Как работает однофазный асинхронный двигатель

Устройство и принцип работы однофазного асинхронного двигателя

Однофазный асинхронный двигатель — маломощный механизм до 10 кВт. Однако благодаря своей компактности и особенностями действия, его использование очень большое.

Сфера применения: бытовые приборы с однофазным током. Однофазные асинхронные электродвигатели применяются для холодильников, центрифуг, стиральных машин. Часто используется для маломощных вентиляторов.

Приборы с одной фазой используются и в промышленности, но не так часто, как многофазные агрегаты.

Устройство и схема подключения АД

Устройство однофазного асинхронного двигателя

Интересно! Трехфазный асинхронный двигатель можно использовать для работы в однофазном режиме. Предварительно необходимо провести расчет.

У статора две электрообмотки. Одна из них рабочая, которая является основной. Вторая пусковая и нужна, чтобы осуществлять пуск устройства. Отличие однофазовых моторов — отсутствие момента впуска. Ротор напоминает беличью клетку по структуре.Ток одной фазы производит магнитное поле. Оно состоит из двух полей. Включая устройство, ротор двигателя неподвижен.

Схема подключения обмоток однофазного двигателя

Расчет результирующего момента при неподвижном роторе лежит в основе магнитных полей образующих два вращающихся момента.

Противоположные моменты обозначаются М.

n – частота вращения

Характеристики асинхронного однофазного двигателя

Если неподвижную часть задействовать, тогда наступит вращающий момент. Из-за его недоступности при запуске, двигатели оборудованы дополнительным пусковым устройством.

Отличие однофазных асинхронных двигателей от трёхфазных — особенности статора. Пазы имеютдвухфазовую обмотку. Одна будет основной или рабочей, а вторая именуется пусковой.

Магнитные оси находятся по отношению друг к другу на 90 градусов. Включенная рабочая фаза не вызывает вращение ротора по причине неподвижной оси магнитного поля.

Существуют специальные программы для расчета обмоток статора.

Типы однофазных моторов

Различают бифилярный и конденсаторный механизм.

  1. Бифилярный пуск

Бифилярная обмотка не используется при постоянном режиме. Иначе значение КПД снижается. Набирая обороты, она обрывается. Обмотка пуска включается на несколько секунд. Расчет работы по 3 секунды до 30 раз в 60 минут. Превышение запусков могут привести к перегреву витков.

  1. Конденсаторный пуск

Фаза расщепленная, цепь вспомогательной обмотки включается во время запуска. Для достижения пускового момента необходимо создать круговое магнитное поле. Использование конденсатора обеспечивает лучший пусковой момент. Двигатели с включенными конденсаторами в цепи являются конденсаторными. Работают на основе вращения поля магнитов. У конденсаторного устройства две катушки, которые всегда под напряжением.

Принцип работы

В основе принципа действия находится короткозамкнутый ротор. Магнитное поле представлено в виде двух кругов с противоположными последовательностями, то есть поля вращаются в разные стороны, но с одинаковой скоростью.Если ротор предварительно разогнать в нужную сторону, то он продолжит вращение в ту же сторону.

Поэтому запускают однофазный АД, нажав кнопку пуска. При этом вызывается возбуждение в статоре. Токи активируют магнитное поле вращаться, а в воздушном зазоре возникает магнитная индукция. За несколько секунд разгон ротора равняется номинальной скорости.

Отпуская кнопку впуска, двигатель переходит с режима двух фаз на одну фазу. Однофазовый режим поддерживается составляющей переменного поля магнитов, которая вращается быстрее ротора из-за скольжения.

Схема центробежного выключателя

Для улучшения работы однофазного АД встраивается центробежный выключатель и реле с размыкающими контактами.

Центробежный выключатель прерывает пуск статорной обмотки на автомате, если скорость ротора номинальная. А тепловое реле отключает двухфазную обмотку от сети при их перегреве.

Изменение направления роторного вращения получается при перемене направления тока в любой из фаз обмотки при запуске. Достигается это нажатием пусковой кнопки и перестановки двух или одной металлических пластин.

Чтобы образовался фазовый сдвиг необходимо добавить в цепь резистор, дроссель иди конденсатор. Все они являются фазозаменяющими элементами.

Во время запуска двигателя работает две фазы, а далее одна.

  • большая двигательная способность благодаря неимению коллектора,
  • небольшой размер и масса,
  • недорогая стоимость в сравнении с многофазными,
  • питание от синусоидальной сети,
  • простая конструкция из-за короткозамкнутого ротора.
  • отсутствие или малый пусковой момент, а также низкий коэффициент полезного действия,
  • узкий диапазон регулировки частоты вращения.

Совет! Чтобы приобрести качественный однофазный мотор, выбирайте надежного производителя. Например, АИРЕ, Siemens, Emod. Проверяйте наличие документов.

Стоимость однофазного асинхронного двигателя зависит от его мощности. Средняя цена варьирует от 2,5 тысячи рублей до 9 тысяч.Приобрести однофазовые асинхронные двигатели можно в магазинах или в интернете.

При правильном расчете и принципе действия, однофазный асинхронный двигатель будет служить долго и эффективно.

Однофазный асинхронный двигатель: устройство и принцип действия

Двигатель однофазный функционирует за счёт переменчивого электротока и подключается к сети с одной фазой. Линия должна иметь напряжённость 220 В и частоту 50 Гц.

