Asynchrone Mikromotoren

Typischerweise werden Elektromotoren in drei Gruppen unterteilt: große, mittlere und niedrige Leistung. Bei Motoren mit geringer Leistung (wir nennen sie Mikromotoren) ist die Obergrenze der Leistung nicht festgelegt, normalerweise einige hundert Watt. Mikromotoren werden häufig in Haushaltsgeräten und -geräten (mittlerweile verfügt jede Familie über mehrere Mikromotoren - in Kühlschränken, Staubsaugern, Tonbandgeräten, Playern usw.), Messgeräten, automatischen Steuerungssystemen, Luft- und Raumfahrttechnik und anderen Bereichen menschlicher Aktivitäten eingesetzt.

Die ersten Gleichstrommotoren erschienen in den 30er Jahren des 19. Jahrhunderts. Ein großer Schritt in der Entwicklung von Elektromotoren wurde 1856 durch die Erfindung eines zweiarmigen Wandlers durch den deutschen Ingenieur Siemens und die Entdeckung des dynamoelektrischen Prinzips 1866 gemacht. 1883 erfanden Tesla und 1885 Ferrari unabhängig voneinander einen asynchronen Wechselstrommotor. 1884 schuf Siemens einen Kommutatormotor mit Wechselstrom und Reihenerregungswicklung. 1887 schlugen Hazelwander und Dolivo-Dobrovolsky eine Rotorkonstruktion vom Typ Eichhörnchenkäfig vor, die die Konstruktion des Motors erheblich vereinfachte. 1890 verwendeten Chitin und Leblanc erstmals einen Phasenverschiebungskondensator.

In elektrischen Haushaltsgeräten wurden ab 1887 Elektromotoren in Ventilatoren, ab 1889 in Nähmaschinen, ab 1895 in Bohrmaschinen und ab 1901 in Staubsaugern eingesetzt. Bisher hat sich jedoch herausgestellt, dass der Bedarf an Mikromotoren so groß ist (bis zu sechs Mikromotoren werden in einer modernen Videokamera verwendet), dass spezialisierte Firmen und Unternehmen für ihre Entwicklung und Produktion entstanden sind.

Einphasige asynchrone Mikromotoren sind der gebräuchlichste Typ und erfüllen die Anforderungen der meisten elektrischen Antriebe von Geräten und Apparaten, gekennzeichnet durch niedrige Kosten und Geräuschpegel, hohe Zuverlässigkeit, erfordern keine Wartung und enthalten keine beweglichen Kontakte.

Einbeziehung. Ein asynchroner Mikromotor kann eine, zwei oder drei Wicklungen aufweisen. Ein Motor mit einer Wicklung hat kein anfängliches Anlaufdrehmoment. Zum Starten benötigen Sie beispielsweise einen Anlasser. Bei einem Motor mit zwei Wicklungen ist eine der Wicklungen, die als Hauptwicklung bezeichnet wird, direkt an die Netzversorgung angeschlossen (Abb. 1). Um ein Startmoment in einer anderen Hilfswicklung zu erzeugen, muss ein Strom gegenüber dem Strom in der Hauptwicklung phasenverschoben sein. Hierzu ist ein zusätzlicher Widerstand in Reihe mit der Hilfswicklung geschaltet, der aktiv, induktiv oder kapazitiv sein kann.

Am häufigsten ist ein Kondensator im Leistungskreis der Hilfswicklung enthalten, während der optimale Phasenwinkel der Ströme in den Wicklungen gleich 90 ° ist (Abb. 1.6). Ein Kondensator, der ständig im Stromkreis der Hilfswicklung enthalten ist, wird als Arbeitskondensator bezeichnet. Wenn beim Starten des Motors ein erhöhtes Startdrehmoment vorgesehen werden muss, wird parallel zum Arbeitskondensator S der Startkondensator Ca für die Startzeit eingeschaltet (Abb. 1, c). Nachdem der Motor auf eine Drehzahl beschleunigt hat, wird der Startkondensator über ein Relais oder einen Fliehkraftschalter abgeschaltet. In der Praxis verwenden sie häufig die Version von Abb. 1.6.

