Yksivaiheinen asynkroninen moottori: miten se toimii

Tämän sähkölaitteen nimi osoittaa, että siihen syötetty sähköenergia muuntuu roottorin pyörimisliikkeeksi. Lisäksi adjektiivi "asynkroninen" luonnehtii epäsuhtaa, ankkurin pyörimisnopeuden viivettä staattorin magneettikentästä.

Sana "yksivaiheinen" aiheuttaa moniselitteisen määritelmän. Tämä johtuu siitä, että termi "vaihe" sähkössä määrittelee useita ilmiöitä:

• siirto, kulmaero vektorimäärien välillä;

• kahden, kolmen tai neljän johtimen vaihtovirtapiirin potentiaalijohdin;

• yksi kolmivaihemoottorin tai generaattorin staattori- tai roottorikäämityksestä.

Siksi selitämme heti, että on tapana kutsua yksivaiheinen sähkömoottori, joka toimii kaksijohtimisessa vaihtovirtaverkossa, jota edustaa vaihe- ja nollapotentiaali. Staattoreiden eri malleihin asennettujen käämien lukumäärä ei vaikuta tähän määritelmään.

Moottorin suunnittelu

Teknisen laitteensa mukaan induktiomoottori koostuu:

1. staattori - staattinen, kiinteä osa, joka on tehty kotelosta, jossa on erilaisia ​​sähköisiä elementtejä;

2. roottori, jota pyörittävät staattorin sähkömagneettisen kentän voimat.

Näiden kahden osan mekaaninen kytkentä tehdään kiertolaakereilla, joiden sisärenkaat on asennettu roottorin akselin sovitettuihin pistorasioihin, ja ulommat on asennettu staattoriin kiinnitettyihin suojakoteloihin.

roottori

Sen laite näissä malleissa on sama kuin kaikissa induktiomoottoreissa: pehmeisiin rautalejeeringteihin perustuvista kuormitettujen levyjen magneettinen ydin on asennettu teräsakselille. Sen ulkopinnalle tehdään urat, joihin alumiinin tai kuparin käämitangot on kiinnitetty, oikosuljettu päistä sulkemisrenkaisiin.

Roottorin käämityksessä indusoidaan sähkövirta, jonka indusoi staattorin magneettikenttä, ja magneettinen piiri palvelee täällä syntyvän magneettisen vuon hyvää läpikulkua.

Yksivaihemoottoreiden erilliset roottorirakenteet voidaan valmistaa ei-magneettisista tai ferromagneettisista materiaaleista sylinterin muodossa.

staattori

Staattorisuunnitelma esitetään myös:

• asuminen;

• magneettinen piiri;

• mutkainen.

Sen päätarkoitus on luoda kiinteä tai pyörivä sähkömagneettinen kenttä.

Staattorikäämi koostuu yleensä kahdesta piiristä:

1. työntekijä;

2. kantoraketti.

Ankkurin manuaalista pyörittämistä varten suunnitelluissa yksinkertaisimmissa malleissa voidaan valmistaa vain yksi käämi.

Asynkronisen yksivaiheisen sähkömoottorin toimintaperiaate

Materiaalin esityksen yksinkertaistamiseksi ajatelkaamme, että staattorikäämitys on tehty vain yhdellä silmukkasilmukalla. Sen johdot staattorin sisällä jakautuvat ympyrään 180 kulma- asteessa. Vaihteleva sinimuotoinen virta kulkee sen läpi, sillä sillä on positiiviset ja negatiiviset puoliaallot. Se ei luo pyörivää, vaan sykkivää magneettikenttää.

Kuinka magneettikentän pulsaatiot tapahtuvat

Analysoidaan tämä prosessi esimerkillä positiivisesta virran puoliaallosta, joka virtaa ajanhetkillä t1, t2, t3.

Se kulkee nykyisen polun yläosaa kohti meitä ja alaosaa kohti - meistä. Magneettipiirin edustamassa kohtisuorassa tasossa magneettivuokaa ilmestyy johtimen ympärille.

