Однофазный двигатель схема: Однофазный асинхронный электродвигатель

Содержание

Однофазный асинхронный электродвигатель

Дмитрий Левкин

Однофазный асинхронный электродвигатель — это асинхронный электродвигатель, который работает от электрической сети однофазного переменного тока без использования частотного преобразователя и который в основном режиме работы (после пуска) использует только одну обмотку (фазу) статора.

Конструкция однофазного двигателя с вспомогательной или пусковой обмоткой

Основными компонентами любого электродвигателя являются ротор и статор. Ротор — вращающаяся часть электродвигателя, статор — неподвижная часть электродвигателя, с помощью которого создается магнитное поле для вращения ротора.

Основные части однофазного двигателя: ротор и статор

Статор имеет две обмотки, расположенные под углом 90° относительно друг друга. Основная обмотка называется главной (рабочей) и обычно занимает 2/3 пазов сердечника статора, другая обмотка называется вспомогательной (пусковой) и обычно занимает 1/3 пазов статора.

Двигатель фактически является двухфазным, но так как рабочей является только одна обмотка, электродвигатель называют однофазным.

Ротор обычно представляет из себя короткозамкнутую обмотку, также из-за схожести называемой «беличьей клеткой». Медные или алюминиевые стержни которого с торцов замкнуты кольцами, а пространство между стержнями чаще всего заливается сплавом алюминия. Так же ротор однофазного двигателя может быть выполнен в виде полого немагнитного или полого ферромагнитного цилиндра.

Однофазный двигатель с вспомогательной обмоткой имеет 2 обмотки расположенные перпендикулярно относительно друг друга

Принцип работы однофазного асинхронного двигателя

Для того чтобы лучше понять работу однофазного асинхронного двигателя, давайте рассмотрим его только с одним витком в главной и вспомогательной обмотки.

Проанализируем случай с двумя обмотками имеющими по оному витку

Рассмотрим случай когда в вспомогательной обмотки не течет ток. При включении главной обмотки статора в сеть, переменный ток, проходя по обмотке, создает пульсирующее магнитное поле, неподвижное в пространстве, но изменяющееся от +Ф_mах до -Ф_mах.

Запустить

Остановить

Пульсирующее магнитное поле

Если поместить ротор, имеющий начальное вращение, в пульсирующее магнитное поле, то он будет продолжать вращаться в том же направлении.

Чтобы понять принцип действия однофазного асинхронного двигателя разложим пульсирующее магнитное поле на два одинаковых круговых поля, имеющих амплитуду равную Ф_mах/2 и вращающихся в противоположные стороны с одинаковой частотой:

где n_пр – частота вращения магнитного поля в прямом направлении, об/мин,

n_обр – частота вращения магнитного поля в обратном направлении, об/мин,

f₁ – частота тока статора, Гц,

p – количество пар полюсов,

n₁ – скорость вращения магнитного потока, об/мин

Запустить

Остановить

Разложение пульсирующего магнитного потока на два вращающихся

Действие пульсирующего поля на вращающийся ротор

Рассмотрим случай когда ротор, находящийся в пульсирующем магнитном потоке, имеет начальное вращение. Например, мы вручную раскрутили вал однофазного двигателя, одна обмотка которого подключена к сети переменного тока. В этом случае при определенных условиях двигатель будет продолжать развивать вращающий момент, так как скольжение его ротора относительно прямого и обратного магнитного потока будет неодинаковым.

Будем считать, что прямой магнитный поток Ф_пр, вращается в направлении вращения ротора, а обратный магнитный поток Ф_обр — в противоположном направлении. Так как, частота вращения ротора n₂ меньше частоты вращения магнитного потока n₁, скольжение ротора относительно потока Ф_пр будет:

где s_пр – скольжение ротора относительно прямого магнитного потока,

n₂ – частота вращения ротора, об/мин,

s – скольжение асинхронного двигателя

Прямой и обратный вращающиеся магнитные потоки вместо пульсирующего магнитного потока

Магнитный поток Ф_обр вращается встречно ротору, частота вращения ротора n₂ относительно этого потока отрицательна, а скольжение ротора относительно Ф_обр

где s_обр – скольжение ротора относительно обратного магнитного потока

Запустить

Остановить

Вращающееся магнитное поле пронизывающее ротор

Ток индуцируемый в роторе переменным магнитным полем

Согласно закону электромагнитной индукции прямой Ф_пр и обратный Ф_обр магнитные потоки, создаваемые обмоткой статора, наводят в обмотке ротора ЭДС, которые соответственно создают в короткозамкнутом роторе токи I_2пр и I_2обр. При этом частота тока в роторе пропорциональна скольжению, следовательно:

где f_2пр – частота тока I_2пр наводимого прямым магнитным потоком, Гц

где f_2обр – частота тока I_2обр наводимого обратным магнитным потоком, Гц

Таким образом, при вращающемся роторе, электрический ток I_2обр, наводимый обратным магнитным полем в обмотке ротора, имеет частоту f_2обр, намного превышающую частоту f_2пр тока ротора I_2пр, наведенного прямым полем.

Пример: для однофазного асинхронного двигателя, работающего от сети с частотой f₁ = 50 Гц при n₁ = 1500 и n₂ = 1440 об/мин,

скольжение ротора относительно прямого магнитного потока s_пр = 0,04;
частота тока наводимого прямым магнитным потоком f_2пр = 2 Гц;
скольжение ротора относительно обратного магнитного потока s_обр = 1,96;
частота тока наводимого обратным магнитным потоком f_2обр = 98 Гц

Согласно закону Ампера, в результате взаимодействия электрического тока I_2пр с магнитным полем Ф_пр возникает вращающий момент

где M_пр – магнитный момент создаваемый прямым магнитным потоком, Н∙м,

с_M — постоянный коэффициент, определяемый конструкцией двигателя

Электрический ток I_2обр, взаимодействуя с магнитным полем Ф_обр, создает тормозящий момент М_обр, направленный против вращения ротора, то есть встречно моменту М_пр:

где M_обр – магнитный момент создаваемый обратным магнитным потоком, Н∙м

Результирующий вращающий момент, действующий на ротор однофазного асинхронного двигателя,

Справка: В следствие того, что во вращающемся роторе прямым и обратным магнитным полем будет наводиться ток разной частоты, моменты сил действующие на ротор в разных направлениях будут не равны. Поэтому ротор будет продолжать вращаться в пульсирующем магнитном поле в том направлении в котором он имел начальное вращение.

Тормозящее действие обратного поля

При работе однофазного двигателя в пределах номинальной нагрузки, то есть при небольших значениях скольжения s = s_пр, крутящий момент создается в основном за счет момента М_пр. Тормозящее действие момента обратного поля М_обр — незначительно. Это связано с тем, что частота f_2обр много больше частоты f_2пр, следовательно, индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора х_2обр = x₂s_обр току I_2обр намного больше его активного сопротивления. Поэтому ток I_2обр, имеющий большую индуктивную составляющую, оказывает сильное размагничивающее действие на обратный магнитный поток Ф_обр, значительно ослабляя его.

где r₂ — активное сопротивление стержней ротора, Ом,

x_2обр — реактивное сопротивление стержней ротора, Ом.

Если учесть, что коэффициент мощности невелик, то станет, ясно, почему М_обр в режиме нагрузки двигателя не оказывает значительного тормозящего действия на ротор однофазного двигателя.

С помощью одной фазы нельзя запустить ротор

Ротор имеющий начальное вращение будет продолжать вращаться в поле создаваемом однофазным статором

Действие пульсирующего поля на неподвижный ротор

При неподвижном роторе (n₂ = 0) скольжение s_пр = s_обр = 1 и М_пр = М_обр, поэтому начальный пусковой момент однофазного асинхронного двигателя М_п = 0. Для создания пускового момента необходимо привести ротор во вращение в ту или иную сторону. Тогда s ≠ 1, нарушается равенство моментов М_пр и М_обр и результирующий электромагнитный момент приобретает некоторое значение .

Пуск однофазного двигателя. Как создать начальное вращение?

Одним из способов создания пускового момента в однофазном асинхронном двигателе, является расположение вспомогательной (пусковой) обмотки B, смещенной в пространстве относительно главной (рабочей) обмотки A на угол 90 электрических градусов. Чтобы обмотки статора создавали вращающееся магнитное поле токи I_A и I_B в обмотках должны быть сдвинуты по фазе относительно друг друга. Для получения фазового сдвига между токами I_A и I_B в цепь вспомогательной (пусковой) обмотки В включают фазосмещающий элемент, в качестве которого используют активное сопротивление (резистор), индуктивность (дроссель) или емкость (конденсатор) [1].

После того как ротор двигателя разгонится до частоты вращения, близкой к установившейся, пусковую обмотку В отключают. Отключение вспомогательной обмотки происходит либо автоматически с помощью центробежного выключателя, реле времени, токового или дифференциального реле, или же вручную с помощью кнопки.

Таким образом, во время пуска двигатель работает как двухфазный, а по окончании пуска — как однофазный.

Подключение однофазного двигателя

С пусковым сопротивлением

Двигатель с расщепленной фазой — однофазный асинхронный двигатель, имеющий на статоре вспомогательную первичную обмотку, смещенную относительно основной, и короткозамкнутый ротор [2].

Однофазный асинхронный двигатель с пусковым сопротивлением — двигатель с расщепленной фазой, у которого цепь вспомогательной обмотки отличается повышенным активным сопротивлением.

Омический сдвиг фаз, биффилярный способ намотки пусковой обмотки

Разное сопротивление и индуктивность обмоток

Для запуска однофазного двигателя можно использовать пусковой резистор, который последовательно подключается к пусковой обмотки. В этом случае можно добиться сдвига фаз в 30° между токами главной и вспомогательной обмотки, которого вполне достаточно для пуска двигателя. В двигателе с пусковым сопротивлением разность фаз объясняется разным комплексным сопротивлением цепей.

Также сдвиг фаз можно создать за счет использования пусковой обмотки с меньшей индуктивностью и более высоким сопротивлением. Для этого пусковая обмотка делается с меньшим количеством витков и с использованием более тонкого провода чем в главной обмотке.

Отечественной промышленностью изготавливается серия однофазных асинхронных электродвигателей с активным сопротивлением в качестве фазосдвигающего элемента серии АОЛБ мощностью от 18 до 600 Вт при синхронной частоте вращения 3000 и 1500 об/мин, предназначенных для включения в сеть напряжением 127, 220 или 380 В, частотой 50 Гц.

С конденсаторным пуском

Двигатель с конденсаторным пуском — двигатель с расщепленной фазой, у которого цепь вспомогательной обмотки с конденсатором включается только на время пуска.

Ёмкостной сдвиг фаз с пусковым конденсатором

Чтобы достичь максимального пускового момента требуется создать круговое вращающееся магнитное поле, для этого требуется чтобы токи в главной и вспомогательной обмотках были сдвинуты друг относительно друга на 90°. Использование в качестве фазосдвигающего элемента резистора или дросселя не позволяет обеспечить требуемый сдвиг фаз. Лишь включение конденсатора определенной емкости позволяет обеспечить фазовый сдвиг 90°.

Среди фазосдвигающих элементов, только конденсатор позволяет добиться наилучших пусковых свойств однофазного асинхронного электродвигателя.

Двигатели в цепь которых постоянно включен конденсатор используют для работы две фазы и называются — конденсаторными. Принцип действия этих двигателей основан на использовании вращающегося магнитного поля.

Двигатель с экранированными полюсами — двигатель с расщепленной фазой, у которого вспомогательная обмотка короткозамкнута.

Статор однофазного асинхронного двигателя с экранированными полюсами обычно имеет явно выраженные полюса. На явно выраженных полюсах статора намотаны катушки однофазной обмотки возбуждения. Каждый полюс статора разделен на две неравные части аксиальным пазом. Меньшую часть полюса охватывает короткозамкнутый виток. Ротор однофазного двигателя с экранированными полюсами — короткозамкнутый в виде «беличьей» клетки.

При включении однофазной обмотки статора в сеть в магнитопроводе двигателя создается пульсирующий магнитный поток. Одна часть которого проходит по неэкранированной Ф’, а другая Ф» — по экранированной части полюса. Поток Ф» наводит в короткозамкнутом витке ЭДС E_k, в результате чего возникает ток I_k отстающий от E_k по фазе из-за индуктивности витка. Ток I_k создает магнитный поток Ф_k, направленный встречно Ф», создавая результирующий поток в экранированной части полюса Ф_э=Ф»+Ф_k. Таким образом, в двигателе потоки экранированной и неэкранированной частей полюса сдвинуты во времени на некоторый угол.

Пространственный и временной углы сдвига между потоками Ф_э и Ф’ создают условия для возникновения в двигателе вращающегося эллиптического магнитного поля, так как Ф_э ≠ Ф’.

Пусковые и рабочие свойства рассматриваемого двигателя невысоки. КПД намного ниже, чем у конденсаторных двигателей такой же мощности, что связано со значительными электрическими потерями в короткозамкнутом витке.

Статор такого однофазного двигателя выполняется с ярко выраженными полюсами на не симметричном шихтованном сердечнике. Ротор — короткозамкнутый типа «беличья клетка».

Данный электродвигатель для работы не требует использования фазосдвигающих элементов. Недостатком данного двигателя является низкий КПД.

Подключение однофазного двигателя АИРЕ 80С2

Здравствуйте, уважаемые читатели и гости сайта «Заметки электрика».

Несколько дней назад ко мне обратился один из моих читателей с просьбой о подключении однофазного двигателя серии АИРЕ 80С2. На самом деле этот двигатель является не совсем однофазным. Его будет точнее и правильнее отнести к двухфазным из категории асинхронных конденсаторных двигателей. Поэтому в данной статье речь пойдет о подключении именно таких двигателей.

Итак, у нас имеется асинхронный конденсаторный однофазный двигатель АИРЕ 80С2, который имеет следующие технические данные:

мощность 2,2 (кВт)
частота вращения 3000 об/мин
КПД 76%
cosφ = 0,9
режим работы S1
напряжение сети 220 (В)
степень защиты IP54
емкость рабочего конденсатора 50 (мкФ)
напряжение рабочего конденсатора 450 (В)

Этот двигатель установлен на малогабаритном буровом станке и его нам нужно подключить к электрической сети 220 (В).

Расшифровка двигателя серии АИРЕ 80С2:

В данной статье габаритные и установочные размеры однофазного двигателя АИРЕ 80С2 я приводить не буду. Их можно найти в паспорте на этот двигатель. Давайте лучше перейдем к его подключению.

Подключение конденсаторного однофазного двигателя

Асинхронный конденсаторный однофазный двигатель состоит из двух одинаковых обмоток, которые сдвинуты в пространстве относительно друг друга на 90 электрических градусов:

главная или рабочая (U1, U2)
вспомогательная или пусковая (Z1, Z2)

А Вы знаете, как отличить рабочую обмотку от пусковой? Если нет, то переходите по указанной ссылочке.

Главную (рабочую) обмотку такого двигателя подключают непосредственно в однофазную сеть. Вспомогательную (пусковую) обмотку подключают в эту же сеть, но только через рабочий конденсатор.

На этом этапе многие электрики путаются и ошибаются, потому что в обычном асинхронном однофазном двигателе вспомогательную обмотку после пуска нужно отключать. Здесь же вспомогательная обмотка всегда находится под напряжением, т.е. в работе. Это значит, что конденсаторный однофазный двигатель имеет вращающуюся магнитодвижущую силу (МДС) на протяжении всего рабочего процесса. Вот поэтому он по своим характеристикам практически не уступает трехфазным. Но тем не менее недостатки у него имеются:

Для нашего однофазного двигателя АИРЕ 80С2 емкость рабочего конденсатора уже известна (из паспорта), и она составляет 50 (мкФ). Вообще то можно и самостоятельно рассчитать емкость рабочего конденсатора, но формула эта достаточно сложная, поэтому я ее Вам приводить не буду.

Если не знаете (или подзабыли) как можно измерить емкость, то напомню Вам, что я уже писал статью о том, как пользоваться цифровым мультиметром при измерении емкости конденсатора. Читайте, там все подробно описано.

Если по условиям пуска однофазного двигателя требуется более высокий момент, то параллельно рабочему конденсатору на время пуска необходимо подключить пусковой конденсатор, емкость которого выбирают опытным путем для получения наибольшего пускового момента. По опыту могу сказать, что емкость пускового конденсатора можно взять в 2-3 раза больше рабочего.

Вот пример подключения однофазного конденсаторного двигателя с тяжелым пуском:

Подключить пусковой конденсатор можно с помощью кнопки или же использовать более сложную схему, например, на реле времени.

Забыл сказать о роторах.

Чаще всего роторы однофазных двигателей выполняются короткозамкнутыми. Более подробно о короткозамкнутых роторах я рассказывал в статье про устройство асинхронных двигателей.

Схема подключения однофазного двигателя (конденсаторного)

Ну вот мы добрались и до схемы подключения конденсаторного двигателя. На клеммнике такого двигателя расположены 6 выводов:

Эти вывода подключены к обмоткам двигателя в следующем порядке:

Вот так выглядит клеммник с выводами двигателя АИРЕ 80С2:

Чтобы подключить двигатель в прямом направлении, нужно подать переменное напряжение ~220 (В) на клеммы W2 и V1, а перемычки поставить, как показано на картинке ниже, т.е. между клемм U1-W2 и V1-U2.

Чтобы подключить двигатель в обратном направлении, нужно подать переменное напряжение ~220 (В) на те же клеммы W2 и V1, а перемычки поставить, как показано на картинке ниже, т.е. между клемм U1-V1 и W2-U2.

Думаю с этим все понятно. Устанавливаем перемычки для нужного вращения двигателя и подключаем однофазный двигатель к питающей сети, как показано на рисунках выше.

Но что делать когда нам необходимо дистанционно управлять направлением вращения? А для этого нам нужно собрать схему реверса однофазного двигателя. Как это сделать Вы узнаете из следующей моей статьи.

Чтобы не пропустить выпуск новой статьи, подпишитесь (форма подписки находится в конце статьи и в правой колонке сайта), указав свой адрес электронной почты.

Спасибо за внимание.

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:

Как подключить однофазный электродвигатель, схема запуска

Работа асинхронных электрических двигателей основывается на создании вращающегося магнитного поля, приводящего в движение вал. Ключевым моментом является пространственное и временное смещение обмоток статора по отношению друг к другу. В однофазных асинхронных электродвигателях для создания необходимого сдвига по фазе используется последовательное включение в цепь фазозамещающего элемента, такого как, например, конденсатор.

