Једнофазни асинхрони мотор: како то функционише

Сам назив овог електричног уређаја указује да се електрична енергија која му се испоручује претвара у ротационо кретање ротора. Штавише, придев „асинхроно“ карактерише неусклађеност, заостајање брзине ротације арматуре од магнетног поља статора.

Реч "једнофазна" изазива двосмислену дефиницију. То је због чињенице да израз "фаза" у електричној струји дефинише неколико појава:

• помак, разлика углова између векторских количина;

• потенцијални проводник електричног круга са два, три или четворожична наизменична струја;

• један од намотаја статора или ротора трофазног мотора или генератора.

Стога одмах разјашњавамо да је уобичајено назвати једнофазни електрични мотор који ради на двожичној АЦ мрежи представљеној фазним и нултим потенцијалом. Број намотаја монтираних у различитим изведбама статора не утиче на ову дефиницију.

Дизајн мотора

У складу са својим техничким уређајем, индукцијски мотор састоји се од:

1. статор - статички, фиксни део, направљен кућиштем са разним електричним елементима који се налазе на њему;

2. ротор ротиран силама електромагнетног поља статора.

Механичка повезаност ова два дела изведена је помоћу ротационих лежајева, чији су унутрашњи прстенови монтирани на уграђене утичнице осовине ротора, а спољни прстенови су монтирани у заштитним бочним поклопцима причвршћеним на статор.

Ротор

Његов уређај за ове моделе је исти као и за све индукцијске моторе: магнетно језгро од оптерећених плоча на бази меканих легура гвожђа монтирано је на челичну осовину. На њеној спољној површини су направљени жлебови у које су монтиране намотане шипке од алуминијума или бакра, на крајевима причвршћене на запорне прстенове.

У намоту ротора индукује се електрична струја, коју индукује магнетно поље статора, а магнетни круг служи за добар пролаз магнетног тока који је створен овде.

Одвојени дизајни ротора за једнофазне моторе могу бити израђени од немагнетних или феромагнетских материјала у облику цилиндра.

Статор

Такође је представљен дизајн статора:

• тело;

• магнетни круг;

• навијање.

Његова главна сврха је генерисање фиксног или ротирајућег електромагнетног поља.

Намот статора обично се састоји од два круга:

1. радник;

2. бацач.

У најједноставнијим изведбама, дизајнираним за ручно предење сидра, може се направити само једно наматање.

Принцип рада асинхроног једнофазног електромотора

Да бисмо поједноставили презентацију материјала, замислимо да је наматање статора изведено само са једном петљом. Његове жице унутар статора су распоређене у кругу на 180 угаоних степени. Кроз њу пролази наизменична синусоидна струја, која има позитивне и негативне полу-таласе. Ствара не ротирајуће, већ пулсирајуће магнетно поље.

Како настају пулсирања магнетног поља

Анализирајмо овај поступак на примеру позитивног пола таласа позитивног струје који тече у временским тренуцима т1, т2, т3.

Пролази горњим делом тренутне стазе према нама, а дуж доњег дела - од нас. У окомитој равнини представљеној магнетним кругом, око проводника се појављују магнетни токови.

Струје које се разликују у амплитуди у разматраним временским тренуцима стварају електромагнетна поља Ф1, Ф2 и Ф3 различите величине. Пошто је струја у горњој и доњој половини иста, али завојница је савијена, магнетни токови сваког дела су усмерени у супротном смеру и уништавају ефекат једни других.То се може одредити правилом гимлета или десне руке.

Као што можете видети, при позитивном полу-таласу не долази до ротације магнетног поља, већ се у горњем и доњем делу жице дешава само његово варење, које је у магнетном кругу такође међусобно уравнотежено. Исти процес се дешава и са негативним пресеком синусоида, када се струје обрну у правцу.

Пошто не постоји ротирајуће магнетно поље, ротор ће такође остати непомичан, јер на њега не делују силе за покретање ротације.

