Однофазный асинхронный двигатель: устройство и принцип действия. Принцип работы однофазного двигателя.

Кстати: Если вы хотите самостоятельно подключить такой двигатель к сети, но не знаете, какие клеммы относятся к какой обмотке, просто измерьте их сопротивление. Для основной обмотки он составляет около 12 Ом, а для стартовой — около 30 Ом.

Содержание

Однофазный асинхронный двигатель: устройство и принцип действия

Однофазный двигатель работает на переменном токе и подключен к однофазной сети. Линия должна иметь напряжение 220 В и частоту 50 Гц.

Диапазон мощности составляет от 5 Вт до 10 кВт.

Электродвигатели этого типа используются в приборах с низким энергопотреблением:

бытовой технике;
вентиляторах;
насосах;
станках и т. п.

Значения КПД, мощности и пускового момента однофазных двигателей значительно ниже, чем у трехфазных устройств с таким же объемом. Кроме того, перегрузочная способность выше для трехфазных двигателей. Поэтому мощность однофазного двигателя составляет не более 70% от мощности трехфазного вспомогательного двигателя того же размера.

Устройство однофазного двигателя

По сути, он имеет 2 фазы, но только одна из них выполняет работу, поэтому такой двигатель также называют однофазным. Как и все без исключения электродвигатели, однофазный двигатель состоит из 2 элементов: неподвижного (статора) и подвижного (ротора). Это асинхронный электродвигатель, неподвижным элементом которого является основная токовая обмотка, подключенная к источнику переменного тока. К преимуществам этого типа двигателя относится простота системы, которая состоит из ротора с замкнутой обмоткой. Недостатками являются низкий пусковой момент и низкий КПД.

Самым большим недостатком однофазного тока является то, что он не может генерировать вращающееся магнитное поле. По этой причине однофазный электродвигатель не запускается сам по себе при подключении к сети.

Теория, лежащая в основе электродвигателей, заключается в следующем: Для создания магнитного поля, которое заставляет ротор вращаться, в статоре должно быть 2 обмотки (фазы). Также необходимо, чтобы одна из обмоток была смещена относительно другой на определенный угол.

Во время работы вокруг обмоток возникают нестабильные электрические поля:

В неподвижном месте однофазного двигателя находится так именуемая отправная электрообмотка. Она смещена на 90 градусов по отношению к основной рабочей.
Сдвиг токов можно приобрести, включив в цепь фазосдвигающий элемент. Для этого могут применяться активные резисторы, катушки индукции и конденсаторы.
В качестве основы для статоров и роторов применяется электротехническая сталь — 2212.

Неправильно называть однофазными такие электродвигатели, которые по своей конструкции считаются 2- и 3-фазными, но подключаются к однофазному источнику питания методом адаптации (конденсаторные электродвигатели). Считается, что две фазы этих агрегатов находятся в работе и постоянно под напряжением.

Разновидности и применение

Однофазные двигатели 220 В широко используются в различных промышленных и бытовых приложениях.

Существует 2 наиболее популярных типа этих устройств:

Последние наиболее просты по конструкции, но имеют некоторые недостатки, например, сложность изменения частоты и направления вращения ротора. Мощность этого двигателя зависит от конструктивных особенностей и может составлять от 5 до 10 кВт. Ротор содержит короткозамкнутую обмотку — алюминиевые или медные шины, короткозамкнутые на своих концах.

Однофазный асинхронный двигатель обычно имеет 2 обмотки, которые смещены на 90°. Основная обмотка занимает большую часть паза, а вспомогательная обмотка (стартер) — оставшуюся часть. Асинхронный двигатель называется так потому, что он содержит только одну рабочую обмотку.

Переменный электрический ток, протекающий в основной обмотке, создает переменное магнитное поле. Он состоит из двух слоев одинаковой ширины, которые вращаются друг против друга. Согласно закону индукции, электромагнитный поток, изменяющийся в замкнутых витках обмотки, образует индукционный ток, который действует на генерирующее его поле. Когда ротор неподвижен, моменты сил, действующих на него, равны, и поэтому он остается неподвижным.