Выпускаются модификации с мощностью от 5 Вт — 10 кВт.

Электромоторы этого вида находят применение в маломощных аппаратах:

  • Устройство однофазного двигателя
  • Разновидности и применение
  • Схема запуска
  • Работа механизма
    • Подключение мотора с пусковым противодействием
    • Подключение двигателя с конденсаторным пуском
  • Контроль функциональности
  • бытовой технике;
  • вентиляторах;
  • насосах;
  • станках и т. п.

Значения КПД, силы и отправного момента у однофазных двигателей значительно ниже, нежели у трехфазных приборов тех же объёмов. Перегрузочная способность, кроме того, больше у моторов с 3 фазами. Таким образом, мощность однофазного приспособления не превосходит 70% силы трехфазного того же объёма.

Устройство однофазного двигателя

По сути, имеет 2 фазы, однако, работу осуществляет лишь один из них, по этой причине двигатель именуют однофазным. Как и все без исключения электромашины, однофазный двигатель складывается из 2 элементов: неподвижной (статор) и мобильной (ротор). Предполагает собой асинхронный электромотор, неподвижной частью которого является одна основная работающая обмотка, подключаемая к источнику переменного тока. К мощным граням двигателя этого вида можно причислить несложность системы, представляющую собой ротор с замкнутой обмоткой. К минусам — низкие значения отправного момента и КПД.

Главный недостаток однофазного тока — невозможность генерации им магнитного поля, исполняющего вращение. По этой причине однофазный электромотор не запустится сам при подсоединении к сети.

В теории электромашин функционирует принцип: чтобы появилось магнитное поле, крутящее ротор, в статоре должно быть 2 обмотки (фазы). Необходимо, кроме того, смещение одной обмотки на определённый ракурс относительно другой.

В период работы совершается обтекание обмоток неустойчивыми электрическими полями:

  1. В неподвижном месте однофазного двигателя находится так именуемая отправная электрообмотка. Она смещена на 90 градусов по отношению к основной рабочей.
  2. Сдвиг токов можно приобрести, включив в цепь фазосдвигающий элемент. Для этого могут применяться активные резисторы, катушки индукции и конденсаторы.
  3. В качестве основы для статоров и роторов применяется электротехническая сталь — 2212.

Неверно называть монофазными такие электродвигатели, которые по собственному строению считаются 2- и 3-фазными, однако, подсоединяются к однофазному источнику посредством методик согласования (конденсаторные электромоторы). Эти две фазы таких приборов считаются рабочими и включены все время.

Разновидности и применение

Моторы однофазные 220 В обширно применяются в разнообразном промышленном и бытовом оснащении.

Существуют 2 наиболее востребованных разновидности данных приборов:

  1. Коллекторные.
  2. Асинхронные.

Последние по собственной конструкции наиболее просты, но обладают рядом недочётов, из числа которых можно выделить трудности с переменой частоты и направления верчения ротора. Мощность этого мотора зависит от конструктивных отличительных черт и может колебаться от 5 до 10 кВт. Его ротор предполагает короткозамкнутую обмотку — алюминиевые или медные стержни, которые замкнуты с торцов.

Как правило, электромотор асинхронный однофазный снабжён 2-мя смещёнными на 90 ° друг к другу обмотками. При этом основная обмотка захватывает существенную часть пазов, а дополнительная (пусковая) захватывает оставшийся участок. Своё наименование электродвигатель асинхронный приобрёл лишь потому, что он содержит только лишь одну рабочую обмотку.

Протекающий по основной обмотке переменный электроток формирует магнитное меняющееся поле. Оно складывается из 2 слоёв равной амплитуды, вращение которых совершается навстречу друг другу. По закону индукции, изменяющийся в закрытых витках электромагнитный поток в роторах образует индукционный ток, который действует с полем, порождающим его. В случае если ротор в неподвижном состоянии, моменты сил на него равны и в результате он остаётся недвижимым.

При вращении ротора нарушится равенство момента сил, таким образом, движение его витков по отношению к крутящимся магнитным полям будет разным. Таким образом, функционирующая на роторные витки от непосредственного магнитного поля сила Ампера будет значительно больше, чем с края противоположного поля.

Схема запуска

В витках ротора индуктивный электроток может появляться только вследствие пересечения ими насильственных направлений магнитного поля. Их вращение должно реализоваться с быстротой чуть менее частоты верчения поля. Непосредственно отсюда и вышло название — асинхронный электродвигатель. Вследствие повышения механической перегрузки уменьшается быстрота верчения, увеличивается индуктивный электроток в роторных витках. А кроме того, увеличивается механическая мощность мотора и переменного тока, который он употребляет.

Принцип действия:

  1. Благодаря току появляется импульсное магнитное поле в статоре электромотора. Это поле возможно рассматривать как 2 различных поля, которые вращаются разнонаправленно и имеют похожие амплитуды и частоты.
  2. Если ротор располагается в неподвижном состоянии, данные поля приводят к появлению одинаковых по модулю, но разнонаправленных факторов.
  3. Если у двигателя отсутствуют особые начальные механизмы, в этом случае при старте результирующий момент станет равный нулю, а, следовательно — двигатель не будет вертеться.
  4. Если же ротор приведён в обращение в любую сторону, в таком случае соответствующий момент приступает доминировать, а следовательно, ось двигателя продолжит вертеться в определённом направлении.