Amplitudissa vaihtelevat virrat tarkasteltavana olevina hetkinä luovat erisuuruisia sähkömagneettisia kenttiä F1, F2 ja F3. Koska ylempi ja alempi puoli ovat saman virran, mutta kela on taivutettu, kunkin osan magneettivuot ohjataan vastakkaiseen suuntaan ja tuhoavat toistensa vaikutuksen.Tämä voidaan määrittää vaijerin tai oikean käden säännöllä.

Kuten näette, positiivisella puoliaallolla magneettikentän pyörimistä ei havaita, vaan vain sen väreily tapahtuu langan ylä- ja alaosassa, joka myös on tasapainotettu magneettipiirissä. Sama prosessi tapahtuu sinusoidin negatiivisella osuudella, kun virrat kääntyvät suuntaan.

Koska pyörivää magneettikenttää ei ole, roottori pysyy myös paikallaan, koska siihen ei kohdistu voimia pyörimisen aloittamiseksi.

Kuinka roottorin pyöriminen syntyy sykkivässä kentässä

Jos annat roottorin pyörimisen, jopa kädelläsi, se jatkaa tätä liikettä. Tämän ilmiön selittämiseksi osoitamme, että magneettisen kokonaisvuon määrä vaihtelee nykyisen sinusoidin taajuudella nollasta maksimiarvoon jokaisessa puolijaksossa (suunnanmuutoksella) ja koostuu kahdesta osasta, jotka on muodostettu ylä- ja alahaaraan, kuten kuvassa.

Staattorin magneettinen sykkivä kenttä koostuu kahdesta pyöreästä, joiden amplitudi on Fmax / 2 ja jotka liikkuvat vastakkaisiin suuntiin samalla taajuudella.

npr = nbr = f60 / p = 1.

Tässä kaavassa on merkitty:

• staattorin magneettikentän npr ja nobr kiertotaajuus eteen- ja taaksepäin;

• n1 on pyörivän magneettisen vuon nopeus (r / min);

• p on napaparien lukumäärä;

• f on staattorin käämin virran taajuus.

Nyt annamme kädelläsi moottorin pyörimisen yhteen suuntaan, ja se ottaa heti liikkeen vastaan, koska esiintyy vääntömomenttia, jonka aiheuttaa roottorin liukuminen suhteessa eteen- ja taaksepäin suunnan erilaisiin magneettisiin vuotoihin.

Oletetaan, että eteenpäin suuntautuvan magneettisen vuon on oltava samansuuntainen roottorin pyörimisen kanssa, ja vastaavasti taaksepäin suuntautuva on päinvastainen. Jos merkitsemme n2: lla ankkurin pyörimisnopeutta rpm, voimme kirjoittaa lausekkeen n2

Tässä tapauksessa me tarkoitamme Spr = (n1-n2) / n1 = S.

Tässä indeksit S ja Spr kuvaavat induktiomoottorin ja roottorin liukumista eteenpäin suuntautuvan suhteellisen magneettisen vuon suhteen.

Käänteisessä virtauksessa liukas Sobr ilmaistaan ​​samanlaisella kaavalla, mutta merkin n2 muuttuessa.

Sobr = (n1 - (-n2)) / n1 = 2-Sbr.

Sähkömagneettista induktiota koskevan lain mukaisesti suoran ja käänteisen magneettivuon vaikutuksesta roottorin käämitykseen tulee sähkömoottorivoima, joka luo siihen samojen suunnien I2pr ja I2obr virtaukset.

Niiden taajuus (hertseinä) on suoraan verrannollinen luiston suuruuteen.

f2pr = f1? Spr;

f2näyte = f1 ∙ S

Lisäksi indusoidun virran I2obr muodostama taajuus f2obr ylittää merkittävästi taajuuden f2pr.

Esimerkiksi sähkömoottori käy 50 Hz: n verkossa n1 = 1500 ja n2 = 1440 rpm. Sen roottorilla on liukuminen suhteessa eteenpäin suuntautuvaan suuntaan Spr = 0,04 ja virran taajuuteen f2pr = 2 Hz. Käänteinen liukuma Sobr = 1,96, ja virran taajuus f2obr = 98 Hz.