Когда ротор вращается, равенство моментов сил аннулируется, поэтому движение его катушек различно по отношению к вращающимся магнитным полям. Поэтому сила тока, оказываемая на катушки ротора прямым магнитным полем, намного больше, чем сила, оказываемая краем противоположного поля.

Однофазный асинхронный электродвигатель

Основными компонентами любого электродвигателя являются ротор и статор. Ротор — это вращающаяся часть электродвигателя, а статор — неподвижная часть электродвигателя, используемая для создания магнитного поля для вращения ротора.

Основные компоненты однофазного двигателя: ротор и статор.

Статор имеет две обмотки, расположенные под углом 90° друг к другу. Основная обмотка называется главной (силовой) и обычно занимает 2/3 паза сердечника статора, другая обмотка называется вспомогательной (пусковой) и обычно занимает 1/3 паза сердечника статора.

На самом деле двигатель является двухфазным, но поскольку в работе находится только одна обмотка, двигатель называется однофазным.

Ротор обычно представляет собой короткозамкнутую обмотку, которую также называют «беличьей клеткой» из-за ее сходства. Медные или алюминиевые шины закрываются на концах кольцом, а пространство между шинами обычно заполняется алюминиевым сплавом. Аналогично, ротор однофазного двигателя может представлять собой полый немагнитный цилиндр или полый ферромагнитный цилиндр.

Однофазный двигатель со вспомогательной обмоткой имеет 2 обмотки, расположенные перпендикулярно друг другу.

Принцип работы однофазного асинхронного двигателя

Для лучшего понимания работы однофазного асинхронного двигателя рассмотрим двигатель с одной обмоткой на основной и вспомогательной обмотках.

Давайте проанализируем случай двух обмоток с одним витком в каждой.

Рассмотрим случай, когда во вспомогательной обмотке ток не течет. Когда главная обмотка статора находится под напряжением, переменный ток, протекающий в обмотке статора, создает пульсирующее магнитное поле, которое является пространственно постоянным, но подвержено влиянию +F_mahд о-F_mah.

Пульсирующее магнитное поле

Если ротор, имеющий начальное вращение, поместить в пульсирующее магнитное поле, он будет продолжать вращаться в том же направлении.

Чтобы понять, как работает однофазный асинхронный двигатель, мы разложим пульсирующее магнитное поле на два равных круговых поля, амплитуда которых равна F_mah/2 и вращаются в противоположных направлениях с одинаковой частотой:

где n_пр– частота вращения магнитного поля в прямом направлении, об/мин,
n_ob– частота вращения магнитного поля в обратном направлении, об/мин,
f₁– частота тока статора, Гц,
p – количество пар полюсов,
n₁– скорость вращения магнитного потока, об/мин

Разложение пульсирующего магнитного потока на два вращающихся

Действие пульсирующего поля на вращающийся ротор

Рассмотрим случай, когда курсор в пульсирующем магнитном потоке испытывает начальное вращение. Например, мы вручную вращаем вал однофазного двигателя, одна обмотка которого подключена к сети переменного тока. В этом случае при определенных условиях двигатель продолжает развивать крутящий момент, поскольку скольжение ротора неравномерно по отношению к переднему и заднему магнитному потоку.

Предположим, что фронтальный магнитный поток F_првращается в направлении вращения ротора, в то время как обратный магнитный поток Ф_ob— в противоположном направлении. Поскольку скорость вращения ротора n₂меньше скорости вращения магнитного потока n₁скольжение ротора относительно потока F_прбудет:

где s_пр– скольжение ротора относительно прямого магнитного потока,
n₂– частота вращения ротора, об/мин,
s – скольжение асинхронного двигателя

Вращающийся магнитный поток в прямом и обратном направлении вместо пульсирующего магнитного потока.

Магнитный поток F_obвращающийся относительно ротора, скорость вращения ротора n₂отрицательна по отношению к этому потоку, а скольжение ротора отрицательно по отношению к F_ob

где s_ob– скольжение ротора относительно обратного магнитного потока

Вращающееся магнитное поле, пронизывающее ротор

Пуск однофазного двигателя. Как создать начальное вращение?