Пуск выполняется магнитным полем, что крутит мобильную часть двигателя. Оно формируется 2 обмотками: основной и дополнительной. Заключительная обмотка имеет минимальный объем и считается пусковой. Она подключается к главной электрической сети через имеющуюся ёмкость или индуктивность. Подсоединение осуществляется только лишь в период запуска. В моторах с невысокой мощностью отправная фаза замкнута накоротко.

Запуск мотора осуществляют удержанием пусковой клавиши на несколько секунд, вследствие чего совершается разгон ротора. В период отпускания пусковой клавиши электродвигатель с двухфазного режима передаётся в однофазовый режим и его работа удерживается нужной компонентой переменчивого магнитного поля.

Отправная фаза рассчитана на временную работу — как правило, до 3 с. Более продолжительное время пребывания под нагрузкой может послужить причиной к перегреву, возгоранию изоляции и неисправности приспособления. Поэтому немаловажно своевременно освободить пусковую клавишу. С целью увеличения надёжности в корпус двигателей встраивают центробежный коммутатор и термическое реле.

Роль центробежного выключателя состоит в выключении пусковой фазы, если ротор наберёт скорость. Это происходит автоматом — без вмешательства. Тепловое реле отключает фазы обмотки, если они нагреваются свыше допустимого.

Работа механизма

Для работы устройства необходима 1 фаза с усилием 220 В. Это значит, что подсоединить его можно в домашнюю розетку. Непосредственно в этом причина известности двигателя среди населения. В абсолютно всех домашних устройствах, от соковыжималки до шлифующей машины, установлены механизмы такого типа.

Имеется 2 вида электромоторов: с пусковой обмоткой и с конденсатором.

  1. В первом виде приборов отправная обмотка функционирует с помощью конденсатора только в период старта. Уже после достижения техникой обычной скорости она выключается, и деятельность продолжается с 1 обмоткой.
  2. Во втором случае для двигателей с рабочим конденсатором, дополнительная электрообмотка подключена через конденсатор все время.

Электродвигатель может быть взят с одного устройства и включён к другому. К примеру, надёжный однофазный двигатель от стиральной машины либо пылесоса может применяться для работы газонокосилки, станка и т. д.

Схема подключения однофазного асинхронного двигателя:

  1. В 1 схеме работа запускающей обмотки производится с помощью конденсатора и только лишь в период пуска.
  2. 2 модель также учитывает временное подсоединение, но оно совершается через сопротивление, а не через холодильник.
  3. 3 модель считается наиболее популярной. В рамках этой схемы холодильник постоянно подключен к источнику электричества, а не только лишь в период старта.

Подключение мотора с пусковым противодействием

Дополнительная обмотка подобных приборов имеет высокое интенсивное противодействие. Для пуска электромашины этого вида может быть применён пусковой резистор. Его необходимо поочерёдно подсоединить к пусковой обмотке. Подобным способом можно приобрести сдвиг фаз в 30° меж токами обмоток, чего станет абсолютно достаточно для старта приспособления.

Помимо этого, сдвиг фаз может быть приобретён посредством применения пусковой фазы с огромным значением противодействия и наименьшей индуктивностью. У такого рода обмотки меньшее число витков и тоньше кабель.

Подключение двигателя с конденсаторным пуском

У этих электромашин отправная цепь включает конденсатор и вводится только лишь в период старта.

Для свершения наибольшего значения отправного момента необходимо циркулярное магнитное поле, что осуществляет оборот. Для того чтобы оно появилось, токи обмоток должны быть направлены на 90° друг к другу. Подобные фазосдвигающие компоненты, как резистор и дроссель, не гарантируют нужный сдвиг фаз. Только лишь вовлечение в цепь конденсатора даёт возможность приобрести сдвиг фаз 90°, если верно выбрать ёмкость.

Определить нужные провода и то, к какой обмотке они причисляются, можно посредством замера противодействия. У рабочей обмотки значение противодействия постоянно меньше (12 Ом), чем у пусковой обмотки (30 Ом). В соответствии с этим сечение провода основной обмотки больше, чем у пусковой.

Конденсатор подбирается согласно употребляемому двигателем току. К примеру, в случае если ток равен 1,4 А, то нужен конденсатор 6 мкФ.

Контроль функциональности

Ниже перечислены все дефекты, говорящие о вероятных проблемах с мотором, их причиной могла быть некорректная эксплуатация либо перегруженность:

  1. Неисправная опора или монтажные щели.
  2. В середине двигателя потемнела окраска (показывает на перегрев).
  3. Через щели в корпусе внутрь аппарата втянуты сторонние вещества.

Чтобы проконтролировать функциональность двигателя, необходимо включить его сначала на 1 минуту, а потом предоставить потрудиться приблизительно 15 минут.

Если уже после этого мотор окажется тёплым, то:

  • вероятно, подшипники загрязнились, зажались либо попросту износились;
  • причина может быть в очень повышенной ёмкости конденсатора.

Отключите конденсатор и опустите мотор вручную: в случае если он прекратит прогреваться — следует сократить конденсаторную ёмкость.

Онлайн помощник домашнего мастера

Однофазный электродвигатель: основные виды, принцип работы и инструкция по подключению и настройке. Обзор лучших производителей!

Современный технический прогресс не стоит на месте. Появляются всё более сложные и совершенные устройства, применяемые в быту и на производстве.

