электродвигателя 220в
Однофазный двигатель работает за счет переменного электрического тока и подключается к сетям с одной фазой. Сеть должна иметь напряжение 220 Вольт и частоту, равную 50 Герц.
Электромоторы этого типа находят применение в основном в маломощных устройствах:
Выпускаются модели с мощностью от 5 Вт до 10 кВт.
Значения КПД, мощности и пускового момента, у однофазных моторов существенно ниже, чем у трехфазных устройств тех же размеров. Перегрузочная способность также выше у двигателей с 3 фазами. Так, мощность однофазного механизма не превышает 70% мощности трехфазного того же размера.
- Фактически имеет 2 фазы. но работу выполняет лишь одна из них, поэтому мотор называют однофазным.
- Как и все электромашины. однофазный двигатель состоит из 2 частей: неподвижной (статор) и подвижной (ротор).
- Представляет собой асинхронный электромотор. на неподвижной составляющей которого имеется одна рабочая обмотка, подключаемая к источнику однофазного переменного тока.
К сильным сторонам двигателя данного типа можно отнести простоту конструкции, представляющую собой ротор с короткозамкнутой обмоткой. К недостаткам – низкие значения пускового момента и КПД.
Главный минус однофазного тока – невозможность генерирования им магнитного поля, выполняющего вращение. Поэтому однофазный электромотор не запустится сам по себе при подключении к сети.
В теории электрических машин, действует правило: чтобы возникло магнитное поле, вращающее ротор, на статоре должно быть по крайней мере 2 обмотки (фазы). Требуется также смещение одной обмотки на некоторый угол относительно другой.
Во время работы, происходит обтекание обмоток переменными электрическими полями:
- В соответствии с этим. на неподвижном участке однофазного мотора расположена так называемая пусковая обмотка. Она смещена на 90 градусов по отношению к рабочей обмотке.
- Сдвиг токов можно получить, включив в цепь фазосдвигающее звено. Для этого могут использоваться активные резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы.
- В качестве основы для статора и ротора используется электротехническая сталь 2212.
Неверно, называть однофазными такие электродвигатели, которые по своему строению являются 2- и 3-фазными, но подключаются к однофазному источнику питания посредством схем согласования (конденсаторные электромоторы). Обе фазы таких устройств являются рабочими и включены все время.
Принцип действия и схема запуска
- Электрическим током порождается пульсирующее магнитное поле на статоре мотора. Это поле можно рассматривать как 2 разных поля, которые вращаются разнонаправлено и имеют равные амплитуды и частоты.
- Когда ротор находится в неподвижном состоянии. эти поля приводят к появлению равных по модулю, но разнонаправленных моментов.
- Если у двигателя отсутствуют специальные пусковые механизмы. то при старте результирующий момент будет равен нулю, а значит – двигатель не будет вращаться.
- Если же ротор приведен во вращение в какую-то сторону. то соответствующий момент начинает преобладать, а значит, вал двигателя продолжит вращаться в заданном направлении.
- Запуск производится магнитным полем. которое вращает подвижную часть мотора. Оно создается 2 обмотками: главной и дополнительной. Последняя имеет меньший размер и является пусковой. Она подключается к основной электрической сети через ёмкость или индуктивность. Подключение осуществляется только на время пуска. В моторах с низкой мощностью, пусковая фаза замкнута накоротко.
- Пуск двигателя осуществляют удержанием пусковой кнопки на несколько секунд, вследствие чего происходит разгон ротора.
- Во время отпускания пусковой кнопки. электромотор из двухфазного режима переходит в однофазный, и его работа поддерживается соответствующей компонентой переменного магнитного поля.
- Пусковая фаза рассчитана на кратковременную работу– как правило, до 3 с. Более длительное время нахождения под нагрузкой, может привести к перегреву, возгоранию изоляции и поломке механизма. Поэтому, важно своевременно отпустить пусковую кнопку.
- С целью повышения надежности в корпус однофазных двигателей встраивают центробежный выключатель и тепловое реле.
