Μονοφασικός ασύγχρονος κινητήρας: πώς λειτουργεί

Το ίδιο το όνομα αυτής της ηλεκτρικής συσκευής δείχνει ότι η ηλεκτρική ενέργεια που τροφοδοτείται σε αυτή μετατρέπεται σε περιστροφική κίνηση του δρομέα. Επιπλέον, το επίθετο "ασύγχρονο" χαρακτηρίζει την αναντιστοιχία, την υστέρηση της ταχύτητας περιστροφής του οπλισμού από το μαγνητικό πεδίο του στάτορα.

Η λέξη "μονοφασική" προκαλεί έναν αμφίσημο ορισμό. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ο όρος "φάση" στην ηλεκτρική ενέργεια ορίζει διάφορα φαινόμενα:

• μετατόπιση, διαφορά γωνιών μεταξύ των διανυσματικών ποσοτήτων.

• δυνητικός αγωγός ηλεκτρικού κυκλώματος AC, τριών ή τεσσάρων συρμάτων.

• μία από τις περιελίξεις στάτορα ή ρότορα ενός τριφασικού κινητήρα ή γεννήτριας.

Ως εκ τούτου, διευκρινίζουμε αμέσως ότι είναι συνηθισμένο να καλέσετε ένα μονοφασικό ηλεκτροκινητήρα που λειτουργεί από ένα δίτροχο δίκτυο εναλλασσόμενου ρεύματος, το οποίο αντιπροσωπεύεται από ένα δυναμικό φάσης και μηδέν. Ο αριθμός των περιελίξεων που τοποθετούνται σε διάφορα σχέδια στάτων δεν επηρεάζει αυτόν τον ορισμό.

Σχεδίαση μοτέρ

Σύμφωνα με την τεχνική του διάταξη, ένας επαγωγικός κινητήρας αποτελείται από:

1. στάτορα - ένα στατικό, σταθερό μέρος, κατασκευασμένο από ένα περίβλημα με διάφορα ηλεκτρικά στοιχεία που βρίσκονται επάνω του.

2. ένας ρότορας που περιστρέφεται από τις δυνάμεις του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου του στάτορα.

Η μηχανική σύνδεση αυτών των δύο τμημάτων γίνεται με περιστροφικά έδρανα, οι εσωτερικοί δακτύλιοι των οποίων είναι τοποθετημένοι στις προσαρμοσμένες υποδοχές του άξονα του δρομέα και οι εξωτερικές είναι συναρμολογημένες σε προστατευτικά πλευρικά καλύμματα στερεωμένα στον στάτορα.

Rotor

Η συσκευή της για αυτά τα μοντέλα είναι η ίδια όπως και για όλους τους κινητήρες επαγωγής: ένας μαγνητικός πυρήνας από τις πλάκες φόρτισης που βασίζονται σε μαλακά κράματα σιδήρου είναι τοποθετημένος σε έναν χαλύβδινο άξονα. Στην εξωτερική του επιφάνεια κατασκευάζονται αύλακες εντός των οποίων τοποθετούνται οι ράβδοι περιέλιξης αλουμινίου ή χαλκού, βραχυκυκλωμένες στα άκρα τους προς τους δακτυλίους κλεισίματος.

Ένα ηλεκτρικό ρεύμα προκαλείται στην περιέλιξη του ρότορα, το οποίο προκαλείται από το μαγνητικό πεδίο του στάτορα και το μαγνητικό κύκλωμα χρησιμεύει για την καλή διέλευση της μαγνητικής ροής που δημιουργείται εδώ.

Τα ξεχωριστά σχέδια ρότορα για μονοφασικούς κινητήρες μπορούν να κατασκευάζονται από μη μαγνητικά ή σιδηρομαγνητικά υλικά με τη μορφή κυλίνδρου.

Stator

Ο σχεδιασμός του στάτη παρουσιάζεται επίσης:

• σώμα ·

• μαγνητικό κύκλωμα.

• εκκαθάριση.

Ο κύριος σκοπός του είναι να δημιουργήσει ένα σταθερό ή περιστρεφόμενο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο.

Η περιέλιξη στάτορα αποτελείται συνήθως από δύο κυκλώματα:

1. εργαζόμενος ·

2. εκτοξευτή.

Στα απλούστερα σχέδια, σχεδιασμένα για χειροκίνητη περιστροφή της άγκυρας, μπορεί να γίνει μόνο μία περιέλιξη.

