Auto-park24.ru

Журнал "Автопарк"
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Устройство и принцип работы однофазного асинхронного двигателя

Три способа управления однофазными асинхронными двигателями

Каждый день инженеры проектируют системы, в которых используются асинхронные двигатели с однофазным питанием. В свою очередь, управление скоростью однофазных двигателей желательно в большинстве применений, так как это не только обеспечивает требуемую скорость, но и уменьшает потребление электроэнергии, и снижает уровень акустического шума.

Большинство серийно выпускаемых однофазных двигателей не реверсивные, т.е. они разработаны, чтобы вращаться только в одном направлении. Изменить направление их вращения можно только с помощью дополнительных средств: добавочной обмотки, внешних реле и переключателей, механического редуктора и т.д. Так же, если позволяет конструкция двигателя, реверсировать его можно с помощью преобразователей для регулировки скорости.

Существует множество разновидностей асинхронных двигателей с однофазным питанием. Конструкция и принцип их действия подробно описаны в литературе по электромеханике. Наиболее распространенным типом является двигатель с двумя статорными обмотками, одна из которых имеет в своей цепи постоянно-включенный рабочий конденсатор, который обеспечивает сдвиг тока в обмотках на 90 электрических градусов для образования вращающегося магнитного поля. Такой двигатель называется конденсаторным. О нем и пойдет речь в данной статье.

Основным способом плавной регулировки скорости конденсаторного однофазного двигателя является частотный метод, реализуемый с помощью трехфазных или однофазных ШИМ-инверторов (преобразователей частоты), а также метод фазовой регулировки напряжения с помощью тиристорных регуляторов мощности. Рассмотрим эти методы подробнее.

Вариант 1. V/F управление с помощью однофазного ШИМ-инвертора

На выходе инвертора, состоящего из четырех IGBT-транзисторов (рис.1), формируется однофазное напряжение с переменной частотой и среднеквадратичным значением с линейной зависимостью V/F (вольт-частотная характеристика). За счет конденсатора в обмотке двигателя получается поле, близкое к круговому. Данный способ управления реализуется с помощью специализированных преобразователей частоты, которые разработаны исключительно для управления однофазными двигателями. В них, как правило реализованы специальные алгоритмы, управления двигателем, обеспечивающие устойчивый пуск и стабильную работу в заявленном диапазоне частот.

Регулировать частоту можно, как вниз, так и вверх от номинальной, но в отличие от частотно-регулируемых трехфазных приводов, диапазон регулирования однофазного двигателя меньше. Оно, как правило, не превышает 1:10, за счет того, что емкостное сопротивление напрямую зависит от частоты.

К основным достоинствам данного метода управления можно отнести: 1) простоту ввода в эксплуатацию, т.к. не требуется конструктивных изменений двигателя; 2) гарантированно надежную и устойчивую работу, так как частотный преобразователь специально разработан для таких двигателей и в нем учтены все особенности их эксплуатации; 3) хорошие характеристики управления и возможности, присущие большинству преобразователей частоты (аналоговые и дискретные входы/выходы, ПИД-регулятор, предустановленные скорости, коммуникационные интерфейсы, защитные функции, и т.д.).

К недостаткам относится: 1) только однонаправленное вращение (невозможность без внешних коммутирующих устройств реверсировать двигатель); 2) достаточно высокая стоимость частотных преобразователей для однофазных двигателей, так как в них используются IGBT-модули со значительным запасом по току (например, в однофазном частотнике мощностью 1.1кВт используется IGBT-модуль такой же как в трехфазном на 2.2кВт) и из-за ограниченности предложения на рынке.

Вариант 2. V/F управление с помощью трехфазного ШИМ-инвертора

В данном случае используется стандартный преобразователь частоты с мостовой схемой IGBT-транзисторов (рис.2), формируемый на выходе трехфазное напряжение с фазовым сдвигом на 120 градусов. Обе обмотки однофазного двигателя и их средняя точка подключаются ко трем выходным фазам инвертора. Конденсатор, при этом, из схемы должен быть исключен. Так как обмотки геометрически сдвинуты на 90 градусов , а напряжение, прикладываемое к ним – на 120 электрических градусов, то полученное поле не будет круговым, и как следствие, момент будет пульсирующим. Причем среднее его значение за период будет меньше (рис.2), чем в случае питания от напряжений со сдвигом 90 гадусов.

При схеме подключения на рис.2 действующее напряжение на главной обмотке (Vгл) будет равно разности напряжений фаз A и C, а напряжение на дополнительной обмотке (Vдоп) = Vb-Vc. Изменяя порядок коммутации IGBT-транзисторов, можно легко изменять чередование напряжение на обмотках, а следовательно и направление вращения двигателя (рис.3) без каких-либо дополнительных аппаратных средств.