Содержание:

Отличие от трехфазных двигателей
Как это работает
Основные схемы подключения
Другие способы

Подбор конденсатора

Отличие от трехфазных двигателей

Использование асинхронных электродвигателей в чистом виде при стандартном подключении возможно только в трехфазных сетях с напряжением в 380 вольт, которые используются, как правило, в промышленности, производственных цехах и других помещениях с мощным оборудованием и большим энергопотреблением. В конструкции таких машин питающие фазы создают на каждой обмотке магнитные поля со смещением по времени и расположению (120˚ относительно друг друга), в результате чего возникает результирующее магнитное поле. Его вращение приводит в движение ротор.

Однако нередко возникает необходимость подключения асинхронного двигателя в однофазную бытовую сеть с напряжением в 220 вольт (например в стиральных машинах). Если для подключения асинхронного двигателя будет использована не трехфазная сеть, а бытовая однофазная (то есть запитать через одну обмотку), он не заработает. Причиной тому переменный синусоидальный ток, протекающий через цепь. Он создает на обмотке пульсирующее поле, которое никак не может вращаться и, соответственно, двигать ротор. Для того, чтобы включить однофазный асинхронный двигатель необходимо:

добавить на статор еще одну обмотку, расположив ее под 90˚ углом от той, к которой подключена фаза.
для фазового смещения включить в цепь дополнительной обмотки фазосдвигающий элемент, которым чаще всего служит конденсатор.

Редко для сдвига по фазе создается бифилярная катушка. Для этого несколько витков пусковой обмотки мотаются в обратную сторону. Это лишь один из вариантов бифиляров, которые имеют несколько другую сферу применения, поэтому, чтобы изучить их принцип действия, следует обратиться к отдельной статье.

После подключения двух обмоток такой двигатель с конструкционной точки зрения является двухфазным, однако его принято называть однофазным из-за того что в качестве рабочей выступает лишь одна из них.

Схема подключения коллекторного электродвигателя в 220В

Схема подключения однофазного асинхронного двигателя (схема звезда)

Как это работает

Пуск двигателя с двумя расположенными подобным образом обмотками приведет к созданию токов на короткозамкнутом роторе и кругового магнитного поля в пространстве двигателя. В результате их взаимодействия между собой ротор приводится в движение. Контроль показателей пускового тока в таких двигателях осуществляется частотным преобразователем.

Несмотря на то, что функцию фаз определяет схема присоединения двигателя к сети, дополнительную обмотку нередко называют пусковой. Это обусловлено особенностью, на которой основывается действие однофазных асинхронных машин – крутящийся вал, имеющий вращающее магнитное поле, находясь во взаимодействии с пульсирующим магнитным полем может работать от одной рабочей фазы. Проще говоря, при некоторых условиях, не подсоединяя вторую фазу через конденсатор, мы могли бы запустить двигатель, раскрутив ротор вручную и поместив в статор. В реальных условиях для этого необходимо запустить двигатель с помощью пусковой обмотки (для смещения по фазе), а потом разорвать цепь, идущую через конденсатор. Несмотря на то, что поле на рабочей фазе пульсирующее, оно движется относительно ротора и, следовательно, наводит электродвижущую силу, свой магнитный поток и силу тока.

Основные схемы подключения

В качестве фазозамещающего элемента для подключения однофазного асинхронного двигателя можно использовать разные электромеханические элементы (катушка индуктивности, активный резистор и др. ), однако конденсатор обеспечивает наилучший пусковой эффект, благодаря чему и применяется для этого чаще всего.

однофазный асинхронный двигатель и конденсатор

Различают три основные способа запуска однофазного асинхронного двигателя через:

рабочий;
пусковой;
рабочий и пусковой конденсатор.

В большинстве случаев применяется схема с пусковым конденсатором. Это связано с тем, что она используется как пускатель и работает только во время включения двигателя. Дальнейшее вращение ротора обеспечивается за счет пульсирующего магнитного поля рабочей фазы, как уже было описано в предыдущем абзаце. Для замыкания цепи пусковой цепи зачастую используют реле или кнопку.

Поскольку обмотка пусковой фазы используется кратковременно, она не рассчитана на большие нагрузки, и изготавливается из более тонкой проволоки. Для предотвращения выхода её из строя в конструкцию двигателей включают термореле (размыкает цепь после нагрева до установленной температуры) или центробежный выключатель (отключает пусковую обмотку после разгона вала двигателя).

Таким путем достигаются отличные пусковые характеристики. Однако данная схема обладает одним существенным недостатком – магнитное поле внутри двигателя, подключенного к однофазной сети, имеет не круговую, а эллиптическую форму. Это увеличивает потери при преобразовании электрической энергии в механическую и, как следствие, снижает КПД.

Схема с рабочим конденсатором не предусматривает отключение дополнительной обмотки после запуска и разгона двигателя. В данном случае конденсатор позволяет компенсировать потери энергии, что приводит к закономерному увеличению КПД. Однако в пользу эффективности проходится жертвовать пусковыми характеристиками.

Для работы схемы необходимо подбирать элемент с определенной ёмкостью, рассчитанной с учетом тока нагрузки. Неподходящий по емкости конденсатор приведет к тому, что вращающееся магнитное поле будет принимать эллиптическую форму.

Своеобразной «золотой серединой» является схема подключения с использованием обоих конденсаторов – и пускового, и рабочего. При подключении двигателя таким способом его пусковые и рабочие характеристики принимают средние значения относительно описанных выше схем.

На практике для приборов, требующих создания сильного пускового момента используется первая схема с соответствующим конденсатором, а в обратной ситуации – вторая, с рабочим.

Другие способы

При рассмотрении методов подключения однофазных асинхронных двигателей нельзя обойти внимание два способа, конструктивно отличающихся от схем для подключения через конденсатор.

С экранированными полюсами и расщепленной фазой

В конструкции такого двигателя используется короткозамкнутая дополнительная обмотка, а на статоре присутствуют два полюса. Аксиальный паз делит каждый из них на две несимметричные половины, на меньшей из которых располагается короткозамкнутый виток.

После включения двигателя в электрическую сеть пульсирующий магнитный поток разделяется на 2 части. Одна из них движется через экранированную часть полюса. В результате получается два разнонаправленных потока с отличной от основного поля скоростью вращения. Благодаря индуктивности появляется электродвижущая сила и сдвиг магнитных потоков по фазе и времени.

Витки короткозамкнутой обмотки приводят к существенным потерям энергии, что и является главным недостатком схемы, однако она относительно часто используется в климатических и нагревательных приборах с вентилятором.

С асимметричным магнитопроводом статора

Особенностью двигателей с данной конструкцией заключается в несимметричной форме сердечника, из-за чего появляются явно выраженные полюса. Для работы схемы необходим короткозамкнутый ротор и обмотка в виде беличьей клетки. Характерным отличием этой конструкции является отсутствие необходимости в фазовом смещении. Улучшенный пуск двигателя осуществляется благодаря оснащению его магнитными шунтами.

Среди недостатков этих моделей асинхронных электродвигателей выделяют низкий КПД, слабый пусковой момент, отсутствие реверса и сложность обслуживания магнитных шунтов. Но, несмотря на это, они имеют широкое применение в производстве бытовой техники.

Подбор конденсатора

Перед тем как подключить однофазный электродвигатель, необходимо произвести расчет необходимой ёмкости конденсатора. Это можно сделать самостоятельно или воспользоваться онлайн-калькуляторами. Как правило, для рабочего конденсатора на 1 кВт мощности должно приходиться примерно 0,7-0,8 мкФ емкости, и около 1,7-2 мкФ – для пускового. Стоит отметить, что напряжение последнего должно составлять не менее 400 В. Эта необходимость обусловлена возникновением 300-600 вольтного всплеска напряжения при старте и останове двигателя.

Керамический и электролитический конденсатор

Ввиду своих функциональных особенностей однофазные электродвигатели находят широкое применение в бытовой технике: пылесосах, холодильниках, газонокосилках и других приборов, для работы которых достаточно частоты вращения двигателя до 3000 об/мин. Большей скорости, при подключении к стандартной сети с частотой тока в 50 Гц, невозможно. Для развития большей скорости используют коллекторные однофазные двигатели.

Мастеровым от мастерового.: Подключение однофазного двигателя.

Прежде чем приступить к подключению любого электродвигателя,
необходимо быть полностью уверенным, что двигатель рабочий. Провести полную
ревизию для проверки качества подшипников, отсутствия люфтов на посадочных
местах ротора и в крышках двигателя. Провести проверку обмоток на замыкание
между собой и на корпус.

Так-же при подключении необходимо соблюдать технику
безопасности, быть предельно внимательным и работать без спешки.

Для подключения однофазного электродвигателя с пусковой
обмоткой нам понадобится включатель с пусковым контактом — ПНВС. Число после букв
означает силу тока на которую рассчитан данный выключатель. В предыдущей статье
я рассказал как определить тип двигателя, трёхфазный он или однофазный. И если
вы сомневаетесь в том, конденсаторный это двигатель или с пусковой обмоткой, то
вам необходимо сначала подключить двигатель как с пусковой обмоткой и если он
не запустится значит он конденсаторный.

Для того, чтобы узнать какая из двух обмоток является
рабочей, необходимо измерить их сопротивление. Та катушка, которая будет иметь
меньшее сопротивление является рабочей. Исключение составляет очень небольшой
процент конденсаторных двигателей, у которых и рабочая обмотка и конденсаторная
одинаковы и имеют одно сопротивление.

Пусковая обмотка подключается только для запуска двигателя и
после того как двигатель набрал обороты — отключается. В работе остаётся только
рабочая обмотка. Правильно намотанный двигатель, с проведённой ревизией без
нагрузки на валу выходит на положенные обороты не больше чем за несколько
секунд, но чаще — мгновенно. Поэтому при пробном пуске двигатель должен быть
надёжно закреплён.

Чтобы запустить двигатель с пусковой обмоткой необходимо
подключить его по такой схеме:

Один конец рабочей и пусковой соединяем вместе и подключаем
к одной из крайних клейм кнопки. Это будет общий провод. Второй конец рабочей
обмотки подключаем ко второй крайней клейме кнопки. А оставшийся провод пусковой
катушки соединяем со средней клеймой кнопки. При этом мы задействуем клеймы только
с одной стороны кнопки. Три клеймы с другой стороны пока остаются свободными. К двум
крайним из них подключаем сетевой шнур. А к центральной клейме подводим
перемычку от той крайней клеймы, напротив которой подсоединён один рабочий
провод.

Закрываем крышку кнопки, закрепляем двигатель, делаем
пробное включение-выключение кнопки чтобы убедится в её работоспособности и
знать что она находится в выключенном состоянии. Включаем вилку в розетку, нажимаем
кнопку пуск и удерживаем до набора двигателем оборотов. Но не более нескольких
секунд. Затем кнопку отпускаем. Если двигатель гудит, но вращаться не начинает,
значит двигатель конденсаторный и подключать его нужно по другой схеме.

Для подключения конденсаторного двигателя пусковая кнопка не
нужна. Поэтому подойдёт любой подходящий по мощности пускатель, тумблер или
выключатель который может смыкать и размыкать одновременно два контакта.

Соединяем один конец рабочей и один конец пусковой обмоток вместе
и подводим к одной из клейм выключателя. Вторые концы обмоток подключаем к
разным выводам конденсатора и при этом провод от рабочей катушки подводим ещё и
к второй клейме выключателя. На противоположенные клеймы выключателя подключаем
сетевой шнур.

Переключаем тумблер в положение выключено, проверяем надёжность
закрепления двигателя, включаем вилку в розетку и включаем тумблер. Двигатель
без нагрузки на валу должен запуститься мгновенно.

Для того, чтобы однофазный двигатель вращался в другую
сторону, необходимо поменять выводы одной из обмоток местами.

Если нам необходимо чтобы двигатель вращался и в одну и в
другую стороны, то необходимо поставить тумблер реверса. Причём поставить его
так, чтоб мы не могли переключить его во время работы двигателя. Это касается
конденсаторного двигателя. Тумблер должен быть на 2 или 3 положения и иметь
шесть выводов.

В одном положении два средних вывода замыкаются с двумя
крайними, а в другом с двумя другими крайними. Подключаем два провода одной из
катушек двигателя к центральным клеймам переключателя, а крайнии клеймы соединяем
по диагонали и отводим от них два провода которые подключаем туда, откуда
отключили концы обмотки. Теперь при переключении тумблера двигатель будет
запускаться в другую сторону.

Схема реверса однофазного двигателя с пусковой обмоткой и кнопкой ПНВ.

О том как подобрать конденсатор к конденсаторному двигателю
я расскажу в одной из следующих статей.

Статья дополняется.

Асинхронные однофазные электродвигатели — по размеру высоты вала.

Асинхронные однофазные двигатели широко применяются в приводах промышленных и бытовых электроприборов и станков. Функция однофазного электродвигателя – переработка электричества, поступающего по однофазной сети переменного тока в механическую энергию. Конструктивное отличие однофазного электродвигателя – однофазная обмотка на неподвижной части (статоре) и, как следствие, отсутствие начального вращающего момента, обусловленное тем, что при однофазном токе не образуется вращающееся магнитное поле.

Создание пускового момента достигается при помощи дополнительной пусковой обмотки, которая располагается перпендикулярно основной. При включении однофазного электродвигателя вначале вводится в действие пусковая обмотка, а после достижения заданной частоты вращения работа электродвигателя происходит за счет функционирования основной обмотки.

Каталог однофазных электродвигателей по типразмеру.

Пусковая обмотка однофазного электродвигателя так же, как и основная, получает ток от однофазной сети с частотой переменного тока 50 Гц и напряжением 220 В. При этом сдвиг фаз достигается за счет включения значительного активного сопротивления. В зависимости от целей эксплуатации и специфики оборудования асинхронные однофазные двигатели укомплектовываются дополнительными приспособлениями, позволяющими им более полно и эффективно выполнять свои функции.

Это могут быть устройства частотного регулирования скоростей, механический тормоз или какие-либо другие специальные элементы. В некоторых случаях технологические условия требуют установки однофазного двигателя без корпуса, в других ситуациях напротив становится необходима усиленная защита.

Универсальный однофазный электродвигатель Вesel SEMBg 56-2A/S без корпуса

Благодаря широкому выбору однофазных электродвигателей известных марок вы сможете купить устройство, максимально соответствующее индивидуальным требованиям и условиям эксплуатации. Наши консультанты помогут вам сделать оптимальный выбор, предоставив исчерпывающую информацию по каждому однофазному двигателю, представленному в каталоге.

Как подключить однофазный электродвигатель к сети 220 В

Автор Alexey На чтение 6 мин. Просмотров 1.3k. Опубликовано 16. 04.2016
Обновлено 19.02.2021

Очень часто бывает, что механика в стиральной машине, пылесосе, электродрели полностью выходит из строя, и выгодней будет купить новую бытовую технику, чем починить безнадёжно устаревшие домашние электроприборы.

Из кучи оставшихся от данных устройств запчастей, как правило, самым ценным элементом будет электро двигатель, которому можно найти достойное применение, подключив в сеть 220В.

В подобных электроприборах изредка встречается полноценный трёхфазный двигатель, и скорее всего там окажется однофазный коллекторный или асинхронный электродвигатель, у которого может оказаться изрядный запас прочности и ресурса подшипников для применения в качестве привода насоса, компрессора, вентилятора, точила, мини-станка, овощерезки, газонокосилки и т.д.

В данной статье будет рассказано о том, как подключить однофазный двигатель в сеть 220 В, в зависимости от его типа.

Принцип действия коллекторного двигателя

В коллекторном электродвигателе, встречающемся в стиральных машинах и электродрелях, имеются обмотки на статоре и роторе.

Коллекторный двигатель

Роторные обмотки намотаны в виде рамок и помещаются в специальных пазах, а их переключение происходит при помощи коллекторных выводов и контактов в виде графитовых щёток.

ротор коллекторного двигателя

Устройство ротора выполнено таким образом, чтобы в любой момент времени под напряжением находилась только одна рамка, магнитное поле которой перпендикулярно полю обмотки статора.

Электромагнитное взаимодействие полярных магнитных полюсов стремится повернуть ротор так, чтобы направленность его магнитного поля совпала с полем статора, подобно стрелке компаса.

Но, как только ротор поворачивается на определённый угол, контакты рамки выходят из соприкосновения со щётками, и включаются следующая обмотка, и процесс повторяется, создавая непрерывный момент вращения.

Подключение в сеть 220 В коллекторного двигателя

Схема коллекторного двигателя устроена таким образом, что направления токов в обмотке статора ротора и рамке ротора всегда совпадают, независимо от фазы переменного напряжения. Из-за совпадения направления токов, возникающие магнитные поля будут всегда перпендикулярными, что и будет вызывать момент вращения вала.

Поэтому очень важно установить перемычку на выводах двигателя, для последовательного соединения статорной и роторной обмоток. Поменяв местами выводы обмоток статора или ротора можно изменить направление вращения вала двигателя.

схема подключения

Для полноты картины нужно проследить путь тока – один из выводов от щётки коллектора подключается в сеть 220 В (допустим фаза, но это не имеет значения). Вывод другой щётки нужно подсоединить к одному выводу статора при помощи перемычки. Оставшийся вывод от статора подключается в сеть 220 В (ноль), замыкая цепь.

Принцип действия однофазного асинхронного электродвигателя

В отличие от коллекторного двигателя, в однофазном асинхронном электродвигателе с короткозамкнутым находящимся в состоянии покоя ротором,

устройство однофазного асинхронного двигателя

в котором индуцируются токи, создающие магнитное поле, взаимодействующее с электромагнитным полем катушки, векторы возникающих сил (М, -М) уравновешивают друг друга. Это означает, что при включении в сеть вал мотора вращаться не будет, и для его запуска нужен начальный вращательный момент S.

Можно рукой раскрутить вал и подать напряжение сети, тогда двигатель наберёт обороты. Многие так и делают, запуская точило, но такой способ совершенно неприемлем, если нужно раскрутить вращающиеся ножи овощерезки или газонокосилки.