- Функция центробежного выключателя состоит в отключении пусковой фазы, когда ротор набирает номинальную скорость. Это происходит автоматически — без вмешательства пользователя.
- Тепловое реле отключает обе фазы обмотки, если они нагреваются выше допустимого.
Подключение
Для работы устройства требуется 1 фаза с напряжением 220 Вольт. Это означает, что подключить его можно в бытовую розетку. Именно в этом причина популярности двигателя среди населения. На всех бытовых приборах, от соковыжималки до шлифовальной машины, установлены механизмы этого типа.
аподключение с пусковым и рабочим кондсенсаторами
Существует 2 типа электромоторов: с пусковой обмоткой и с рабочим конденсатором:
- В первом типе устройств. пусковая обмотка работает посредством конденсатора только во время старта. После достижения машиной нормальной скорости, она отключается, и работа продолжается с одной обмоткой.
- Во втором случае. для моторов с рабочим конденсатором, дополнительная обмотка подключена через конденсатор постоянно.
Электродвигатель может быть взят от одного прибора и подключен к другому. Например, исправный однофазный мотор от стиральной машины или пылесоса может использоваться для работы газонокосилки, обрабатывающего станка и т.п.
Существует 3 схемы включения однофазного двигателя:
- В 1 схеме. работа пусковой обмотки выполняется посредством конденсатора и только на период запуска.
- 2 схема также предусматривает кратковременное подключение, однако оно происходит через сопротивление, а не через конденсатор.
- 3 схема является самой распространенной. В рамках этой схемы конденсатор постоянно подключен к источнику электричества, а не только во время старта.
Подключение электромотора с пусковым сопротивлением:
- Вспомогательная обмотка таких устройств имеет повышенное активное сопротивление.
- Для запуска электромашины этого типа, может быть использован пусковой резистор. Его следует последовательно подключить к пусковой обмотке. Таким образом, можно получить сдвиг фаз 30° между токами обмоток, чего будет вполне достаточно для старта механизма.
- Кроме того. сдвиг фаз может быть получен путем использования пусковой фазы с большим значением сопротивления и меньшей индуктивностью. У такой обмотки меньшее количество витков и тоньше провод.
Подключение мотора с конденсаторным пуском:
- У данных электромашин пусковая цепь содержит конденсатор и включается только на период старта.
- Для достижения максимального значения пускового момента, требуется круговое магнитное поле, которое выполняет вращение. Чтобы оно возникло, токи обмоток должны быть повернуты на 90° относительно друг друга. Такие фазосдвигающие элементы, как резистор и дроссель не обеспечивают необходимый сдвиг фаз. Только включение в цепь конденсатора позволяет получить сдвиг фаз 90°, если правильно подобрать емкость.
- Вычислить. какие провода к какой обмотке относятся, можно путем измерения сопротивления. У рабочей обмотки его значение всегда меньше (около 12 Ом), чем у пусковой (обычно около 30 Ом). Соответственно, сечение провода рабочей обмотки больше, чем у пусковой.
- Конденсатор подбирается по потребляемому двигателем току. Например, если ток равен 1.4 А, то необходим конденсатор емкостью 6 мкФ.
Проверка работоспособности
Как проверить работоспособность двигателя путем визуального осмотра?
Ниже перечислены дефекты, которые сигнализируют о возможных проблемах с двигателем, их причиной могла стать неправильная эксплуатация или перегрузка:
- Сломанная опора или монтажные щели.
- В середине мотора потемнела краска (указывает на перегревание).
- Через щели в корпусе внутрь устройства втянуты сторонние вещества.
Чтобы проверить работоспособность двигателя, следует включить его сначала на 1 минуту, а затем дать поработать около 15 минут.
Если после этого двигатель окажется горячим, то:
- Возможно. подшипники загрязнились, зажались или просто износились.
- Причина может быть в слишком высокой емкости конденсатора.
Отключите конденсатор, и запустите мотор вручную: если он перестанет нагреваться – необходимо уменьшить конденсаторную емкость.