Здесь стоит отметить, что не любой преобразователь частоты подойдет для управления однофазным двигателем, так как токи в фазах будут не симметричны, и в случае наличия защиты от асимметрии выходных фаз, работа преобразователя будет блокироваться. Как впрочем, и не любой конденсаторный двигатель подойдет для данного способа, так как у некоторых типов двигателей весьма затруднительно или невозможно убрать емкость из дополнительной обмотки, и дополнительная обмотка как правило выполнена более тонким проводом, что при отсутствии конденсатора может привести к её перегреву и межвитковому замыканию.

Иногда на свой страх и риск используют подключение однофазного двигателя с конденсатором к трехфазному инвертору, что большинством производителей частотных преобразователей запрещено. В этом случае надо выбирать частотник со значительным запасом по току по отношению к двигателю, в частотнике не должно быть защиты от обрыва/перекоса выходных фаз, и надо помнить, что при определенной частоте может возникнуть электрический резонанс в контуре конденсатор-обмотка двигателя, что приведет к его повреждению.

Итак, достоинствами метода являются: 1) доступность на рынке и достаточно низкая цена преобразователей частоты с трехфазным выходом; 2) возможность реверсивной работы; 3) хороший диапазон регулирования скорости и возможности, присущие большинству преобразователей частоты (аналоговые и дискретные входы/выходы, ПИД-регулятор, предустановленные скорости, коммуникационные интерфейсы, защитные функции, и т.д.).

Недостатки метода: 1) пониженный и пульсирующий момент двигателя, повышенный его нагрев; 2) не все преобразователи частоты и конденсаторные двигатели годятся для данного метода, требуется предварительный анализ характеристик преобразователя и конструкции двигателя. К тому же, большинство производителей частотных преобразователей в своих инструкциях запрещают подключение однофазных двигателей, и в случае поломки могут снять с изделия свои гарантийные обязательства.

Вариант 3. Фазовая регулировка напряжения с помощью тиристорного регулятора

Отсутствие до недавнего времени доступного и качественного преобразователя частоты для однофазных двигателей приводило к поиску других решений, одно из которых — изменение напряжения статора при неизменной его частоте.

На выходе тиристорного регулятора, состоящего из двух, включенных встречно-параллельно тиристоров (рис.4), формируется однофазное напряжение с постоянной частотой и регулируемым среднеквадратичным значением за счет изменения угла (альфа) открывания тиристоров.

Критический момент при таком регулировании будет снижаться пропорционально напряжению, критическое скольжение в останется неизменным.

Проведём оценку метода.
1) Регулирование однозонное – только вниз от основной скорости.
2) Диапазон регулирования в разомкнутом контуре, примерно, 2:1; стабильность скорости удовлетворительная; плавность высокая.
3) Допустимая нагрузка резко снижается с уменьшением скорости.
4) Рассмотренный способ регулирования неэффективен для использования в продолжительном режиме. Даже для самой благоприятной нагрузке — вентиляторной необходимо двух-трехкратное завышение установленной мощности двигателя, интенсивный внешний обдув, так как, допустим, если двигатель вращается 750 об/мин (когда синхронная частота 1500) — скольжение 0,5, и 0,5 мощности идет в нагрузку, а 0,5 — греет ротор (не считая других потерь).
5) Тиристорный регулятор — простое устройство в 3-4 раза более дешевое, чем преобразователь частоты, и именно эта особенность системы регулировки скорости напряжением приводила в ряде случаев к её неоправданному применению.

Заключение

Все три способа имеют право на существование, только выбор одного из них нужно делать исходя из конкретной прикладной задачи.

Безусловно, наиболее универсальным и наименее трудоемким на стадии проектирования является первый метод – регулирование с помощью преобразователя частоты с однофазным выходом. Этот способ годится для большинства применений и помимо конденсаторных двигателей его можно использовать и для управления однофазными двигателями с экранированными полюсами.

Второй способ – регулирование с помощью преобразователя частоты с трехфазным выходом, — требует предварительного изучения, как преобразователя, так и двигателя на предмет возможности совместной работы. И рекомендуется всегда выбирать преобразователь с существенным запасом мощности по отношению к двигателю. Этот метод оптимален в реверсивных приложениях.

Третий способ – регулирование скорости изменением напряжения, — может в ряде случаев использоваться для кратковременного снижения скорости маломощных вентиляторов и насосов, и весьма полезен и эффективен для снижения пусковых токов, для экономии энергии при недогрузках. Этот метод является самым бюджетным, но как подчеркивалось ранее, тиристорные регуляторы не должны применяться для регулирования скорости сколько-нибудь мощных двигателей, приводящих во вращение машины, работающие в продолжительном режиме.

