Enfas asynkronmotor: hur den fungerar

Själva namnet på denna elektriska enhet indikerar att den elektriska energin som tillförs den omvandlas till rotorns rotationsrörelse. Dessutom karakteriserar adjektivet "asynkron" missanpassningen, fördröjningen av ankarets rotationshastighet från statorns magnetfält.

Ordet "enfas" orsakar en tvetydig definition. Detta beror på det faktum att termen "fas" inom elektrik definierar flera fenomen:

• förskjutning, skillnad mellan vinklar mellan vektorkvantiteter;

• potentiell ledare för två, tre eller fyrtrådiga elektriska AC-kretsar;

• en av stator- eller rotorlindningarna i en trefasmotor eller generator.

Därför klargör vi omedelbart att det är vanligt att anropa en enfas elmotor som fungerar från ett två-tråds växelströmsnät, representerat av en fas- och nollpotential. Antalet lindningar monterade i olika konstruktioner av statorer påverkar inte denna definition.

Motordesign

Enligt dess tekniska anordning består en induktionsmotor av:

1. en stator - en statisk, fast del, gjord av ett hus med olika elektriska element belägna på den;

2. en rotor roterad av krafterna i statorns elektromagnetiska fält.

Den mekaniska anslutningen av dessa två delar görs av rotationslager, vars inre ringar är monterade på de monterade uttagen på rotoraxeln, och de yttre ringarna är monterade i skyddande sidokåp fixerade på statorn.

rötor

Enheten för dessa modeller är densamma som för alla induktionsmotorer: en magnetisk kärna från belastade plattor baserad på mjuka järnlegeringar är monterad på en stålaxel. På dess yttre yta tillverkas spår i vilka lindningsstängerna av aluminium eller koppar är monterade, kortslutna i ändarna till stängningsringarna.

En elektrisk ström induceras i rotorlindningen, som induceras av statorns magnetfält, och magnetkretsen tjänar till att passera det magnetiska flödet som skapas här.

Separata rotorkonstruktioner för enfasmotorer kan vara tillverkade av icke-magnetiska eller ferromagnetiska material i form av en cylinder.

statorn

Statorns design presenteras också:

• huset;

• magnetisk krets;

• lindning.

Huvudsyftet är att generera ett fast eller roterande elektromagnetiskt fält.

Statorlindningen består vanligtvis av två kretsar:

1. arbetare;

2. startapparat.

I de enklaste konstruktionerna, utformade för manuell snurrning av ankaret, kan endast en lindning göras.

Funktionsprincipen för en asynkron enfas elmotor

För att förenkla presentationen av materialet, låt oss föreställa oss att statorns lindning är gjord med endast en slinga. Dess ledningar inuti statorn är fördelade i en cirkel vid 180 vinkelgrader. En växel sinusformad ström passerar genom den med positiva och negativa halvvågor. Det skapar inte ett roterande, utan ett pulserande magnetfält.

Hur magnetfältpulsationer uppstår

Låt oss analysera denna process med hjälp av exemplet med en positiv strömhalvvåg som strömmar vid tidpunkten t1, t2, t3.

Den passerar längs den övre delen av den aktuella vägen mot oss, och längs den nedre delen - från oss. I det vinkelrätt plan som representeras av den magnetiska kretsen, uppträder magnetiska flöden runt ledaren.

Strömmarna som varierar i amplitud vid de betraktade tidpunkten skapar elektromagnetiska fält F1, F2 och F3 med olika storlek. Eftersom strömmen i den övre och nedre halvan är densamma, men spolen är böjd, riktas magnetflödena för varje del i motsatt riktning och förstör varandras verkan.Detta kan bestämmas av regeln om en gimlet eller höger hand.

Som ni ser, med en positiv halvvåg, observeras inte rotation av magnetfältet, utan bara dess krusning sker i de övre och nedre delarna av tråden, som också är inbördes balanserad i magnetkretsen. Samma process inträffar med en negativ sektion av sinusformen, när strömmarna vänder mot riktningen.

Eftersom det inte finns något roterande magnetfält, kommer rotorn också att förbli stationär, eftersom det inte finns några krafter som appliceras på den för att starta rotationen.

Hur rotorrotation skapas i ett pulserande fält

Om du ger rotorn en rotation, även med din hand, kommer den att fortsätta denna rörelse. För att förklara detta fenomen visar vi att det totala magnetfluxet varierar i frekvensen för den nuvarande sinusformen från noll till det maximala värdet i varje halvcykel (med en förändring i riktning) och består av två delar bildade i de övre och nedre grenarna, som visas i figuren.