Поскольку в трёхфазном электродвигателе момент вращения задан конструктивно при помощи расположения обмоток и смещения фаз трёхфазной сети, то в однофазном моторе для запуска применяют дополнительную пусковую обмотку, благодаря которой создаётся вращательный момент смещения ротора.

Схема подключения 1 однофазного двигателя

Смещения фазы тока дополнительной обмотки относительно синусоиды напряжения 220 В создаётся при помощи конденсатора.

Схема подключения 2 однофазного двигателя

Подключение в сеть асинхронного однофазного двигателя.

На корпусе однофазного асинхронного электродвигателя должна быть схема подключения, где указываются выводы основной и дополнительной обмотки, а также емкость конденсатора.

Выводы обмоток однофазного двигателя

Но, если схема где-то затерялась, то нужно определить рабочую и пусковую обмотку, измерив и сравнив сопротивления – у основной оно должно быть меньшим. Для этого нужно взять мультиметр, выставить диапазон для измерения в Омах, и поочерёдно измерить сопротивление между выводами.

Определение пусковой и рабочей обмотки однофазного электромотора

Поскольку часто данные обмотки имеют общий вывод, то его определяют опытным путём – сумма сопротивлений, измеренных от данного провода обмоток должна соответствовать суммарному сопротивлению подключённых последовательно обмоток.Если конструкция двигателя позволяет, то определить принадлежность выводов можно визуально – у проводов рабочей обмотки поперечное сечение (толщина) больше.

рабочая и пусковая обмотки однофазного мотора

Рабочая обмотка подключается к напряжению 220 В напрямую, а пусковая – последовательно с конденсатором. Если обмотки соединены внутри мотора, то такая схема не позволит изменять направление вращения. Если из мотора выходят четыре провода от двух обмоток, то направление вращения будет зависеть выбора выводов для их соединения в общий отвод.

Выбор вращения однофазного двигателя

Существуют электродвигатели с идентичными обмотками – их называют двухфазными.

Режимы однофазных двигателей

Поскольку однофазные и двухфазные двигатели для запуска требуют применения конденсатора, то такие электродвигатели называют конденсаторными. Существует несколько режимов работы конденсаторного двигателя:

С пусковым конденсатором и дополнительной обмоткой, которые подключаются только на время запуска. Емкость выбирается исходя из 70 мкФ на 1 кВт мощности двигателя;
С рабочим конденсатором, емкостью 23-35 мкФ и дополнительной обмоткой, подключённой всё время;
С рабочим и пусковым конденсатором, подключаемым параллельно рабочему.

Применяется в случаях с тяжёлым запуском двигателя. Емкость рабочего конденсатора в два-три раза меньше номинала пускового (70 мкФ/1 кВт).

Из-за сложности формул расчёта принято выбирать емкости, исходя из приведённых выше пропорций. В реальности, подключив электродвигатель, нужно проследить за его работой и нагревом. Если двигатель будет заметно нагреваться в режиме с рабочим конденсатором, то его емкость необходимо уменьшить. Подбирать конденсаторы нужно с рабочим напряжением не меньше 450 В.

Запуск двигателя с пусковым конденсатором осуществляется вручную с помощью кнопки управления,

или схемы с двумя контакторами, один из которых (пусковой) не имеет самоподхвата и удерживается током замкнутого кнопочного контакта или реле времени. Некоторые конденсаторные электродвигатели имеют центробежный контакт, используемый при запуске, размыкающийся при наборе оборотов.

Подключение трёхфазного двигателя в сеть 220 В

Подобным способом с применением конденсатора подключается трёхфазный двигатель по схеме «звезда» или «треугольник».

Расчёт емкости производится исходя из рабочего напряжения и тока,

или паспортной мощности мотора.

По аналогии с однофазным электродвигателем, в случае тяжёлого запуска трёхфазного двигателя, применяется пусковой конденсатор, емкость которого в два-три раза выше номинала рабочего.

Подключая трехфазный электродвигатель в сеть 220 В при помощи пускового конденсатора, нужно помнить, что при такой схеме подключения мотор не будет работать с полной отдачей и не разовьет максимальную мощность.

Для полноценной работы такого двигателя нужны три фазы, получить которые можно проведя сеть 380 В, или использовать сложную электронную схему, рассчитанную под конкретную мощность, генерирующую смещение фаз при помощи мощных силовых полупроводниковых ключей.

Имея много различных конденсаторов, но не находя нужного значения емкости, можно соединять их параллельно или последовательно.

Комбинируя данные способы подключения, можно приблизиться к требуемому номиналу емкости.

Видео подключения однофазного двигателя к сети 220В

Как у однофазного двигателя определить рабочую и пусковую обмотки

Однофазный двигатель — электродвигатель, конструктивно предназначенный для подключения к однофазной сети переменного тока.

Однофазные двигатели — это электрические машины небольшой мощности. В магнитопроводе однофазных двигателей находится двухфазная обмотка, состоящая из основной и пусковой обмотки.

Две обмотки нужны для того, что бы вызвать вращение ротора однофазного двигателя. Самые распространенные двигатели такого типа можно разделить на две группы: однофазные двигатели с пусковой обмоткой и двигатели с рабочим конденсатором.

У двигателей первого типа пусковая обмотка включается через конденсатор только на момент пуска и после того как двигатель развил нормальную скорость вращения, она отключается от сети. Двигатель продолжает работать с одной рабочей обмоткой. Величина конденсатора обычно указывается на табличке-шильдике двигателя и зависит от его конструктивного исполнения.

У однофазных асинхронных двигателей переменного тока с рабочим конденсатором вспомогательная обмотка включена постоянно через конденсатор. Величина рабочей емкости конденсатора определяется конструктивным исполнением двигателя.

То есть если вспомогательная обмотка однофазного двигателя пусковая, ее подключение будет происходить только на время пуска, а если вспомогательная обмотка конденсаторная, то ее подключение будет происходить через конденсатор, который остается включенным в процессе работы двигателя.

Знать устройство пусковой и рабочей обмоток однофазного двигателя надо обязательно. Пусковая и рабочие обмотки однофазных двигателей отличаются и по сечению провода и по количеству витков. Рабочая обмотка однофазного двигателя всегда имеет сечение провода большее, а следовательно ее сопротивление будет меньше.

Посмотрите на фото наглядно видно, что сечение проводов разное. Обмотка с меньшим сечением и есть пусковая. Замерять сопротивление обмоток можно и стрелочным и цифровым тестерами, а также омметром. Обмотка, у которой сопротивление меньше – есть рабочая.

Рис. 1. Рабочая и пусковая обмотки однофазного двигателя

А теперь несколько примеров, с которыми вы можете столкнуться:

Если у двигателя 4 вывода, то найдя концы обмоток и после замера, вы теперь легко разберетесь в этих четырех проводах, сопротивление меньше – рабочая, сопротивление больше – пусковая. Подключается все просто, на толстые провода подается 220в. И один кончик пусковой обмотки, на один из рабочих. На какой из них разницы нет, направление вращения от этого не зависит. Так же и от того как вы вставите вилку в розетку. Вращение, будет изменятся, от подключения пусковой обмотки, а именно – меняя концы пусковой обмотки.

Следующий пример. Это когда двигатель имеет 3 вывода. Здесь замеры будут выглядеть следующим образом, например – 10 ом, 25 ом, 15 ом. После нескольких измерений найдите кончик, от которого показания, с двумя другими, будут 15 ом и 10 ом. Это и будет, один из сетевых проводов. Кончик, который показывает 10 ом, это тоже сетевой и третий 15 ом будет пусковым, который подключается ко второму сетевому через конденсатор. В этом примере направление вращения, вы уже не измените, какое есть такое и будет. Здесь, чтобы поменять вращение, надо будет добираться до схемы обмотки.

Еще один пример, когда замеры могут показывать 10 ом, 10 ом, 20 ом. Это тоже одна из разновидностей обмоток. Такие, шли на некоторых моделях стиральных машин, да и не только. В этих двигателях, рабочая и пусковая – одинаковые обмотки (по конструкции трехфазных обмоток). Здесь разницы нет, какой у вас будет рабочая, а какая пусковая обмотка. Подключение пусковой обмотки однофазного двигателя, также осуществляется через конденсатор.

Ранее ЭлектроВести писали, калифорнийская компания HyPoint утверждает, что ее новая конструкция топливного элемента с турбонаддувом позволяет в три раза увеличить мощность и в четыре раза срок службы обычного топливного элемента, открывая возможность создания высокоскоростных дальнемагистральных электрических самолетов VTOL с водородным двигателем. Плотность энергии новой системы в 3 раза выше, чем у литий-ионных аккумуляторов.

По материалам: electrik.info.

Однофазные асинхронные двигатели | Двигатели переменного тока

Трехфазный двигатель может работать от однофазного источника питания. Однако он не запускается самостоятельно. Его можно запустить вручную в любом направлении, набрав скорость за несколько секунд. Он будет развивать только 2/3 номинальной мощности 3-φ, потому что одна обмотка не используется.

3-фазный двигатель работает от 1-фазного двигателя, но не запускается

Одиночная катушка однофазного двигателя

Одиночная катушка однофазного асинхронного двигателя создает не вращающееся магнитное поле, а пульсирующее поле, достигающее максимальной напряженности при электрическом напряжении 0 ° и 180 °.

Однофазный статор создает невращающееся пульсирующее магнитное поле

При 45 ° и -45 ° (рисунок b) они частично складываются по оси + x и сокращаются по оси y.Аналогичная ситуация существует на рисунке d. Сумма этих двух векторов — это вектор, неподвижный в пространстве, но чередующийся во времени. Таким образом, пусковой крутящий момент не создается.

Ротор будет испытывать скольжение на 200–10% относительно вектора магнитного поля, вращающегося в противоположных направлениях.Небольшой крутящий момент (см. Кривую зависимости крутящего момента от скольжения), за исключением двукратной пульсации частоты, создается вектором, вращающимся в противоположных направлениях. Таким образом, однофазная катушка будет развивать крутящий момент после запуска ротора.

Если ротор запускается в обратном направлении, он будет развивать такой же большой крутящий момент, поскольку он приближается к скорости вращающегося в обратном направлении вектора.

Однофазные асинхронные двигатели имеют медную или алюминиевую короткозамкнутую клетку, встроенную в цилиндр из стальных пластин, типичных для многофазных асинхронных двигателей.

Двигатель с постоянным разделением конденсаторов

Одним из способов решения проблемы с однофазным двигателем является создание двухфазного двигателя, получающего двухфазное питание от однофазного. Для этого требуется двигатель с двумя обмотками, разнесенными друг от друга на 90 ° , электрический, питаемый двумя фазами тока, смещенными во времени на 90 ° . Это называется конденсаторным двигателем с постоянным разделением.

Асинхронный двигатель с постоянным разделением конденсаторов

Потери меньше, чем у двигателя с экранированными полюсами. Эта конфигурация двигателя хорошо работает до 1/4 лошадиных сил (200 Вт), хотя обычно применяется к двигателям меньшего размера. Направление двигателя легко изменить, включив конденсатор последовательно с другой обмоткой. Этот тип двигателя может быть адаптирован для использования в качестве серводвигателя, описанного в другом месте в этой главе.

Однофазный асинхронный двигатель со встроенными катушками статора

Однофазные асинхронные двигатели могут иметь катушки, встроенные в статор двигателей большего размера.Тем не менее, меньшие размеры требуют меньшего количества сложностей для создания концентрированных обмоток с выступающими полюсами.

Асинхронный двигатель с конденсаторным пуском

В результате для тяжелых нагрузок, таких как компрессоры кондиционеров, доступен больший пусковой крутящий момент. Эта конфигурация двигателя работает настолько хорошо, что доступна в многомощных (несколько киловаттных) размерах.

Асинхронный двигатель с конденсаторным пуском

Асинхронный двигатель с конденсаторным двигателем

Вариант двигателя с конденсаторным пуском (рисунок ниже) заключается в запуске двигателя с относительно большим конденсатором для высокого пускового момента, но с оставлением конденсатора меньшего номинала на месте после запуска для улучшения рабочих характеристик, не потребляя чрезмерного тока.Дополнительная сложность конденсаторного двигателя оправдана для двигателей большего размера.

Асинхронный двигатель с конденсаторным двигателем

Пусковой конденсатор двигателя может представлять собой неполярный электролитический конденсатор с двойным анодом, который может представлять собой два последовательно соединенных поляризованных электролитических конденсатора + к + (или — к -). Такие электролитические конденсаторы переменного тока имеют такие высокие потери, что их можно использовать только в прерывистом режиме (1 секунда во включенном состоянии, 60 секунд в выключенном состоянии), например, при запуске двигателя.

Конденсатор для работы двигателя должен иметь не электролитическую конструкцию, а полимерный конденсатор с меньшими потерями.

Асинхронный двигатель с двухфазным электродвигателем с сопротивлением

Может быть получено около 30 ° разности фаз.Эта катушка создает средний пусковой крутящий момент, который отключается центробежным переключателем на 3/4 синхронной скорости. Эта простая (без конденсатора) конструкция хорошо подходит для двигателей мощностью до 1/3 лошадиных сил (250 Вт), управляющих легко запускаемыми нагрузками.

Асинхронный электродвигатель с разделенным фазным сопротивлением

Этот двигатель имеет больший пусковой крутящий момент, чем двигатель с экранированными полюсами (следующий раздел), но не такой большой, как двухфазный двигатель, построенный из тех же частей.Плотность тока во вспомогательной обмотке настолько высока во время пуска, что последующий быстрый рост температуры исключает частый перезапуск или медленные пусковые нагрузки.

Корректор коэффициента мощности Nola

Коэффициент мощности меньше единицы возникает из-за тока намагничивания, необходимого для статора.Этот фиксированный ток составляет большую долю от общего тока двигателя по мере уменьшения нагрузки двигателя. При небольшой нагрузке полный ток намагничивания не требуется. Его можно уменьшить, уменьшив подаваемое напряжение, улучшив коэффициент мощности и эффективность.

Корректор коэффициента мощности определяет коэффициент мощности и снижает напряжение двигателя, тем самым восстанавливая более высокий коэффициент мощности и уменьшая потери.

Напряжение не может быть уменьшено. Но есть потенциальная экономия от менее чем полностью загруженного двигателя. Двигатель с номинальным напряжением 117 В переменного тока рассчитан на работу при напряжении от 127 В переменного тока до 104 В переменного тока. Это означает, что он не полностью загружен при работе при напряжении более 104 В переменного тока, например, при работе холодильника на 117 В переменного тока.

Контроллер коэффициента мощности может безопасно снизить сетевое напряжение до 104–110 В переменного тока.Чем выше начальное линейное напряжение, тем больше потенциальная экономия. Конечно, если энергокомпания подаст напряжение ближе к 110 В переменного тока, двигатель будет работать более эффективно без каких-либо дополнительных устройств.

За это должно быть втрое легче платить по сравнению с более эффективным 3-φ-двигателем. Стоимость PFC не может быть возмещена для двигателя, работающего всего несколько часов в день.

Резюме: Однофазные асинхронные двигатели

Однофазные асинхронные двигатели не могут запускаться самостоятельно без вспомогательной обмотки статора, приводимой в действие противофазным током около 90 ° . После запуска вспомогательная обмотка необязательна.
Вспомогательная обмотка конденсаторного двигателя с постоянным разделением и имеет конденсатор, включенный последовательно с ней во время пуска и работы.
Асинхронный двигатель с конденсаторным запуском имеет только конденсатор, включенный последовательно со вспомогательной обмоткой во время запуска.
Конденсаторный двигатель обычно имеет большой неполяризованный электролитический конденсатор, включенный последовательно со вспомогательной обмоткой для запуска, а затем меньший неэлектролитический конденсатор во время работы.
Вспомогательная обмотка электродвигателя с разделенным фазным сопротивлением развивает разность фаз по сравнению с основной обмоткой во время пуска из-за разницы в сопротивлении.

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

Схема и работа однофазного двигателя

Однофазные двигатели очень широко используются в домах, офисах, мастерских и т. Д., Поскольку в большинство домов и офисов подается однофазное питание. Кроме того, однофазные двигатели надежны, дешевы по стоимости, просты в конструкции и легко ремонтируются.

Однофазный асинхронный двигатель (разделенная фаза, конденсатор, экранированный полюс и т. Д.)
Однофазный синхронный двигатель
Тяговый двигатель и др.

Эта статья объясняет основную конструкцию и принцип работы однофазного асинхронного двигателя .

Однофазный асинхронный двигатель

Конструкция однофазного асинхронного двигателя аналогична конструкции трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, за исключением того, что статор намотан для однофазного питания.Статор также снабжен «пусковой обмоткой», которая используется только для пусковых целей. Это можно понять из схемы однофазного асинхронного двигателя слева.

Принцип работы однофазного асинхронного двигателя

Когда на статор однофазного двигателя подается однофазное питание, он создает переменный магнитный поток в обмотке статора. Переменный ток, протекающий через обмотку статора, вызывает индуцированный ток в стержнях ротора (ротора с короткозамкнутым ротором) в соответствии с законом Фарадея об электромагнитной индукции.Этот индуцированный ток в роторе также будет создавать переменный магнитный поток. Даже после того, как установлены оба переменных потока, двигатель не запускается (причина объясняется ниже). Однако, если ротор запускается под действием внешней силы в любом направлении, двигатель разгоняется до конечной скорости и продолжает работать с номинальной скоростью. Такое поведение однофазного двигателя можно объяснить теорией вращения двойного поля.

Теория вращения двойного поля

Теория вращения двойного поля утверждает, что любая переменная величина (здесь переменный поток) может быть разделена на две составляющие, величина которых равна половине максимальной величины переменной величины, и обе эти составляющие вращаются в противоположном направлении.

Следующие рисунки помогут вам понять теорию вращения двойного поля.

Почему однофазный асинхронный двигатель не запускается автоматически?

Статор однофазного асинхронного двигателя намотан с однофазной обмоткой. Когда на статор подается однофазное питание, он создает переменный магнитный поток (который изменяется только вдоль одной оси пространства). Переменный поток, действующий на ротор с короткозамкнутым ротором, не может производить вращение, только вращающийся поток может. Вот почему однофазный асинхронный двигатель не запускается автоматически.

Как сделать самозапуск однофазного асинхронного двигателя?