Читать еще:  Датчик аварийного давления масла в двигателе замена

ОДНОФАЗНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

В системах автоматического управления, бытовых приборах и промышленных устройствах находят применение однофазные асинхронные двигатели малой мощности. Для питания однофазных двигателей требуется однофазная сеть, имеющая два провода вместо трех проводов трехфазной сети, что дает в одних случаях экономическую выгоду, в других удобство в эксплуатации. Однофазные двигатели применяются и в установках средней мощности (несколько десятков киловатт), где их использование целесообразно экономически (два провода вместо трех) и по условиям эксплуатации, например в транспортных устройствах шахт. Среди большого разнообразия однофазных двигателей наибольшее распространение получили двигатели с короткозамкнутой обмоткой ротора: ротор и его обмотка выполнены так же, как и у трехфазных двигателей. Статор таких двигателей бывает с явновыраженными полюсами и короткозамкнутым витком (рис. 10.39, а) — его далее будем называть двигателем А и с неявновыраженными полюсами и двумя обмотками (рис. 10.39, б) его далее будем называть двигателем Б.

Двигатели имеют рабочую 1 и пусковую 2 обмотки. Рабочая обмотка двигателя А (см. рис. 10.39, а) состоит из определенного числа витков изолированного провода и включается в сеть однофазного тока. Пусковая обмотка имеет всего один виток толстой проволоки, охватывающей часть сечения полюса.

Рабочая и пусковая обмотки двигателя Б (рис. 10.39, б) расположены в пазах, как и у трехфазных двигателей. Обмотки сдвинуты в пространстве на 90°. Рабочие обмотки 1 двигателей

Рис. 10.39. Устройство однофазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым витком (а) и с пусковой обмоткой (б)

А и Б включаются в сеть однофазного тока. Ток, возникающий в обмотках 1 двигателей, создает неподвижное в пространстве пульсирующее с частотой сети магнитное поле, которое наводит в обмотке ротора ЭДС и ток. Однако легко показать, используя правила правой и левой руки, что в результате взаимодействия тока ротора с магнитным полем возникают силы (рис. 10.40, а), результирующий момент которых относительно оси вращения оказывается равным нулю. Без дополнительных устройств двигатели не развивают момента и самостоятельно разогнаться не могут. Если же ротору внешним усилием придать небольшую скорость, он начнет развивать момент и разгонится самостоятельно до установившейся скорости, определяемой моментом нагрузки. Это объясняется тем, что в обмотке ротора вследствие того, что она пересекает магнитное поле, возникают еще одна ЭДС и ток и в результате взаимодействия этого тока с полем статора создается вращающий момент. Для выяснения характера зависимости n = f(М) (механической характеристики двигателя) производят разложение пульсирующего магнитного потока на два вращающихся потока. Неподвижный в пространстве, изменяющийся во времени синусоидально магнитный поток эквивалентен двум одинаковым неизменным по значению и вращающимся в разные стороны с постоянной угловой частотой магнитным потокам (рис. 10.40, б), которые равны половине амплитудного значения неподвижного потока.

Докажем справедливость такой эквивалентности. Результирующий магнитный поток (см. рис. 10.40, б) равен герметической сумме составляющих Ф и Ф2:

Рис 10.40 К пояснению принципа действия однофазного двигателя (а) и (б), механические характеристики однофазного асинхронного двигателя (в)

Так как Ф1 = Ф2 = Фm/2, то

Разложив таким образом неподвижный в пространстве изменяющийся во времени по закону синуса магнитный поток Ф на два вращающихся в разные стороны с одинаковой угловой частотой потока, можно рассматривать однофазный двигатель как состоящий из двух трехфазных двигателей с одним валом. У одного из них поток Ф1 вращается по часовой стрелке (прямое поле), у другого поток Ф2 вращается против часовой стрелки (обратное поле). Каждый из двигателей развивает момент, действующий в сторону вращения магнитного поля, и имеет механическую характеристику, как и двигатель трехфазного тока (рис 10.40, в). Результирующий момент, создаваемый двигателем, будет равен сумме моментов:

Из рис. 10.40, в видно, что при n = 0 момент М = 0. Для создания начального момента и улучшения механической характеристики двигатель А снабжен короткозамкнутым витком 2 (см. рис. 10.39, а), а в цепь пусковой обмотки 2 двигателя Б (см. рис. 10.39, б) последовательно включается конденсатор С (рис. 10.41, а). По этой причине такие однофазные двигатели называют конденсаторными. Короткозамкнутый виток двигателя А и пусковая обмотка конденсаторного двигателя Б создают дополнительные магнитные потоки.

