Jednofazni asinhroni motor: kako to radi

Sam naziv ovog električnog uređaja ukazuje da se električna energija koja mu se isporučuje pretvara u rotacijsko gibanje rotora. Štoviše, pridjev „asinkrono“ karakterizira neusklađenost, zaostajanje brzine rotacije armature iz magnetskog polja statora.

Riječ "jednofazna" uzrokuje dvosmislenu definiciju. To je zbog činjenice da izraz "faza" u elektricama definira nekoliko pojava:

• pomak, razlika kutova između vektorskih količina;

• potencijalni vodič s dva, tri ili četverožična izmjenična struja;

• jedan od namotaja statora ili rotora trofaznog motora ili generatora.

Stoga odmah razjašnjavamo da je uobičajeno nazvati jednofazni električni motor koji radi na dvožičnoj izmjeničnoj mreži predstavljenoj faznim i nultim potencijalom. Broj namotaja montiranih u različitim izvedbama statora ne utječe na ovu definiciju.

Dizajn motora

Prema svom tehničkom uređaju, indukcijski motor sastoji se od:

1. stator - statički, fiksni dio, izrađen od kućišta s raznim električnim elementima koji se nalaze na njemu;

2. rotor rotiran silama elektromagnetskog polja statora.

Mehanička povezanost ova dva dijela izvedena je pomoću rotacijskih ležajeva, čiji su unutarnji prstenovi montirani na montirane utičnice osovine rotora, a vanjski prstenovi su ugrađeni u zaštitne bočne poklopce pričvršćene na stator.

rotor

Njegov uređaj za ove modele je isti kao i za sve indukcijske motore: magnetska jezgra iz opterećenih ploča na bazi mekanih legura željeza postavljena je na čeličnu osovinu. Na njegovoj vanjskoj površini napravljeni su žljebovi u koje su ugrađeni namotani štapovi od aluminija ili bakra, na krajevima kratki do zaključnih prstenova.

U namotu rotora inducira se električna struja, koju inducira magnetsko polje statora, a magnetski krug služi za dobar prolaz magnetskog toka stvorenog ovdje.

Odvojeni dizajni rotora za jednofazne motore mogu biti izrađeni od nemagnetnih ili feromagnetskih materijala u obliku cilindra.

statora

Također je predstavljen i dizajn statora:

• kućište;

• magnetski krug;

• navijanje.

Njegova glavna svrha je stvaranje fiksnog ili rotirajućeg elektromagnetskog polja.

Namot statora obično se sastoji od dva kruga:

1. radnik;

2. bacač.

U najjednostavnijim izvedbama, dizajniranim za ručno predenje sidra, može se napraviti samo jedno namatanje.

Princip rada asinhronog jednofaznog elektromotora

Da bismo pojednostavili prezentaciju materijala, zamislimo da je namatanje statora izvedeno samo sa jednom petljom. Njegove žice unutar statora raspoređene su u krug na 180 kutnih stupnjeva. Kroz njega prolazi izmjenična sinusoidna struja koja ima pozitivne i negativne polovičke valove. Stvara ne rotirajuće, već pulsirajuće magnetsko polje.

Kako nastaju pulsiranja magnetskog polja

Analizirajmo ovaj postupak na primjeru pozitivnog strujnog pola vala koji teče u vremenskim trenucima t1, t2, t3.

Prolazi gornjim dijelom trenutne staze prema nama, a duž donjeg dijela - od nas. U okomitoj ravnini prikazanoj magnetskim krugom, oko vodiča se pojavljuju magnetski tokovi.

Struje koje se u razmatranim vremenskim intervalima mijenjaju u amplitudi stvaraju elektromagnetska polja F1, F2, F3 različite veličine. Budući da je struja u gornjoj i donjoj polovici jednaka, ali zavojnica je savijena, magnetski tokovi svakog dijela usmjereni su u suprotnom smjeru i uništavaju učinak jedan drugog.To možete odrediti pravilom gimleta ili desne ruke.

Kao što vidite, pri pozitivnom polu-talasu ne opaža se rotacija magnetskog polja, već se pojavljuje samo njegova pukotina u gornjem i donjem dijelu žice, koja je također međusobno uravnotežena u magnetskom krugu. Isti se proces događa s negativnim presjekom sinusoida, kada struje imaju obrnut smjer.

Budući da nema rotirajućeg magnetskog polja, rotor će također ostati nepomičan, jer na njega ne djeluju sile za pokretanje okretanja.