Η αρχή λειτουργίας ενός ασύγχρονου μονοφασικού ηλεκτροκινητήρα

Προκειμένου να απλοποιηθεί η παρουσίαση του υλικού, ας φανταστούμε ότι η περιέλιξη του στάτορα γίνεται μόνο με έναν βρόχο βρόχου. Τα καλώδιά του μέσα στον στάτορα κατανέμονται σε έναν κύκλο σε 180 γωνιακούς βαθμούς. Ένα εναλλασσόμενο ημιτονοειδές ρεύμα περνά μέσα από αυτό, έχοντας θετικά και αρνητικά μισά κύματα. Δεν δημιουργεί ένα περιστρεφόμενο, αλλά ένα παλλόμενο μαγνητικό πεδίο.

Πώς συμβαίνουν παλμοί μαγνητικού πεδίου

Ας αναλύσουμε αυτή τη διαδικασία χρησιμοποιώντας το παράδειγμα ενός θετικού ρεύματος μισού κύματος που ρέει στις χρονικές στιγμές t1, t2, t3.

Περνάει κατά μήκος του άνω μέρους του σημερινού μονοπατιού προς εμάς, και κατά μήκος του κάτω μέρους - από εμάς. Στο κάθετο επίπεδο που αντιπροσωπεύεται από το μαγνητικό κύκλωμα, εμφανίζονται μαγνητικές ροές γύρω από τον αγωγό.

Τα ρεύματα που ποικίλλουν σε πλάτος κατά τις εξεταζόμενες χρονικές στιγμές δημιουργούν ηλεκτρομαγνητικά πεδία F1, F2 και F3 διαφορετικού μεγέθους. Δεδομένου ότι το ρεύμα στο άνω και στο κάτω μισό είναι το ίδιο, αλλά το πηνίο είναι λυγισμένο, οι μαγνητικές ροές κάθε τμήματος κατευθύνονται προς την αντίθετη κατεύθυνση και καταστρέφουν τη δράση του άλλου.Αυτό μπορεί να καθοριστεί από τον κανόνα ενός gimlet ή δεξί χέρι.

Όπως βλέπετε, με ένα θετικό μισό κύμα, δεν παρατηρείται περιστροφή του μαγνητικού πεδίου, αλλά μόνο το κυματισμό του συμβαίνει στο ανώτερο και το κάτω μέρος του σύρματος, το οποίο επίσης αντισταθμίζεται αμοιβαία στο μαγνητικό κύκλωμα. Η ίδια διαδικασία συμβαίνει με ένα αρνητικό τμήμα του ημιτονοειδούς, όταν τα ρεύματα αντιστρέφουν την κατεύθυνση.

Δεδομένου ότι δεν υπάρχει περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, ο δρομέας θα παραμείνει επίσης ακίνητος, επειδή δεν υπάρχουν δυνάμεις που να ασκούνται σε αυτόν για να αρχίσει η περιστροφή.

Πώς δημιουργείται η περιστροφή του ρότορα σε ένα πεδίο παλμών

Εάν δώσετε στον ρότορα μια περιστροφή, ακόμη και με το χέρι σας, τότε θα συνεχίσει αυτή την κίνηση. Για να εξηγήσουμε αυτό το φαινόμενο, δείχνουμε ότι η ολική μαγνητική ροή ποικίλει στη συχνότητα του σημειακού ημιτονοειδούς από το μηδέν μέχρι τη μέγιστη τιμή σε κάθε μισό κύκλο (με αλλαγή κατεύθυνσης) και αποτελείται από δύο τμήματα που σχηματίζονται στον άνω και κάτω κλάδο, όπως φαίνεται στο σχήμα.

Το πεδίο μαγνητικού παλμού του στάτορα αποτελείται από δύο κυκλικά με εύρος Fmax / 2 και κινείται σε αντίθετες κατευθύνσεις με την ίδια συχνότητα.

npr = nbr = f60 / ρ = 1.

Στον τύπο αυτό επισημαίνονται:

• npr και nobr συχνότητα περιστροφής του μαγνητικού πεδίου του στάτορα στην εμπρόσθια και αντίστροφη διεύθυνση.

• n1 είναι η ταχύτητα της περιστροφικής μαγνητικής ροής (r / min).

• p είναι ο αριθμός των ζευγών πόλων.

• f είναι η συχνότητα του ρεύματος στην περιέλιξη του στάτη.