Как объяснено выше, однофазный асинхронный двигатель не запускается автоматически . Для самозапуска его можно временно преобразовать в двухфазный двигатель во время пуска. Это может быть достигнуто путем введения дополнительной «пусковой обмотки», также называемой вспомогательной обмоткой.
Следовательно, статор однофазного двигателя имеет две обмотки: (i) основная обмотка и (ii) пусковая обмотка (вспомогательная обмотка). Эти две обмотки подключены параллельно к однофазному источнику питания и разнесены на 90 электрических градусов друг от друга. Разность фаз в 90 градусов может быть достигнута путем последовательного подключения конденсатора к пусковой обмотке.
Следовательно, двигатель ведет себя как двухфазный двигатель, а статор создает вращающееся магнитное поле, которое заставляет ротор вращаться. Когда двигатель набирает скорость, скажем, до 80 или 90% от его нормальной скорости, пусковая обмотка отключается от цепи с помощью центробежного переключателя, и двигатель работает только от основной обмотки.

Однофазные асинхронные двигатели

ЗАДАЧИ

• описать основные операции следующих типов асинхронных двигателей:

Двухфазный двигатель (одно и два напряжения)
конденсаторный пуск, асинхронный двигатель (одинарное и двойное напряжение)
конденсаторный пуск, конденсаторный двигатель с одним конденсатором
конденсаторный пуск, конденсаторный двигатель с двумя конденсаторами
конденсаторный пуск, конденсаторный двигатель с автотрансформатором с
один конденсатор

• сравните двигатели в списке цели 1 в отношении запуска
крутящий момент, скоростные характеристики и коэффициент мощности при номинальной нагрузке.

Два основных типа однофазных асинхронных двигателей — это двухфазные электродвигатели.
двигатель и конденсаторный двигатель. Оба типа однофазных асинхронных двигателей
обычно имеют дробную оценку мощности. Используется двигатель с расщепленной фазой
для работы с такими устройствами, как стиральные машины, небольшие водяные насосы, масляные горелки и другие типы небольших нагрузок, не требующие сильного пускового момента.
Конденсаторный двигатель обычно используется с устройствами, требующими сильного пуска.
крутящий момент, например, в холодильниках и компрессорах.Оба типа однофазных
асинхронные двигатели относительно невысоки в стоимости, имеют прочную конструкцию; и демонстрируют хорошие производственные показатели.

КОНСТРУКЦИЯ ИНДУКЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ РАЗДЕЛЕННОЙ ФАЗЫ

Асинхронный двигатель с расщепленной фазой в основном состоит из статора, ротора,
центробежный выключатель, расположенный внутри двигателя, корпус с двумя торцевыми щитками
подшипники, поддерживающие вал ротора, и стальная литая рама в
к которому прижимается сердечник статора. Два торцевых щита прикручены к
стальной литой каркас. Подшипники, размещенные в торцевых щитках, удерживают ротор.
центрирован внутри статора, так что он будет вращаться с минимальным трением, без ударов и трения сердечника статора.

Статор двигателя с расщепленной фазой состоит из двух удерживаемых на месте обмоток.
в пазах стального многослойного сердечника. Обе обмотки состоят из изолированных
катушки распределены и соединены в две обмотки, разнесенные на 90 электрических
градусы друг от друга.Одна обмотка — это бегущая обмотка, а вторая обмотка.
это пусковая обмотка.

Ходовая обмотка состоит из изолированного медного провода. Он находится по адресу
дно пазов статора. Сечение провода в пусковой обмотке составляет
меньше, чем у бегущей обмотки. Эти катушки размещены сверху
катушек ходовой обмотки в ближайших к ротору пазах статора.

Пусковая и рабочая обмотки подключены параллельно к
однофазная линия при пуске двигателя. После того, как мотор разгоняется
до скорости, равной примерно от двух третей до трех четвертей номинальной
скорости, пусковая обмотка автоматически отключается от линии
с помощью центробежного переключателя.

Ротор электродвигателя с расщепленной фазой имеет такую же конструкцию.
трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. То есть ротор состоит
цилиндрического сердечника, собранного из листовой стали. Медные прутки
устанавливается у поверхности ротора.Прутки припаиваются или привариваются к
два медных концевых кольца. В некоторых двигателях ротор выполнен из литого алюминия.
Блок.

илл. 1 показан типовой ротор с короткозамкнутым ротором для однофазной индукции.
мотор. Этот тип ротора требует минимального обслуживания, так как нет
обмотки, щетки, контактные кольца или коммутаторы. Обратите внимание на рисунок, что
роторные вентиляторы являются частью роторного узла с короткозамкнутым ротором. Эти ротор
вентиляторы поддерживают циркуляцию воздуха через двигатель, чтобы предотвратить большое увеличение
по температуре обмоток.

ил. 1 Литой алюминиевый ротор с короткозамкнутым ротором.

Центробежный выключатель установлен внутри двигателя. Центробежный переключатель
отключает пусковую обмотку после достижения ротором заданного
скорость, обычно от двух третей до трех четвертей номинальной скорости. Выключатель
состоит из неподвижной части и вращающейся части. Стационарная часть
устанавливается на одном из торцевых щитов и имеет два контакта, которые действуют как
однополюсный однонаправленный переключатель.Вращающаяся часть центробежного
переключатель установлен на роторе.

Простая схема работы центробежного выключателя приведена в
рисунок 2. Когда ротор остановлен, давление пружины
на волоконном кольце вращающейся части удерживает контакты замкнутыми. Когда
ротор достигает примерно трех четвертей своей номинальной скорости,
центробежное действие ротора заставляет пружину ослаблять давление
на оптоволоконном кольце и контакты размыкаются. В результате пусковая обмотка
цепь отключена от линии. ill 3 — типичный центробежный
переключатель, используемый с асинхронными двигателями с расщепленной фазой.

ил. 2 Схема показывает работу центробежного выключателя:
ротор в состоянии покоя, центробежный выключатель замкнут; ротор с нормальной скоростью центробежный
сила, установленная в механизме переключателя, заставляет воротник двигаться и позволяет переключать
контакты, чтобы открыть. ил. 3 Центробежный механизм переключения с
переключатель удален.

Принцип работы

Когда цепь к асинхронному двигателю с расщепленной фазой замкнута, оба
пусковая и ходовая обмотки запитываются параллельно. Потому что бег
обмотка состоит из проволоки относительно большого сечения, ее сопротивление составляет
низкий. Напомним, что ходовая обмотка размещена внизу прорезей.
сердечника статора. В результате индуктивное сопротивление этой обмотки
сравнительно высока из-за массы окружающего его железа. Поскольку
бегущая обмотка имеет низкое сопротивление и высокое индуктивное сопротивление,
ток бегущей обмотки отстает от напряжения примерно на 90
электрические степени.

Пусковая обмотка состоит из проволоки меньшего сечения; следовательно, его
сопротивление высокое. Поскольку обмотка размещена в верхней части статора
прорези, масса железа, окружающего его, сравнительно мала, а индуктивная
реактивное сопротивление низкое. Следовательно, пусковая обмотка имеет высокое сопротивление и низкое индуктивное сопротивление.В результате ток пускового
обмотка почти синфазна с напряжением.

Ток ходовой обмотки отстает от тока пусковой обмотки.
примерно на 30 электрических градусов. Эти два тока разнесены на 30 электрических
градусы друг от друга проходят через эти обмотки и вращающееся магнитное поле
разработан. Это поле распространяется по внутренней части сердечника статора.
Скорость магнитного поля определяется с использованием той же процедуры.
дано для трехфазного асинхронного двигателя.

Если асинхронный двигатель с расщепленной фазой имеет четыре полюса на обмотках статора и подключен к однофазному источнику с частотой 60 Гц, синхронная скорость
Оборотного поля составляет:

S = 120 x f / 4

S = синхронная скорость

f = частота в герцах

S = 120 x 60/4 = 1800 об / мин

Когда поле вращающегося статора движется с синхронной скоростью, оно сокращает
медные стержни ротора и индуцирует напряжения в стержнях беличьей клетки
обмотка.Эти наведенные напряжения создают токи в стержнях ротора. Как
в результате создается поле ротора, которое реагирует с полем статора на
развивают крутящий момент, который заставляет ротор вращаться.

Когда ротор разгоняется до номинальной скорости, центробежный выключатель отключается.
пусковая обмотка от линии. Затем двигатель продолжает работать.
используя только бегущую обмотку. На рисунке 4 показаны соединения
центробежного выключателя в момент запуска двигателя (выключатель замкнут) и когда двигатель достигает своей нормальной скорости вращения (выключатель разомкнут).

Двигатель с расщепленной фазой должен иметь под напряжением как пусковая, так и рабочая обмотки.
при запуске мотора. Двигатель напоминает двухфазный асинхронный двигатель.
в котором токи этих двух обмоток составляют примерно 90 электрических
градусов не в фазе. Однако источник напряжения однофазный; следовательно,
двигатель называется двухфазным двигателем, потому что он запускается как двухфазный
двигатель от однофазной сети. Как только двигатель разгонится до значения, близкого к
его номинальная частота вращения, он работает на ходовой обмотке как однофазный индукционный
мотор.

Если контакты центробежного переключателя не замыкаются при остановке двигателя,
тогда цепь пусковой обмотки все еще разомкнута. Когда цепь двигателя снова запитана, двигатель не запускается. Двигатель должен иметь как
пусковая и рабочая обмотки находятся под напряжением в момент замыкания цепи двигателя для создания необходимого пускового момента. Если мотор не
запускается, но просто издает низкий гудящий звук, затем цепь пусковой обмотки размыкается. Либо контакты центробежного переключателя не замкнуты, либо есть
обрыв катушек пусковых обмоток.Это небезопасное состояние.
Бегущая обмотка потребляет чрезмерный ток и, следовательно, двигатель
должен быть отключен от сети.

ил. 22-4 Подключения центробежного переключателя при пуске и работе. Асинхронный двигатель с расщепленной фазой: центробежный переключатель размыкается примерно при
На 75% номинальной скорости пусковая обмотка имеет высокое сопротивление и низкое индуктивное сопротивление. Ходовая обмотка имеет низкое сопротивление и высокое
индуктивное сопротивление.(обеспечивает фазовый угол 45-50 градусов для запуска
крутящий момент.)

Если механическая нагрузка слишком велика при запуске двигателя с расщепленной фазой,
или если напряжение на клеммах двигателя низкое, двигатель
может не достичь скорости, необходимой для работы центробежного переключателя.

Пусковая обмотка предназначена для работы от сетевого напряжения в течение
всего три или четыре секунды, пока двигатель ускоряется
к его номинальной скорости.Важно, чтобы пусковая обмотка была отключена.
от линии центробежным выключателем, как только двигатель разгонится
до 75 процентов номинальной скорости. Работа двигателя при его запуске
обмотка более 60 секунд может привести к сгоранию изоляции на обмотке.
или вызвать перегорание обмотки.

Чтобы изменить направление вращения двигателя, просто поменяйте местами провода
пусковая обмотка (5). Это приводит к тому, что направление поля
устанавливается обмотками статора на обратное.В результате направление
вращения обратное. Направление вращения электродвигателя с расщепленной фазой
также можно поменять местами, поменяв местами два провода ходовой обмотки. Обычно,
пусковая обмотка используется для реверса.

Однофазные двигатели часто имеют двойное номинальное напряжение 115 В и 230 Вольт.
вольт. Для получения этих номиналов ходовая обмотка состоит из двух секций.
Каждая секция обмотки рассчитана на 115 вольт. Один участок бега
обмотка обычно обозначается T и T, а другая часть обозначается T и T. Если двигатель должен работать от 230 вольт, две обмотки по 115 вольт
соединены последовательно через линию 230 В.Если двигатель должен быть
работает от 115 вольт, затем две 115-вольтовые обмотки подключаются в
параллельно линии 115 В.

ил. 5 Изменение направления вращения при двухфазной индукции
мотор.

Пусковая обмотка обычно состоит только из одной обмотки на 115 В. В
выводы пусковой обмотки обычно имеют маркировку T и T. Если двигатель
должен работать от 115 вольт, обе секции ходовой обмотки
включены параллельно пусковой обмотке (6).

Для работы от 230 вольт в клемме заменены соединительные перемычки.
коробку так, чтобы две 115-вольтовые секции ходовой обмотки были соединены
последовательно по линии 230 В (7). Обратите внимание, что 115 вольт
пусковая обмотка подключена параллельно одной секции ходовой
обмотка. Падение напряжения на этом участке ходовой обмотки равно
115 вольт, и напряжение на пусковой обмотке тоже 115 вольт.

ил.6 Двигатель с двойным напряжением, подключенный на 115 В.

ил. 7 Двигатель с двойным напряжением, подключенный на 230 вольт.

ил. 8 Обмотка двухвольтного двигателя с двумя
пусковая и две ходовые обмотки

Некоторые двухфазные двигатели с двойным напряжением имеют пусковую обмотку с двумя
секции, а также двухсекционная ходовая обмотка. Бегущая обмотка
секции имеют обозначения T1 и T2 для одной секции и T3 и T4 для другой.
раздел.Одна секция пусковой обмотки имеет маркировку Т5 и Т6, а
Вторая секция пусковой обмотки имеет маркировку Т7 и Т8.

Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) имеет цветовую кодировку.
терминальные выводы. Если используются цвета, их следует кодировать следующим образом:
Т1 — синий; Т2 — белый; Т3 — оранжевый; Т4 — желтый; Т5 — черный; и Т6 — красный.

илл. 7 показано расположение обмоток для двухвольтного двигателя с
две пусковые обмотки и две ходовые обмотки.Правильные соединения
для режима 115 В и для режима 230 В приведены в таблице
проиллюстрировано в 8.

У асинхронного двигателя с расщепленной фазой очень хорошее регулирование скорости. Это
имеет быстродействие от холостого хода до полной нагрузки, аналогичное этому
трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Процент скользит по большинству
относительная мощность двухфазных двигателей составляет от 4 до 6 процентов.

Пусковой момент двигателя с расщепленной фазой сравнительно низкий.В
низкое сопротивление и высокое индуктивное сопротивление в цепи бегущей обмотки, а также высокое сопротивление и низкое индуктивное реактивное сопротивление в пусковой обмотке
цепи приводят к тому, что два значения тока будут значительно меньше 90 электрических
градусы друг от друга. Токи пусковой и ходовой обмоток во многих
электродвигатели с расщепленной фазой имеют сдвиг по фазе всего на 30 электрических градусов с каждым
разное. В результате поле, создаваемое этими токами, не развивается.
сильный пусковой момент.

КОНДЕНСАТОР ПУСК, ВПУСКНОЙ ДВИГАТЕЛЬ

Конструкция конденсаторного пускового двигателя почти такая же, как и у двигателя.
асинхронного двигателя с расщепленной фазой. Однако для конденсаторного пускового двигателя
конденсатор включен последовательно с пусковыми обмотками. Конденсатор
обычно устанавливается в металлическом кожухе наверху двигателя. Конденсатор
может быть установлен в любом удобном внешнем положении на раме двигателя и,
в некоторых случаях может быть установлен внутри корпуса двигателя.Конденсатор обеспечивает
более высокий пусковой крутящий момент по сравнению со стандартной расщепленной фазой
мотор. Кроме того, конденсатор ограничивает пусковой выброс тока.
до более низкого значения, чем у стандартного двигателя с расщепленной фазой.

Асинхронный двигатель с конденсаторным пуском применяется в холодильных установках, компрессорах,
масляные горелки, и для небольшого машинного оборудования, а также для приложений
которые требуют сильного пускового момента.

ил.9 Два соединения ходовой обмотки и одна пусковая обмотка
схема подключения.

Принцип работы

Когда конденсаторный пусковой двигатель подключен к более низкому напряжению и запущен,
как ходовая, так и пусковая обмотки подключены параллельно через
линейное напряжение при замыкании центробежного выключателя. Пусковая обмотка,
однако он подключен последовательно с конденсатором. Когда мотор достигает
при значении 75 процентов от его номинальной скорости центробежный выключатель размыкает и отключает пусковую обмотку и конденсатор от сети.В
тогда двигатель работает как однофазный асинхронный двигатель, используя только работающий
обмотка. Конденсатор используется для улучшения пускового момента и
не улучшает коэффициент мощности двигателя.

Для создания необходимого пускового момента вращающееся магнитное поле должно
настраиваться обмотками статора. Пусковой ток в обмотке приведет к
рабочий ток обмотки на 90 электрических градусов, если конденсатор, имеющий
правильная емкость подключена последовательно с пусковой обмоткой.В результате магнитное поле, создаваемое обмотками статора, почти
идентична двухфазному асинхронному двигателю. Пусковой момент
для двигателя с конденсаторным пуском, таким образом, намного лучше, чем у стандартного
двухфазный двигатель.

Неисправные конденсаторы — частая причина неисправности конденсатора.
пусковые, асинхронные двигатели. Возможны следующие отказы конденсаторов:

• конденсатор может замкнуться, о чем свидетельствует более низкий пусковой ток.
крутящий момент.

• конденсатор может быть «открыт», в этом случае цепи пусковой обмотки
будет открыт, в результате чего двигатель не запустится.

• конденсатор может короткое замыкание и вызвать срабатывание предохранителя для
вторичная цепь двигателя на обрыв. Если номиналы предохранителей достаточно высоки и не прерывают подачу питания на двигатель достаточно быстро, запуск
обмотка может перегореть.

• пусковые конденсаторы могут вызвать короткое замыкание, если двигатель многократно включается и выключается за короткий промежуток времени.Чтобы предотвратить выход конденсатора из строя,
многие производители двигателей рекомендуют запускать двигатель с конденсаторным пуском.
не более 20 раз в час. Поэтому этот тип двигателя используется только
в тех приложениях, где относительно мало запусков в коротком
временной период.

ил. 10 Подключения для конденсаторного пуска, асинхронный двигатель

Скоростные характеристики двигателя с конденсаторным пуском очень хорошие. Увеличение
в процентном скольжении от холостого хода до полной нагрузки от 4 процентов
до 6 процентов. Таким образом, быстродействие такое же, как у стандартного.
двухфазный двигатель.

Провода цепи пусковой обмотки поменяны местами на обратные.
направление вращения конденсаторного пускового двигателя. В результате
направление вращения магнитного поля, создаваемого обмотками статора
в сердечнике статора меняется на обратное, и вращение ротора меняется на противоположное.
(См. Рисунок 9, где показано подключение проводов в обратном направлении.)

ил 10 — схема подключения конденсаторного пускателя.
электродвигатель до того, как провода пусковой обмотки поменяны местами для реверсирования
направление вращения ротора.Схема на рисунке 11 показывает
схемы соединений двигателя после замены выводов пусковой обмотки
для изменения направления вращения.

Второй способ изменения направления вращения пускового конденсатора
Двигатель должен поменять местами два провода ходовой обмотки. Однако этот метод
редко используется.

Конденсаторный пуск, асинхронные двигатели часто имеют двойное напряжение
115 вольт и 230 вольт. Подключения для конденсаторного пускового двигателя
такие же, как у асинхронных двигателей с расщепленной фазой.

ил. 11 Соединения для реверсирования конденсаторного пуска, индукционные
запустить мотор.

КОНДЕНСАТОР ПУСК, КОНДЕНСАТОР РАБОТАЮЩИЙ ДВИГАТЕЛЬ

Конденсаторный пуск, конденсаторный двигатель аналогичен конденсаторному пуску,
асинхронный двигатель, за исключением того, что пусковая обмотка и конденсатор
постоянно включен в цепь. У этого мотора очень хороший пуск
крутящий момент. Коэффициент мощности при номинальной нагрузке составляет почти 100 процентов или единицу.
из-за того, что в двигателе постоянно используется конденсатор.

Для этого типа двигателя существует несколько различных конструкций. Один тип
конденсаторный пуск, конденсаторный двигатель имеет две обмотки статора, которые
разнесены на 90 электрических градусов. Подключается основная или ходовая обмотка
непосредственно через номинальное сетевое напряжение. Конденсатор включен последовательно
с пусковой обмоткой и эта последовательная комбинация также связана
по номинальному сетевому напряжению. Центробежный переключатель не используется, потому что
пусковая обмотка находится под напряжением в течение всего периода работы
мотор.

илл. 12 иллюстрирует внутренние соединения для запуска конденсатора,
конденсаторный двигатель запускает с использованием одного значения емкости.

ил. 12 Соединения для конденсаторного пуска, конденсаторного двигателя.

Чтобы реверсировать вращение этого двигателя, проводные соединения пускового
обмотки необходимо поменять местами. Этот тип конденсаторного запуска, конденсаторный запуск
двигатель работает бесшумно и используется на масляных горелках, вентиляторах и небольших
деревообрабатывающие и металлообрабатывающие станки.

Второй тип конденсаторного запуска, конденсаторный двигатель имеет два конденсатора.
13 — схема внутренних соединений двигателя. В
в момент запуска двигателя два конденсатора включаются параллельно. Когда
двигатель достигает 75 процентов номинальной скорости, центробежный переключатель
отключает конденсатор большей емкости. Затем двигатель работает с
конденсатор меньшего размера подключается только последовательно с пусковой обмоткой.

ил.13 Подключения для конденсаторного пуска, конденсаторного двигателя:
МАЛЫЙ КОНДЕНСАТОР, ИСПОЛЬЗУЕМЫЙ ДЛЯ ЗАПУСКА И РАБОТЫ; КОНДЕНСАТОР БОЛЬШОГО РАЗМЕРА ДЛЯ
ЗАПУСК.

Этот тип двигателя имеет очень хороший пусковой момент, хорошее регулирование скорости и коэффициент мощности почти 100 процентов при номинальной нагрузке. Заявки на
К этому типу двигателей относятся топочные топки, холодильные агрегаты и компрессоры.

Третий тип конденсаторного пуска, конденсаторный двигатель с автотрансформатором.
с одним конденсатором.Этот двигатель имеет высокий пусковой момент и высокую рабочую
фактор силы. Рис. 14 представляет собой схему внутренних соединений для
этот мотор. При запуске двигателя центробежный переключатель подключает
обмотку 2 в точку А на ответвленном автотрансформаторе. Поскольку конденсатор
подключен через максимальное количество витков трансформатора, он получает максимальное напряжение
вывод при запуске. Таким образом, конденсатор подключается с номиналом примерно
500 вольт. В результате в обмотке возникает большое значение ведущего тока.
2, и развивается сильный пусковой крутящий момент.

Когда двигатель достигает примерно 75 процентов номинальной скорости,
центробежный выключатель отключает пусковую обмотку от точки А и снова подключает
эту обмотку к точке B на автотрансформаторе. Применяется меньшее напряжение
к конденсатору, но двигатель работает с обеими обмотками под напряжением.
Таким образом, конденсатор поддерживает коэффициент мощности, близкий к единице, при номинальной нагрузке.

Пусковой момент этого двигателя очень хороший, а регулировка скорости
удовлетворительно.Приложения, требующие этих характеристик, включают большие
холодильники и компрессоры.

ил. 14 Соединения для конденсаторного пуска, конденсаторного двигателя
с автотрансформатором

НАЦИОНАЛЬНЫЙ КОД ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОДЕКСА

Раздел 430-32 (b) (1) Национального электротехнического кодекса гласит, что любые
двигатель мощностью не более одной лошадиных сил, который запускается вручную и находится в пределах
вид с места стартера, считается защищенным от
перегрузка устройством максимального тока, защищающим проводники ответвления
схема.Это устройство максимального тока ответвления не должно быть больше указанного.
в Статье 430, Часть D (Ответвительная цепь двигателя, короткое замыкание и замыкание на землю).
Защита). Исключением является то, что любой такой двигатель можно использовать при напряжении 120 вольт.
или менее в ответвленной цепи, защищенной не более 20 ампер.

Считается, что расстояние более 50 футов находится вне поля зрения
стартовая локация. Раздел 430-32 (c) распространяется на двигатели мощностью в одну лошадиную силу или
меньше, запускаются автоматически, вне поля зрения со стартовой точки
или стационарно установлен.

Раздел 430-32 (c) (1) гласит, что любой двигатель мощностью в одну или менее лошадиных сил
который запускается автоматически, должен иметь отдельное устройство защиты от сверхтока.
который реагирует на ток двигателя. Этот блок перегрузки должен быть установлен
для отключения при не более 125% номинального тока полной нагрузки
мотор для моторов с маркировкой иметь превышение температуры не более 40 градусов
Цельсия или с коэффициентом обслуживания не менее 1,15 (1,15 или выше) и не более 115 процентов для всех других типов двигателей.

РЕЗЮМЕ

Однофазный асинхронный двигатель — один из наиболее часто используемых двигателей в жилых и легких коммерческих целях. Каждое приложение подскажет правильный мотор
стиль для использования. Все двигатели используют концепцию использования одной фазы или одной фазы.
синусоиды, и смещение эффектов токов, проходящих через катушки, на
создают движущееся магнитное поле. Расщепленная фаза и конденсаторный пуск
двигатель использует пусковой выключатель для отключения пусковых обмоток от
линию, когда двигатель наберет скорость.Двухконденсаторные двигатели используют
несколько конденсаторов или варианты конденсаторов двух номиналов для создания пусковой и работающей цепи. Все те же правила NEC, которые применяются к трехфазному
двигатели по-прежнему применимы к однофазным двигателям. Есть много исключений,
применимы только к двигателям малой мощности.

ВИКТОРИНА

1. Перечислите основные части асинхронного двигателя с расщепленной фазой.

2. Что произойдет, если контакты центробежного переключателя не включатся повторно, когда
мотор останавливается?

3. Объясните, как направление вращения асинхронного двигателя с расщепленной фазой
обратный.

4. Асинхронный двигатель с расщепленной фазой имеет номинальное значение двойного напряжения 115/230.
вольт. Двигатель имеет две ходовые обмотки, каждая из которых рассчитана на 115
вольт и одну пусковую обмотку на 115 вольт. Нарисуйте схематическую диаграмму
этого асинхронного двигателя с расщепленной фазой, подключенного для работы на 230 В.

5. Нарисуйте принципиальную схему подключения асинхронного двигателя с расщепленной фазой.
в вопросе 4 подключен для работы от 115 вольт.

6. Асинхронный двигатель с расщепленной фазой имеет номинальное значение двойного напряжения 115/230.
вольт. Двигатель имеет две ходовые обмотки, каждая из которых рассчитана на 115
вольт. Кроме того, есть две пусковые обмотки, и каждая из этих обмоток
рассчитан на 115 вольт. Нарисуйте принципиальную схему подключения этой разделенной фазы.
асинхронный двигатель подключен для работы от 230 В.

7. В чем основная разница между асинхронным двигателем с расщепленной фазой и конденсаторным асинхронным двигателем?

8.Если центробежный выключатель не открывается при ускорении двигателя с расщепленной фазой
до его номинальной скорости, что будет с пусковой обмоткой?

9. Какое ограничение у конденсаторного пуска асинхронного двигателя?

10. Вставьте правильное слово или фразу для завершения каждого из следующих
заявления.

а. Двигатель мощностью не более одной лошадиной силы, который запускается вручную и который
находится в пределах видимости от стартовой точки, считается защищенной
______

г.Двигатель мощностью в одну или менее лошадиных сил, запускаемый вручную, считается
в пределах видимости места стартера, если расстояние не превышает
_________

г. Конденсатор используется с конденсаторным пуском, используется асинхронный двигатель.
только для улучшения ______

г. Конденсаторный пуск, асинхронный двигатель имеет лучший пусковой момент
чем _________

Причины, последствия и методы защиты

Для правильной работы любого трехфазного асинхронного двигателя он должен быть подключен к трехфазному источнику переменного тока с номинальным напряжением и нагрузкой.После запуска эти трехфазные двигатели будут продолжать работать, даже если одна из трехфазных линий питания отключится. Потеря тока через одну из этих фаз питания описывается как однофазная.

Корабль оснащен сотнями двигателей, которые отвечают за работу различных насосов, механизмов и систем. Важные механизмы, такие как рулевое управление, главный двигатель, генератор, котел и т. Д., Имеют присоединенные к ним трехфазные двигатели, которые запускают ту или иную основную или вспомогательную систему.

Дополнительная литература: Электродвигательная установка для кораблей

Трехфазный двигатель на 440 В, как правило, представляет собой индукционный двигатель со стандартной рамой и короткозамкнутым ротором, предназначенный для трехфазного переменного тока 440 В и частотой 60 Гц. Только двигатели небольшой мощности 0,4 кВт или меньше, в основном используемые для освещения и других систем малой мощности, являются однофазными двигателями 220 В 60 Гц.

Дополнительная литература: Понимание важности морского навигационного освещения

Причины однофазности

Однофазный режим — это электрическая неисправность, связанная с источником питания в случае асинхронного двигателя.Это происходит при размыкании одной из 3-х фазных цепей в трехфазном двигателе; следовательно, в остальных цепях присутствует избыточный ток. Это состояние однофазного режима обычно возникает, когда: —

— Один или несколько из трех предохранителей перегорели (или плавкий провод плавкого предохранителя, если предохранитель проволочного типа)

— В цепи двигателя есть контакторы, которые подают ток. Один из контакторов разомкнут.

— Неправильная или неправильная настройка любого из защитных устройств, предусмотренных на двигателе, также может привести к однофазной фазе

— Если процедуры контактора не выполняются регулярно, они могут быть покрыты или покрыты слоем окисления, что приведет к однофазной фазе.

— Контакты реле двигателя повреждены или сломаны

— Обрыв одного провода в цепи двигателя

— Из-за отказа оборудования системы питания

— Из-за короткого замыкания в одной фазе двигателя, соединенного звездой или треугольником

Дополнительная литература: Панели запуска двигателей на кораблях: техническое обслуживание и процедуры

— Перегорел предохранитель фидера или трансформатора

Эффект однофазного режима

Как упоминалось ранее, трехфазный двигатель — это двигатель переменного тока, который рассчитан на работу от трехфазного источника питания.Конструкция обоих типов двигателей схожа, поскольку у них обоих есть статор и вращатель. Однофазный двигатель не имеет вращающегося поля, а имеет поле, которое меняет направление на 180 градусов. Обычно однофазные двигатели не запускаются автоматически. Для этого используются дополнительные средства, например, отключение пусковой обмотки или конденсатора.

Проблема однофазности в трехфазном асинхронном двигателе будет иметь следующие последствия:

— Если двигатель остановлен, его нельзя запустить, поскольку однофазный двигатель не может быть самозапускаемым (как объяснено выше), а также из-за системы безопасности, предусмотренной в трехфазном двигателе для защиты его от перегрева

— Если однофазные неисправности возникают во время работы двигателя, он будет продолжать работать (если это не предусмотрено дополнительной системой аварийного отключения) из-за крутящего момента, создаваемого оставшимися двумя фазами, который создается в соответствии с требованиями нагрузки.

— Поскольку оставшиеся две фазы выполняют дополнительную работу по сравнению с одной фазой по умолчанию, они будут перегреваться, что может привести к критическому повреждению обмоток.

— Однофазное переключение приведет к увеличению тока на 2.В 4 раза больше среднего значения тока в оставшихся двух фазах

Дополнительная литература: 10 способов достижения энергоэффективности в судовой электросистеме

— Однофазный режим снижает скорость двигателя, и его частота вращения будет колебаться

— Шум и вибрация двигателя будут ненормальными. Это результат неравномерного крутящего момента, создаваемого двумя оставшимися фазами

— Почти вся двигательная система на корабле имеет резервное устройство.Если двигатель выбран в режиме ожидания, с проблемой однофазной передачи — он не запустится, что приведет к отказу соответствующей системы.

— Если проблема не устранена и двигатель продолжает работу, обмотки расплавятся из-за перегрева, что может привести к короткому замыканию или заземлению.

Дополнительная литература: Как найти замыкание на землю на борту судов?

— В таких условиях, если экипаж корабля соприкасается с двигателем, он получит удар электрическим током, который может быть даже смертельным.Перегрев обмотки в первую очередь связан с протеканием тока обратной последовательности.

— Это может вызвать перегрузку генератора электроэнергии, то есть вспомогательного двигателя, и его генератора.

Как защитить двигатель от повреждений из-за однофазного режима?

Такое состояние требует, чтобы двигатель был снабжен защитой, которая отключит его от системы до того, как двигатель выйдет из строя.

Все двигатели мощностью более 500 кВт должны быть оснащены защитными устройствами или оборудованием для предотвращения любого повреждения из-за однофазного режима.

Указанное выше правило не распространяется на двигатели системы рулевого управления, установленные на судне. Только при обнаружении одиночной фазы будет звучать тревога; однако двигатель не остановится, поскольку непрерывная работа двигателя рулевого управления важна для безопасности или движения судна, особенно когда судно находится в заторах или при маневрировании.

Ссылки по теме: 8 общих проблем, обнаруженных в системе рулевого механизма судов

Наиболее часто используемые защитные устройства для однофазной сети: —

1) Устройство электромагнитной защиты от перегрузки

В этом устройстве все три фазы двигателя оснащены реле перегрузки.Если есть увеличение значения тока, то это реле активируется автоматически, и двигатель отключается.

Это устройство работает по принципу электромагнитного воздействия, создаваемого током.

По мере увеличения значения тока электромагнит в катушке также увеличивается, что приводит в действие реле и активирует реле отключения, и двигатель останавливается.

Дополнительная литература: Техническое обслуживание электрического реле на судовой электрической цепи

В этой системе предусмотрена временная задержка, потому что при запуске двигатель потребляет много токов, которые могут привести к его отключению.

2) Термисторы

Кредит: Викимедиа

Термисторы — это небольшие тепловые устройства, которые используются вместе с электромагнитным реле перегрузки. Термисторы вставлены в три обмотки двигателя. Любое увеличение тока вызовет нагрев обмоток, что обнаруживается термисторами, которые посылают сигналы на усилитель.

Ссылки по теме: Цепь усилителя или операционный усилитель, используемый на корабле

Усилитель подключен к электромагнитному реле. Как только от термистора поступает сигнал о перегреве, этот усилитель увеличивает значение тока в катушке электромагнитного реле, которое активирует отключение, и двигатель останавливается или отключается.

3) Биметаллическая полоса

Кредит: Викимедиа

В этом методе биметаллическая полоса размещается таким образом, чтобы обнаруживать перегрев в цепи. Как только обнаруживается перегрев, эта биметаллическая полоса пытается расшириться из-за использования двух разных металлов и из-за того, что они имеют разный коэффициент расширения.Полоса пытается изогнуться в сторону металла, имеющего высокий коэффициент расширения, и, наконец, замыкает цепь отключения, и двигатель отключается.

4) Стандартная защита пускателя двигателя от перегрузки

Предусмотрен трехфазный двигатель для работы в однофазном режиме. На всех фазах предусмотрены нагреватели от перегрузки, которые обнаруживают любую перегрузку в фазе, и если нагрузка намного превышает номинальную для двигателя, нагреватели отключают стартер до того, как обмотка двигателя будет повреждена.

Как обнаружить однофазное повреждение?

Экипажу корабля жизненно важно знать, перешел ли двигатель в однофазный режим. Трехфазный асинхронный двигатель обычно снабжен устройством обнаружения перегрузки для однофазного обнаружения. Тем не менее, машина может выйти из строя в любой момент, и, как опытный судовой инженер, он / она должны знать, как обычно звучит, на ощупь или работает двигатель.

Дополнительная литература: 10 Электромонтажники, которые должны знать морские инженеры на борту судов

При проверке двигателя судна важно сохранять бдительность, чтобы выявить проблемы, связанные с однофазным режимом:

— Необычный гудящий шум от двигателя

— Двигатель вибрирует с большей частотой, чем обычно

— Запах раскаленной и обгоревшей меди (изоляция) (Узнайте, как проверка изоляции с помощью мегомметра помогает предотвратить несчастные случаи)

— Видимый легкий дым / дым из корпуса двигателя

Чтобы устранить неисправность и снова запустить двигатель с однофазного на трехфазный, немедленно остановите двигатель и переключитесь на резервный двигатель. Проверьте параметры двигателя, указанные на табличке, прикрепленной к корпусу, и устраните неисправность двигателя.

Проведите надлежащий визуальный осмотр обмотки двигателя и проверьте целостность и сопротивление заземления. Также выполняется проверка источника питания двигателя для определения проблемы, если неисправность не диагностируется двигателем.

Дополнительная литература: Как ремонтировать двигатели на кораблях

Как только проблема будет обнаружена и устранена, поместите двигатель в коробку. Перед подключением двигателя к нагрузке включите органы управления двигателем и выполните пробный запуск двигателя по всем важным параметрам (например,г. напряжение, ток, частота вращения, температура и т. д.) и сравните со значениями, указанными на табличке.

Убедитесь, что все размеры соответствуют характеристикам, указанным на паспортной табличке. Как только тестовый запуск двигателя на холостом ходу будет удовлетворен, включите нагрузку и проверьте характеристики двигателя, чтобы убедиться, что проблема устранена и двигатель теперь работает эффективно в 3-х фазном режиме.

Вы также можете прочитать — Что такое морское электричество и как оно вырабатывается?

Заявление об ограничении ответственности: Мнения авторов, выраженные в этой статье, не обязательно отражают точку зрения Marine Insight. Данные и диаграммы, если они используются в статье, были получены из доступной информации и не были подтверждены каким-либо установленным законом органом. Автор и компания «Марин Инсайт» не заявляют об их точности и не берут на себя ответственность за них. Взгляды представляют собой только мнения и не представляют собой каких-либо руководящих принципов или рекомендаций относительно какого-либо курса действий, которым должен следовать читатель.

Данная статья или изображения не могут быть воспроизведены, скопированы, переданы или использованы в любой форме без разрешения автора и Marine Insight.

Типы однофазных асинхронных двигателей

Однофазный асинхронный двигатель запускается несколькими способами. Механические методы — не очень практичные методы, поэтому двигатель временно запускают путем преобразования его в двухфазный двигатель.

Однофазные асинхронные двигатели классифицируются по вспомогательным средствам, используемым для запуска двигателя. Они классифицируются следующим образом:

Двухфазный двигатель
Конденсаторно-пусковой двигатель
Конденсаторный двигатель, конденсаторный двигатель
Двигатель с постоянным разделенным конденсатором (PSC)
Электродвигатель с расщепленными полюсами

1.Двухфазный асинхронный двигатель:

Асинхронный двигатель с расщепленной фазой также известен как двигатель с резистивным пуском . Он состоит из одноклеточного ротора, а его статор имеет две обмотки? основная обмотка и пусковая (также называемая вспомогательной) обмотка. Обе обмотки смещены в пространстве на 90 °, как обмотки в двухфазном асинхронном двигателе. Основная обмотка асинхронного двигателя имеет очень низкое сопротивление и высокое индуктивное сопротивление.

Рисунок: Асинхронный двигатель с разделением фаз (a) Принципиальная схема (b) Диаграмма

Характеристики двигателя:

Пусковой момент асинхронного двигателя с резистивным пуском составляет около 1.5-кратный крутящий момент при полной нагрузке. Максимальный крутящий момент или крутящий момент отрыва примерно в 2,5 раза превышает крутящий момент при полной нагрузке примерно при 75% синхронной скорости. Двигатель с расщепленной фазой имеет высокий пусковой ток, который обычно в 7-8 раз превышает значение полной нагрузки.

Приложения:

Двухфазные двигатели наиболее подходят для легко запускаемых нагрузок, где частота запуска ограничена, и они очень дешевы.

Эти моторы используются в стиральных машинах.
Они используются в вентиляторах кондиционирования воздуха.
Используется в миксерах, шлифовальных машинах, полировальных машинах, воздуходувках, центробежных насосах,
Они используются в небольших дрелях, токарных станках, оргтехнике и т. Д.
Иногда они также используются для приводов, требующих более 1 кВт.

Конденсаторные двигатели:

Конденсаторные двигатели — это двигатели, у которых есть конденсатор в цепи вспомогательной обмотки для создания большей разности фаз между током в основной и вспомогательной обмотках. Есть три типа конденсаторных двигателей.

2. Конденсаторный двигатель:

Двигатель с конденсаторным пуском развивает гораздо более высокий пусковой момент, т. Е. В 3,0–4,5 раза превышающий крутящий момент при полной нагрузке. Для получения высокого пускового момента значение пускового конденсатора должно быть большим, а сопротивление пусковой обмотки должно быть низким. . Из-за высокого номинального значения VAr требуемого конденсатора используются электролитические конденсаторы порядка 250 F. Конденсатор Cs рассчитан на кратковременный ток.

Эти двигатели более дорогие, чем двигатели с расщепленной фазой, из-за дополнительной стоимости конденсатора.

Рисунок: Конденсаторный пусковой двигатель (а), принципиальная схема (б) Диаграмма

Приложения:

Эти двигатели используются для тяжелых нагрузок, когда требуется частый запуск.
Эти двигатели используются для насосов и компрессоров, поэтому они используются в качестве компрессора в холодильнике и кондиционере.
Они также используются для конвейеров и некоторых станков.

3. Двухзначный конденсаторный двигатель

Этот двигатель имеет ротор с сепаратором, а его статор имеет две обмотки, а именно основную обмотку и вспомогательную обмотку.Две обмотки смещены в пространстве на 90 °. В двигателе используются два конденсатора Cs и CR. На начальном этапе два конденсатора подключаются параллельно.

Рисунок: Конденсаторный двигатель с двумя значениями

Приложения:

Конденсаторные двигатели с двумя номиналами используются для нагрузок с большей инерцией, требующих частого запуска.
Применяются в насосном оборудовании.
Применяются в холодильных установках, воздушных компрессорах и т. Д.

4.Двигатель с постоянным разделением конденсаторов (PSC):

Эти двигатели имеют ротор с сепаратором, и его ротор состоит из двух обмоток, а именно основной обмотки и вспомогательной обмотки. Однофазный асинхронный двигатель имеет только один конденсатор С, который включен последовательно с пусковой обмоткой. Конденсатор C постоянно включен последовательно с пусковой обмоткой. Конденсатор C постоянно включен в цепь в условиях запуска и работы.

Преимущества

Однозначный конденсаторный двигатель имеет следующие преимущества:

В этом типе двигателя центробежный переключатель не требуется.
Этот двигатель имеет более высокий КПД.
Он имеет более высокий коэффициент мощности из-за постоянно подключенного конденсатора.
Обладает более высоким крутящим моментом отрыва.

Ограничения конденсаторного двигателя с постоянным разделением:

Электролитические конденсаторы нельзя использовать для непрерывной работы. Следовательно, следует использовать конденсаторы с масляным наполнением, разнесенные по бумаге. Бумажные конденсаторы того же номинала больше по размеру и дороже.
Однозначный конденсатор имеет низкий пусковой крутящий момент, обычно меньший, чем крутящий момент при полной нагрузке.

Заявки:

Эти двигатели используются для вентиляторов и нагнетателей в обогревателях.
Применяется в кондиционерах.
Применяется для привода компрессоров холодильников.
Также используется для работы с оргтехникой.

5. Двигатель с экранированными полюсами:

Двигатель с расщепленными полюсами — это простой тип однофазного асинхронного двигателя с самозапуском. Он состоит из статора и ротора клеточного типа. Статор состоит из выступающих полюсов. У каждого полюса есть прорези сбоку, а на меньшей части установлено медное кольцо. Эта часть называется заштрихованным полюсом. Кольцо обычно представляет собой одновитковую катушку, известную как затеняющая катушка.

Рис.: Двигатель с расщепленными полюсами и двумя полюсами статора.

Приложения:

Двигатели с расщепленными полюсами используются для привода устройств, требующих низкого пускового момента.
Эти двигатели очень подходят для небольших устройств, таких как реле, вентиляторы всех типов и т. Д., Из-за их низкой начальной стоимости и легкости запуска.
Чаще всего эти двигатели применяются в настольных вентиляторах, вытяжных вентиляторах, фенах, вентиляторах для холодильного оборудования и оборудования для кондиционирования воздуха, электронном оборудовании, охлаждающих вентиляторах и т. Д.

ОДНОФАЗНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ (Электродвигатель)

1,2
Существует много типов однофазных электродвигателей. В этом разделе обсуждение будет ограничено теми типами, которые наиболее распространены для двигателей с интегральной мощностью от 1 л.с. и выше.
В промышленных приложениях по возможности следует использовать трехфазные асинхронные двигатели. В целом трехфазные электродвигатели имеют более высокий КПД и коэффициент мощности и более надежны, поскольку не имеют пусковых переключателей или конденсаторов.
В тех случаях, когда трехфазные электродвигатели недоступны или не могут использоваться из-за источника питания, для промышленного и коммерческого применения рекомендуются следующие типы однофазных двигателей: (1) двигатель с конденсаторным пуском, (2) ) двигатель с двумя конденсаторами и (3) двигатель с постоянным разделением конденсаторов.
Краткое сравнение характеристик однофазных и трехфазных асинхронных двигателей позволит лучше понять, как работают однофазные двигатели:
1. Трехфазные двигатели имеют фиксированный крутящий момент, потому что в воздушном зазоре в состоянии покоя имеется вращающееся поле. . Однофазный двигатель не имеет вращающегося поля в состоянии покоя и, следовательно, не развивает крутящий момент заторможенного ротора. Дополнительная обмотка необходима для создания вращающегося поля, необходимого для запуска. В однофазном двигателе со встроенной мощностью это часть сети RLC.
2. В трехфазном двигателе ток ротора и потери ротора незначительны без нагрузки. Однофазные двигатели имеют значительный ток ротора и потери в роторе без нагрузки.
3. Для заданного момента пробоя однофазный двигатель требует значительно большего магнитного потока и более активного материала, чем эквивалентный трехфазный двигатель.
4. Сравнение потерь между однофазными и трехфазными двигателями показано на рис. 1.11. Обратите внимание на значительно более высокие потери в однофазном двигателе.
Общие характеристики этих типов однофазных асинхронных двигателей следующие.
1.2.1

Двигатели с конденсаторным пуском

Двигатель с конденсаторным пуском — это однофазный асинхронный двигатель, основная обмотка которого предназначена для прямого подключения к источнику питания, а вспомогательная обмотка подключена последовательно с конденсатором и пусковым выключателем для отключения вспомогательной обмотки от источника питания после запуска. На рисунке 1.12 представлена принципиальная схема двигателя с конденсаторным пуском.Наиболее часто используемый тип пускового выключателя — это выключатель с центробежным приводом, встроенный в двигатель. Рисунок

РИСУНОК 1.11 Сравнение процентных потерь одно- и трехфазных двигателей.

РИСУНОК 1.12 Однофазный двигатель с конденсаторным пуском.
1.13 иллюстрирует каплезащищенный однофазный двигатель с конденсаторным пуском промышленного качества; обратите внимание на механизм переключения с центробежным приводом.
Однако другие типы устройств, такие как реле, чувствительные к току и напряжению, также используются в качестве пусковых переключателей.Совсем недавно были разработаны твердотельные переключатели, которые используются в однофазном двигателе с конденсаторным пуском.

РИСУНОК 1.13. (С любезного разрешения Magnetek, Сент-Луис, Миссури)
в ограниченной степени. Твердотельный коммутатор станет коммутатором будущего, поскольку он будет усовершенствован, а затраты уменьшены.
Все переключатели настроены так, чтобы оставаться замкнутыми и поддерживать цепь вспомогательной обмотки в работе до тех пор, пока двигатель не запустится и не разгонится примерно до 80% от скорости полной нагрузки. На этой скорости переключатель размыкается, отключая цепь вспомогательной обмотки от источника питания.
Двигатель работает от основной обмотки как асинхронный. Типичные характеристики скорости-момента для двигателя с конденсаторным пуском показаны на рис. 1.14. Обратите внимание на изменение крутящего момента двигателя в точке перехода, в которой срабатывает пусковой выключатель.
Типичные характеристики асинхронных двигателей с встроенной мощностью 1800 об / мин с конденсаторным пуском и пуском от конденсатора показаны в таблице 1.6. Для этих однофазных двигателей будет значительно более широкий разброс значений крутящего момента заторможенного ротора, крутящего момента пробоя и тягового момента, чем для сопоставимых трехфазных двигателей, и такое же изменение также существует для КПД и коэффициента мощности. (ПФ).Обратите внимание, что в однофазных двигателях крутящий момент является фактором, обеспечивающим запуск с высокоинерционными или трудно запускаемыми нагрузками. Поэтому важно знать характеристики конкретного двигателя с конденсаторным пуском, чтобы убедиться, что он подходит для применения.
1.2.2

Двухзначные конденсаторные двигатели

Двухзначный конденсаторный двигатель — это конденсаторный двигатель с разными значениями емкости для запуска и работы. Очень часто двигатель этого типа называют двигателем с конденсаторным запуском и запуском от конденсатора.
Изменение значения емкости от пускового к рабочему режиму происходит автоматически с помощью пускового переключателя, который аналогичен переключателю, используемому для двигателей с конденсаторным пуском. Предусмотрены два конденсатора: высокое значение емкости для пусковых условий и меньшее значение для рабочих условий. Пусковой конденсатор обычно электролитического типа, что обеспечивает высокую емкость на единицу объема. Рабочий конденсатор обычно представляет собой блок из металлизированного полипропилена, рассчитанный на непрерывную работу.На рисунке 1.15 показан один из способов установки обоих конденсаторов на двигатель.
Принципиальная схема двигателя с конденсатором на две величины показана на рис. 1.16. Как показано, при пуске и пуске, и работе

РИСУНОК 1.14 Кривая скорость-крутящий момент для двигателя с конденсаторным пуском. Конденсаторы
включены последовательно со вспомогательной обмоткой. Когда пусковой переключатель размыкается, он отключает пусковой конденсатор от цепи вспомогательной обмотки, но оставляет рабочий конденсатор последовательно с вспомогательной обмоткой, подключенной к источнику питания.Таким образом, как основная, так и вспомогательная обмотки находятся под напряжением во время работы двигателя и вносят свой вклад в мощность двигателя. Типичный

ТАБЛИЦА 1.6 Типовые характеристики двигателей с конденсаторным пуском3

л. с.		Производительность при полной нагрузке				Крутящий момент, фунт-фут
л. с.	об / мин	А	Эфф.	PF Крутящий момент	Заблокировано	Разбивка	Подтягивание
1	1725	7.5	71	70 3,0	9,9	7,5	7,6
2	1750	12,5	72	72 6,0	17,5	14,7	11,5
3	1750	17,0	74	79 9,0	23,0	21,0	18,5
5	1745	27,3	78	77 15.0	46,0	32,0	35,0

a Четырехполюсные однофазные двигатели 230 В. Источник: любезно предоставлено Magnetek, Сент-Луис, Миссури. Кривая
для двухклапанного конденсаторного двигателя показана на рис. 1.17.
Для данного двигателя с конденсаторным пуском эффект добавления рабочего конденсатора в цепь вспомогательной обмотки следующий:
Повышенный момент пробоя: 5-30% Повышенный момент заторможенного ротора: 5-10% Повышенная эффективность при полной нагрузке: 2-7 точек

РИСУНОК 1.15 Двухзначный конденсатор, однофазный двигатель. (С любезного разрешения Magnetek, Сент-Луис, Миссури)

РИСУНОК 1.16 Двухзначный конденсатор, однофазный двигатель.
Повышенный коэффициент мощности при полной нагрузке: 10-20 баллов Снижение рабочего тока при полной нагрузке Пониженный магнитный шум Работает охладитель
Добавление рабочего конденсатора к однофазному двигателю с правильно спроектированными обмотками позволяет достичь рабочих характеристик, приближающихся к характеристикам трехфазный мотор. Типичные характеристики двухзначных конденсаторных двигателей с интегральной мощностью показаны в таблице 1. 7. Сравнение этих характеристик с характеристиками, показанными в таблице 1.6 для двигателей с конденсаторным пуском, показывает улучшение как КПД, так и коэффициента мощности.
Оптимальная производительность, которая может быть достигнута в однофазном двигателе с конденсаторами с двумя номиналами, зависит от экономических факторов, а также от технических соображений при проектировании двигателя. Чтобы проиллюстрировать это, в таблице 1.8 показаны характеристики однофазного двигателя, конструкция которого оптимизирована для различных значений рабочей емкости./ кВтч. Обратите внимание, что основное улучшение характеристик двигателя происходит при первоначальном переходе от конденсаторного запуска к двухзначному конденсаторному двигателю с относительно низким значением рабочей емкости. Это первоначальное изменение конструкции также показывает самый короткий период окупаемости.
Определение оптимального двухзначного конденсаторного двигателя для конкретного применения требует сравнения стоимости двигателя и энергопотребления всех имеющихся двигателей. / кВтч, срок окупаемости этих двигателей составил 8-20 месяцев.

ТАБЛИЦА 1.8 Сравнение рабочих характеристик конденсаторных двигателей с пусковым током и двухзначных конденсаторных двигателей

		Тип двигателя
	Конденсатор пусковой	Конденсатор двухзначный
Рабочий конденсатор, MFD	0	7,5	15	30	65
КПД при полной нагрузке	70	78	79	81	83
Полная нагрузка PF	79	9-1	97	99a	99: l
Снижение потребляемой мощности,%	0	10.1	11,5	13,3	15
Стоимость,%	100	130	110	151	196
Ориентировочный срок окупаемости	–	1,3	1,0	1,8	2,9

a Опережающий коэффициент мощности.

ТАБЛИЦА 1.9 Сравнение эффективности: стандартные и энергоэффективные однофазные двигатели для бассейнов со скоростью 3600 об / мин

л.с.	Стандартные эффективные двигатели	Энергоэффективные двигатели
0.75	0,677	0,76
1,00	0,709	0,788
1,50	0,749	0,827
2,00	0,759	0,85
3,00	0,809	0,869

РИСУНОК 1.18 Сравнение эффективности энергоэффективных и стандартных однофазных двигателей бассейновых насосов. (Предоставлено Magnetek, Санкт-Петербург).Луис, Миссури)

РИСУНОК 1.19 Годовая экономия на энергоэффективном двигателе для бассейнов мощностью 1 л.с., работающем 365 дней в году. (С любезного разрешения Magnetek, Сент-Луис, Миссури)
1.2.3

Двигатели с постоянным разделенным конденсатором

Однофазные асинхронные двигатели с постоянными разделенными конденсаторами определяются как конденсаторные двигатели с одинаковым значением емкости, используемым как для запуска, так и для работы. Этот тип двигателя также называют однозначным конденсаторным двигателем.Применение однофазного двигателя этого типа обычно ограничивается прямым приводом таких нагрузок, как вентиляторы, нагнетатели или насосы, для которых не требуется нормальный или высокий пусковой крутящий момент. Следовательно, основным применением электродвигателя с постоянным разделением конденсаторов были вентиляторы и нагнетатели с прямым приводом. Эти двигатели не подходят для систем с ременным приводом и обычно ограничиваются более низкими значениями мощности в лошадиных силах.
Принципиальная схема двигателя с постоянным разделением конденсаторов показана на рис. 1.20. Обратите внимание на отсутствие пускового переключателя. Этот тип двигателя по существу аналогичен двухзначному конденсаторному двигателю

РИСУНОК 1.20 Однофазный двигатель с постоянным разделенным конденсатором
, работающий на рабочем соединении, и будет иметь примерно такие же характеристики крутящего момента. Поскольку только рабочий конденсатор (который имеет относительно низкую емкость) последовательно соединен со вспомогательной обмоткой при запуске, пусковой момент значительно снижается. Пусковой крутящий момент составляет всего 20-30% крутящего момента при полной нагрузке.Типичная кривая скорость-крутящий момент для двигателя с постоянным разделением конденсаторов показана на рис. 1.21. Рабочие характеристики этого типа двигателя с точки зрения КПД и коэффициента мощности такие же, как у двухзначного конденсаторного двигателя. Однако из-за низкого пускового момента его успешное применение требует тесной координации между производителем двигателя и производителем приводного оборудования.
Специальная версия конденсаторного двигателя используется для многоскоростных приводов вентиляторов. Конденсаторный двигатель этого типа обычно имеет главную обмотку с ответвлениями и ротор с высоким сопротивлением.Ротор с высоким сопротивлением используется для улучшения стабильной скорости и увеличения пускового момента. Существует ряд вариантов и способов намотки двигателей. Наиболее распространенная конструкция — двухскоростной двигатель, имеющий три обмотки: основную, промежуточную и вспомогательную. Для сети 230 В обычное соединение обмоток называется Т-образным соединением. Принципиальные схемы двухскоростных двигателей с Т-образным соединением показаны на рис. 1.22 и 1.23. Для

РИСУНОК 1.21 Кривая скорость-крутящий момент для двигателя с постоянным разделением конденсаторов.
высокоскоростной режим работы, промежуточная обмотка не включена в схему, как показано на рис. 1.23, и линейное напряжение подается последовательно на основную обмотку и вспомогательную обмотку и конденсатор. Для работы на малой скорости промежуточная обмотка включается последовательно с основной обмоткой и вспомогательной цепью, как показано на рис. 1.23. Это соединение снижает напряжение, приложенное как к основной обмотке, так и к вспомогательной цепи, уменьшая, таким образом, крутящий момент

РИСУНОК 1.22 Однофазный двигатель с постоянным разделенным конденсатором, Т-образное соединение и двухскоростной режим.
двигатель будет развиваться и, следовательно, скорость двигателя будет соответствовать требованиям нагрузки. Величина снижения скорости является функцией соотношения витков между основной и промежуточной обмотками и характеристиками крутящего момента ведомой нагрузки. Следует понимать, что для этого типа двигателя изменение скорости достигается за счет снижения скорости двигателя до необходимого минимума.

РИС. 1.23 Однофазный двигатель с постоянным разделенным конденсатором с Т-образным соединением и расположением обмоток.
скорость; это не многоскоростной двигатель с более чем одной синхронной скоростью.
Пример кривых скорость-крутящий момент для конденсаторного двигателя с ответвленной обмоткой показан на рис. 1.24. Кривая нагрузки типичной нагрузки вентилятора накладывается на кривые скорость-крутящий момент двигателя, чтобы показать снижение скорости, полученное при низкоскоростном соединении.

РИСУНОК 1.24 Кривые скорость-крутящий момент для однофазного двигателя с постоянным разделенным конденсатором и ответвленной обмоткой.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ — прикладное промышленное электричество

После внедрения Эдисоном в США системы распределения электроэнергии постоянного тока начался постепенный переход к более экономичной системе переменного тока. Освещение работало как на переменном, так и на постоянном токе. Передача электрической энергии на более длинные расстояния с меньшими потерями с помощью переменного тока. Однако у двигателей была проблема с переменным током. Первоначально двигатели переменного тока были сконструированы как двигатели постоянного тока, но возникли многочисленные проблемы из-за изменения магнитных полей.

Рисунок 5.1 Схема семейства электродвигателей переменного тока

Чарльз П. Стейнмец внес свой вклад в решение этих проблем, рассмотрев гистерезисные потери в железной арматуре. Никола Тесла представил себе совершенно новый тип двигателя, когда он представил вращающуюся турбину, вращающуюся не водой или паром, а вращающимся магнитным полем. Его новый тип двигателя, асинхронный двигатель переменного тока, по сей день является рабочей лошадкой в отрасли. Его прочность и простота обеспечивают долгий срок службы, высокую надежность и низкие эксплуатационные расходы.Тем не менее, небольшие щеточные электродвигатели переменного тока, аналогичные разнообразным электродвигателям постоянного тока, сохраняются в небольших приборах вместе с небольшими асинхронными электродвигателями Tesla. Выше одной лошадиных сил (750 Вт) царит мотор Tesla.

Современные твердотельные электронные схемы управляют бесщеточными двигателями постоянного тока с сигналами переменного тока, генерируемыми от источника постоянного тока. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока, фактически электродвигатель переменного тока, заменяет обычный щеточный электродвигатель постоянного тока во многих приложениях. И шаговый двигатель , цифровая версия двигателя, приводится в движение прямоугольными волнами переменного тока, опять же, генерируемыми твердотельной схемой.На рисунке выше показано генеалогическое древо двигателей переменного тока, описанных в этой главе.

Круизные лайнеры и другие крупные суда заменяют карданные валы с редукторами на большие многомегаваттные генераторы и двигатели. Так было с тепловозами меньшего масштаба в течение многих лет.

Рисунок 5.2 Диаграмма уровней моторной системы

На системном уровне (рисунок выше) двигатель потребляет электрическую энергию в виде разности потенциалов и тока, преобразуя ее в механическую работу. К сожалению, электродвигатели не на 100% эффективны. Часть электроэнергии теряется на тепло, другой вид энергии, из-за потерь I2R (также называемых потерями в меди) в обмотках двигателя. Тепло — нежелательный побочный продукт этого преобразования. Его необходимо снимать с двигателя, так как это может отрицательно сказаться на долговечности. Таким образом, одна из целей — максимизировать КПД двигателя, уменьшая тепловые потери. Двигатели переменного тока также имеют некоторые потери, с которыми не сталкиваются двигатели постоянного тока: гистерезис и вихревые токи.

Большинство двигателей переменного тока являются асинхронными.Асинхронные двигатели пользуются популярностью из-за их прочности и простоты. Фактически, 90% промышленных двигателей являются асинхронными.

Никола Тесла разработал основные принципы многофазного асинхронного двигателя в 1883 году и к 1888 году создал модель мощностью в половину лошадиных сил (400 Вт). Тесла продал права на производство Джорджу Вестингаузу за 65 000 долларов. Наиболее крупные (> 1 л.с. или 1 кВт) промышленные двигатели многофазные асинхронные двигатели . Под многофазностью мы подразумеваем, что статор содержит несколько различных обмоток на полюс двигателя, приводимых в действие соответствующими синусоидальными волнами со сдвигом во времени.На практике это две-три фазы. Крупные промышленные двигатели трехфазные. Хотя для простоты мы включили многочисленные иллюстрации двухфазных двигателей, мы должны подчеркнуть, что почти все многофазные двигатели являются трехфазными. Под асинхронным двигателем мы подразумеваем, что обмотки статора индуцируют ток в проводниках ротора, как трансформатор, в отличие от коллекторного двигателя постоянного тока.

Конструкция асинхронного двигателя переменного тока

Асинхронный двигатель состоит из ротора, известного как якорь, и статора, содержащего обмотки, подключенные к многофазному источнику энергии, как показано на рисунке ниже.Простой двухфазный асинхронный двигатель, представленный ниже, похож на двигатель мощностью 1/2 лошадиные силы, который Никола Тесла представил в 1888 году.

Рисунок 5.3 Многофазный асинхронный двигатель Tesla

Статор на рисунке выше намотан парами катушек, соответствующими фазам имеющейся электрической энергии. Статор двухфазного асинхронного двигателя выше имеет 2 пары катушек, по одной паре для каждой из двух фаз переменного тока. Отдельные катушки пары соединены последовательно и соответствуют противоположным полюсам электромагнита.То есть одна катушка соответствует N-полюсу, другая — S-полюсу, пока фаза переменного тока не изменит полярность. Другая пара катушек ориентирована в пространстве под углом 90 ° к первой паре. Эта пара катушек подключена к переменному току, сдвинутому во времени на 90 ° в случае двухфазного двигателя. Во времена Теслы источником двух фаз переменного тока был двухфазный генератор переменного тока. Статор на рисунке выше имеет выступающих полюсов, явно выступающих, как в ранних асинхронных двигателях Tesla. Эта конструкция используется по сей день для двигателей с малой мощностью (<50 Вт).Однако для более крупных двигателей меньшая пульсация крутящего момента и более высокий КПД достигается, если катушки встроены в пазы, вырезанные в пластинах статора (рисунок ниже).

Рисунок 5.4 Рама статора с пазами для обмоток

Пластины статора представляют собой тонкие изолированные кольца с прорезями, пробитыми из листов электротехнической стали. Набор из них закреплен концевыми винтами, которые также могут удерживать концевые кожухи.

Рисунок 5.5 Статор с обмотками 2 φ (а) и 3 φ (б)

На рисунке выше обмотки двухфазного и трехфазного двигателей установлены в пазы статора.Катушки наматываются на внешнее приспособление, а затем вставляются в пазы. Изоляция, зажатая между периферией катушки и пазом, защищает от истирания. Фактические обмотки статора более сложны, чем отдельные обмотки на полюс на рисунке выше. Сравнивая двигатель 2-φ с двигателем Tesla 2-φ с явными полюсами, количество катушек такое же. В реальных больших двигателях обмотка полюса разделена на идентичные катушки, вставленные во множество пазов меньшего размера, чем указано выше. Эта группа называется фазовой лентой (см. Рисунок ниже). Распределенные катушки фазового пояса подавляют некоторые нечетные гармоники, создавая более синусоидальное распределение магнитного поля по полюсу. Это показано в разделе синхронного двигателя. В прорезях на краю стойки может быть меньше витков, чем в других прорезях. Краевые пазы могут содержать обмотки от двух фаз. То есть фазовые пояса перекрываются.

Рисунок 5.6 Перекрытие фазовых лент

Ключом к популярности асинхронного двигателя переменного тока является его простота, о чем свидетельствует простой ротор (рисунок ниже).Ротор состоит из вала, стального пластинчатого ротора и встроенной медной или алюминиевой беличьей клетки , показанной на (b), снятой с ротора. По сравнению с якорем двигателя постоянного тока, здесь нет коммутатора. Это устраняет щетки, искрение, искрение, графитовую пыль, регулировку и замену щеток, а также повторную обработку коллектора.

Рисунок 5.7 Многослойный ротор с (а) встроенной беличьей клеткой, (б) токопроводящей клеткой, удаленной с ротора

Проводники в короткозамкнутой клетке могут быть перекошены, перекручены относительно вала. Несоосность пазов статора снижает пульсации крутящего момента. Сердечники ротора и статора состоят из пакета изолированных пластин. Пластины покрыты изолирующим оксидом или лаком для минимизации потерь на вихревые токи. Сплав, используемый в пластинах, выбран с учетом низких гистерезисных потерь.

Теория работы асинхронных двигателей

Краткое объяснение работы заключается в том, что статор создает вращающееся магнитное поле, которое волочит ротор. Теория работы асинхронных двигателей основана на вращающемся магнитном поле.Один из способов создания вращающегося магнитного поля — вращение постоянного магнита. Если движущиеся магнитные линии потока разрезают проводящий диск, он будет следовать за движением магнита. Линии магнитного потока, разрезающие проводник, будут индуцировать напряжение и, как следствие, ток в проводящем диске. Этот поток тока создает электромагнит, полярность которого противодействует движению постоянного магнита — Закон Ленца . Полярность электромагнита такова, что он притягивается к постоянному магниту. Диск следует с немного меньшей скоростью, чем постоянный магнит.

Рисунок 5.8 Вращающееся магнитное поле создает крутящий момент в проводящем диске

Вращающееся магнитное поле создает крутящий момент в проводящем диске

Крутящий момент, развиваемый диском, пропорционален количеству линий магнитного потока, разрезающих диск, и скорости, с которой он разрезает диск. Если бы диск вращался с той же скоростью, что и постоянный магнит, не было бы ни потока, разрезающего диск, ни индуцированного тока, ни поля электромагнита, ни крутящего момента.Таким образом, скорость диска всегда будет ниже скорости вращающегося постоянного магнита, так что магнитные линии, разрезающие диск, индуцируют ток, создают электромагнитное поле в диске, которое следует за постоянным магнитом. Если к диску приложена нагрузка, замедляющая его, будет развиваться больший крутящий момент, поскольку больше линий магнитного потока разрезают диск. Крутящий момент пропорционален скольжению , степени, в которой диск отстает от вращающегося магнита. Большее скольжение соответствует большему потоку, разрезающему проводящий диск, создавая больший крутящий момент.В основе аналогового автомобильного вихретокового спидометра лежит принцип, проиллюстрированный выше. Когда диск удерживается пружиной, отклонение диска и иглы пропорционально скорости вращения магнита. Вращающееся магнитное поле создается двумя катушками, расположенными под прямым углом друг к другу, управляемыми токами, которые не совпадают по фазе на 90 °. Это не должно вызывать удивления, если вы знакомы с диаграммами Лиссажу на осциллографах.

Рисунок 5.9 В противофазе (90 °) синусоидальные волны образуют круговую диаграмму Лиссажу

Смещенные по фазе (90 °) синусоидальные волны образуют круговую диаграмму Лиссажу. На приведенном выше рисунке круговая диаграмма Лиссажу создается за счет подачи горизонтального и вертикального входных сигналов осциллографа с отклонением по фазе синусоидальных волн на 90 °.Начиная с (a) с максимальным отклонением «X» и минимальным «Y», след перемещается вверх и влево в направлении (b). Между (a) и (b) две формы волны равны 0,707 Vpk при 45 °. Эта точка (0,707, 0,707) попадает на радиус круга между (a) и (b). След перемещается в (b) с минимальным отклонением «X» и максимальным «Y». При максимальном отрицательном отклонении «X» и минимальном отклонении «Y» след перемещается в (c). Затем с минимальным «X» и максимальным отрицательным «Y» он переходит в (d), а затем обратно в (a), завершая один цикл.

Рисунок 5.10 Окружность синуса по оси X и косинуса по оси Y

На рисунке показаны две синусоидальные волны с фазовым сдвигом на 90 °, приложенные к отклоняющим пластинам осциллографа, расположенным под прямым углом в пространстве. Комбинация фазированных синусоидальных волн на 90 ° и отклонения под прямым углом дает двумерный узор — круг. Этот круг очерчен электронным лучом, вращающимся против часовой стрелки.

Полная скорость двигателя и скорость синхронного двигателя

Скорость вращения вращающегося магнитного поля статора связана с количеством пар полюсов на фазу статора. На приведенном ниже рисунке «полная скорость» всего шесть полюсов или три пары полюсов и три фазы. Однако на каждую фазу приходится только одна пара полюсов. Магнитное поле будет вращаться один раз за цикл синусоидальной волны. В случае мощности 60 Гц поле вращается со скоростью 60 раз в секунду или 3600 оборотов в минуту (об / мин). При мощности 50 Гц он вращается со скоростью 50 оборотов в секунду или 3000 об / мин. 3600 и 3000 об / мин — это синхронная скорость двигателя. Хотя ротор асинхронного двигателя никогда не достигает этой скорости, это определенно верхний предел.Если мы удвоим количество полюсов двигателя, синхронная скорость сократится вдвое, потому что магнитное поле вращается в пространстве на 180 ° на 360 ° электрической синусоидальной волны.

Рисунок 5.11 Удвоение полюсов статора уменьшает синхронную скорость вдвое

Синхронная скорость определяется по формуле:

[латекс] N_s = \ frac {120 \ cdot f} {P} [/ латекс]

Где:

Н _с = Скорость магнитного поля (об / мин)

f = частота подаваемой мощности (Гц)

P = общее количество полюсов на фазу, кратное 2

На приведенном выше рисунке «половинная скорость» четыре полюса на фазу (3 фазы). Синхронная скорость для мощности 50 Гц составляет: S = 120 · 50/4 = 1500 об / мин

Краткое объяснение асинхронного двигателя состоит в том, что вращающееся магнитное поле, создаваемое статором, увлекает за собой ротор. Более длинное и более правильное объяснение состоит в том, что магнитное поле статора индуцирует переменный ток в проводниках короткозамкнутого ротора, которые составляют трансформатор. вторичный. Этот индуцированный ток ротора, в свою очередь, создает магнитное поле. Магнитное поле вращающегося статора взаимодействует с этим полем ротора.Поле ротора пытается выровняться с полем вращающегося статора. Результат — вращение ротора с короткозамкнутым ротором. Если бы не было механической нагрузки крутящего момента двигателя, подшипников, сопротивления ветра или других потерь, ротор вращался бы с синхронной скоростью. Однако скольжение между ротором и полем статора синхронной скорости развивает крутящий момент. Именно магнитный поток, разрезающий проводники ротора при его проскальзывании, создает крутящий момент. Таким образом, нагруженный двигатель будет скользить пропорционально механической нагрузке.Если бы ротор работал с синхронной скоростью, не было бы потока статора, разрезающего ротор, не было бы тока, индуцированного в роторе, не было бы крутящего момента.

Крутящий момент в асинхронных двигателях

Когда питание подается на двигатель впервые, ротор находится в состоянии покоя, а магнитное поле статора вращается с синхронной скоростью N _s. Поле статора режет ротор с синхронной скоростью N _с. Ток, индуцированный в закороченных витках ротора, является максимальным, как и частота тока, частота сети.По мере увеличения скорости ротора скорость, с которой магнитный поток статора сокращает ротор, представляет собой разницу между синхронной скоростью N _s и фактической скоростью N ротора, или (N _s — N). Отношение фактического потока, разрезающего ротор, к синхронной скорости определяется как скольжение :

[латекс] s = \ frac {(N_s — N)} {N_s} [/ латекс]

Где:

Н _с = синхронная скорость

N = частота вращения ротора

Частота тока, наведенного в проводники ротора, равна только частоте сети при пуске двигателя и уменьшается по мере приближения ротора к синхронной скорости. Частота ротора определяется по:

[латекс] f_r = s \ cdot f [/ латекс]

Где:

с = скольжение,

f = частота сети статора

Скольжение при 100% крутящем моменте обычно составляет 5% или меньше в асинхронных двигателях. Таким образом, для частоты сети f = 50 Гц частота наведенного тока в роторе:

f _r = S (f)
= 0,05 (50 Гц)
= 2,5 Гц.