Обзор моделей
Одними из наиболее популярных являются электродвигатели серии АИР. Существуют модели, исполненные на лапах 1081, и модели комбинированного исполнения — лапы + фланец 2081.
Электродвигатели в исполнении лапы+фланец обойдутся примерно на 5% дороже, чем аналогичные на лапах.
Как правило, производители предоставляют гарантию от 12 месяцев.
Для электродвигателей, имеющих высоту вращения 56-80 мм, исполнение станины алюминиевое. Двигатели с высотой вращения более 90 мм представлены в чугунном исполнении.
Модели различаются между собой по мощности, частоте вращения, высоте оси вращения, КПД.
Чем мощнее двигатель, тем выше его стоимость:
- Двигатель с мощностью 0.18 кВт можно приобрести за 3 тыс. рублей (электродвигатель АИРЕ 56 B2).
- Модель с мощностью 3 кВт будет стоить уже около 10 тыс. рублей (АИРЕ 90 LB2).
Что касается частоты вращения, то наиболее распространены модели с частотами 1500 и 3000 оборотов/минуту, хотя существуют двигатели и с другими значениями частот. При равных мощностях, стоимость двигателя с частотой вращения 1500 об/мин немного выше, чем имеющего частоту 3000 об/мин.
Высота оси вращения для моторов с 1 фазой варьируется от 56 мм до 90 мм и напрямую зависит от мощности: чем мощнее двигатель, тем больше высота оси вращения, а значит и цена.
Различные модели имеют разный КПД, обычно от 67% до 75%. Больший КПД соответствует большей стоимости модели.
Следует обратить внимание также на двигатели, выпускаемые итальянской компанией ААСО, основанной в 1982 году:
- Так, электромотор ААСО серии 53. рассчитан специально для применения в газовых горелках. Эти моторы также могут быть использованы в установках для мойки, генераторах теплого воздуха, системах централизованного обогрева.
- Электромоторы серий 60, 63, 71 разработаны для использования в установках водоснабжения. Также, фирма предлагает универсальные двигатели серий 110 и 110 компакт, которые отличаются разнообразной сферой применения: горелки, вентиляторы, насосы, подъемные устройства и другое оборудование.
Купить моторы производства компании ААСО можно по цене от 4600 рублей.
Назначение и подключение пусковых конденсаторов для электродвигателей
Устройство и принцип работы асинхронных двигателей с фазным ротором
Устройство и принцип работы двигателя на постоянных магнитах
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.
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.
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.
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 теперь 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.
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 < n1.
При этом обозначим Sпр = (n1-n2)/n1 = S.
Здесь индексами S и Sпр названы скольжения асинхронного двигателя и ротора относительного магнитного потока прямого направления.
У обратного потока скольжение Sобр выразится аналогичной формулой, но со сменой знака n2.
Sобр = (n1 — (-n2))/n1 = 2-Sпр.
В соответствии с законом электромагнитной индукции под действием прямого и обратного магнитных потоков в обмотке ротора станет действовать электродвижущая сила, которая создаст в ней токи таких же направлений I2пр и I2обр.
Их частота (в герцах) будет прямо пропорциональна величине скольжения.
Причем частота f2обр, образованная наведенным током I2обр, значительно превышает частоту f2пр.
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.
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.
Электрик Инфо — электротехника и электроника, домашняя автоматизация, статьи про устройство и ремонт домашней электропроводки, розетки и выключатели, провода и кабели, источники света, интересные факты и многое другое для электриков и домашних мастеров.
Информация и обучающие материалы для начинающих электриков.
Кейсы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок.
Вся информация на сайте Электрик Инфо предоставлена в ознакомительных и познавательных целях. За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет. Сайт может содержать материалы 12+
Перепечатка материалов сайта запрещена.
Однофазные асинхронные двигатели
Как отмечалось, однофазные асинхронные двигатели в настоящее время выполняются главным образом как малые машины на мощности, редко превышающие 0,5 кBт.