Τώρα, με το χέρι σας, θα δώσουμε την περιστροφή του κινητήρα προς τη μία κατεύθυνση και θα πάρει αμέσως την κίνηση λόγω της εμφάνισης ροπής που προκαλείται από την ολίσθηση του δρομέα σε σχέση με τις διαφορετικές μαγνητικές ροές των εμπρόσθιων και αντίστροφων διευθύνσεων.

Υποθέτουμε ότι η μαγνητική ροή της εμπρόσθιας κατεύθυνσης συμπίπτει με την περιστροφή του ρότορα και ότι το αντίστροφο αντίστοιχα θα είναι το αντίθετο. Αν υποδείξουμε με n2 τη συχνότητα περιστροφής του οπλισμού σε rpm, τότε μπορούμε να γράψουμε την έκφραση n2

Σε αυτή την περίπτωση, δηλώνουμε Spr = (n1-n2) / n1 = S.

Εδώ, οι δείκτες S και Spr υποδηλώνουν την ολίσθηση του κινητήρα επαγωγής και του δρομέα της σχετικής μαγνητικής ροής της προς τα εμπρός κατεύθυνσης.

Στην αντίστροφη ροή, η ολίσθηση Sobr εκφράζεται με παρόμοιο τύπο, αλλά με την αλλαγή σημείου n2.

Sobr = (η1 - (-η2)) / η1 = 2-Sbr.

Σύμφωνα με τον νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, υπό την επίδραση της άμεσης και της ανάστροφης μαγνητικής ροής, μια ηλεκτρομαγνητική δύναμη θα ενεργήσει στην περιέλιξη του ρότορα, η οποία θα δημιουργήσει ρεύματα των ίδιων κατευθύνσεων I2pr και I2obr σε αυτό.

Η συχνότητά τους (σε hertz) θα είναι άμεσα ανάλογη με το μέγεθος της ολίσθησης.

f2pr = f1 ∙ Spr;

f2sample = f1 ∙ S

Επιπλέον, η συχνότητα f2obr που σχηματίζεται από το επαγόμενο ρεύμα I2obr υπερβαίνει σημαντικά τη συχνότητα f2pr.

Για παράδειγμα, ένας ηλεκτρικός κινητήρας λειτουργεί σε δίκτυο 50 Hz με n1 = 1500 και n2 = 1440 rpm. Ο ρότορας του έχει μία ολίσθηση σε σχέση με τη μαγνητική ροή της προς τα εμπρός διεύθυνση Spr = 0,04 και την τρέχουσα συχνότητα f2pr = 2 Hz. Η αντίστροφη ολίσθηση Sobr = 1,96 και η τρέχουσα συχνότητα f2obr = 98 Hz.

Με βάση τον νόμο Ampere, όταν αλληλεπιδρά το τρέχον I2pr και το μαγνητικό πεδίο Φпρ, εμφανίζεται μια ροπή Μπρ.

Mpr = cM ∙ Fpr ∙ I2pr ∙ cosφ2pr.

Εδώ, ο σταθερός συντελεστής SM εξαρτάται από το σχεδιασμό του κινητήρα.

Σε αυτή την περίπτωση, η αντίστροφη μαγνητική ροή Mobr ενεργεί επίσης, η οποία υπολογίζεται από την έκφραση:

Mobr = cM ∙ Phobr ∙ I2obr ∙ cosφ2obr.

Ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης αυτών των δύο ροών, θα εμφανιστεί η προκύπτουσα:

Μ = Mpr-Mobr.

Προσοχή! Όταν περιστρέφεται ο ρότορας, προκαλούνται ρεύματα διαφορετικών συχνοτήτων, τα οποία δημιουργούν στιγμές δυνάμεων σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Επομένως, ο οπλισμός του κινητήρα θα περιστραφεί κάτω από τη δράση ενός παλλόμενου μαγνητικού πεδίου στην κατεύθυνση από την οποία άρχισε να περιστρέφεται.

Κατά την υπέρβαση του ονομαστικού φορτίου από έναν μονοφασικό κινητήρα, δημιουργείται μια μικρή ολίσθηση με το κύριο μερίδιο της άμεσης ροπής Mpr. Η εξουδετέρωση του ανασταλτικού, αντίστροφου μαγνητικού πεδίου του Mobr επηρεάζει πολύ λίγο λόγω της διαφοράς στις συχνότητες των ρευμάτων των εμπρόσθιων και των αντίστροφων κατευθύνσεων.

το f2obr του αντίστροφου ρεύματος ξεπερνά σημαντικά το f2pr και η επαγόμενη επαγωγή X2obr υπερβαίνει κατά πολύ το δραστικό συστατικό και παρέχει ένα μεγάλο φαινόμενο απομαγνήτισης της αντίστροφης μαγνητικής ροής Fobr, η οποία τελικά μειώνεται.