На рис. 10.41, б изображена векторная диаграмма для двигателя А, а на рис. 10.41, в — для конденсаторного двигателя Б.

Рис. 10.41. Схема включения однофаз- ного конденсаторного асинхронного двига- теля (а); векторные диаграммы, поясняю- щие принцип дей- ствия однофазного асинхронного двига- теля с короткозамк- нутым витком (б) и конденсаторного (в)

Часть главного магнитного потока Ф’, сцепленная с короткозамкнутым витком, наводит в нем ЭДС Ек. Эта ЭДС вызывает в витке ток Iк, отстающий по фазе от ЭДС Ек на угол φк. Ток в свою очередь создает магнитный поток Фк. Результирующий поток Ф’к, равный геометрической сумме потоков Фк и Ф’, отстает по фазе от главного потока на угол ψ.

Емкость конденсатора, включенного последовательно с пусковой обмоткой двигателя (Б), подбирают такого значения, при котором его емкостное сопротивление больше индуктивного сопротивления пусковой обмотки. В результате ток в пусковой обмотке будет опережать по фазе напряжение на угол φп , а в рабочей обмотке отставать от него на угол φр. Каждый из токов создаст магнитный поток, сдвиг по фазе между которыми составит

В двигателе А с короткозамкнутым витком дополнительный поток Фк сдвинут в пространстве на угол θ (см. рис 10.39, а) и по фазе на угол ψ (см. рис. 10.41, б). В конденсаторном двигателе Б поток Фп сдвинут в пространстве на угол 90° и по фазе на угол ψ(см. рис. 10.41, в). Основной и дополнительный магнитные потоки создают результирующий поток, который вращается, так же как в трехфазном двигателе, с постоянной частотой, но амплитуда его магнитной индукции в отличие от трехфазного двигателя не остается постоянной. В результате принцип действия однофазного двигателя можно объяснить так же, как и трехфазного двигателя.

Рис. 10.42. К пояснению образования вращающеюся магнитного поля однофазного конденсаторного двигателя (а — д) и механические характеристики однофазного двигателя (е)

Возникновение вращающегося магнитного поля покажем, например, для конденсаторного двигателя Б. Допустим, что индуктивность рабочей и пусковой обмоток и емкость конденсатора подобраны такими, что ток рабочей обмотки отстает, а ток пусковой обмотки опережает по фазе напряжение на угол 45°. График мгновенных значений токов обмоток при этом будет иметь вид, изображенный на рис. 10.42, а. Картины результирующего магнитного поля двигателя для моментов времени периода переменного тока, отмеченных точками 1—4 (рис. 10.42, а), изображены соответственно на рис. 10.42, бд. Картина магнитного поля в конце периода (точка 5) будет такой же, как и в начале периода (точка 1)

Сравнивая картины результирующего магнитного поля для различных моментов времени периода переменного тока, легко убедиться в том, что результирующее магнитное поле двухполюсного конденсаторного двигателя вращается и за один период переменного тока совершает один оборот.

Примерный вид механической характеристики однофазного конденсаторного двигателя изображен на рис. 10.42, е.

В системах автоматики применяются однофазные двигатели малой мощности (несколько единиц и десятков ватт) с повышенным сопротивлением короткозамкнутой обмотки ротора. Эти двигатели имеют две обмотки статора и устроены так же, как и конденсаторные однофазные двигатели, но отличаются тем, что их обмотка ротора имеет значительно большее сопротивление. В отличие от однофазного эти двигатели обладают тем свойством, что при включении лишь одной обмотки статоpa ротор не может разогнаться самостоятельно даже в том случае, когда ему сообщена начальная скорость.

Сопротивление обмотки ротора подбирают такой величины, при которой критическое скольжение составляет 1,5 — 2, в результате чего при одной включенной обмотке составляющие моментов М’1 и М’2 имеют вид, изображенный пунктирными линиями на рис. 10.40, в. Результирующий момент М’, равный сумме составляющих моментов, как видно из рис. 10.40, в, при любой скорости будет тормозным.

Читать еще:  Как установить двигателя ваз на кпп луаз

Когда же включены обе обмотки, например, по схеме, изображенной на рис. 10.43, а, двигатель работает так же, как конденсаторный, и развивает движущий момент.