Появлению однофазных двигателей способствовала необходимость адаптации электрооборудования к часто используемой, наиболее доступной сети в 220 Вольт, обладающей значительно меньшей мощностью.

Бытовая техника, вентиляторы и насосы оснащены такого вида электромоторами. По техническим характеристикам, КПД они значительно уступают трехфазным. Тем не менее способность их к перегрузке значительно ниже, что обуславливает большую надежность в эксплуатации.

Краткое содержимое статьи:

Как устроен однофазный электродвигатель

Конструктивно электромотор, рассчитанный на применение в бытовых, не промышленных масштабах, мало чем отличается от своих “собратьев” (разве что размером), имеет те же элементы:

  • Корпус;
  • Статор (обмотки + сердечник);
  • Ротор;
  • Вал со шпоночными канавками спереди и под вентилятор сзади;
  • Герметичные крышки с подшипниками;
  • Клеммная коробка.
  • Индукционное устройство для запуска.

Ротор имеет короткозамкнутые витки. Как и сердечник статора, его корпус сделан из электротехнической стали высокого качества.

Рассматривая фото, можно заметить, что коллекторный однофазный электродвигатель отличается от асинхронного прямоугольной формой корпуса, наличием графитно-медных щеток.

Токоприемник, расположенный на валу скрыт кожухом. Поэтому идентифицировать, что это электромотор иного типа можно по щеткам, которые видны и прижаты к кольцам коллектора пружинами.

Строение его немного отличается от обычного асинхронного однофазного двигателя. Принцип работы – также. Напряжение подается на щетки, а через них – на якорь, который вращает вал в подшипниках. В асинхронных – наоборот: магнитное поле статора вращает ротор!

Скорость вращения можно регулировать при помощи специального устройства – реостата. В то время как асинхронный двигатель работает в пределах максимальных оборотов, которые трудно, порою невозможно, плавно, без рывков, контролировать – уменьшать, увеличивать после разгонки.

Классификация

Первоначально все электродвигатели, независимо от их типа, подразделяют по:

  • Особенностям конструкции (исполнению): асинхронные и коллекторные;
  • Способу установки;
  • Классу защиты.

Однофазные электродвигатели, подключаемые в сеть переменного тока с напряжением 220В разделяют на следующие основные типы:

  • CSIR, для пуска задействуется конденсатор. Работает через обмотку индуктивности;
  • CSCR. Запускается и работает через конденсатор;
  • RSIR. Для запуска используется реостат;
  • PSC. Присутствует постоянное разделение емкости.

Такие электромоторы также называют индукционными. Их существенный недостаток – недостаточное число оборотов (скорость), обусловленное малой мощностью.

Изобретение однофазных коллекторных двигателей, способных выдерживать существенную нагрузку, давать высокий крутящийся момент при запуске, регулировать скорость вращения и количество оборотов, нашло широкое применение и использование в качестве электропривода к стиральной машине, пылесосу и различному электроинструменту, которым необходима хорошая мощность для нормальной работы.

Высокий шум, искрение при соприкосновении графитных щеток с кольцами коллектора, постоянная чистка токосъемника – существенные их недостатки.

Ко всему прочему, необходимо периодически проверять степень прилегаемости контактов для нормальной работы двигателя, чистить и заменять неисправные.

Запуск

Однофазный ток неспособен создать вихревое магнитное поле. Для этого нужны две обмотки, одна из которых смещена относительно другой. Поэтому запустить электромотор просто подключением его к сети 220 В не получится.

Нужен первоначальный толчок. Можно, конечно, механически раскрутить вал и включить. Но не нужно. Всё происходит автоматически с помощью специальных конструктивных особенностей, позволяющих включить в цепь фазосдвигающие устройства емкостного или индуктивного типа.

Двигатель по-факту имеет две фазы, одна из которых – пусковая, другая – рабочая.

Обмотка, дающая первоначальный толчок, расположена на неподвижной части агрегата и смещена относительно другой на девяносто градусов, что позволяет запустить рабочую обмотку и создать полноценное вихревое электромагнитное поле в статоре, вращающее вал с насаженным на него ротором.

Существует определенная схема подключения и запуска однофазного электродвигателя:

  • Магнитное поле, вращающее ротор (якорь), создается главной и дополнительной обмотками;
  • Чтобы двигатель начал работать, нужно удерживать кнопку пуска до тех пор, пока не разгонится ротор;
  • В это время электромотор работает в двухфазном режиме.
  • Важно не удерживать долго пусковой механизм (сразу отжать, как запустился ротор), чтобы обмотка возбуждения не перегрелась от долгого пребывания под нагрузкой.

Для защиты двигателя от перегрева и несвоевременного отключения напряжения на пусковую обмотку, используется теплореле и центробежный выключатель. Они обесточивают всю электроустановку, когда она перегревается или одну из фаз, когда ротор – разогнался, и необходимость в подаче напряжения – отсутствует.

Как подключить

Подключить однофазный электродвигатель можно в розетку с помощью специальных разъемов – штепсельной вилки. Нужно чтобы было напряжение 220 – 240 В и частота тока 50 Гц. Независимо от того какое это устройство – соковыжималка, миксер, электромясорубка или пылесос, разъемы подключаемого электроприбора и розетки – всегда совпадают!

Электродвигатель можно запустить с помощью правильно подобранного по емкости конденсатора, подсоединенного к пусковой обмотке, либо с помощью резистора.