Kako se stvara rotacija rotora u pulsirajućem polju

Ako rotor vratite rotaciju, čak i rukom, nastavit će to kretanje. Da bismo objasnili ovaj fenomen, pokazujemo da ukupni magnetski tok varira u frekvenciji trenutnog sinusoida od nule do maksimalne vrijednosti u svakom polukrugu (s promjenom smjera) i sastoji se od dva dijela formirana u gornjoj i donjoj grani, kao što je prikazano na slici.

Magnetsko pulsirajuće polje statora sastoji se od dva kružna polja koja imaju amplitudu Fmax / 2 i kreću se u suprotnim smjerovima istom frekvencijom.

npr = nbr = f60 / p = 1.

U ovoj formuli su naznačeni:

• npr. i nobr frekvencija rotacije magnetskog polja statora u smjeru prema naprijed i nazad;

• n1 je brzina rotirajućeg magnetskog toka (r / min);

• p je broj parova pola;

• f je frekvencija struje u namotu statora.

Sada ćemo rukom pokrenuti motor u jednom smjeru i on će odmah pokupiti gibanje zbog pojave zakretnog momenta uzrokovanog klizanjem rotora u odnosu na različite magnetske tokove smjera naprijed i natrag.

Pretpostavljamo da se magnetski tok smjera prema naprijed podudara s rotacijom rotora, a obrnuto će biti suprotno. Ako je n2 frekvencija rotacije sidara u rpm, tada možemo napisati izraz n2

U ovom slučaju označavamo Spr = (n1-n2) / n1 = S.

Ovdje indeksi S i Spr označavaju klizanje indukcijskog motora i rotora relativnog magnetskog toka smjera prema naprijed.

U obrnutom toku klizni Sobr izražava se sličnom formulom, ali s promjenom znaka n2.

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

U skladu sa zakonom elektromagnetske indukcije, pod utjecajem izravnih i reverznih magnetskih tokova, u namotu rotora će djelovati elektromotorna sila koja će stvoriti struje istih smjerova I2pr i I2obr u njemu.

Njihova frekvencija (u hertzima) bit će izravno proporcionalna veličini proklizavanja.

f2pr = f1 ∙ Spr;

f2sample = f1 ∙ S

Nadalje, frekvencija f2obr nastala induciranom strujom I2obr značajno prelazi frekvenciju f2pr.

Na primjer, električni motor radi na 50 Hz mreži s n1 = 1500 i n2 = 1440 o / min. Njegov rotor ima klizanje u odnosu na magnetski tok smjera naprijed Spr = 0,04 i trenutnu frekvenciju f2pr = 2 Hz. Obrnuti proklizavanje Sobr = 1,96, a trenutna frekvencija f2obr = 98 Hz.

Na temelju zakona Ampera, kada trenutni I2pr i magnetsko polje Fpr djeluju, pojavljuje se moment Mpr.

Mpr = cM ∙ Fpr ∙ I2pr ∙ cosφ2pr.

Ovdje konstantni koeficijent SM ovisi o dizajnu motora.

U ovom slučaju djeluje i reverzni magnetski tok Mobr, koji se izračunava izrazom:

Mobr = cM ∙ Phobr ∙ I2obr ∙ cosφ2obr.

Kao rezultat interakcije ova dva toka, pojavit će se rezultirajući:

M = Mpr-Mobr.

Upozorenje! Kad se rotor okreće, u njemu se induciraju struje različitih frekvencija koje stvaraju momente sile u različitim smjerovima. Stoga će se motorna armatura okretati pod djelovanjem pulsirajućeg magnetskog polja u smjeru iz kojeg se počela okretati.

Tijekom prevladavanja nazivnog opterećenja jednofaznim motorom stvara se mali proklizavanje s glavnim udjelom izravnog momenta Mpr. Suprotnost inhibicijskog, obrnutog magnetskog polja MOBR ima vrlo blagi učinak zbog razlike u frekvencijama struja smjera naprijed i natrag.

f2obr reverzne struje značajno prelazi f2pr, a inducirana induktivnost X2obr znatno prelazi aktivnu komponentu i pruža veliki učinak magnetiziranja reverznog magnetskog toka Fobr, koji se u konačnici smanjuje.

Budući da je faktor snage motora pod opterećenjem mali, reverzni magnetski tok ne može imati snažan utjecaj na rotirajući rotor.

Kad se jedna faza mreže primijeni na motor s fiksnim rotorom (n2 = 0), tada su klizanja, i naprijed i natrag, jednaka jedinici, a magnetska polja i sile protoka prema naprijed i obrnuti su uravnoteženi i rotacija se ne događa. Stoga je od opskrbe jedne faze nemoguće odmotati motornu armaturu.