Указанные двигатели хороши тем, что позволяют регулировать путем изменения амплитуды или фазы напряжения на одной из обмоток, частоту вращения ротора в значительном диапазоне. На рис. 10.43, а изображена одна из возможных схем включения, а на рис. 10.43, б — механические характеристики такого двигателя. Обмотка возбуждения ОВ через конденсатор С подключена к сети с напряжением U1, обмотка управления ОУ через потенциометр rп — к сети с напряжением U2. Напряжения могут быть одинаковыми или различными по значению. Регулирование частоты вращения осуществляется изменением напряжения на обмотке ОУ с помощью потенциометра rп .

Остановимся кратко на двигателях с полым ротором (рис. 10.44). Они могут быть однофазными, двухфазными и трехфазными. Статор и обмотка статора таких двигателей выполняются соответственно как в трехфазных или однофазных двигателях, ротор же представляет собой полый цилиндр, изготовленный из латуни, меди или алюминия и расположен в зазоре сердечника статора. Двигатель состоит из корпуса 1, внешнего 2 и внутреннего 3 сердечников статора, между которыми расположен полый ротор 4, обмотки статора 5, подшипниковых щитов 6, вала 7 и подшипников 8. Принцип действия и характеристики подобных двигателей аналогичны принципам действия и характеристикам двигателей с короткозамкнутым ротором. Главное их отличие — малая инерционность ротора, что очень важно в системах, быстро реагирующих на вводимый сигнал.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Двигатель асинхронный трехфазный: устройство и принцип действия.

Трехфазный асинхронный двигатель является наиболее распространённым типом моторов. В таком электродвигателе на статоре устанавливается трехфазная обмотка, что обуславливает его название.

КОНСТРУКЦИЯ ТРЕХФАЗНОГО асинхронного ДВИГАТЕЛЯ

Основная задача двигателя — это превращение электрической энергии в механическую. Конструкция его состоит из двух основных элементов таких как ротор (подвижная часть) и статор (неподвижная часть).

Между ними находиться воздушный зазор. Оба этих элемента имеют в себе сердечники, где размещается специальные витки обмотки. В роторе они располагаются на валу, а в статоре в специальных пазах на корпусе.

Пазы, на которых крепиться обмотка имеют угловое расстояние между собой в 120 градусов. Наиболее распространённым является система с короткозамкнутым ротором или как ее называют «беличье колесо». В этом случае обмотка крепиться на каркас цилиндрической формы, а стержни соединяются с сердечником ротора и накоротко замыкаются с торцов.

Помимо короткозамкнутого также используются и двигатели с фазным ротором. В этом случае фазы обмотки присоединяется к специальным контактным кольцам, а их концы изолируются друг от друга и от вала. При всем этом статоры в обоих представленных видах могут не отличаться конструкционно.

Существует несколько схем соединения трехфазных обмоток между собой. Основными способами являются т.н. «звезда» и «треугольник». Иногда устанавливаются и комбинированные варианты. Подбор схемы зависит от напряжения питания в сети. В первом случае концы фаз обмоток соединены в одной точке. Во втором — конец каждой фазы поочередно соединяется с началом следующей.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Работа асинхронного двигателя основывается на вращении магнитных полей. С помощью тока в обмотке статора создается движущееся магнитное поле, которое воздействует на контур ротора и индуцирует в нем электродвижущую силу. Если этот показатель выше силы трения, то вал приводиться в движение.

Ротор увеличивает частоту вращения пытаясь догнать скорость вращения магнитных полей обмотки статора. Однако, когда этот параметр сравниваеться то электродвижущая достигает нулевого значения и магнитное воздействие пропадает.

Поэтому частота вращение вала никогда не совпадает (не синхронна) с частотой движущихся магнитных полей. Из-за этого двигатель называют асинхронным.

РЕЖИМЫ РАБОТЫ

Трехфазный электродвигатель асинхронного типа имеет несколько возможных режимов работы:

  • Пуск.
  • Двигательный режим.
  • Холостой ход.
  • Генераторный режим.
  • Электромагнитное торможение.

Пуск является начальным этапом работы любого двигателя. В этом режиме на обмотку пускается ток и создаются вращающиеся магнитные поля. В момент, когда сила трения меньше электродвижущей — ротор начинает вращение.

Двигательный режим выполняет основную задачу электродвигателя, то есть превращает электродвижущую силу в механическое вращение вала.

Холостой ход происходит, когда на валу отсутствует нагрузка, то есть он не подсоединен к другим устройствам.

Генераторный режим включается, когда обороты вала принудительно, например, с помощью другого двигателя, превышают скорость вращения электромагнитного поля. В этом случае электродвижущая сила имеет обратный вектор и двигатель превращается в источник активной энергии.