Обычно все это уже предусмотрено в конструкции. Достаточно «всунуть вилку в розетку» и нажать кнопку «старт».

При этом, пусковой механизм может работать как кратковременно, так и быть постоянно включенным в цепь.

Таким образом, выбирая целенаправленно “моторчик” для однофазной сети важно правильно его запустить. Бытовые приборы уже имеют необходимые параметры настройки, достаточно просто нажать кнопку. В остальных случаях – нужно правильно подобрать пусковое устройство, чтобы запустился двигатель и выполнял свои поставленные задачи.

Однофазные асинхронные двигатели на службе человечества

Никто глубоко не задумывался о том, как бы жили люди без такого изобретения, как электродвигатель асинхронный однофазный. Казалось бы, что такое умное слово никого не касается и витает где-то в заоблачной дали. Но этот большой помощник в быту встречается на каждом шагу.

Скажите, как можно обходиться без холодильника или пылесоса. А ведь не будь двигателя, всего этого не было бы сейчас. Предлагаем в статье узнать все подробности об этом устройстве, а дочитавшим до конца будет бонус в виде полезного справочника по асинхронным двигателям

История возникновения

Более 60 лет понадобилось многим ученым, пока однофазный асинхронный двигатель начал покорять просторы земного шара. Началось все с 1820-х годов, когда Джозеф Генри и Майкл Фарадей – открыли явления индукции и начали первые эксперименты.

В 1889-1891годах русский электротехник, поляк по происхождению, Михаил Осипович Доливо-Добровольский придумал ротор в виде “беличьей клетки”. К этому изобретению его подтолкнул доклад Феррариса «О вращающемся магнитном поле». С началом ХХ века пришло широкое внедрение электромеханических устройств.

Применение однофазных асинхронных двигателей

Известно, что однофазные двигатели уступают трехфазным по некоторым характеристикам. Однофазные моторы имеют в основном бытовое назначение:

  • пылесосы;
  • вентиляторы;
  • электронасосы;
  • холодильники;
  • машины для переработки сырья.

Для того, чтобы выполнить подключение асинхронного двигателя нужна однофазная сеть переменного тока. Такие двигатели работают при напряжении 220 Вольт и частоте 50 Гц. Прилагательное «асинхронный» указывает на то, что скорость вращения якоря отстает от магнитного поля статора.
Однофазные двигатели имеют две независимых цепи, но работают они в основном на одной, отсюда и название. Основные части двигателя:

  1. Статор (неподвижный элемент).
  2. Ротор (вращающаяся часть).
  3. Механическое соединение этих двух частей.
  4. Поворотные подшипники.

Соединение состоит из внутренних колец, установленных на закрепленных втулках вала ротора, наружных колец в защитных боковых крышках, прикрепленных к статору.

Для запуска однофазного асинхронного двигателя с пусковой обмоткой установлена ​​другая катушка. Обмотка стартера установлена ​​со смещением от рабочей катушки на 900 С. Для создания сдвига тока, в цепи однофазного двигателя имеется схема сдвига фаз. Сдвиг можно получить при помощи различных элементов. Это могут быть:

  1. Активное сопротивление.
  2. Емкостное.
  3. Индуктивное.

В видео, представленном ниже, показан принцип работы однофазных асинхронных двигателей.

Принцип действия

Обмотки статора при помощи переменного тока образуют магнитные поля. Они имеют одинаковую амплитуду и частоту, но действуют в разных направлениях, поэтому статический ротор начинает вращаться.

Если в двигателе отсутствует пусковой механизм, ротор останавливается, потому что результирующий крутящий момент равен нулю. В случае, когда ротор начинает вращаться в одном направлении, соответствующий крутящий момент становится выше, когда вал двигателя продолжает вращаться в заданном направлении.

Момент запуска

Сигналом к запуску становится магнитное поле двух обмоток, вращающее подвижную часть двигателя. Оно создается 2 обмотками: главной и пусковой. Дополнительная обмотка меньшего размера является пусковой и подключается к основной схеме включения однофазного двигателя через ёмкостное или индуктивное сопротивление.

Пусковая обмотка может работать кратковременно. Более длительное время нахождения под нагрузкой может вызвать перегревание и воспламенение изолирующих элементов, что приведет к выходу из строя.

Надежность повышается за счет встраивания в схему однофазного асинхронного двигателя таких элементов как тепловое реле и центробежный выключатель. Последний отключает пусковую фазу в тот момент, когда ротор разгоняется до номинальной скорости. Отключение происходит автоматически.

Работа реле происходит следующим образом: когда обмотки нагреваются до предельного значения, установленного на реле, механизм прерывает подачу питания на обе фазы, предотвращая отказ из-за перегрузки или по любой другой причине. Это защищает от возгорания.

Возможно, вам будет интересно также почитать все, что нужно знать о шаговых электродвигателях в другой нашей статье.

Варианты подключения

Для того, чтобы мотор заработал необходимо иметь одну 220-вольтовую фазу. Это значит, что подойдет любая стандартная розетка. Благодаря этой простоте двигатели завоевали популярность в быту. Любой прибор, начиная от стиральной машины и до соковыжималки, имеет подобные механизмы в своем составе.

Известны два типа однофазных двигателей в зависимости от способа подключения:

  1. Однофазный асинхронный двигатель с пусковой обмоткой.
  2. Однофазный двигатель с конденсатором.

Схема подключения однофазного асинхронного двигателя с помощью конденсаторов изображена на рисунке.