Der Phasenverschiebungseffekt kann erhalten werden, indem der aktive Widerstand der Hilfswicklung künstlich erhöht wird. Dies wird entweder durch Einschalten eines zusätzlichen Widerstands oder durch Herstellen einer Hilfswicklung aus einem hochohmigen Draht erreicht. Aufgrund der erhöhten Erwärmung der Hilfswicklung wird diese nach dem Starten des Motors abgeschaltet.Solche Motoren sind billiger und zuverlässiger als Kondensatormotoren, obwohl sie keine Phasenverschiebung der Wicklungsströme von 90 ° liefern.

Um die Drehrichtung der Motorwelle umzukehren, sollte die Hilfswicklung im Stromkreis enthalten sein Induktor oder Induktor, wodurch der Strom in der Hauptwicklung den Strom in der Hilfswicklung übersteigt. In der Praxis wird dieses Verfahren selten angewendet, da die Phasenverschiebung aufgrund der induktiven Natur des Widerstands der Hilfswicklung unbedeutend ist.

Am häufigsten wird ein Phasenverschiebungsverfahren zwischen der Haupt- und der Hilfswicklung verwendet, das darin besteht, die Hilfswicklung zu schließen. Die Hauptwicklung hat eine magnetische Verbindung mit der Hilfswicklung, so dass beim Anschluss der Hauptwicklung an die Netzversorgung die EMK in der Hilfswicklung induziert wird und ein Strom entsteht, der dem Strom der Hauptwicklung in Phase nacheilt. Der Motorrotor beginnt sich in Richtung von der Haupt- zur Hilfswicklung zu drehen.

Der dreiphasige Asynchronmotor mit drei Wicklungen kann im einphasigen Leistungsmodus verwendet werden. Fig. 2 zeigt die Aufnahme eines Dreiwicklungsmotors gemäß den "Stern" - und "Dreieck" -Schemata im Einphasenbetrieb (Steinmets-Schema). Zwei der drei Wicklungen sind direkt mit dem Versorgungsnetz verbunden, und die dritte ist über den Startkondensator mit der Versorgungsspannung verbunden. Um das erforderliche Anlaufdrehmoment zu erzeugen, muss ein Widerstand in Reihe mit dem Kondensator geschaltet werden, dessen Widerstand von den Parametern der Motorwicklungen abhängt.

Abbildung 2

Wicklungen. Im Gegensatz zu Asynchronmotoren mit drei Wicklungen, die durch eine symmetrische räumliche Anordnung und die gleichen Parameter der Wicklungen am Stator gekennzeichnet sind, weisen bei Einphasenmotoren die Haupt- und Hilfswicklungen unterschiedliche Parameter auf. Für symmetrische Wicklungen kann die Anzahl der Nuten pro Pol und Phase aus dem Ausdruck bestimmt werden: q = N / 2pm, wobei N die Anzahl der Statornuten ist; m ist die Anzahl der Wicklungen (Phasen); p ist die Anzahl der Pole. Bei asymmetrischen Wicklungen ändert sich die Anzahl der von jeder Wicklung eingenommenen Nuten erheblich. Daher haben die Haupt- und Hilfswicklungen eine unterschiedliche Anzahl von Windungen. Ein typisches Beispiel ist die 2 / 3-1 / 3-Wicklung (Abb. 3), bei der 2/3 der Statorschlitze von der Hauptwicklung und 1/3 von der Hilfswicklung belegt sind.