Электромагнитное торможение происходит, когда искусственно изменяют направление вращения электромагнитного поля и ротора на противоположные. Происходит довольно быстрое торможение. Применяется только в экстренных случаях, так как выделяется огромное количество тепла.

ПРЕИМУЩЕСТВА ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВиГАТЕЛЯ

Трёхфазный двигатель также может работать в однофазном режиме, когда это потребуется. Однако номинальная мощность при этом понижается приблизительно вдвое.

В случае пропадания одной из фаз двигатель продолжит работу и даже будет возможен запуск, но с пониженной мощностью. Относительная дешевизна, хороший КПД и надежность поспособствовали тому, что такие моторы заслужили наибольшую популярность во всем мире.

На нашем сайте вы сможете найти электродвигали для любых ситуаций. В каталогах представлены моторы таких мировых лидеров как Siemens, ABB, Lenze, а также VEM motors.

На страницах нашего блога также можно также ознакомиться с другими типами асинхронных моторов >>>ОДНОФАЗНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ >> ВИДЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Как подключить однофазный двигатель

Устройство электродвигателя

Однофазные двигатели 220 В имеют две фазы, но основная работа выполняется одной, и такие моторы стали называть однофазными. В состав мотора входят следующие детали.

  1. Статор, или неподвижная часть мотора.
  2. Ротор, или подвижная (вращающаяся) часть мотора.

Однофазный электромотор можно охарактеризовать как асинхронный электрический мотор, в котором имеется рабочая обмотка на его неподвижной части, она подключается к сети переменного однофазного тока.

Пусковая катушка

Для того чтобы однофазный мотор мог самостоятельно запускаться и начинать вращение, на них устанавливается ещё одна катушка. Она разработана для запуска двигателя. Пусковая катушка устанавливается по отношению к рабочей со смещением на 90 градусов. Для того чтобы получить сдвиг токов, следует установить в цепь звено, которое будет сдвигать фазы. В качестве фазосдвигающего звена могут выступать несколько средств.

  1. Активный резистор.
  2. Конденсатор.
  3. Катушка индуктивности.

Ротор и статор мотора металлические. Для того чтобы изготовить ротор или статор, нужна специальная электротехническая сталь марки 2212.

Двух и трёхфазные моторы

Существует возможность 2 или 3-фазный мотор подключить к однофазному источнику питания. Иногда по ошибке такие моторы называют однофазными. Это заблуждение, правильно будет называть это «двух (или трёх) фазный электромотор, подключённый в однофазную сеть питания переменного тока». Просто подключить двух или трёхфазный мотор в однофазную сеть не получится. Нужна схема согласования.

Таких схем есть несколько, согласование можно реализовать при помощи конденсаторов. После подключения к мотору конденсаторов согласно схеме, мотор будет работать, причём все фазы мотора будут работать, они всё время будут находиться под напряжением и выполнять работу по вращению ротора.

Принцип действия

Переменный электроток создаёт магнитное поле в статоре, которое имеет два поля, они одинаковы по амплитуде, частоте, но разнонаправленны. Эти поля воздействуют на неподвижный ротор, и, вследствие того, что поля разнонаправленны, ротор начинает вращение. При отсутствии в моторе пускового механизма, то ротор будет стоять на месте. Ротор, начав вращение в одну сторону, будет вращаться далее в этом же направлении.

Запуск мотора

Посредством магнитного поля производится запуск мотора, магнитное поле, воздействуя на ротор, принуждает его вращаться. Создают магнитное поле главная и дополнительная катушки, пусковая имеет меньший размер, подключается она к дополнительной через конденсатор, катушку индуктивности или активный резистор.

Если мотор низкой мощности, пусковая фаза замкнута. Чтобы запустить такой двигатель, подключать электричество к пусковой катушке можно лишь временно, не более чем на три секунды. Для этого существует пусковая кнопка. Кнопка вставлена в пусковое устройство.

Когда происходит нажатие пусковой кнопки, происходит подача электроэнергии на рабочую и на пусковую катушку одновременно, двигатель в эти первые секунды запуска работает как двухфазный, но через три секунды ротор уже набрал обороты, мотор запустился, и кнопка отпускается. Прекращается подача электроэнергии на пусковую катушку, но подача электричества на рабочую обмотку не прекращается, так устроено пусковое устройство, затем устройство работает уже как однофазное.