Схема содержит пусковую обмотку с конденсатором. После ускорения ротора происходит выключение катушки. Рабочий конденсатор не позволяет размыкаться пусковой цепи, и запускающая обмотка работает через конденсатор в постоянном режиме.

Одновременно с рабочей обмоткой пусковая катушка снабжена током через конденсатор. При использовании в режиме пуска у катушки более высокое активное сопротивление. Фазовый сдвиг при этом имеет достаточную величину, чтобы началось вращение.

Допускается брать пусковую обмотку, с меньшей индуктивностью и большим сопротивлением. Запуск конденсатора осуществляется при подключении его к пусковой обмотке и временному источнику питания.

Чтобы достичь максимального значения пускового момента требуется вращающееся магнитное поле. Для этого нужно добиться положения обмоток под углом 900. При правильно рассчитанной емкости конденсатора обмотки могут быть смещены на 900 градусов. Расчет однофазного асинхронного двигателя зависит от схем подключения, которые приведены ниже.

Различные варианты подключения:

  • временное включение электрического тока на стартовую обмотку через конденсатор;
  • подача на пусковое устройство через резистор, без конденсатора;
  • запуск через конденсатор на пусковую обмотку постоянно, одновременно с работой рабочей обмотки.

Расчет проводной принадлежности

Для расчета проводов, соединяющих рабочую и пусковую обмотки, понадобится омметр. Измеряется сопротивление обмоток. R рабочей обмотки должно быть ниже, чем у стартера. Например, если измерения составили 12 Ом для одной обмотки и 30 Ом для другой, то сработают обе. У рабочей обмотки поперечное сечение больше, чем у выходной.

Выбор емкости конденсатора

Чтобы определить емкость конденсатора, необходимо знать ток потребления электродвигателя. Если ток 1,4 А, то понадобится конденсатор емкостью 6 микрофарад. Также можно ориентироваться на таблицу расчета емкости конденсатора, приведенную ниже.

Проверка работоспособности

Тестирование начинается с визуального осмотра. Возможные неисправности:

  1. Если опорная часть на устройстве была сломана, это может привести к неисправностям.
  2. При потемнении корпуса в средней части идет перегрев. Бывает попадание в корпус различных посторонних предметов, это способствует перегреванию. При износе и загрязнении подшипников возможен перегрев.
  3. Когда однофазный электродвигатель на 220 вольт имеет в схеме подключения конденсатор увеличенного размера, он начинает перегреваться.

Запустить двигатель минут на пятнадцать, а затем проверить, не прогрелся ли он. Если двигатель не греется, причиной являлась увеличенная емкость конденсатора. Необходимо установить конденсатор, имеющий меньшую емкость.

Для лучшего понимания механизма работы двигателей, рекомендуем также подробнее прочитать, что такое трехфазный двигатель и как он работает.

Достоинства и недостатки

Основными плюсами являются:

  • простота конструкции;
  • повсеместная доступность однофазных сетей переменного тока 220 В при частоте 50 Гц (практически во всех районах).

К минусам можно отнести следующие обстоятельства:

  • невысокий пусковой момент двигателя;
  • низкая эффективность.

Заключение

Маломощные однофазные электродвигатели выпускаются в разной модификации и для разного назначения. Перед приобретением необходимо точно знать некоторые характеристики. Подробно с устройством данного типа двигателей можно ознакомиться, скачав книгу Алиева И. И. Асинхронные двигатели в трехфазном и однофазном режимах.

Российские производители предлагают некоторые серии устройств, имеющие мощность от 18 до 600 Вт, частоту вращения 3000 и 1500 об/мин. Все они предназначены для подключения в сеть с напряжением 127, 220 или 380 Вольт и частотой 50 Гц.

Однофазный асинхронный двигатель

В различных бытовых и промышленных приборах широкое распространение получил однофазный асинхронный двигатель малой мощности.

Однофазный асинхронный двигатель имеет на статоре рабочую обмотку, подключаемую к однофазной сети переменного тока, и вспомогательную (пусковую), которая чаще всего соединяется с однофазной сетью переменного тока кратковременно только в период пуска двигателя. Роторная обмотка, как правило, выполняется короткозамкнутой в виде беличьей клетки. (В качестве однофазного асинхронного двигателя может быть использован трехфазный двигатель с отсоединенной одной из фаз статора. Мощность, развиваемая таким электродвигателем при однофазном включении, составляет 50—60% номинальной мощности двигателя при трехфазной схеме включения.)

Отличительной особенностью однофазных двигателей от трехфазных является создание статором не вращающегося, а пульсирующего поля и пульсирующей МДС. Это пульсирующее магнитное поле может быть условно разложено на два круговых поля, вращающихся в противоположные стороны с одинаковой скоростью. Амплитуда каждого из этих полей равна половине амплитуды пульсирующего поля Ф/2 (рис. 29,а).

Рис. 29. Принцип работы однофазного асинхронного двигателя

Чтобы лучше понять, как работает однофазный асинхронный двигатель , его можно заменить двумя одинаковыми трехфазными двигателями, роторы которых закреплены на одном валу, а обмотки статора а1, b1, c1 и а2, b2, с2 соединены последовательно с различным порядком следования фаз. Создаваемые ими магнитные поля при этом вращаются в противоположные стороны с одинаковыми амплитудами, равными Ф/2, и частотами вращения n1 (рис. 29,б). В свою очередь эти два двигателя можно заменить одним, имеющим на статоре две последовательно соединенные трехфазные обмотки с различным чередованием фаз и общий ротор, как показано на рис. 29,в.