Statorns magnetiska pulserande fält består av två cirkulära med en amplitud av Fmax / 2 och rör sig i motsatta riktningar med samma frekvens.

npr = nbr = f60 / p = 1.

I denna formel anges:

• npr och nobr rotationsfrekvens för statorns magnetfält i riktningar framåt och bakåt;

• n1 är hastigheten för det roterande magnetiska flödet (r / min);

• p är antalet polpar;

• f är frekvensen för strömmen i statorns lindning.

Nu, med din hand, kommer vi att ge motorn rotation i en riktning, och den kommer omedelbart att ta upp rörelsen på grund av förekomsten av ett vridmoment orsakat av rotorns glidning relativt olika magnetiska flöden i riktningar framåt och bakåt.

Vi antar att magnetflödet i den främre riktningen sammanfaller med rotorns rotation respektive det omvända är motsatt. Om n2 är ankarrotationsfrekvensen i rpm, kan vi skriva uttrycket n2

I det här fallet betecknar vi Spr = (n1-n2) / n1 = S.

Här betecknar indexen S och Spr glidningen av induktionsmotorn och rotorn för det relativa magnetiska flödet i framåtriktningen.

I det omvända flödet uttrycks slippen Sobr med en liknande formel, men med ändringen av tecken n2.

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

I enlighet med lagen om elektromagnetisk induktion, under påverkan av direkta och omvända magnetiska flöden, kommer en elektromotorisk kraft att verka i rotorlindningen, vilket kommer att skapa strömmar i samma riktningar I2pr och I2obr i den.

Deras frekvens (i hertz) kommer att vara direkt proportionell mot glidens storlek.

f2pr = f1 ∙ Spr;

f2sample = f1 ∙ S

Dessutom överstiger frekvensen f2obr som bildas av den inducerade strömmen I2obr signifikant frekvensen f2pr.

Till exempel kör en elektrisk motor på ett 50 Hz nätverk med n1 = 1500 och n2 = 1440 rpm. Rotorn har en glidning i förhållande till det magnetiska flödet i framåtriktningen Spr = 0,04 och strömfrekvensen f2pr = 2 Hz. Den omvända glidningen Sobr = 1,96, och den aktuella frekvensen f2obr = 98 Hz.

Baserat på Ampere-lagen, när nuvarande I2pr och magnetfältet Фпр interagerar, visas ett vridmoment Мпр.

Mpr = cM ∙ Fpr ∙ I2pr ∙ cosφ2pr.

Här beror den ständiga koefficienten SM på motorns konstruktion.

I detta fall verkar det omvända magnetiska flödet Mobr också, vilket beräknas av uttrycket:

Mobr = cM ∙ Phobr ∙ I2obr ∙ cosφ2obr.

Som ett resultat av interaktion mellan dessa två flöden kommer den resulterande att visas:

M = Mpr-Mobr.

Varning! När rotorn roterar, induceras strömmar med olika frekvenser i den, vilket skapar moment av krafter i olika riktningar. Därför kommer motorarmaturen att rotera under inverkan av ett pulserande magnetfält i den riktning från vilket det började rotera.

Vid övervinning av den nominella belastningen med en enfasmotor skapas en liten slip med huvudandelen av direktmomentet Mpr. Motverkningen av det hämmande, omvända magnetfältet MOBR har en mycket liten effekt på grund av skillnaden i frekvenserna för strömmarna i framåt- och bakåtriktningen.

f2obr i den omvända strömmen överstiger signifikant f2pr, och den inducerade induktansen X2obr överstiger kraftigt den aktiva komponenten och ger en stor avmagnetiserande effekt av det omvända magnetiska flödet Fobr, vilket slutligen minskar.

Eftersom effektfaktorn för motorn under last är liten kan det omvända magnetfluxet inte ha någon stark effekt på den roterande rotorn.

När en fas av nätverket appliceras på en motor med en fast rotor (n2 = 0), är glidningen, både framåt och bakåt, lika med enhet, och magnetfält och krafter för fram- och bakåtströmningar är balanserade och rotation inträffar inte. Därför är det från tillförseln av en fas omöjligt att lossa motorarmaturen.