Ampere-lain perusteella, kun nykyinen I2pr ja magneettikenttä Фпр ovat vuorovaikutuksessa, vääntömomentti Мпр ilmestyy.

Mpr = cM ∙ Fpr ∙ I2pr ∙ cosφ2pr.

Vakiokerroin SM riippuu tässä moottorin suunnittelusta.

Tässä tapauksessa toimii myös käänteinen magneettinen flux Mobr, joka lasketaan lausekkeella:

Mobr = cM ∙ Phobr ∙ I2obr ∙ cosφ2obr.

Näiden kahden virran vuorovaikutuksen seurauksena tuloksena oleva tullaan:

M = Mpr-Mobr.

Varoitus! Kun roottori pyörii, siihen indusoidaan eri taajuuksien virtauksia, jotka luovat voimien momentteja eri suuntiin. Siksi moottorin ankkuri pyörii sykkivän magneettikentän vaikutuksesta siihen suuntaan, josta se alkoi pyöriä.

Yhden vaiheen moottorin nimelliskuorman ylittäessä syntyy pieni liukuminen suoran vääntömomentin Mpr pääosalla. Estävän, käänteisen magneettikentän MOBR: n vastateholla on erittäin pieni vaikutus johtuen eteen- ja taaksepäin suunnan virtojen taajuuksien eroista.

Käänteisvirran f2obr ylittää merkittävästi f2pr, ja indusoitu induktanssi X2obr ylittää huomattavasti aktiivisen komponentin ja antaa käänteisen magneettisen vuon Fobr suuren demagnetoivan vaikutuksen, joka lopulta vähenee.

Koska kuormitetun moottorin tehokerroin on pieni, käänteisellä magneettivuolla ei voi olla voimakasta vaikutusta pyörivään roottoriin.

Kun verkon yhtä vaihetta kohdistetaan moottoriin, jossa on kiinteä roottori (n2 = 0), sitten liukuminen, sekä eteen- että taaksepäin, on yhtä suuri, ja eteen- ja taaksepäin suuntautuvien virtausten magneettikentät ja voimat ovat tasapainossa ja kiertoa ei tapahdu. Siksi yhden vaiheen syötöstä on mahdotonta irrottaa moottorin ankkuria.

Kuinka nopeasti määrittää moottorin nopeus:

Kuinka roottorin pyöriminen luodaan yksivaiheisessa asynkronisessa moottorissa

Tällaisten laitteiden toiminnan koko historian aikana on kehitetty seuraavat suunnitteluratkaisut:

1. akselin manuaalinen purkaminen kädellä tai narulla;

2. lisäkäämin käyttö, joka on kytketty käynnistyksen yhteydessä ohmisen, kapasitiivisen tai induktiivisen vastuksen takia;

3. halkaisu staattorin magneettisen piirin oikosulkemalla magneettikäämillä.

Ensimmäistä menetelmää käytettiin alkuvaiheessa, eikä sitä alettu soveltaa tulevaisuudessa mahdollisten loukkaantumisriskien vuoksi käynnistyksen yhteydessä, vaikka se ei vaadi lisäketjujen kytkemistä.

Vaiheensiirtokäämin käyttö staattorissa

Roottorin alkuperäisen pyörimisen aikaansaamiseksi staattorikäämitykselle käynnistyksen yhteydessä on kytketty ylimääräinen apumoottori, mutta vain 90 astetta siirretty kulmaan. Se suoritetaan paksummalla johdolla, jotta voidaan kulkea enemmän virtauksia kuin virtaamassa työskentelyvirtaan.

Tällaisen moottorin kytkentäkaavio on esitetty kuvassa oikealla.

Täällä kytketään päälle PNVS-tyyppinen painike, joka on erityisesti suunniteltu sellaisille moottoreille ja jota käytettiin laajasti Neuvostoliitossa valmistettujen pesukoneiden toiminnassa. Tämä painike kytkee heti päälle 3 kosketinta siten, että painettamisen ja vapauttamisen jälkeen kaksi ääritapahtumaa pysyvät kiinni päällä-tilassa, ja keskimmäinen sulkeutuu hetkeksi ja palaa sitten alkuperäiseen asentoonsa jousen vaikutuksesta.