В рассматриваемых случаях индуктируемые в обмотках ротора с помощью двух вращающихся полей статора токи вступают во взаимодействие с этими полями и создают при неподвижном двигателе равные и взаимно противоположные электромагнитные моменты М1, М2 (рис. 30). При этом начальный результирующий суммарный момент М равен нулю, и однофазный электродвигатель при таком конструктивном исполнении и схеме соединения не может тронуться с места, даже в случае отсутствия тормозного момента на валу, т. е. пусковой момент однофазного асинхронного электродвигателя равен нулю.

При вращении ротора в каком-либо направлении одна из вращающихся МДС перемещается в том же направлении, что и ротор. Она обеспечивает тот же характер изменения момента на валу M1 в зависимости от скольжения s, что и в трехфазном асинхронном двигателе, т. е. при разгоне двигателя, когда скольжение s уменьшается, момент M1 возрастает до некоторого значения Мmax, а при s=0 становится равным нулю. В то же время вращающаяся в обратном направлении относительно ротора МДС создает электромагнитный тормозной момент. При этом в роторе наводятся токи повышенной частоты, что обусловливает увеличение индуктивного сопротивления ротора. Соответственно момент М2, создаваемый обратновращающейся МДС, снижается от некоторой величины Мmax и т. д.

Результирующий момент M=M1—М2, направленный в сторону вращения ротора, считается положительным (на рис. 30 изображен выше оси абсцисс). Тормозной момент М2 направлен в противоположном направлении и является отрицательным (на рис. 30 изображен ниже оси абсцисс). Как видно из приведенной характеристики, условия работы однофазного асинхронного двигателя при вращении ротора в ту или другую сторону одинаковы. Как уже было отмечено, при s=l М=0, т. е. однофазный асинхронный двигатель не может самостоятельно начать вращение при наличии лишь одной рабочей обмотки на статоре.

Рис. 30. Зависимости электромагнитных вращающих моментов однофазного асинхронного двигатели под действием прямовращающего М1, обратновращающего М2 магнитного поля и результирующего момента М от скольжения: s — скольжение ротора относительно прямого поля; 2—s — скольжение относительно обратного поля

Подобным образом ведет себя трехфазный двигатель при перегорании предохранителя или обрыве фазы питающей сети. Если это повреждение произошло у двигателя при неподвижном роторе, то при пуске двигателя ротор не придет во вращение; если повреждение произойдет при вращающемся роторе, двигатель будет продолжать работать, но во избежание недопустимого перегрева обмоток мощность нагрузки должна быть снижена на 40—50%. Иными словами, при обрыве фазы питающей сети (или перегорании предохранителя) при работающем двигателе он должен быть разгружен примерно в 2 раза по отношению к номинальной мощности.

Для того чтобы однофазный двигатель пришел во вращение, необходимо создать некоторый начальный вращающий момент. Направление вращения ротора при этом будет определяться направлением этого момента. Для пуска двигателя, в том числе и под нагрузкой, необходимо предусмотреть специальные меры, направленные на усиление прямого поля и ослабление обратного, чтобы при s= 1

Естественно, что наилучшие условия достигаются при отсутствии обратного поля, создающего тормозной момент на валу двигателя и препятствующего тем самым вращению двигателя. Разные виды однофазных двигателей отличаются друг от друга способами создания пускового момента. Различают двигатели с пусковой обмоткой, конденсаторные двигатели и двигатели с экранированными полюсами. Рассмотрим их подробнее.

Однофазные асинхронные двигатели с пусковой обмоткой являются наиболее распространенными. Для создания вращающегося поля в этих двигателях на статоре кроме основной обмотки 1 размещается вспомогательная пусковая обмотка 2 (рис. 31, а). Рабочая обмотка занимает 2/3 полюсного деления, пусковая—1/3, пространственный сдвиг между осями обмоток — 90° (электрический угол). Последовательно с пусковой обмоткой включают фазосмещающий элемент Zп для создания временного сдвига между токами пусковой Iп и рабочей Iр фаз (угол ψ на рис. 31,б). По своему физическому значению элемент Zп может представлять собой резистор (Zп=R), катушку индуктивности (Zп=jωL) или конденсатор (Zn= -j/ωС).

Из теории электрических машин известно, что для уничтожения обратного поля необходимо и достаточно, чтобы МДС рабочей и пусковой фаз были равны и имели пространственный и временной ψ сдвиг по 90° (электрический угол). Как видно из рис. 31,б, временной сдвиг ψ =90° и круговое вращающееся поле в однофазном двигателе можно получить только при включении в цепь пусковой обмотки конденсатора. В двух других случаях всегда создаются прямое и обратное поля, причем прямое поле усиливается, а обратное ослабляется, так что выполняется условие (58) и при М>Мс однофазный двигатель будет запускаться.

Рис. 31. Схема (а) и векторные диаграммы (б) однофазного асинхронного двигателя: 1 — основная обмотка; 2 — пусковая обмотка

Поэтому пусковые условия будут лучшими при включении емкости в пусковую фазу. Однако необходимая величина емкости С довольно велика, вследствие чего размеры и стоимость конденсатора также велики. Конденсаторный пуск применяется сравнительно редко, лишь при необходимости большого пускового момента. Пуск с помощью индуктивного сопротивления дает наихудшие результаты и почти не используется.