Одним из способов создания пускового момента в однофазном асинхронном двигателе является расположение вспомогательной (пусковой) обмотки B со смещением на угол 90 электрических градусов по отношению к основной (рабочей) обмотке A. Для того чтобы обмотка статора создавала вращающееся магнитное поле, токи I_Aи я_Bв обмотках должны быть вне фазы друг с другом. Для достижения сдвига фаз между токами I_Aи я_BОбмотка B оснащена фазосдвигающим элементом (резистором), индуктивностью (катушкой) или емкостью (конденсатором).

После достижения двигателем скорости, близкой к установившейся, пусковая обмотка B отключается. Вспомогательная обмотка должна отключаться либо автоматически с помощью центробежного выключателя, реле времени, реле тока или дифференциального реле, либо вручную с помощью кнопки.

Таким образом, двигатель работает как двухфазный двигатель во время запуска и как однофазный двигатель после запуска. Покупайте асинхронные однофазные двигатели в нашем интернет-магазине, мы будем рады помочь вам!

Разновидности и применение

Однофазные двигатели 220 В широко используются в различных промышленных и бытовых приложениях.

Существует 2 наиболее популярных типа этих устройств:

Схема запуска

Индуцированный электрический ток может возникнуть в катушках ротора только при прохождении через насильственные направления магнитного поля. Их вращение должно происходить со скоростью, немного меньшей, чем частота поля. Отсюда и название «асинхронный двигатель». Увеличение механической перегрузки снижает скорость и увеличивает индуктивный ток в обмотках ротора. Он также увеличивает механическую мощность двигателя и потребляемый им переменный ток.

Принцип действия:

Благодаря току появляется импульсное магнитное поле в статоре электромотора. Это поле возможно рассматривать как 2 различных поля, которые вращаются разнонаправленно и имеют похожие амплитуды и частоты.
Если ротор располагается в неподвижном состоянии, данные поля приводят к появлению одинаковых по модулю, но разнонаправленных факторов.
Если у двигателя отсутствуют особые начальные механизмы, в этом случае при старте результирующий момент станет равный нулю, а, следовательно — двигатель не будет вертеться.
Если же ротор приведён в обращение в любую сторону, в таком случае соответствующий момент приступает доминировать, а следовательно, ось двигателя продолжит вертеться в определённом направлении.

Двигатель запускается под действием магнитного поля, которое заставляет вращаться подвижную часть двигателя. Он генерируется двумя обмотками — основной и вспомогательной. Последний виток имеет минимальный объем и считается начальным витком. Он подключается к сети через имеющуюся емкость или индуктивность. Он подключается только во время фазы запуска. Для двигателей малой мощности опорная фаза замыкается накоротко.

Двигатель запускается путем удержания кнопки запуска двигателя в течение нескольких секунд, чтобы ротор двигался вверх. Когда выключатель отпускается, двигатель переключается с двухфазного на однофазный режим работы, и работа управляется правой переменной составляющей магнитного поля.

Фаза запуска предназначена для временной работы — обычно до 3 секунд. Более длительное время пребывания под нагрузкой может привести к перегреву, выгоранию изоляции и неисправности устройства. По этой причине важно вовремя отпустить кнопку пуска. Для повышения надежности в корпус двигателя встроены центробежный выключатель и тепловое реле.

Задача центробежного выключателя — прервать фазу запуска, когда ротор достигает более высокой скорости. Это происходит автоматически — без какого-либо вмешательства. Тепловое реле отключает фазы обмотки, если они слишком нагреваются.

Работа механизма

Для работы устройства требуется 1 фаза и ток 220 В. Это означает, что его можно подключить к бытовой розетке. Вот почему этот двигатель так популярен среди населения. Абсолютно все бытовые приборы, от соковыжималок до кофемолок, оснащены этим типом двигателя.

Существует 2 типа электродвигателей: с намотанным стартером и с конденсатором.