Статор их имеет однофазную обмотку, которую обычно получают из трехфазной, соединенной в звезду, при использовании только двух ее фаз. Ротор снабжается короткозамкнутой обмоткой в виде беличьей клетки.
Если обмотку статора питать однофазным переменным током, то она создаст переменную (пульсирующую) н.с. При неподвижном роторе в машине возникнет при этом переменное (пульсирующее) поле. Оно будет наводить в обмотке ротора токи, как во вторичной обмотке трансформатора. На рисунке 2.21 показаны направления токов в проводниках короткозамкнутого ротора при наличии пульсирующего поля.
Рис. 2.21. Токи в проводниках роторной обмотки однофазного двигателя при неподвижном роторе
Очевидно, результирующий момент, действующий на ротор, будет равен нулю, так как электромагнитные силы от взаимодействия поля и токов в обмотке ротора на ее правой и левой половинах будут равны и противоположны.
Отсутствие начального вращающего момента является характерной особенностью однофазного двигателя при указанной схеме соединения. Следовательно, он сам не может тронуться с места. Однако если посредством посторонней силы раскрутить ротор, то двигатель в дальнейшем будет вращаться самостоятельно и может быть нагружен.
Подобные явления можно наблюдать у трехфазного двигателя при обрыве одного из питающих проводов. Если провод оборван у неподвижного двигателя, то он при пуске не будет создавать вращающий момент и не тронется с места. Если же провод оборван у вращающегося трехфазного двигателя, то последний будет продолжать работать как однофазный. Но мощность его при этом должна быть снижена до 50…55% от номинальной.
Режим работы трехфазного двигателя в качестве однофазного не может быть допущен при мощности на его валу, близкой к номинальной, так как его обмотки из-за увеличения токов в них при таком режиме за короткое время чрезмерно нагреются.
Для объяснения указанных явлений заменим переменную пульсирующую по одной оси н.с. статора двумя н.с. вращающимися в разные стороны с синхронной частотой и имеющими амплитуды, равные половине амплитуды пульсирующей н.с.
При неподвижном роторе обе н.с. с равными амплитудами вращаются относительно ротора с одной и той же синхронной частотой. Поля, вызванные ими, также будут иметь одинаковые амплитуды. Они будут наводить в обмотке ротора одинаковые токи. Поэтому вращающие моменты, получающиеся от взаимодействия полей и наведенных ими токов, будут равны между собой. Так как они действуют в противоположные стороны, то результирующий момент равен нулю. Следовательно, ротор самостоятельно не может прийти во вращение. Если же, как указывалось, каким-либо способом привести его во вращение в любом направлении, то в этом направлении он будет вращаться самостоятельно и дойдет до скорости, близкой к синхронной.
То поле, которое вращается в одном направлении с ротором, называется прямо вращающимся или прямым, другое поле — обратно вращающимся или обратным. При вращении ротора оба эти поля неодинаковы: обратное поле ослабляется, тогда как прямо вращающееся поле усиливается. При скорости вращения, близкой к синхронной, обратное поле ослабляется настолько, что результирующее поле становится почти круговым.
Ослабление обратного поля при работе однофазного двигателя объясняется следующим образом. Если ротор относительно прямого поля имеет скольжение s, то относительно обратного поля он будет иметь скольжение:
Следовательно, токи, наведенные обратным полем в обмотке ротора, будут иметь высокую частоту, например при s=0,05 она равна (2-s)f1 =1,95·50=97,5 Гц. Индуктивное сопротивление обмотки ротора при такой частоте будет во много раз больше ее активного сопротивления. Токи будут почти чисто реактивными; они будут оказывать сильное размагничивающее действие, т.е. ослаблять обратное поле.
Таким образом, при малых значениях скольжения вращающий момент в однофазных двигателях создается в основном в результате взаимодействия прямого поля и наведенных им в обмотке ротора токов. Тормозящий момент от взаимодействия обратного поля, сильно ослабленного, и наведенных им в обмотке ротора токов (почти чисто реактивных) имеет малое значение.