Δεδομένου ότι ο συντελεστής ισχύος του κινητήρα υπό φορτίο είναι μικρός, η αντίστροφη μαγνητική ροή δεν μπορεί να έχει ισχυρή επίδραση στον περιστρεφόμενο ρότορα.

Όταν μια φάση του δικτύου εφαρμόζεται σε έναν κινητήρα με σταθερό ρότορα (n2 = 0), τότε η ολίσθηση, τόσο προς τα εμπρός όσο και προς τα πίσω, είναι ίση με την ενότητα και τα μαγνητικά πεδία και οι δυνάμεις της ροής προς τα εμπρός και προς τα πίσω είναι ισορροπημένες και δεν υπάρχει περιστροφή. Επομένως, από την τροφοδοσία μιας φάσης είναι αδύνατο να ξεπαγώσετε το οπλισμό του κινητήρα.

Πώς να προσδιορίσετε γρήγορα την ταχύτητα του κινητήρα:

Πώς δημιουργείται η περιστροφή του ρότορα σε έναν μονοφασικό ασύγχρονο κινητήρα

Σε όλη την ιστορία της λειτουργίας τέτοιων συσκευών έχουν αναπτυχθεί οι ακόλουθες λύσεις σχεδιασμού:

1. χειροκίνητο ξετύλιγμα του άξονα με χέρι ή σχοινί.

2. Η χρήση πρόσθετου τυλίγματος που συνδέεται κατά την εκκίνηση λόγω ωμική, χωρητική ή επαγωγική αντίσταση.

3. σχίσιμο με βραχυκυκλωμένο μαγνητικό πηνίο του μαγνητικού κυκλώματος στάτορα.

Η πρώτη μέθοδος χρησιμοποιήθηκε στην αρχική ανάπτυξη και δεν άρχισε να εφαρμόζεται στο μέλλον λόγω των πιθανών κινδύνων τραυματισμού κατά την εκκίνηση, αν και δεν απαιτεί τη σύνδεση επιπρόσθετων αλυσίδων.

Εφαρμογή της μετατόπισης φάσης στο στάτορα

Για να δοθεί η αρχική περιστροφή του δρομέα στην περιέλιξη του στάτορα, κατά τη στιγμή της έναρξης λειτουργίας, συνδέεται μια πρόσθετη βοηθητική, αλλά μόνο 90 ​​μοίρες μετατοπισμένη σε γωνία. Εκτελείται με παχύτερο καλώδιο για να περάσει περισσότερα ρεύματα από αυτά που ρέουν στο λειτουργικό.

Το διάγραμμα σύνδεσης ενός τέτοιου κινητήρα φαίνεται στο σχήμα στα δεξιά.

Εδώ χρησιμοποιείται ένα κουμπί τύπου PNVS, το οποίο δημιουργήθηκε ειδικά για τέτοιους κινητήρες και χρησιμοποιήθηκε ευρέως στη λειτουργία των πλυντηρίων ρούχων που κατασκευάζονται στην ΕΣΣΔ. Αυτό το κουμπί ανοίγει αμέσως τις 3 επαφές με τέτοιο τρόπο ώστε τα δύο ακραία, αφού πατηθούν και απελευθερωθούν, να παραμείνουν σταθερά στην κατάσταση ενεργοποίησης και η μεσαία να κλείσει για λίγο και στη συνέχεια να επιστρέψει στην αρχική της θέση κάτω από τη δράση του ελατηρίου.

Οι κλειστές ακραίες επαφές μπορούν να απενεργοποιηθούν πατώντας το παρακείμενο κουμπί Stop.

Εκτός από τον διακόπτη με κουμπιά, στην αυτόματη λειτουργία χρησιμοποιούνται τα ακόλουθα για να απενεργοποιήσετε την πρόσθετη περιέλιξη:

1. φυγοκεντρικοί διακόπτες.

2. διαφορικά ή τρέχοντα ρελέ.

3. μηχανικά χρονοδιακόπτες.

Για να βελτιωθεί η εκκίνηση του κινητήρα κάτω από το φορτίο, χρησιμοποιούνται πρόσθετα στοιχεία στην περιέλιξη της φάσης μετατόπισης.