Hur du snabbt bestämmer motorvarvtalet:

Hur rotorrotation skapas i en enfas asynkronmotor

Följande designlösningar har utvecklats under hela historien om drift av sådana enheter:

1. manuell avrullning av axeln med en hand eller sladd;

2. användning av en extra lindning ansluten under uppstart på grund av ohmiskt, kapacitivt eller induktivt motstånd;

3. delning med en kortsluten magnetisk spole i statorns magnetkrets.

Den första metoden användes i den första utvecklingen och började inte tillämpas i framtiden på grund av de möjliga riskerna för skador vid start, även om den inte kräver ytterligare kedjor.

Applicering av fasväxlande lindning i stator

För att ge den första rotationen av rotorn till statorns lindning, vid uppstartstillfället, är en extra hjälpanslutning ansluten, men endast 90 grader skiftade i vinkel. Det utförs med en tjockare tråd för att passera fler strömmar än strömmar i den fungerande.

Anslutningsdiagrammet för en sådan motor visas i bilden till höger.

Här används PNVS-typknappen för att slå på, som speciellt skapades för sådana motorer och användes i stor utsträckning vid drift av tvättmaskiner tillverkade i Sovjetunionen. Denna knapp slår omedelbart på 3 kontakter på ett sådant sätt att de två extrema, efter att ha tryckts och släppts, förblir fixerade i tillstånd, och den mittersta stängs kort och återgår sedan till sitt ursprungliga läge under fjäderens handlande.

Stängda extrema kontakter kan kopplas bort genom att trycka på den intilliggande stoppknappen.

Förutom tryckknappen används följande i automatiskt läge för att inaktivera den extra lindningen:

1. centrifugalomkopplare;

2. Differens- eller strömreläer;

3. mekaniska timrar.

För att förbättra motorstart under belastning används ytterligare element i fasförskjutningslindningen.

Anslutning av enfasmotor med startmotstånd

I en sådan krets är ohmiskt motstånd sekventiellt monterat på statorns ytterligare lindning. I detta fall utförs lindningen av svängarna på ett biffilar sätt, vilket ger en självinduktionskoefficient av spolen mycket nära noll.

På grund av implementeringen av dessa två metoder, när strömmar flyter genom olika lindningar, sker en fasförskjutning på cirka 30 grader mellan dem, vilket är tillräckligt. Skillnaden i vinklar skapas genom att ändra de komplexa motstånden i varje krets.

Med denna metod kan man fortfarande hitta en startlindning med låg induktans och ökat motstånd. För detta används lindning med ett litet antal varv av en tråd med sänkt tvärsnitt.

Anslutning av enfasmotor med kondensatorstart

Den kapacitiva fasströmförskjutningen låter dig skapa en kortvarig anslutning av lindningen med en seriekopplad kondensator. Denna kedja fungerar endast när motorn går in i läget och stängs sedan av.

Kondensatorstart skapar det högsta vridmomentet och en högre effektfaktor än med en resistiv eller induktiv startmetod. Den kan nå ett värde på 45 ÷ 50% av det nominella värdet.

I separata kretsar läggs också en kapacitans till den fungerande lindningskedjan, som ständigt är på. På grund av detta uppnås avvikelser av strömmar i lindningarna med en vinkel i storleksordningen π / 2. Samtidigt märks en förskjutning av maximala amplituder i statorn, vilket ger bra vridmoment på axeln.

På grund av denna teknik kan motorn generera mer kraft vid uppstart. Denna metod används emellertid endast med tungstartade enheter, till exempel för att snurra trumman på en tvättmaskin fylld med linne med vatten.

Kondensatorutlösare gör att du kan ändra ankarets rotationsriktning. För att göra detta, ändra bara polariteten för anslutningen till start- eller arbetslindningen.

Split Pole motoranslutning med en fas

Asynkronmotorer med en liten effekt på cirka 100 W använder uppdelning av statorns magnetiska flöde på grund av införandet av en kortsluten kopparspole i magnetkretspolen.

Skuren i två delar, en sådan pol skapar ett ytterligare magnetfält, som förskjuts från den huvudsakliga i vinkel och försvagar det på den plats som täcks av spolen. På grund av detta skapas ett elliptiskt roterande fält som bildar ett rotationsmoment av en konstant riktning.

I sådana utföranden kan man hitta magnetiska shunts gjorda av stålplattor som stänger kanterna på statorns spetsar.

Motorer med liknande konstruktioner finns i ventilationsanordningar för luftblåsning. De har inte förmågan att vända.