Како се ствара ротација ротора у пулсирајућем пољу

Ако ротор вратите ротацију, чак и руком, наставит ће ово кретање. Да бисмо објаснили ову појаву, показаћемо да укупни магнетни ток варира у фреквенцији тренутног синусоида од нуле до максималне вредности у сваком полукругу (са променом смера) и састоји се од два дела формирана у горњој и доњој грани, као што је приказано на слици.

Магнетно пулсирајуће поље статора састоји се од два кружна поља која имају амплитуду Фмак / 2 и крећу се у супротним смеровима истом фреквенцијом.

нпр = нбр = ф60 / п = 1.

У овој формули су назначени:

• нпр. и нобр фреквенција ротације магнетног поља статора у смјеру према напријед и назад;

• н1 је брзина ротирајућег магнетног тока (р / мин);

• п је број парова пола;

• ф је фреквенција струје у намоту статора.

Сада ћемо вашом руком окренути мотор у једном смеру и он ће одмах покупити кретање услед појаве обртног момента изазваног клизањем ротора у односу на различите магнетне токове смера напред и назад.

Претпостављамо да се магнетни ток смера напријед подудара са ротацијом ротора, а обрнуто ће бити супротно. Ако је н2 фреквенција ротације сидара у рпм, тада можемо написати израз н2 <н1.

У овом случају ћемо означити Спр = (н1-н2) / н1 = С.

Овде индекси С и Спр означавају клизање асинхроног мотора и ротора релативног магнетног тока правца напред.

У обрнутом току, клизни Собр изражава се сличном формулом, али са променом знака н2.

Собр = (н1 - (-н2)) / н1 = 2-Сбр.

У складу са законом електромагнетне индукције, под утицајем директних и реверзних магнетних токова, у намоту ротора ће деловати електромоторна сила, што ће створити струје истих праваца И2пр и И2р.

Њихова фреквенција (у херцима) биће директно пропорционална величини клизања.

ф2пр = ф1 р Спр;

ф2сампле = ф1 ∙ С

Штавише, фреквенција ф2обр формирана индукованом струјом И2обр значајно прелази фреквенцију ф2пр.

На пример, електромотор ради на 50 Хз мрежи са н1 = 1500 и н2 = 1440 о / мин. Његов ротор има клизање у односу на магнетни ток правца Спр = 0,04 и тренутну фреквенцију ф2пр = 2 Хз. Обрнуто клизање Собр = 1,96, а тренутна фреквенција ф2обр = 98 Хз.

На основу Амперовог закона, када тренутни И2пр и магнетно поље Фпр узајамно делују, појављује се момент Мпр.

Мпр = цМ ∙ Фпр ∙ И2пр ∙ цосφ2пр.

Овде константни коефицијент СМ зависи од дизајна мотора.

У овом случају делује и обрнути магнетни ток Мобр, који се израчунава изразом:

Мобр = цМ ∙ Пхобр ∙ И2обр ∙ цосφ2обр.

Као резултат интеракције ова два тока, појавиће се настали:

М = Мпр-Мобр.

Пажња! Када се ротор окреће, у њему се индукују струје различитих фреквенција које стварају моменте силе у различитим правцима. Стога ће се моторна арматура ротирати под дјеловањем пулсирајућег магнетног поља у смјеру из којег је почела да се окреће.

При превладавању номиналног оптерећења једнофазним мотором ствара се лагано проклизавање с главним удјелом директног закретног момента Мпр. Супротност инхибицијског, обрнутог магнетног поља МОБР има незнатан ефекат због разлике у фреквенцијама струја смеру напред и назад.

ф2обр реверзне струје значајно прелази ф2пр, а индукована индуктивност Кс2обр знатно прелази активну компоненту и пружа велики ефект магнетизирања реверзног магнетног флукса Фобр, који се на крају смањује.

Пошто је фактор снаге мотора под оптерећењем мали, реверзни магнетни ток не може имати снажан утицај на ротирајући ротор.

Када се једна фаза мреже примијени на мотор са фиксним ротором (н2 = 0), тада су клизања, и напријед и натраг, једнака јединици, а магнетна поља и силе протока према напријед и обрнуто су уравнотежене и ротација се не догађа. Због тога је од напајања једне фазе немогуће одвити моторну арматуру.