  • Какие бывают двигатели? Типы электродвигателей. Асинхронные двигатели
Читать еще:  Что можно залить в двигатель чтобы не стучал

Важно помнить, что не следует долго держать пусковую кнопку, так как пусковая катушка может перегреться и выйти со строя, она рассчитана на работу несколько секунд. Для обеспечения безопасности в корпусе однофазного силового агрегата может быть встроено тепловое реле, центробежный выключатель. Центробежный выключатель устроен таким образом, что когда ротор набрал обороты, центробежный выключатель выключается сам, без вмешательства человека. Пусковой ток однофазного двигателя выше рабочего, после запуска ток снижается до уровня рабочего. Схему подключения однофазного двигателя смотрите здесь.

Тепловое реле

Тепловое реле действует следующим образом: при нагревании обмоток до установленного на реле предела, реле производит прекращение подачи электроэнергии на обе фазы, таким образом, исключается выход из строя при перегрузке или другой причине, это не даст возникнуть пожару.

Достоинства

К положительным качествам такого мотора можно отнести простоту его устройства, ротор в этой конструкции короткозамкнутый, обмотка статора не представляет собой большой сложности.

Недостатки

Кроме достоинств, в этом моторе имеются и некоторые недостатки.

  1. Невысокий пусковой момент мотора.
  2. Низкий КПД электродвигателя.
  3. Электродвигатель не способен генерировать магнитное поле, которое выполняет вращение.

По этой причине такой двигатель сам не может начать вращение. Дело в том что для того, чтобы мотор начал вращение, он должен иметь не менее двух обмоток, а следовательно, и двух фаз, но мотор имеет одну фазу изначально, таково его устройство. Кроме наличия двух фаз, требуется чтобы одна обмотка была смещена по отношению к другой на определённый угол.

Принцип работы

Устройство и конструктивные особенности асинхронного двигателя определяют и принцип действия данного агрегата. Когда на обмотку статора подается напряжение, в ней образуется магнитное поле. Такая подача напряжения приводит к изменениям магнитного потока и всего магнитного поля статора. Измененные магнитные потоки поступают к ротору, приводят его в действие, после чего он начинает вращаться. Для того чтобы статор и ротор работали асинхронно, требуется, чтобы значения напряжения и магнитного потока были равны переменному току, используемому в качестве источника питания.

Сам двигатель работает следующим образом:

  • Вращающееся магнитное поле воздействует на короткозамкнутую обмотку, специально приспособленную для вращения.
  • Поле пересекает проводники роторной обмотки, индуктируя в них электродвижущую силу.
  • Под воздействием силы в проводниках ротора начнется течение электрического тока, взаимодействующего с вращающимся магнитным полем. Это приводит к появлению электромагнитных сил, воздействующих на обмотку ротора.
  • В сумме, действия приложенных сил вызывают появление вращающего момента, приводящего во вращение ротор в направлении магнитного поля.

Величина индуктированной ЭДС зависит от частоты пересечения проводников вращающимся магнитным полем. То есть, чем выше разница между n1 и n2, тем больше будет величина ЭДС. Ротор будет вращаться с частотой n2, которая всегда будет отставать от синхронной частоты поля статора n1. Эта разница между обеими частотами и будет частотой скольжения ∆n= n1- n2. Данное неравенство является необходимым условием появления электромагнитного вращающегося момента в асинхронном двигателе. Поэтому агрегат так и называется, поскольку вращение ротора происходит несинхронно с полем статора.

Однофазный двигатель с расщепленной фазой и экранированными полюсами

При рассмотрении однофазных электродвигателей нельзя забыть о моделях двигателей в конструкции, которых применяются экранированные полюса, в такой машине присутствует расщепленная фаза и короткозамкнутая вспомогательная обмотка. Статор такого двигателя имеет явно выраженные полюса, каждый из которых разделен аксиальным пазом на две неодинаковые части, на меньшей части находится короткозамкнутый виток.

  • Как выбрать конденсатор для электродвигателя — 90 фото, таблицы и схемы как выбрать конденсатор

При присоединении статора двигателя в электрическую сеть, магнитный поток, для которого характерно пульсирующее действие и созданный в магнитопроводе машины, делится на 2 части. Движение одной из них идет по части полюса без экрана, вторая следует по части полюса покрытой экраном. Индуктивность витка приводит к отставанию тока по фазе от наведенной магнитным потоком ЭДС. Магнитный поток короткозамкнутой обмотки создает результирующий поток, который движется в экранированной части полюса. В разноименных частях полюсов наблюдается сдвиг разных магнитных потоков на определенное значение угла, а также на разницу во времени.

Недостаток этих моделей заключается в значительных электрических потерях, которые присутствуют в витках обмотки замкнутой накоротко.

Используется в конструкции тепловентиляторов и вентиляторов.

Управление скоростью вращения однофазных двигателей

Существует несколько способов регулирования скорости вращения однофазного двигателя.