Abbildung 3

Bau. Fig. 4 zeigt einen Querschnitt eines Motors mit zwei konzentrierten oder Spulenwicklungen, die an den Polen des Stators angeordnet sind. Jede Wicklung (Hauptleitung 1 und Hilfswicklung 2) besteht aus zwei Spulen, die an entgegengesetzten Polen angeordnet sind. Die Spulen werden auf die Stangen gelegt und in das Joch der Maschine eingesetzt, das in diesem Fall eine quadratische Form hat. Von der Seite des Arbeitsluftspaltes werden die Spulen durch spezielle Vorsprünge gehalten, die als Polschuhe 3 wirken. Dank ihnen nähert sich die Verteilungskurve der Magnetfeldinduktion im Arbeitsluftspalt einer Sinuskurve. Ohne diese Vorsprünge ist die Form der angegebenen Kurve nahezu rechteckig. Als Phasenverschiebungselement für einen solchen Motor können Sie sowohl einen Kondensator als auch einen Widerstand verwenden. Sie können auch die Hilfswicklung kurzschließen. In diesem Fall wird der Motor in eine Asynchronmaschine mit geteilten Polen umgewandelt.

Abbildungen 4, 5

Split-Pol-Motoren werden aufgrund ihrer einfachen Struktur, hohen Zuverlässigkeit und geringen Kosten am häufigsten verwendet. Ein solcher Motor hat auch zwei Wicklungen am Stator (Fig. 5). Die Hauptwicklung 3 hat die Form einer Spule und ist direkt mit dem Versorgungsnetz verbunden. Die Hilfswicklung 1 ist kurzgeschlossen und enthält ein bis drei Windungen pro Pol. Es bedeckt einen Teil der Stange, was den Namen des Motors erklärt. Die Hilfswicklung besteht aus Kupferdraht von runder oder flacher Form mit einem Querschnitt von mehreren Quadratmillimetern, der sich in Windungen der entsprechenden Form biegt. Dann werden die Enden der Wicklungen durch Schweißen verbunden.Der Rotor des Motors ist kurzgeschlossen, und an seinen Enden sind Kühlrippen angebracht, die die Wärmeabfuhr von den Statorwicklungen verbessern.

Auslegungsoptionen für Split-Pol-Motoren sind in den Abb. 6 und 7 dargestellt. Grundsätzlich kann die Hauptwicklung symmetrisch oder asymmetrisch zum Rotor angeordnet sein. Fig. 6 zeigt den Aufbau des Motors mit einer asymmetrischen Hauptwicklung 5 (1 - Befestigungsloch; 2 - magnetischer Shunt; 3 - kurzgeschlossene Wicklung; 4 - Montage- und Ausrichtungslöcher; 6 - Wicklungsrahmen; 7 - Joch). Ein solcher Motor hat eine signifikante Streuung des Magnetflusses im externen Magnetkreis, daher überschreitet sein Wirkungsgrad 10-15% nicht und er ist für eine Leistung von nicht mehr als 5-10 Watt hergestellt.

Unter dem Gesichtspunkt der Herstellbarkeit ist ein Motor mit einer symmetrisch angeordneten Hauptwicklung komplexer. Bei Motoren mit einer Leistung von 10-50 W wird ein Verbundstator verwendet (Abb. 7, wobei: 1 - Jochring; 2 - Kurzschlussring; 3 - Pol; 4 - Käfigläufer; 5 - Magnetshunt). Aufgrund der Tatsache, dass die Motorpole vom Joch bedeckt sind und sich die Wicklungen innerhalb des Magnetsystems befinden, sind die magnetischen Streuflüsse viel geringer als bei der Konstruktion in Fig. 6. Motorwirkungsgrad 15-25%.

Abbildungen 6, 7

Abbildung 8

Verwenden Sie eine kreuzpolige Schaltung, um die Motordrehzahl mit geteilten Polen zu ändern (Abb. 8). Darin ist es ziemlich einfach, die Anzahl der Polpaare der Statorwicklung zu wechseln, um zu ändern, was ausreicht, um die enthaltenen Wicklungen entsprechend den enthaltenen Wicklungen einzuschalten. Bei Motoren mit geteilten Polen wird auch das Prinzip der Drehzahlregelung angewendet, bei dem die Wicklungsspulen von seriell auf parallel geschaltet werden.

Pryadko A. D.

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