Suljetut äärikontaktit voidaan irrottaa painamalla viereistä Stop-painiketta.

Painokytkimen lisäksi automaattitilassa käytetään seuraavia käämityksen poistamiseksi käytöstä:

1. keskipakokytkimet;

2. differentiaali- tai virtareleet;

3. mekaaniset ajastimet.

Moottorin käynnistymisen parantamiseksi kuormituksen aikana vaihesiirtokäämityksessä käytetään lisäelementtejä.

Yksivaiheisen moottorin kytkentä käynnistysvastuksella

Tällaisessa piirissä ohminen vastus asennetaan peräkkäin staattorin lisäkäämiin. Tässä tapauksessa kääntöjen käämitys suoritetaan kaksijakoisella tavalla, edellyttäen että kelan itseinduktiokerroin on hyvin lähellä nollaa.

Näiden kahden tekniikan toteuttamisen vuoksi, kun virtaukset virtaavat eri käämien läpi, niiden välillä tapahtuu noin 30 asteen vaihesiirto, mikä on täysin riittävä. Ero kulmissa syntyy muuttamalla monimutkaisia ​​vastuksia kussakin piirissä.

Tällä menetelmällä voidaan edelleen löytää aloituskäämi, jolla on alhainen induktanssi ja lisääntynyt vastus. Tätä varten käytetään käämitystä pienellä määrällä kierroksia lasketun poikkileikkauksen johtimesta.

Yksivaiheisen moottorin kytkeminen kondensaattorin käynnistyessä

Kapasitiivinen vaihevirransiirto mahdollistaa käämin lyhytaikaisen yhteyden muodostamisen sarjaan kytketyllä kondensaattorilla. Tämä ketju toimii vain, kun moottori siirtyy tilaan ja sammuu sitten.

Kondensaattorin käynnistys tuottaa suurimman vääntömomentin ja suuremman tehokertoimen kuin resistiivisellä tai induktiivisella käynnistysmenetelmällä. Se voi saavuttaa arvon 45 ÷ 50% nimellisarvosta.

Erillisissä piireissä kapasitanssi lisätään myös jatkuvaan käämitysketjuun. Tästä johtuen käämityksissä saavutetaan virtojen poikkeamat luokan π / 2 kulmalla. Samanaikaisesti staattorissa on havaittavissa enimmäisamplitudien muutos, joka antaa akselille hyvän vääntömomentin.

Tämän tekniikan ansiosta moottori pystyy tuottamaan enemmän tehoa käynnistyksen yhteydessä. Tätä menetelmää käytetään kuitenkin vain raskaasti käynnistettävissä vetolaitteissa, esimerkiksi linuilla täytetyn pesukoneen rummun pyörittämiseen vedellä.

Kondensaattorin liipaisimen avulla voit muuttaa ankkurin pyörimissuuntaa. Voit tehdä tämän muuttamalla vain käynnistys- tai työskentelykäämin liitoksen napaisuus.

Jaettu napainen yksivaiheinen moottoriyhteys

Asynkroniset moottorit, joiden pieni teho on noin 100 W, käyttävät staattorin magneettivuon jakautumista, koska magneettipiirin napaan on sisällytetty oikosuljettu kuparikäämi.

Leikattu kahteen osaan, tällainen sauva luo ylimääräisen magneettikentän, joka siirretään pääkulmasta kulmassa ja heikentää sitä kelan peittämässä paikassa. Tämän vuoksi syntyy elliptinen pyörivä kenttä, joka muodostaa vakion suunnan pyörimismomentin.

Tällaisissa malleissa voidaan löytää teräslevyistä valmistettuja magneettikokoja, jotka sulkevat staattorin napojen kärkien reunat.

Samankaltaisia ​​moottoreita löytyy ilmanpuhalluslaitteista. Heillä ei ole kykyä peruuttaa.