Σύνδεση μονοφασικού κινητήρα με αντίσταση εκκίνησης

Σε ένα τέτοιο κύκλωμα, η ωμική αντίσταση τοποθετείται διαδοχικά στην πρόσθετη περιέλιξη του στάτη. Σε αυτή την περίπτωση, η περιέλιξη των στροφών πραγματοποιείται κατά τρόπο διαφορετικό, παρέχοντας έναν συντελεστή αυτο-επαγωγής του πηνίου πολύ κοντά στο μηδέν.

Λόγω της εφαρμογής αυτών των δύο μεθόδων, όταν ρέουν ρεύματα διαμέσου διαφορετικών περιελίξεων, υπάρχει μετατόπιση φάσης περίπου 30 μοιρών μεταξύ τους, πράγμα που αρκεί. Η διαφορά στις γωνίες δημιουργείται με την αλλαγή των σύνθετων αντιστάσεων σε κάθε κύκλωμα.

Με αυτή τη μέθοδο, μπορεί ακόμα να βρεθεί μια περιέλιξη έναρξης με χαμηλή αυτεπαγωγή και αυξημένη αντίσταση. Γι 'αυτό, χρησιμοποιείται τύλιγμα με μικρό αριθμό στροφών σύρματος χαμηλωμένης διατομής.

Σύνδεση μονοφασικού κινητήρα με εκκίνηση πυκνωτή

Η μετατόπιση ρεύματος χωρητικής φάσης σας επιτρέπει να δημιουργήσετε μια βραχυπρόθεσμη σύνδεση της περιέλιξης με ένα συνδεδεμένο σε σειρά πυκνωτή. Αυτή η αλυσίδα λειτουργεί μόνο όταν ο κινητήρας εισέλθει στη λειτουργία και μετά απενεργοποιηθεί.

Η εκκίνηση του πυκνωτή δημιουργεί τη μεγαλύτερη ροπή στρέψης και έναν υψηλότερο συντελεστή ισχύος από ό, τι με μια μέθοδο αντιστάσεως ή επαγωγής. Μπορεί να φθάσει σε τιμή 45 ÷ 50% της ονομαστικής τιμής.

Σε ξεχωριστά κυκλώματα, προστίθεται επίσης μια χωρητικότητα στην αλυσίδα που λειτουργεί συνεχώς. Λόγω αυτού, επιτυγχάνονται αποκλίσεις ρευμάτων στις περιελίξεις υπό γωνία της τάξης του π / 2. Ταυτόχρονα, η μετατόπιση των μέγιστων μεγεθών είναι έντονα αισθητή στον στάτορα, πράγμα που παρέχει καλή ροπή στρέψης στον άξονα.

Λόγω αυτής της τεχνικής, ο κινητήρας είναι ικανός να παράγει περισσότερη ισχύ κατά την εκκίνηση. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται μόνο με δίσκους βαριάς εκκίνησης, για παράδειγμα, για την περιστροφή ενός τυμπάνου ενός πλυντηρίου που είναι γεμάτο από λινά με νερό.

Η ενεργοποίηση του πυκνωτή σας επιτρέπει να αλλάξετε την κατεύθυνση περιστροφής του οπλισμού. Για να το κάνετε αυτό, απλά αλλάξτε την πολικότητα της σύνδεσης της εκκίνησης ή της εργασίας.

Διασύνδεση μονοφασικού μοτέρ με διαχωριστικό πόλο

Ασύγχρονοι κινητήρες με μικρή ισχύ περίπου 100 W χρησιμοποιούν διαχωρισμό της μαγνητικής ροής του στάτορα λόγω της συμπερίληψης βραχυκυκλωμένου πηνίου χαλκού στον πόλο του μαγνητικού κυκλώματος.

Κόβουμε σε δύο μέρη, ένας τέτοιος πόλος δημιουργεί ένα επιπλέον μαγνητικό πεδίο, το οποίο μετατοπίζεται σε γωνία από το κύριο και το εξασθενεί στο χώρο που καλύπτεται από το πηνίο. Λόγω αυτού, δημιουργείται ένα ελλειπτικό περιστρεφόμενο πεδίο, σχηματίζοντας μια στιγμή περιστροφής σταθερής κατεύθυνσης.

Σε τέτοια σχέδια, μπορεί κανείς να βρει μαγνητικές απολήξεις κατασκευασμένες από χαλύβδινες πλάκες που κλείνουν τις άκρες των άκρων των στύλων στάτορα.

Κινητήρες παρόμοιων σχεδίων μπορούν να βρεθούν σε συσκευές εξαερισμού για εμφύσηση αέρα. Δεν έχουν τη δυνατότητα να αντιστρέψουν.