В первом виде приборов отправная обмотка функционирует с помощью конденсатора только в период старта. Уже после достижения техникой обычной скорости она выключается, и деятельность продолжается с 1 обмоткой.
Во втором случае для двигателей с рабочим конденсатором, дополнительная электрообмотка подключена через конденсатор все время.

Двигатель может быть снят с одного прибора и подключен к другому. Например, надежный однофазный двигатель от стиральной машины или пылесоса можно использовать для работы газонокосилки, электродвигателя и т.д.

Принципиальная схема однофазного асинхронного двигателя:

В 1 схеме работа запускающей обмотки производится с помощью конденсатора и только лишь в период пуска.
2 модель также учитывает временное подсоединение, но оно совершается через сопротивление, а не через холодильник.
3 модель считается наиболее популярной. В рамках этой схемы холодильник постоянно подключен к источнику электричества, а не только лишь в период старта.

Подключение мотора с пусковым противодействием

Вспомогательная обмотка этих устройств снабжена высоковольтным резистором, который может быть использован для запуска данного типа машин. Этот тип стартера может быть использован для этого типа стартера. Таким образом, достигается сдвиг фаз между токами обмоток на 30°, что абсолютно достаточно для запуска машины.

Кроме того, сдвиг фазы может быть достигнут за счет использования стартовой фазы с высоким значением антиметра и низкой индуктивностью. Этот тип обмотки имеет меньшее количество витков и более тонкий кабель.

Подключение двигателя с конденсаторным пуском

В этих машинах пусковая цепь содержит конденсатор и активируется только во время запуска.

При более высоких пусковых моментах для завершения вращения требуется круговое магнитное поле. Для этого токи обмоток должны быть направлены на 90° в противоположные стороны. Фазосдвигающие компоненты, такие как резисторы и катушки, не гарантируют необходимого фазового сдвига. Только с помощью конденсатора в цепи можно добиться сдвига фазы на 90°, если емкость выбрана правильно.

Какие провода нужны и к какой обмотке они относятся, можно определить, измерив ток счетчика. Для рабочей обмотки значение сопротивления всегда меньше (12 Ω), чем для пусковой обмотки (30 Ω). Поэтому сечение провода основной обмотки больше, чем сечение провода пусковой обмотки.

Конденсатор должен быть выбран в соответствии с током, потребляемым двигателем. Например, если ток составляет 1,4 А, требуется конденсатор емкостью 6 мкФ.

Подключение двигателя

Двигатель должен быть подключен к однофазной сети переменного тока 220 вольт с частотой 50 Гц. Такие значения мощности имеются во всех домохозяйствах нашей страны, поэтому однофазные двигатели очень популярны. Они установлены во всех бытовых приборах, таких как.

Холодильник.
Пылесос.
Соковыжималка.
Триммер.
Кусторез электрический.
Швейная машинка.
Электродрель.
Миксер кухонный.
Вентилятор.
Насос водяной.

Разновидности подключения

Подключение с пусковой катушкой.
Подключение с рабочим конденсатором.

Небольшие однофазные двигатели 220 В с пусковой катушкой имеют конденсатор, который включается в цепь при запуске двигателя. После разгона ротора катушка отключается. Если двигатель построен с ходовым конденсатором, то пусковая цепь не размыкается, а пусковая катушка постоянно работает через конденсатор.

Электродвигатель можно использовать для различных целей. Один и тот же двигатель может быть снят с одной машины и установлен на другую. Однофазный двигатель может быть активирован тремя способами.

Происходит временное включение электричества на пусковую обмотку через конденсатор.
Происходит кратковременная подача напряжения на пусковое устройство через резистор, без конденсатора.
Электричество подаётся через конденсатор на пусковую обмотку постоянно, одновременно с работой рабочей обмотки.

Если в пусковой цепи используется резистор, обмотка имеет более высокое эффективное сопротивление. Происходит сдвиг фаз, достаточный для запуска двигателя. Можно использовать обмотку стартера с большим сопротивлением и меньшей индуктивностью. Обмотка должна иметь меньшее количество витков и более тонкий провод, чтобы соответствовать параметрам.