Чаще всего применяется пуск с помощью активного сопротивления, при этом обычно сама пусковая обмотка выполняется с повышенным активным сопротивлением (уменьшенное сечение обмоточного провода, а также намотка части витков катушек в бифиляр). В этом случае отпадает необходимость в фазосмещающем элементе Zп, роль которого играет сама пусковая обмотка.

После того как однофазный асинхронный двигатель при пуске достигнет определенной частоты вращения, пусковая обмотка отключится с помощью центробежного выключателя, реле времени, токового реле или вручную. При этом двигатель будет работать только с рабочей обмоткой.

Для работы от однофазной сети могут быть использованы также трехфазные двигатели. К числу лучших схем включения таких двигателей относится схема рис. 32. Двигатели с соединением обмоток согласно схеме рис. 32 практически равноценны двигателям, которые спроектированы для работы как однофазные. Номинальная мощность при этом составляет 40-50% мощности в симметричном трехфазном режиме. После окончания пуска фаза с пусковым сопротивлением отключается.

Рис. 32. Схема использования трехфазного асинхронного двигателя в качестве однофазного двигателя с пусковой емкостью

Асинхронный конденсаторный двигатель имеет на статоре две одинаковые рабочие обмотки, занимающие по половине полюсного деления и смещенные в пространстве на 90° (электрический угол), как и в предыдущем случае. Последовательно с одной из обмоток включается конденсатор, емкость которого рассчитывается так, чтобы обеспечить создание кругового поля при номинальной нагрузке (двигатель с рабочей емкостью) . Однако емкость, подобранная по рабочему режиму, оказывается недостаточной для подавления обратного поля при пуске. Поэтому в ряде случаев на время пуска параллельно с рабочим конденсатором включается дополнительный пусковой (двигатель с пусковой и рабочей емкостью).

Использование материалов в конденсаторных двигателях, их КПД и коэффициент мощности значительно выше, чем у двигателей с пусковой обмоткой.

Электродвигатель с экранированными полюсами имеет на статоре явно выраженные полюсы с однофазной обмоткой и ротор с короткозамкнутой обмоткой. В этом двигателе каждый полюс разделен осевым пазом на две неравные части. Меньшая часть полюса охватывается короткозамкнутым витком и образует экранированную часть полюса. Для увеличения пускового момента двигателя между полюсными наконечниками устанавливаются магнитные шунты. Поле двигателя эллиптическое (содержит наряду с прямым значительное обратное поле), поскольку потоки, проходящие через основную и экранированную части полюса, сдвинуты в пространстве и во времени на недостаточно большие углы. Тем не менее пусковой момент достигает величины 0,2—0,5 номинального.

Потери в короткозамкнутых витках статора такого двигателя довольно значительны и практически не зависят от вращающегося момента. В соответствии с этим потребляемая мощность мало меняется при работе как на холостом ходу, так и при номинальном режиме. Кроме того, из-за больших потерь температура обмотки также практически не зависит от нагрузки. Благодаря этому обмотка статора может длительное время находиться под напряжением даже при неподвижном роторе. Двигатели допускают частые пуски и внезапные остановки.

Ввиду сравнительной простоты конструктивного исполнения, отсутствия дорогостоящих фазосмещающих элементов, высокой надежности работы двигателя с расщепленными полюсами нашли применение в приводах вентиляторов, магнитофонов, проигрывателей и др. Двигатели с экранированными полюсами изготовляются серийно на мощности от долей ватта примерно до 300 Вт.

Промышленность СССР выпускала серийно однофазные двигатели с пусковой обмоткой и однофазные конденсаторные двигатели в рамках единой серии асинхронных двигателей 4А. Мощность этих двигателей достигает 750 Вт:

  • двигатели с пусковой емкостью типа 4ААУ (вместо старой серии АОЛГ);
  • двигатели с пусковым сопротивлением типа 4ААЕ (вместо старой серии АОЛБ);
  • двигатели с рабочей емкостью типа 4ААТ (вместо старой серии АОЛЕ);
  • двигатели с пусковой и рабочей емкостями типа 4ААУТ (вместо старой серии АОЛД).

Двигатели с пусковой обмоткой типа 4ААУ, 4ААЕ имеют мощность 90—550 Вт при n1=3000 об/мин и 60—370 Вт при n1= 1500 об/мин. Конденсаторные двигатели типов 4ААТ, 4ААУТ имеют мощность 120—750 Вт при n1 =3000 об/мин и 90—550 Вт при 1500 об/мин. Конденсаторные двигатели с рабочей емкостью имеют кратность пускового момента 0,1—1,3, двигатели с пусковой и рабочей емкостью 1—1,6. Кратность максимального момента конденсаторных двигателей колеблется в пределах 1,2—2,48.

Двигатели с пусковым сопротивлением имеют кратность пускового момента 0,8—1, у двигателей с пусковым конденсатором эта величина составляет 1,6—1,8. Кратность максимального момента двигателей с пусковой обмоткой составляет 1,5—1,7. Коэффициент полезного действия однофазных двигателей достигает 70 %, коэффициент мощности — до 0,83. Лучшие показатели имеют в рабочем режиме конденсаторные двигатели с рабочей емкостью.

Кроме описанных выше в СССР выпускались большое количество однофазных асинхронных двигателей других типов.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий