Motor asincron monofazat: cum funcționează

Însuși numele acestui dispozitiv electric indică faptul că energia electrică furnizată acestuia este transformată în mișcare de rotație a rotorului. Mai mult decât atât, adjectivul „asincron” caracterizează nepotrivirea, decalajul vitezei de rotație a armăturii din câmpul magnetic al statorului.

Cuvântul „monofazic” determină o definiție ambiguă. Acest lucru se datorează faptului că termenul "faza" în electricitate definește mai multe fenomene:

• deplasarea, diferența unghiurilor între cantitățile vectoriale;

• potențial conductor de circuit electric cu două, trei sau patru fire;

• unul dintre înfășurările statorului sau rotorului unui motor sau generator trifazat.

Prin urmare, ne lămurim imediat că este obișnuit să apelăm la un motor electric monofazat care funcționează pe o rețea alternativă cu două fire reprezentată de un potențial de fază și zero. Numărul de înfășurări montate în diferite modele de statori nu afectează această definiție.

Proiectarea motorului

Conform dispozitivului său tehnic, un motor de inducție este format din:

1. un stator - o parte statică, fixă, realizată de o carcasă cu diverse elemente electrice situate pe ea;

2. un rotor rotit de forțele câmpului electromagnetic al statorului.

Conexiunea mecanică a acestor două părți se face prin rulmenți de rotație, ale căror inele interioare sunt montate pe soclurile montate ale arborelui rotorului, iar inelele exterioare sunt montate în capace laterale de protecție fixate pe stator.

rotor

Dispozitivul său pentru aceste modele este același ca pentru toate motoarele cu inducție: un miez magnetic din plăci încărcate pe bază de aliaje moi de fier este montat pe un arbore de oțel. Pe suprafața sa exterioară, se realizează caneluri în care sunt montate tijele de înfășurare din aluminiu sau cupru, scurtate la capete la inelele de închidere.

Un curent electric este indus în înfășurarea rotorului, care este indusă de câmpul magnetic al statorului, iar circuitul magnetic servește pentru buna trecere a fluxului magnetic creat aici.

Proiectele individuale ale rotorilor pentru motoare monofazate pot fi realizate din materiale nemagnetice sau feromagnetice sub formă de cilindru.

stator

Designul statorului este prezentat și:

• locuințe;

• circuit magnetic;

• lichidare.

Scopul său principal este de a genera un câmp electromagnetic fix sau rotativ.

Înfășurarea statorului constă de obicei din două circuite:

1. muncitor;

2. lansator.

În cele mai simple modele, proiectate pentru filarea manuală a ancorei, se poate face doar o înfășurare.

Principiul funcționării unui motor electric monofazat asincron

Pentru a simplifica prezentarea materialului, să ne imaginăm că înfășurarea statorului se face cu o singură buclă de buclă. Firurile sale din interiorul statorului sunt distribuite într-un cerc la 180 de grade unghiulare. Un curent alternativ sinusoidal trece prin el, având jumătăți de undă pozitive și negative. Creează nu un câmp magnetic rotativ, ci un impuls magnetic.

Cum apar pulsiunile câmpului magnetic

Să analizăm acest proces prin exemplul fluxului unei jumătăți de undă pozitive de curent în momentele instante t1, t2, t3.

Trece de-a lungul părții superioare a căii curente către noi, și de-a lungul părții inferioare - de la noi. În planul perpendicular reprezentat de circuitul magnetic apar fluxuri magnetice în jurul conductorului.

Curenții care variază în amplitudine la momentele de timp considerate creează câmpuri electromagnetice F1, F2, F3 de mărime diferită. Deoarece curentul în jumătatea superioară și inferioară este același, dar bobina este îndoită, fluxurile magnetice ale fiecărei părți sunt direcționate în direcția opusă și distrug efectul reciproc.Acest lucru poate fi determinat de regula unei pâlcuri sau a mâinii drepte.

După cum puteți vedea, cu o jumătate de undă pozitivă, nu se observă rotația câmpului magnetic, dar numai ondularea sa are loc în părțile superioare și inferioare ale sârmei, care se echilibrează reciproc și în circuitul magnetic. Același proces are loc cu o secțiune negativă a sinusoidului, când curenții invers.

Deoarece nu există un câmp magnetic rotativ, rotorul va rămâne, de asemenea, staționar, deoarece nu există forțe aplicate acestuia pentru a începe rotația.

Cum se creează rotația rotorului într-un câmp pulsant

Dacă dați rotorului rotirea, chiar și cu mâna, atunci va continua această mișcare. Pentru a explica acest fenomen, arătăm că fluxul magnetic total variază în frecvența sinusoidului curent de la zero la valoarea maximă în fiecare jumătate de ciclu (cu o schimbare de direcție) și constă din două părți formate în ramurile superioare și inferioare, așa cum se arată în figură.

Câmpul magnetic pulsator al statorului este format din două circulare cu o amplitudine de Fmax / 2 și care se deplasează în direcții opuse cu aceeași frecvență.

npr = nbr = f60 / p = 1.

În această formulă sunt indicate:

• frecvența de rotație npr și nobil a câmpului magnetic al statorului în direcțiile înainte și invers;

• n1 este viteza fluxului magnetic rotativ (r / min);

• p este numărul de perechi de poli;

• f este frecvența curentului în înfășurarea statorului.

Acum, cu mâna dvs., vom da rotația motorului într-o direcție și va ridica imediat mișcarea datorită apariției unui cuplu cauzat de alunecarea rotorului în raport cu fluxurile magnetice diferite ale direcțiilor înainte și invers.

Presupunem că fluxul magnetic al direcției înainte coincide cu rotirea rotorului, respectiv invers, va fi opusul. Dacă n2 este frecvența de rotație a ancorei în rpm, atunci putem scrie expresia n2

În acest caz, denotăm Spr = (n1-n2) / n1 = S.

Aici, indicii S și Spr denunță alunecarea motorului de inducție și rotorul fluxului magnetic relativ al direcției înainte.

În fluxul invers, alunecarea Sobr este exprimată printr-o formulă similară, dar cu schimbarea semnului n2.

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

În conformitate cu legea inducției electromagnetice, sub influența fluxurilor magnetice directe și invers, o forță electromotivă va acționa în înfășurarea rotorului, ceea ce va crea curenți de aceeași direcție I2pr și I2obr în ea.

Frecvența lor (în hertz) va fi direct proporțională cu mărimea alunecării.

f2pr = f1 ∙ Spr;

f2sample = f1 ∙ S

Mai mult, frecvența f2obr formată de curentul indus I2obr depășește semnificativ frecvența f2pr.

De exemplu, un motor lează pe o rețea de 50 Hz cu n1 = 1500 și n2 = 1440 rpm. Rotorul său are o alunecare în raport cu fluxul magnetic al direcției înainte Spr = 0.04 și frecvența curentă f2pr = 2 Hz. Alunecarea inversă Sobr = 1,96, iar frecvența curentă f2obr = 98 Hz.

Pe baza legii Ampere, când curentul I2pr și câmpul magnetic interactпр interacționează, apare un cuplu Мпр.

Mpr = cM ∙ Fpr ∙ I2pr ∙ cosφ2pr.

Aici, coeficientul constant SM depinde de proiectarea motorului.

În acest caz, fluxul magnetic invers Mobr acționează și el, care este calculat prin expresia:

Mobr = cM ∙ Phobr ∙ I2obr ∙ cosφ2obr.

Ca rezultat al interacțiunii acestor două fluxuri, va apărea cel care rezultă:

M = Mpr-Mobr.

Atenție! Când rotorul se rotește, în el sunt induse curenți de frecvențe diferite, care creează momente de forțe în direcții diferite. Prin urmare, armatura motorului se va roti sub acțiunea unui câmp magnetic pulsativ în direcția de la care a început să se rotească.

În timpul depășirii sarcinii nominale de către un motor monofazat, se creează o ușoară alunecare cu ponderea principală a cuplului direct Mpr. Contracararea câmpului magnetic inhibitor, invers, MOBR are un efect foarte mic datorită diferenței de frecvențe a curenților direcțiilor înainte și invers.

f2obr a curentului invers depășește semnificativ f2pr, iar inductanța indusă X2obr depășește foarte mult componenta activă și oferă un efect demagnetizant mare al fluxului magnetic invers Fobr, care în cele din urmă scade.

Deoarece factorul de putere al motorului sub sarcină este mic, fluxul magnetic invers nu poate avea un efect puternic asupra rotorului rotativ.

Atunci când o fază a rețelei este aplicată unui motor cu rotor fix (n2 = 0), atunci alunecarea, atât în ​​față cât și înapoi, sunt egale cu unitatea, iar câmpurile magnetice și forțele fluxurilor înainte și invers sunt echilibrate și nu se produce rotația. Prin urmare, din furnizarea unei singure faze este imposibil de dezgropat armatura motorie.

Cum se poate determina rapid viteza motorului:

Cum se creează rotația rotorului într-un motor asincron monofazat

În întreaga istorie a funcționării acestor dispozitive, au fost dezvoltate următoarele soluții de proiectare:

1. decuplarea manuală a arborelui cu o mână sau cu un cordon;

2. utilizarea unei înfășurări suplimentare conectate la pornire din cauza rezistenței ohmice, capacitive sau inductive;

3. despicare de o bobină magnetică de scurtcircuit a circuitului magnetic stator.

Prima metodă a fost utilizată la dezvoltarea inițială și nu a început să fie aplicată în viitor din cauza posibilelor riscuri de rănire la pornire, deși nu necesită lanțuri suplimentare.

Aplicarea înfășurării cu schimbare de fază în stator

Pentru a da rotația inițială a rotorului înfășurării statorului, la momentul pornirii, este conectată una auxiliară suplimentară, dar doar 90 de grade deplasate în unghi. Se realizează cu un fir mai gros pentru a trece mai mulți curenți decât curgerea în cel de lucru.

Diagrama de conectare a unui astfel de motor este prezentată în figura din dreapta.

Aici, butonul de tip PNVS este folosit pentru a porni, care a fost special creat pentru astfel de motoare și a fost utilizat pe scară largă în funcționarea mașinilor de spălat fabricate în URSS. Acest buton activează imediat 3 contacte în așa fel încât cele două extreme, după ce au fost apăsate și eliberate, rămân fixate în stare de pornire, iar cel din mijloc se închide scurt, apoi revine la poziția inițială sub acțiunea arcului.

Contactele extreme închise pot fi deconectate apăsând butonul oprit de oprire.

În plus față de comutatorul butonului, următoarele sunt utilizate în modul automat pentru a dezactiva înfășurarea suplimentară:

1. comutatoare centrifuge;

2. relee diferențiale sau de curent;

3. cronometre mecanice.

Pentru a îmbunătăți pornirea motorului sub sarcină, sunt utilizate elemente suplimentare în înfășurarea cu schimb de faze.

Racordarea unui motor monofazat cu rezistență de pornire

Într-un astfel de circuit, rezistența ohmică este montată secvențial la înfășurarea suplimentară a statorului. În acest caz, înfășurarea virajelor se realizează într-un mod bifilar, oferind un coeficient de auto-inducție a bobinei foarte aproape de zero.

Datorită punerii în aplicare a acestor două metode, când curentii curg prin înfășurări diferite, se produce o schimbare de fază de aproximativ 30 de grade între ele, ceea ce este suficient. Diferența de unghiuri este creată prin schimbarea rezistențelor complexe din fiecare circuit.

Cu această metodă, se poate găsi încă o înfășurare cu o inductanță scăzută și o rezistență crescută. Pentru aceasta, se folosește înfășurarea cu un număr mic de viraje a unui fir cu secțiune coborâtă.

Conectarea unui motor monofazat cu pornirea condensatorului

Schimbarea curentului de fază capacitivă vă permite să creați o conexiune pe termen scurt a înfășurării cu un condensator conectat în serie. Acest lanț funcționează numai atunci când motorul intră în modul, apoi se oprește.

Pornirea condensatorului creează cuplul cel mai mare și un factor de putere mai mare decât cu o metodă de pornire rezistivă sau inductivă. Poate atinge o valoare de 45 ÷ 50% din valoarea nominală.

În circuitele separate, o capacitanță este de asemenea adăugată lanțului de înfășurare funcțional, care este permanent pornit. Datorită acestui fapt, se obțin deviații de curenți în înfășurări cu un unghi de ordinul π / 2. În același timp, o schimbare a amplitudinilor maxime este puternic observată în stator, ceea ce asigură un cuplu bun pe arbore.

Datorită acestei tehnici, motorul este capabil să genereze mai multă putere la pornire. Cu toate acestea, această metodă este utilizată numai cu unități de pornire grea, de exemplu, pentru a învârti un tambur al unei mașini de spălat umplute cu lenjerie cu apă.

Declanșatorul condensator vă permite să schimbați direcția de rotație a armăturii. Pentru a face acest lucru, trebuie doar să schimbați polaritatea conexiunii înfășurării de pornire sau de funcționare.

Conexiune a motorului monofazat cu divizare

Motoarele asincrone cu o putere mică de aproximativ 100 W utilizează divizarea fluxului magnetic al statorului, datorită includerii unei bobine de cupru scurtcircuitate în polul circuitului magnetic.

Tăiat în două părți, un astfel de pol creează un câmp magnetic suplimentar, care este deplasat în unghi de la cel principal și îl slăbește în locul acoperit de bobină. Datorită acestui fapt, este creat un câmp rotativ eliptic, formând un moment de rotație de direcție constantă.

În astfel de modele, se pot găsi șanțuri magnetice din plăci de oțel care închid marginile vârfurilor stâlpilor statorici.

Motoare cu modele similare pot fi găsite în dispozitivele de ventilație pentru suflarea aerului. Nu au capacitatea de a inversa.