При конденсаторном пуске конденсатор подключается к обмотке стартера и временно питается током. Для достижения максимального пускового момента необходимо круговое магнитное поле для совершения вращательного движения. Для этого обмотки должны быть расположены под углом 90 градусов. Такого смещения невозможно достичь с помощью резистора. Если емкость конденсатора рассчитана правильно, можно сместить обмотки под углом 90 градусов.

Вычисление принадлежности проводов

Чтобы рассчитать соединительные провода между пикапом и рабочей обмоткой, вам понадобится омметр или тестер. Необходимо измерить сопротивление обмоток. Сопротивление рабочей обмотки должно быть меньше, чем сопротивление пусковой обмотки. Например, если одна обмотка измеряется при 12 Ом, а другая при 30 Ом, то первая обмотка является рабочей, а вторая — пусковой. Рабочая обмотка имеет большее сечение, чем пусковая обмотка.

Подборка ёмкости конденсатора

Чтобы выбрать емкость конденсатора, необходимо знать, какой ток потребляет электродвигатель. Для потребляемого тока 1,4 ампера необходим конденсатор емкостью 6 микрофарад.

Проверка работоспособности

Начать следует с визуального осмотра.

Реверс направления движения двигателя

Если после подключения двигатель работает, но вал не вращается в нужном направлении, вы можете изменить направление. Это можно сделать, заменив вспомогательную обмотку. Это можно сделать с помощью двухпозиционного переключателя, у которого провод конденсатора находится на центральном контакте, а два крайних провода — фаза и ноль.

В двигателях, где в качестве элемента переключения фаз используется конденсатор, обмотка работает непрерывно. Подключение такого устройства может быть выполнено по различным схемам. Первый, при котором конденсатор подключается в цепь стартера, обеспечивает хороший запуск двигателя, но не обеспечивает достаточной мощности (кажется, что она намного ниже номинальной).

Конденсатор в цепи силовой обмотки имеет противоположный эффект. Когда питание хорошее, двигатель запускается плохо. Одновременное подключение двух конденсаторов является наиболее эффективным, так как сочетает в себе преимущества первых двух схем. В нем используется нажимной стартер, который активирует конденсатор только во время фазы запуска. Для запуска одноконденсаторных двигателей подходит обычная кнопка, автоматический выключатель или тумблер.

Чтобы однофазный асинхронный конденсаторный двигатель работал эффективно, емкость конденсатора должна быть правильно рассчитана. Как правило, для этого расчета 1 кВт мощности двигателя соответствует рабочей емкости конденсатора 0,7-0,8 мкФ. Для пускового конденсатора значения будут в 2-3 раза выше. Рабочее напряжение конденсаторов должно быть в 1,5 раза выше напряжения сети.

Область применения

Однофазные двигатели часто используются в бытовых приборах или небольших промышленных машинах. Они применяются к однофазным приборам с относительно низким энергопотреблением, которые работают при напряжении 220 В.

Это различные станки для обработки дерева, металла, пластмасс и т.д. Однофазные двигатели также используются в сельскохозяйственных машинах для смешивания зерна, изготовления бетона и т.д. В быту они используются в некоторых моделях микроволновых печей, кухонных плит, стиральных машин и однофазных холодильников.

Сравнение однофазных и трёхфазных индукционных электродвигателей

1. по сравнению с трехфазными двигателями, однофазные двигатели надежны, просты в изготовлении и экономичны при низкой мощности.

Электрический коэффициент однофазных двигателей низкий по сравнению с трехфазными двигателями. 3.

3. несмотря на одинаковый размер, однофазные двигатели вырабатывают около 50% мощности, а трехфазные — меньше.

4. пусковой момент также низок для асинхронных двигателей/однофазных асинхронных двигателей.

5. КПД однофазных двигателей ниже, чем у трехфазных.

Однофазные асинхронные двигатели просты, надежны и недороги при низкой мощности. Обычно они выпускаются мощностью 1 киловатт.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то упустил. Посмотрите на карту сайта и посмотрите, сможете ли вы найти еще что-нибудь полезное на моем сайте.