Рис. 2.22. Кривые вращающих моментов однофазного двигателя
Так как ток в роторе однофазного двигателя образуется наложением двух токов резко различных частот, то электрические потери в роторе можно считать равными сумме потерь, вызываемых каждым из токов в отдельности. Поэтому электрические потери в роторе однофазного двигателя примерно вдвое больше тех же потерь в роторе трехфазного двигателя соответствующей мощности. Здесь имеются в виду двигатели с таким выполнением обмотки ротора, при котором можно не считаться с вытеснением тока в ее проводниках. Если же двигатели имеют на роторе глубокие пазы или двойную клетку, то потери от токов, наведенных обратным полем в проводниках обмотки ротора, значительно возрастают из-за вытеснения в них тока.
Кроме того, cos однофазного двигателя ниже, чем трехфазного двигателя, так как у первого больше ток холостого хода (за счет его реактивной составляющей). Последнее станет понятным, если мы рассмотрим работу двигателя, вращающегося с синхронной скоростью, при разомкнутой и замкнутой обмотке ротора. В первом случае обе н.с. — прямая и обратная — создадут одинаковые поля, наводящие в обмотке статора ЭДС, уравновешивающие почти полностью приложенное напряжение.
Во втором случае обратная н.с. создается не только токами статора, но и токами ротора, наведенными обратным полем; она, так же как и обратное поле, сильно ослабляется. Поэтому прямая н.с. статора в данном случае должна возрасти настолько, чтобы создаваемое ею прямое поле наводило в обмотке статора ЭДС, почти полностью уравновешивающую приложенное напряжение. Во втором случае ток статора будет почти в 2 раза больше, чем в первом случае. Этим и объясняется увеличение тока холостого хода однофазного двигателя.
Увеличение скольжения вызывает увеличение тормозящего момента от обратного поля, поэтому максимальный момент однофазного двигателя меньше, чем у соответствующего трехфазного двигателя.
Коэффициент полезного действия однофазного двигателя также ниже вследствие увеличенных потерь в обмотке ротора, а также в обмотке статора из-за ухудшения cos .
Пуск в ход однофазного двигателя обычно производится при наличии на статоре вспомогательной фазы Она представляет собой обмотку, размещенную в пазах статора так, чтобы ее н.с. была пространственно сдвинута на 90 эл. град, относительно н.с. главной обмотки статора. Ток во вспомогательной обмотке должен быть сдвинут по фазе по отношению к току главной обмотки. Если созданы указанные условия, то обе обмотки вызовут вращающееся магнитное поле. Оно будет несимметричным, но создаваемый им момент в случае небольшого тормозящего момента на валу получается все же достаточным для пуска двигателя в ход. Вспомогательная обмотка выключается, когда двигатель достигает примерно нормальной частоты вращения, так как она рассчитывается на кратковременную нагрузку.
Следовательно, при пуске двигатель работает как двухфазный, а при нормальной частоте вращения — как однофазный. Для получения тока во вспомогательной обмотке, сдвинутого по фазе относительно тока в главной обмотке, последовательно с первой включают активное сопротивление (рис. 2.23,а) или емкость (рис. 2.23,б).
Рис. 2.23. Пусковые схемы однофазных двигателей
Применение емкости позволяет осуществить сдвиг по фазе между указанными токами равным 90°, что дает значительное увеличение начального вращающего момента.
Вместе с тем получили распространение однофазные двигатели, у которых вспомогательная фаза и соединенная последовательно с ней емкость остаются включенными во все время работы двигателя. Такие конденсаторные двигатели по сравнению с обычными однофазными, работающими с отключенной вспомогательной фазой, имеют больший максимальный момент и лучшие КПД и cos .
Источники: http://slarkenergy.ru/oborudovanie/engine/odnofaznyj-220v.html, http://electrik.info/device/1060-odnofaznyy-asinhronnyy-dvigatel-kak-ustroen-i-rabotaet.html, http://studopedia.ru/6_82100_odnofaznie-asinhronnie-dvigateli.html