  1. Управление скольжением двигателя или изменением напряжения. Способ актуален для агрегатов с вентиляторной нагрузкой, для него рекомендуется использовать двигатели с повышенной мощностью. Недостаток способа – нагрев обмоток двигателя.
  2. Ступенчатое регулирование скорости вращения двигателя с помощью автотрансформатора.

Рис.№2. Схема регулировки с помощью автотрансформатора.

Достоинства схемы – напряжение выхода имеет чистую синусоиду. Способность трансформатора к перегрузкам имеет большой запас по мощности.

Недостатки – автотрансформатор имеет большие габаритные размеры.

Использование тиристорного регулятора оборотов двигателя. Применяются тиристорные ключи, подключенные встречно-параллельно.

Рис. №3.Схема тиристорного регулирования однофазного асинхронного электродвигателя.

  • Конденсатор для электродвигателя: как правильно выбрать и как пользоваться

При использовании для регулирования скорости вращения однофазных асинхронных двигателей, чтобы избежать негативного влияния индукционной нагрузки производят модификацию схемы. Добавляют LRC-цепи для защиты силовых ключей, для корректировки волны напряжения используют конденсатор, минимальная мощность двигателя ограничивается, так гарантируется старт двигателя. Тиристор должен иметь ток выше тока электродвигателя.

Транзисторный регулятор напряжения

В схеме используется широтно-импульсная модуляция (ШИМ) с применением выходного каскада, построенного на использовании полевых или биполярных IGBT транзисторах.

Рис. №4. Схема использования ШИМ для регулирования однофазного асинхронного электродвигателя.

Частотное регулирование асинхронного однофазного электродвигателя считается основным способом регулирования частоты электродвигателя, мощности, эффективности использования, скорости и показателей энергосбережения.

Читайте также: Кратко о том, как восстановить аккумулятор 18650 после глубокого разряда

Рис. №5. Схема управления электродвигателем без исключения из конструкции конденсатора.

Коллекторные vs асинхронные двигатели

Вопрос – коллекторный двигатель или асинхронный – решаем первоочередно. Процесс несложный. Коллектором называется барабан, разделенный медными секциями, формой близкой прямоугольной, сделанными из меди. Формирует токосъемник, в коллекторных двигателях ротор всегда питается электрическим током. Постоянным, переменным – поле создается приложенным напряжением.

Коллекторный двигатель содержит минимум две щетки. Трехфазные встретим редко. Сведения о таких агрегатах описаны литературой середины прошлого века. Применялись коллекторные трехфазные двигатели, регулируя скорость вращения вала в широких пределах. Мотор указанного типа снабжен щетками, медным барабаном, разделенным секциями. Пропустить признак и невооруженным глазом затруднительно. Примеры коллекторных двигателей:

  • Так ли прост одноцилиндровый четырехтактный двигатель?
  1. Пылесос, стиральная машина.
  2. Болгарка, дрель, электрический ручной инструмент.

Коллекторные двигатели широко используются, обеспечивая сравнительно простой реверс, реализуемый переменой коммутации обмоток. Скорость регулируется изменением угла отсечки питающего напряжения, либо амплитуды. К общим недостаткам коллекторных двигателей относятся:

  • Шумность. Трение щетками барабана неспособно происходить бесшумно. При переходе секцией идет искрение. Эффект вызывает помехи радиочастотного диапазона, издается сонм посторонних звуков. Коллекторные двигатели сравнительно шумные. Потрудитесь вспомнить пылесос. Стиральная машина, выполняя режим стирки работает не так громко? Низкие обороты коллекторных двигателей хороши.
  • Необходимость обслуживания обуславливается наличием трущихся деталей. Токосъемник чаще загрязнен графитом. Попросту недопустимо, может замкнуть соседние секции. Грязь повышает уровень шума, прочие негативные эффекты.

Все хорошо в меру. Коллекторные двигатели позволят получить заданную мощность (крутящий момент), на старте, после разгона. Сравнительно просто регулировать обороты. Названа причина увлечения бытовой техники коллекторными разновидностями, асинхронные двигатели выступают сердцем оборудования, обладающего повышенными требованиями к уровню звукового давления. Вентиляторы, вытяжки. Серьезные нагрузки потребуют внесения серьезных конструктивных изменений. Повышаются стоимость, размеры, сложность, делая невыгодным изготовление.

Коллекторный двигатель отличается наличием… коллектора. Даже если нельзя увидеть снаружи (скрыт кожухом), заметим непременные графитовые щетки, прижатые пружинками. Деталь требует замены со временем, поможет коллекторный двигатель от асинхронного отличить.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector