Eenfase asynchrone motor: hoe het werkt

De naam van dit elektrische apparaat geeft aan dat de elektrische energie die eraan wordt geleverd, wordt omgezet in een rotatiebeweging van de rotor. Bovendien kenmerkt het adjectief "asynchroon" de mismatch, de vertraging van de rotatiesnelheid van het anker ten opzichte van het magnetische veld van de stator.

Het woord "eenfase" veroorzaakt een dubbelzinnige definitie. Dit komt door het feit dat de term "fase" in elektra definieert verschillende fenomenen:

• verschuiving, verschil van hoeken tussen vectorgrootheden;

• potentiaalgeleider van twee-, drie- of vierdraads AC elektrisch circuit;

• een van de stator- of rotorwikkelingen van een driefasige motor of generator.

Daarom maken we meteen duidelijk dat het gebruikelijk is om een ​​eenfase-elektromotor te noemen die op een tweedraads AC-netwerk draait, vertegenwoordigd door een fase- en nulpotentiaal. Het aantal windingen dat in verschillende ontwerpen van stators is gemonteerd, heeft geen invloed op deze definitie.

Motorontwerp

Volgens zijn technische apparaat bestaat een inductiemotor uit:

1. een stator - een statisch, vast onderdeel, gemaakt door een behuizing met verschillende elektrische elementen erop;

2. een rotor geroteerd door de krachten van het elektromagnetische veld van de stator.

De mechanische verbinding van deze twee delen wordt gemaakt door rotatielagers, waarvan de binnenringen zijn gemonteerd op de gemonteerde bussen van de rotoras en de buitenringen zijn gemonteerd in beschermende zijdeksels die aan de stator zijn bevestigd.

rotor

Het apparaat voor deze modellen is hetzelfde als voor alle inductiemotoren: een magnetische kern van belaste platen op basis van zacht ijzerlegeringen is gemonteerd op een stalen as. Aan het buitenoppervlak zijn groeven aangebracht waarin de wikkelstangen van aluminium of koper zijn gemonteerd, kortgesloten aan de uiteinden van de sluitringen.

Een elektrische stroom wordt geïnduceerd in de rotorwikkeling, die wordt geïnduceerd door het magnetische statorveld, en het magnetische circuit dient voor de goede doorgang van de hier gecreëerde magnetische flux.

Afzonderlijke rotorontwerpen voor eenfase motoren kunnen worden gemaakt van niet-magnetische of ferromagnetische materialen in de vorm van een cilinder.

stator

Het statorontwerp wordt ook gepresenteerd:

• huisvesting;

• magnetisch circuit;

• kronkelende.

Het belangrijkste doel is om een ​​vast of roterend elektromagnetisch veld te genereren.

De statorwikkeling bestaat meestal uit twee circuits:

1. werknemer;

2. draagraket.

In de eenvoudigste ontwerpen, ontworpen voor handmatig draaien van het anker, kan slechts één wikkeling worden gemaakt.

Het werkingsprincipe van een asynchrone eenfase elektrische motor

Laten we ons, om de presentatie van het materiaal te vereenvoudigen, voorstellen dat de statorwikkeling met slechts één luslus wordt gemaakt. De draden in de stator zijn verdeeld in een cirkel op 180 hoekgraden. Een wisselende sinusvormige stroom gaat erdoorheen met positieve en negatieve halve golven. Het creëert geen roterend, maar een pulserend magnetisch veld.

Hoe magnetische veldpulsaties optreden

Laten we dit proces analyseren met behulp van het voorbeeld van een positieve stroom halfgolf die stroomt op tijdstippen t1, t2, t3.

Het gaat langs het bovenste deel van het huidige pad naar ons toe, en langs het onderste deel - van ons. In het loodrechte vlak vertegenwoordigd door het magnetische circuit verschijnen magnetische fluxen rond de geleider.

De stromen die in amplitude variëren op de beschouwde tijdstippen creëren elektromagnetische velden F1, F2 en F3 van verschillende grootte. Omdat de stroom in de bovenste en onderste helft hetzelfde is, maar de spoel is gebogen, worden de magnetische fluxen van elk onderdeel in de tegenovergestelde richting gericht en vernietigen ze het effect van elkaar.Dit kan worden bepaald door de regel van een bokje of rechterhand.

Zoals u kunt zien, wordt met een positieve halve golf geen rotatie van het magnetische veld waargenomen, maar vindt alleen de rimpel plaats in het bovenste en onderste deel van de draad, die ook onderling in het magnetische circuit is gebalanceerd. Hetzelfde proces vindt plaats met een negatieve sectie van de sinusoïde, wanneer de stromingen van richting veranderen.

Omdat er geen roterend magnetisch veld is, blijft de rotor ook stationair, omdat er geen krachten op worden uitgeoefend om de rotatie te starten.

Hoe rotorrotatie wordt gemaakt in een pulserend veld

Als je de rotor een rotatie geeft, zelfs met je hand, dan zal deze deze beweging voortzetten. Om dit fenomeen te verklaren, laten we zien dat de totale magnetische flux in frequentie van de huidige sinusoïde varieert van nul tot de maximale waarde in elke halve cyclus (met een verandering in richting) en bestaat uit twee delen gevormd in de bovenste en onderste takken, zoals weergegeven in de figuur.

Het magnetische pulserende veld van de stator bestaat uit twee cirkelvormige met een amplitude van Fmax / 2 en bewegen in tegengestelde richtingen met dezelfde frequentie.

npr = nbr = f60 / p = 1.

In deze formule zijn aangegeven:

• npr en nobr rotatiefrequentie van het magnetische veld van de stator in de voorwaartse en achterwaartse richting;

• nl is de snelheid van de roterende magnetische flux (r / min);

• p is het aantal poolparen;

• f is de frequentie van de stroom in de statorwikkeling.

Nu, met uw hand, zullen we de motor in één richting laten roteren, en deze zal de beweging onmiddellijk opnemen vanwege het optreden van een koppel dat wordt veroorzaakt door het glijden van de rotor ten opzichte van verschillende magnetische fluxen van de voorwaartse en achterwaartse richtingen.

We nemen aan dat de magnetische flux van de voorwaartse richting samenvalt met de rotatie van de rotor, en omgekeerd zal het tegenovergestelde zijn. Als n2 de ankerrotatiefrequentie in rpm is, kunnen we de uitdrukking n2

In dit geval geven we Spr = (n1-n2) / n1 = S.

Hier geven de indices S en Spr de slip van de asynchrone motor en de rotor van de relatieve magnetische flux van de voorwaartse richting aan.

In de omgekeerde stroom wordt de slip Sobr uitgedrukt door een vergelijkbare formule, maar met de verandering van teken n2.

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

In overeenstemming met de wet van elektromagnetische inductie, onder invloed van directe en omgekeerde magnetische fluxen, zal een elektromotorische kracht in de rotorwikkeling werken, die stromen van dezelfde richtingen I2pr en I2obr erin zal creëren.

Hun frequentie (in Hertz) zal recht evenredig zijn met de grootte van de slip.

f2pr = f1 ∙ Spr;

f2voorbeeld = f1 ∙ S

Bovendien overschrijdt de frequentie f2obr gevormd door de geïnduceerde stroom I2obr aanzienlijk de frequentie f2pr.

De elektromotor werkt bijvoorbeeld op een 50 Hz-netwerk met n1 = 1500 en n2 = 1440 rpm. De rotor heeft een slip ten opzichte van de magnetische flux van de voorwaartse richting Spr = 0,04 en de stroomfrequentie f2pr = 2 Hz. De omgekeerde slip Sobr = 1,96 en de huidige frequentie f2obr = 98 Hz.

Op basis van de Ampere-wet, wanneer de huidige I2pr en het magnetische veld Фпр op elkaar inwerken, verschijnt een koppel Мпр.

Mpr = cM ∙ Fpr ∙ I2pr ∙ cosφ2pr.

Hier hangt de constante coëfficiënt SM af van het ontwerp van de motor.

In dit geval werkt de omgekeerde magnetische flux Mobr ook, die wordt berekend door de uitdrukking:

Mobr = cM ∙ Phobr ∙ I2obr ∙ cosφ2obr.

Als gevolg van de interactie van deze twee stromen zal de resulterende verschijnen:

M = Mpr-Mobr.

Waarschuwing! Wanneer de rotor roteert, worden er stromen van verschillende frequenties in geïnduceerd, die momenten van krachten in verschillende richtingen creëren. Daarom zal het motoranker roteren onder invloed van een pulserend magnetisch veld in de richting van waaruit het begon te roteren.

Tijdens het overwinnen van de nominale belasting door een eenfase motor, wordt een kleine slip gecreëerd met het grootste deel van het directe koppel Mpr. De tegenwerking van het remmende, omgekeerde magnetische veld van de Mobr beïnvloedt zeer weinig door het verschil in de frequenties van de stromen van de voorwaartse en achterwaartse richtingen.

f2obr van de omgekeerde stroom overschrijdt aanzienlijk f2pr, en de geïnduceerde inductantie X2obr overschrijdt de actieve component aanzienlijk en biedt een groot demagnetiserend effect van de omgekeerde magnetische flux Fobr, die uiteindelijk afneemt.

Omdat de vermogensfactor van de motor onder belasting klein is, kan de omgekeerde magnetische flux geen sterk effect hebben op de roterende rotor.

Wanneer een fase van het netwerk wordt toegepast op een motor met een vaste rotor (n2 = 0), dan is slip, zowel voorwaarts als achterwaarts, gelijk aan eenheid, en zijn magnetische velden en krachten van voorwaartse en achterwaartse stromingen in balans en vindt geen rotatie plaats. Daarom is het onmogelijk om het motoranker uit de toevoer van één fase te draaien.

Hoe het motortoerental snel te bepalen:

Hoe rotorrotatie wordt gemaakt in een asynchrone motor met één fase

In de hele geschiedenis van de werking van dergelijke apparaten zijn de volgende ontwerpoplossingen ontwikkeld:

1. handmatig afwikkelen van de as met een hand of koord;

2. het gebruik van een extra wikkeling aangesloten op het moment van starten vanwege ohmse, capacitieve of inductieve weerstand;

3. splijten door een kortgesloten magnetische spoel van het magnetische statorcircuit.

De eerste methode werd in de initiële ontwikkeling gebruikt en werd in de toekomst niet meer toegepast vanwege het mogelijke risico op letsel bij het opstarten, hoewel er geen extra kettingen nodig zijn.

Toepassing van faseverschuivingswikkeling in stator

Om de eerste rotatie van de rotor aan de statorwikkeling te geven, is op het moment van opstarten een extra hulp aangesloten, maar slechts 90 graden verschoven in hoek. Het wordt uitgevoerd met een dikkere draad om meer stromen door te laten dan stromen in de werkende draad.

Het aansluitschema van een dergelijke motor is te zien in de afbeelding rechts.

Hier wordt de knop PNVS-type gebruikt om in te schakelen, die speciaal voor dergelijke motoren is gemaakt en op grote schaal werd gebruikt bij de bediening van wasmachines die in de USSR zijn vervaardigd. Deze knop schakelt onmiddellijk 3 contacten in, zodat de twee extreme, na ingedrukt en losgelaten te zijn, in de aan-toestand blijven en de middelste kort sluit en vervolgens terugkeert naar zijn oorspronkelijke positie onder invloed van de veer.

Gesloten extreme contacten kunnen worden verbroken door op de aangrenzende stopknop te drukken.

Naast de drukknopschakelaar worden de volgende in automatische modus gebruikt om de extra wikkeling uit te schakelen:

1. centrifugale schakelaars;

2. differentiaal- of stroomrelais;

3. mechanische timers.

Om het starten van de motor onder belasting te verbeteren, worden extra elementen gebruikt in de faseverschuivingswikkeling.

Aansluiting van een eenfase motor met startweerstand

In een dergelijk circuit wordt de ohmse weerstand achtereenvolgens gemonteerd op de extra wikkeling van de stator. In dit geval wordt het wikkelen van de windingen op een biffilaire manier uitgevoerd, waardoor een coëfficiënt van zelfinductie van de spoel zeer dicht bij nul wordt verschaft.

Vanwege de implementatie van deze twee methoden, wanneer stromen door verschillende wikkelingen stromen, vindt er een faseverschuiving van ongeveer 30 graden tussen hen plaats, wat voldoende is. Het verschil in hoeken wordt gecreëerd door de complexe weerstanden in elk circuit te wijzigen.

Met deze methode kan nog steeds een startwikkeling met een lage inductantie en verhoogde weerstand worden gevonden. Hiervoor wordt wikkeling met een klein aantal windingen van een draad met een verlaagde dwarsdoorsnede gebruikt.

Een eenfasemotor aansluiten met condensatorstart

Met de capacitieve fasestroomverschuiving kunt u een kortetermijnverbinding van de wikkeling maken met een in serie geschakelde condensator. Deze ketting werkt alleen wanneer de motor in de modus komt en schakelt vervolgens uit.

De condensatorstart creëert het grootste koppel en een hogere vermogensfactor dan bij een resistieve of inductieve startmethode. Het kan een waarde bereiken van 45 ÷ 50% van de nominale waarde.

In afzonderlijke circuits wordt ook een capaciteit toegevoegd aan de werkende wikkelketting, die constant aan is. Hierdoor worden afwijkingen van stromingen in de wikkelingen met een hoek van de orde van π / 2 bereikt. Tegelijkertijd is een verschuiving van maximale amplitudes merkbaar in de stator, wat zorgt voor een goed koppel op de as.

Dankzij deze techniek kan de motor meer vermogen genereren bij het opstarten. Deze methode wordt echter alleen gebruikt bij zware startmotoren, bijvoorbeeld om de trommel van een wasmachine gevuld met linnen met water te laten draaien.

Met de condensatortrigger kunt u de draairichting van het anker wijzigen. Wijzig hiervoor gewoon de polariteit van de verbinding van de start- of werkwikkeling.

Split-pole éénfase motoraansluiting

Asynchrone motoren met een klein vermogen van ongeveer 100 W maken gebruik van een splitsing van de magnetische flux van de stator vanwege de opname van een kortgesloten koperen spoel in de magnetische pool.

Gesneden in twee delen, creëert een dergelijke pool een extra magnetisch veld, dat vanuit de hoofdhoek in hoek wordt verschoven en verzwakt op de plaats die door de spoel wordt bedekt. Hierdoor wordt een elliptisch roterend veld gecreëerd dat een rotatiemoment met een constante richting vormt.

In dergelijke ontwerpen vindt men magnetische shunts gemaakt van staalplaten die de randen van de uiteinden van de statorpolen sluiten.

Motoren van vergelijkbare ontwerpen zijn te vinden in ventilatie-apparaten voor luchtblazen. Ze kunnen niet achteruitrijden.