Kako brzo odrediti broj okretaja motora:

Kako se stvara rotacija rotora u jednofaznom asinhronom motoru

Tijekom čitave povijesti rada takvih uređaja razvijena su sljedeća dizajnerska rješenja:

1. ručno odmotavanje osovine rukom ili kabelom;

2. upotrebu dodatnog namotaja spojenog u vrijeme pokretanja zbog ohmičkog, kapacitivnog ili induktivnog otpora;

3. cijepanje kratkim spojem magnetske zavojnice magnetskog kruga statora.

Prva metoda korištena je u početnom razvoju i nije se počela primjenjivati ​​u budućnosti zbog mogućih rizika od ozljeda pri pokretanju, iako ne zahtijeva spajanje dodatnih lanaca.

Primjena namotaja faznog pomaka u statoru

Da bi se početno okretanje rotora dalo namotu statora, u vrijeme pokretanja spojeno je dodatno pomoćno, ali samo 90 stupnjeva pomaknuto u kut. Izvodi se debljom žicom za prolazak više struja od protoka u radnoj.

Dijagram veze takvog motora prikazan je na slici desno.

Ovdje se koristi tip PNVS za uključivanje, koji je posebno stvoren za takve motore i široko se koristio u radu s perilicama proizvedenim u SSSR-u. Ovim gumbom odmah se uključuju 3 kontakta na način da dva ekstremna, nakon pritiska i otpuštanja, ostanu fiksirana u stanju uključivanja, a srednji se nakratko zatvori, a zatim se vrati pod prvobitni položaj pod djelovanjem opruge.

Zatvoreni ekstremni kontakti mogu se prekinuti pritiskom susjedne tipke Stop.

Pored prekidača s tipkom, u automatskom načinu rada koriste se i sljedeće opcije za onemogućavanje dodatnih namotaja:

1. centrifugalne sklopke;

2. diferencijalni ili strujni releji;

3. mehanički timeri.

Da bi se poboljšalo pokretanje motora pod opterećenjem, koriste se dodatni elementi u namotaju faznog pomaka.

Spajanje jednofaznog motora s početnim otporom

U takvom je krugu ohmički otpor naknadno montiran na dodatno navijanje statora. U ovom se slučaju namatanje zavoja vrši bifilarno, pod uvjetom da je koeficijent samoindukcije zavojnice vrlo blizu nuli.

Zbog primjene ove dvije tehnike, kada struje teku kroz različite namote, dolazi do faznog pomaka od oko 30 stupnjeva, što je sasvim dovoljno. Razlika u kutovima nastaje promjenom složenih otpora u svakom krugu.

S ovom se metodom još uvijek može naći početni namot s niskom induktivnošću i povećanim otporom. Za to se koristi navijanje s malim brojem zavoja žice spuštenog presjeka.

Spajanje jednofaznog motora s pokretanjem kondenzatora

Kapacitivni fazni pomak struje omogućuje vam da stvorite kratkotrajnu vezu namota sa kondenzatorom povezanim serijom. Ovaj lanac radi samo kad motor uđe u mod, a zatim se isključi.

Pokretanje kondenzatora stvara najveći okretni moment i veći faktor snage nego kod metode otpora ili induktivnog pokretanja. Može dostići vrijednost od 45 ÷ 50% nominalne vrijednosti.

U zasebnim krugovima dodaje se i kapacitivnost u radni lanac namota koji je stalno upaljen. Zbog toga se postižu odstupanja struja u namotima pod kutom reda π / 2. Istodobno se u statoru snažno primjećuje pomak maksimalnih amplituda, što osigurava dobar okretni moment na vratilu.

Zahvaljujući ovoj tehnici, motor je sposoban stvoriti više snage pri pokretanju. Međutim, ova se metoda koristi samo kod pogona teškog pokretanja, na primjer, za predenje bubnja perilice rublja napunjene platnom s vodom.

Okidač kondenzatora omogućuje vam promjenu smjera vrtnje armature. Da biste to učinili, samo promijenite polaritet spoja početnog ili radnog namota.

Jednopolni priključak motora s podijeljenim polovima

Asinhroni motori s malom snagom od oko 100 W koriste cijepanje magnetskog toka statora zbog uključivanja bakrene zavojnice kratkog spoja u stup magnetskog kruga.

Izrezan na dva dijela, takav stup stvara dodatno magnetsko polje, koje se pomiče od glavnog u kutu i slabi ga na mjestu koje pokriva zavojnica. Zbog toga se stvara eliptično rotirajuće polje, tvoreći trenutak rotacije stalnog smjera.

U takvim izvedbama mogu se pronaći magnetski santusi izrađeni od čeličnih ploča koji zatvaraju rubove vrhova statora.

Motori slične izvedbe mogu se pronaći u ventilacijskim uređajima za puhanje zraka. Oni nemaju sposobnost preokretanja.