Како брзо одредити број обртаја мотора:

Како се ствара ротација ротора у једнофазном асинхроном мотору

У целој историји рада таквих уређаја развијена су следећа дизајнерска решења:

1. ручно одмотавање осовине руком или каблом;

2. употреба додатног намотаја повезаног током покретања због охмичког, капацитивног или индуктивног отпора;

3. цепање кратким спојем магнетне завојнице магнетног круга статора.

Прва метода је коришћена у почетном развоју и није се почела примењивати у будућности због могућих ризика од повреда при покретању, мада не захтева додатне ланце.

Примјена намотаја фазног помака у статору

Да би се почетно окретање ротора дало намоту статора, у моменту покретања спојен је додатни помоћни, али само 90 степени померан у кут. Изводи се дебљом жицом да би прошао више струја него што тече у радној.

Дијаграм везе таквог мотора приказан је на слици десно.

Овде се користи тастер типа ПНВС који је специјално направљен за такве моторе и широко коришћен у раду машина за прање веша произведених у СССР-у. Ово дугме одмах укључује 3 контакта на начин да два екстремна, након притиска и отпуштања, остану фиксирана у стању укључивања, а средња се накратко затвори, а затим се врати под првобитни положај под дејством опруге.

Затворени екстремни контакти могу се прекинути притиском на суседно дугме Стоп.

Поред прекидача с дугметом, у аутоматском режиму се користе и следеће функције за онемогућавање додатних намотаја:

1. центрифугални прекидачи;

2. диференцијални или струјни релеји;

3. механички тајмери.

Да би се побољшао покретање мотора под оптерећењем, користе се додатни елементи у намотају фазне промјене.

Спајање једнофазног мотора са стартним отпором

У таквом кругу, охмички отпор је секвенцијално монтиран на додатно намотавање статора. У овом се случају наматање завоја врши бифиларно, пружајући коефицијент самоиндукције завојнице врло близу нуле.

Услед примене ове две технике, када струје теку кроз различите намоте, долази до фазног помака од око 30 степени, што је сасвим довољно. Разлика у угловима настаје променом сложених отпора у сваком кругу.

Овом методом се и даље може наћи почетни намот са ниском индуктивношћу и повећаним отпором. За то се користи навијање малог броја окрета жице спуштеног пресека.

Спајање једнофазног мотора с покретањем кондензатора

Капацитивни фазни помак струје омогућава вам да створите краткотрајну везу намотаја са серијски повезаним кондензатором. Овај ланац ради само када мотор уђе у режим, а затим се искључи.

Покретање кондензатора ствара највећи обртни момент и већи фактор снаге него код отпорничког или индуктивног начина стартовања. Може достићи вредност од 45 ÷ 50% од номиналне вредности.

У одвојеним круговима додаје се и капацитивност у радни ланац намотаја, који је стално укључен. Због тога се постижу одступања струја у намотима под углом реда π / 2. Истовремено, у статору се снажно примећује помак максималних амплитуда, што омогућава добар обртни момент на вратилу.

Захваљујући овој техници, мотор је способан да ствара више снаге при покретању. Међутим, ова метода се користи само код погона са великим стартом, на пример, за предење бубња веш машине напуњене платном са водом.

Окидач кондензатора омогућава вам промену смера окретања арматуре. Да бисте то учинили, само промените поларитет везе стартног или радног намотаја.

Једнофазни прикључак мотора с подијељеним половима

Асинхрони мотори са малом снагом од око 100 В користе цепање магнетног тока статора због укључивања бакрене калемовине кратког споја у пол магнетног круга.

Изрежена на два дела, такав ступ ствара додатно магнетно поље, које је под углом померено од главног и слаби га на место које покрива завојница. Захваљујући томе ствара се елиптично ротирајуће поље, формирајући момент ротације сталног смера.

У таквим изведбама могу се наћи магнетни шантови направљени од челичних плоча које затварају ивице врхова стубова статора.

Мотори сличног дизајна могу се наћи у вентилационим уређајима за ваздух. Они немају способност преокретања.