Почему он такой низкий? Магнитное поле статора вращается с частотой 50 Гц.Скорость вращения ротора на 5% меньше. Вращающееся магнитное поле режет ротор только с частотой 2,5 Гц. 2,5 Гц — это разница между синхронной скоростью и фактической скоростью ротора. Если ротор вращается немного быстрее при синхронной скорости, поток вообще не будет резать ротор, f _r = 0.

Рисунок 5.12 Зависимость крутящего момента и скорости от% скольжения.

На приведенном выше графике показано, что пусковой крутящий момент, известный как крутящий момент заблокированного ротора (T _LR), превышает 100% крутящего момента при полной нагрузке (T _FL), безопасного продолжительного крутящего момента. Крутящий момент заблокированного ротора составляет около 175% от T _FL для приведенного выше примера двигателя. Пусковой ток, известный как ток заторможенного ротора (I _LR), составляет 500% от тока полной нагрузки (I _FL), безопасного рабочего тока. Ток большой, потому что это аналог закороченной вторичной обмотки трансформатора. Когда ротор начинает вращаться, крутящий момент может немного уменьшиться для определенных классов двигателей до значения, известного как тяговый момент . Это самое низкое значение крутящего момента, с которым когда-либо сталкивался пусковой двигатель.Когда ротор набирает 80% синхронной скорости, крутящий момент увеличивается со 175% до 300% крутящего момента полной нагрузки. Этот пробивной крутящий момент (T _BD) происходит из-за большего, чем обычно, 20% скольжения. Сила тока на этом этапе уменьшилась лишь незначительно, но после этой точки будет быстро уменьшаться. Когда ротор ускоряется с точностью до нескольких процентов от синхронной скорости, как крутящий момент, так и ток значительно уменьшаются. При нормальной работе скольжение будет составлять всего несколько процентов. Для работающего двигателя любой участок кривой крутящего момента ниже 100% номинального крутящего момента является нормальным.Нагрузка двигателя определяет рабочую точку на кривой крутящего момента. В то время как крутящий момент и ток двигателя могут превышать 100% в течение нескольких секунд во время запуска, продолжительная работа выше 100% может привести к повреждению двигателя. Любая крутящая нагрузка двигателя, превышающая крутящий момент пробоя, приведет к остановке двигателя. Крутящий момент, скольжение и ток будут приближаться к нулю в условиях нагрузки «без механического крутящего момента». Это состояние аналогично разомкнутому вторичному трансформатору. Существует несколько основных конструкций асинхронных двигателей, которые значительно отличаются от кривой крутящего момента, приведенной выше.Различные конструкции оптимизированы для запуска и работы с различными типами нагрузок. Крутящий момент заблокированного ротора (T _LR) для двигателей различных конструкций и размеров находится в диапазоне от 60% до 350% крутящего момента при полной нагрузке (T _FL). Пусковой ток или ток заторможенного ротора (I _LR) может находиться в диапазоне от 500% до 1400% от тока полной нагрузки (I _FL). Этот потребляемый ток может вызвать проблемы с запуском больших асинхронных двигателей.

Классы двигателей NEMA и IEC

Различные стандартные классы (или конструкции) двигателей, соответствующие кривым крутящего момента (рисунок ниже), были разработаны для лучшего управления нагрузками различных типов.Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) определила классы двигателей A, B, C и D для удовлетворения этих требований к приводам. Аналогичные классы N и H Международной электротехнической комиссии (IEC) соответствуют конструкциям NEMA B и C соответственно.

Рисунок 5.13 Характеристики для проектов NEMA

Характеристики для проектов NEMA

Все двигатели, за исключением класса D, работают со скольжением 5% или менее при полной нагрузке.

Класс B (IEC Class N) Двигатели используются по умолчанию в большинстве приложений. При пусковом моменте LRT = от 150% до 170% от FLT он может запускать большинство нагрузок без чрезмерного пускового тока (LRT). КПД и коэффициент мощности высокие. Обычно он приводит в действие насосы, вентиляторы и станки.
Класс A пусковой момент такой же, как у класса B. Пусковой момент и пусковой ток (LRT) выше. Этот двигатель справляется с кратковременными перегрузками, которые встречаются в машинах для литья под давлением.
Класс C (IEC Class H) имеет более высокий пусковой момент, чем классы A и B при LRT = 200% от FLT.Этот двигатель применяется для тяжелых пусковых нагрузок, которые необходимо приводить в действие с постоянной скоростью, таких как конвейеры, дробилки, поршневые насосы и компрессоры.
Двигатели класса D имеют самый высокий пусковой момент (LRT) в сочетании с низким пусковым током из-за высокого скольжения (от 5% до 13% при FLT). Высокое скольжение приводит к более низкой скорости. Регулировка скорости плохая. Тем не менее, двигатель отлично справляется с нагрузками с переменной скоростью, например с маховиком для аккумулирования энергии. Применения включают пробивные прессы, ножницы и подъемники.
Класс E Двигатели — это более эффективная версия класса B.
Двигатели класса F имеют гораздо более низкие LRC, LRT и разрушающий крутящий момент, чем двигатели класса B. Они управляют постоянными, легко запускаемыми нагрузками.

Коэффициент мощности асинхронных двигателей

Асинхронные двигатели имеют отстающий (индуктивный) коэффициент мощности от линии электропередачи. Коэффициент мощности больших полностью нагруженных высокоскоростных двигателей может достигать 90% для больших высокоскоростных двигателей. При 3/4 полной нагрузки максимальный коэффициент мощности высокоскоростного двигателя может составлять 92%.Коэффициент мощности малых тихоходных двигателей может составлять всего 50%. При запуске коэффициент мощности может находиться в диапазоне от 10% до 25%, увеличиваясь по мере достижения ротором скорости. Коэффициент мощности (PF) значительно зависит от механической нагрузки двигателя (рисунок ниже). Ненагруженный двигатель аналогичен трансформатору без резистивной нагрузки на вторичной обмотке. Небольшое сопротивление отражается от вторичной обмотки (ротора) к первичной обмотке (статору). Таким образом, в линии электропередачи присутствует реактивная нагрузка до 10% коэффициента мощности. Когда ротор нагружен, возрастающая резистивная составляющая отражается от ротора к статору, увеличивая коэффициент мощности.

Рисунок 5.14 Коэффициент мощности и КПД асинхронного двигателя

КПД асинхронных двигателей

Большие трехфазные двигатели более эффективны, чем трехфазные двигатели меньшего размера, и почти все однофазные двигатели. КПД большого асинхронного двигателя может достигать 95% при полной нагрузке, хотя чаще встречается 90%. Эффективность малонагруженного или ненагруженного асинхронного двигателя низкая, потому что большая часть тока связана с поддержанием намагничивающего потока. Когда нагрузка крутящего момента увеличивается, больше тока потребляется для создания крутящего момента, в то время как ток, связанный с намагничиванием, остается фиксированным.Эффективность при 75% FLT может быть немного выше, чем при 100% FLT. Эффективность снижается на несколько процентов при FLT 50% и снижается еще на несколько процентов при FLT 25%. Эффективность становится низкой только ниже 25% FLT. Изменение КПД в зависимости от нагрузки показано на рисунке выше. Индукционные двигатели обычно имеют завышенные размеры, чтобы гарантировать, что их механическая нагрузка может быть запущена и приведена в действие во всех рабочих условиях. Если многофазный двигатель нагружен менее 75% номинального крутящего момента, когда КПД достигает пика, КПД страдает лишь незначительно до 25% FLT.

Корректор коэффициента мощности Nola

Фрэнк Нола из НАСА предложил корректор коэффициента мощности (PFC) в качестве энергосберегающего устройства для однофазных асинхронных двигателей в конце 1970-х годов. Он основан на предположении, что асинхронный двигатель с неполной нагрузкой менее эффективен и имеет более низкий коэффициент мощности, чем двигатель с полной нагрузкой. Таким образом, имеется возможность экономии энергии в частично загруженных двигателях, в частности в двигателях 1-φ. Энергия, потребляемая для поддержания магнитного поля статора, относительно фиксирована по отношению к изменениям нагрузки.Хотя в полностью загруженном двигателе экономить нечего, напряжение частично загруженного двигателя может быть уменьшено для уменьшения энергии, необходимой для поддержания магнитного поля. Это повысит коэффициент мощности и эффективность. Это была хорошая концепция для заведомо неэффективных однофазных двигателей, для которых она предназначалась. Эта концепция не очень применима к большим трехфазным двигателям. Из-за их высокого КПД (90% +) экономия энергии невелика. Более того, двигатель с КПД 95% по-прежнему имеет КПД 94% при 50% крутящем моменте при полной нагрузке (FLT) и 90% КПД при 25% FLT. Потенциальная экономия энергии при переходе от 100% FLT к 25% FLT составляет разницу в эффективности 95% — 90% = 5%. Это не 5% мощности при полной нагрузке, а 5% мощности при пониженной нагрузке. Корректор коэффициента мощности Nola может быть применим к 3-фазному двигателю, который большую часть времени простаивает (ниже 25% FLT), например к пробивному прессу. Срок окупаемости дорогостоящего электронного контроллера был оценен как непривлекательный для большинства приложений. Хотя он может быть экономичным в составе электронного пускателя двигателя или регулятора скорости.Асинхронный двигатель может работать как генератор переменного тока, если это привод

Асинхронные двигатели в качестве генераторов переменного тока

Асинхронный двигатель может работать как генератор переменного тока, если он приводится в действие крутящим моментом, превышающим 100% синхронной скорости (рисунок ниже). Это соответствует нескольким% «отрицательного» скольжения, скажем, -1%. Это означает, что, поскольку мы вращаем двигатель быстрее, чем синхронная скорость, ротор продвигается на 1% быстрее, чем вращающееся магнитное поле статора. Обычно он отстает в двигателе на 1%.Поскольку ротор разрезает магнитное поле статора в противоположном направлении (впереди), ротор индуцирует напряжение в статоре, возвращая электрическую энергию обратно в линию электропередачи.

Рисунок 5.15 Отрицательный крутящий момент превращает асинхронный двигатель в генератор

Такой индукционный генератор должен возбуждаться «живым» источником мощностью 50 или 60 Гц. В случае сбоя в электроснабжении энергокомпании выработка электроэнергии невозможна. Этот тип генератора не подходит в качестве резервного источника питания.Преимущество ветряного генератора вспомогательной энергии состоит в том, что он не требует автоматического выключателя отключения питания для защиты ремонтных бригад. Это безотказно.

Небольшие удаленные (от электросети) установки могут быть выполнены с самовозбуждением путем размещения конденсаторов параллельно фазам статора. Если снять нагрузку, остаточный магнетизм может вызвать небольшой ток. Этот ток может протекать через конденсаторы без рассеивания мощности. Когда генератор достигает полной скорости, ток увеличивается, чтобы подать ток намагничивания на статор.В этот момент может быть приложена нагрузка. Слабое регулирование напряжения. Асинхронный двигатель может быть преобразован в генератор с самовозбуждением путем добавления конденсаторов.

Процедура запуска заключается в доведении ветряной турбины до скорости в двигательном режиме путем подачи на статор нормального напряжения линии электропередачи. Любая вызванная ветром скорость турбины, превышающая синхронную, будет развивать отрицательный крутящий момент, возвращая мощность в линию электропередачи, изменяя нормальное направление электрического счетчика киловатт-часов.В то время как асинхронный двигатель представляет собой отстающий коэффициент мощности для линии электропередачи, асинхронный генератор переменного тока представляет собой ведущий коэффициент мощности. Индукционные генераторы не получили широкого распространения на обычных электростанциях. Скорость привода паровой турбины является постоянной и регулируемой в соответствии с требованиями синхронных генераторов переменного тока. Синхронные генераторы также более эффективны.

Скорость ветряной турбины трудно контролировать, и скорость ветра может изменяться порывами. Асинхронный генератор лучше справляется с этими колебаниями из-за собственного проскальзывания.Это меньше нагружает зубчатую передачу и механические компоненты, чем синхронный генератор. Однако это допустимое изменение скорости составляет всего около 1%. Таким образом, индукционный генератор, подключенный к прямой линии, считается ветряной турбиной с фиксированной скоростью (см. Асинхронный генератор с двойным питанием для истинного генератора переменного тока с регулируемой скоростью). Несколько генераторов или несколько обмоток на общем валу можно переключать, чтобы обеспечить высокую и низкую скорость, чтобы приспособиться к переменным ветровым условиям.

Асинхронные двигатели с несколькими полями

Асинхронные двигатели

могут содержать несколько обмоток возбуждения, например, 4-полюсную и 8-полюсную обмотки, соответствующие синхронным скоростям вращения 1800 и 900 об / мин. Подать питание на то или иное поле менее сложно, чем на повторное подключение катушек статора.

Рисунок 5.16 Несколько полей позволяют изменять скорость

Если поле сегментировано с выведенными выводами, его можно изменить (или переключить) с 4-полюсного на 2-полюсное, как показано выше для 2-фазного двигателя. Сегменты 22,5 ° переключаются на сегменты 45 °. Для ясности выше показана только проводка для одной фазы. Таким образом, наш асинхронный двигатель может работать на нескольких скоростях. При переключении вышеуказанного двигателя 60 Гц с 4 полюсов на 2 полюса синхронная скорость увеличивается с 1800 до 3600 об / мин.

Q: Если двигатель приводится в движение частотой 50 Гц, каковы будут соответствующие 4-полюсные и 2-полюсные синхронные скорости?

А:

[латекс] N_s = \ frac {120f} {P} [/ latex] [latex] N_s = \ frac {120 * 50Hz} {4} [/ latex] [latex] = 1500 об / мин (4-полюсный) [ / латекс]

[латекс] N_s = \ frac {120f} {P} [/ latex] [latex] N_s = \ frac {120 * 50Hz} {2} [/ latex] [latex] = 3000 об / мин (2-полюсный) [ / латекс]

Асинхронные двигатели с переменным напряжением

Скорость малых асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором для таких применений, как приводные вентиляторы, может быть изменена путем снижения сетевого напряжения. Это снижает крутящий момент, доступный нагрузке, что снижает скорость (см. Рисунок ниже).

Рисунок 5.17 Регулирование переменного напряжения, скорость асинхронного двигателя

Электронное регулирование скорости в асинхронных двигателях

Современная полупроводниковая электроника расширяет возможности управления скоростью. Изменяя сетевую частоту 50 или 60 Гц на более высокие или более низкие значения, можно изменить синхронную скорость двигателя. Однако уменьшение частоты тока, подаваемого на двигатель, также снижает реактивное сопротивление X _L, что увеличивает ток статора.Это может привести к насыщению магнитной цепи статора с катастрофическими последствиями. На практике напряжение на двигателе необходимо уменьшать при уменьшении частоты.

Рисунок 5.18 Электронный частотно-регулируемый привод

И наоборот, частота привода может быть увеличена для увеличения синхронной скорости двигателя. Однако необходимо увеличить напряжение, чтобы преодолеть увеличивающееся реактивное сопротивление, чтобы поддерживать ток на уровне нормального значения и поддерживать крутящий момент. Инвертор приближает синусоидальные волны к двигателю с помощью выходов с широтно-импульсной модуляцией.Это прерывистый сигнал, который может быть включен или выключен, высокий или низкий, процент времени включения соответствует мгновенному напряжению синусоидальной волны.

Когда для управления асинхронным двигателем применяется электроника, становится доступно множество методов управления, от простого до сложного:

Скалярное управление: Описанный выше недорогой метод управления только напряжением и частотой без обратной связи.
Векторное управление: Также известно как векторное управление фазой.Компоненты тока статора, создающие магнитный поток и крутящий момент, измеряются или оцениваются в реальном времени для улучшения кривой крутящего момента двигателя. Это требует больших вычислений.
Прямое управление крутящим моментом: Продуманная адаптивная модель двигателя обеспечивает более прямое управление потоком и крутящим моментом без обратной связи. Этот метод быстро реагирует на изменения нагрузки.

Многофазный асинхронный двигатель состоит из многофазной обмотки, встроенной в многослойный статор, и проводящей короткозамкнутой клетки, встроенной в многослойный ротор.
Трехфазные токи, протекающие внутри статора, создают вращающееся магнитное поле, которое индуцирует ток и, следовательно, магнитное поле в роторе. Крутящий момент ротора развивается, когда ротор немного проскальзывает за вращающимся полем статора.
В отличие от однофазных двигателей, многофазные асинхронные двигатели самозапускаются.
Пускатели двигателей минимизируют нагрузку на линию питания, обеспечивая при этом больший пусковой крутящий момент, чем требуется во время работы.Снижение линейного тока Пускатели требуются только для больших двигателей.
Трехфазные двигатели при запуске будут работать от однофазных.
Статический преобразователь фазы — это трехфазный двигатель, работающий на одной фазе без нагрузки на вал, генерирующий трехфазный выходной сигнал.
Несколько обмоток возбуждения можно перемонтировать для работы с несколькими дискретными скоростями двигателя, изменив количество полюсов.

Трехфазный двигатель может работать от однофазного источника питания.Однако он не запускается самостоятельно. Его можно запустить вручную в любом направлении, набрав скорость за несколько секунд. Он будет развивать только 2/3 номинальной мощности 3-φ, потому что одна обмотка не используется.

Рисунок 5.19 Двигатель 3-фазн. Питается от мощности 1-фазн., Но не запускается.

Одинарная катушка однофазного двигателя

Рисунок 5.20 Однофазный статор создает невращающееся пульсирующее магнитное поле

Другая точка зрения состоит в том, что одиночная катушка, возбуждаемая однофазным током, создает два вектора магнитного поля, вращающихся в противоположных направлениях, совпадающих дважды за оборот при 0 ° (рисунок выше-a) и 180 ° (рисунок e). Когда векторы поворачиваются на 90 ° и -90 °, они отменяются на рисунке c. При 45 ° и -45 ° (рисунок b) они частично складываются по оси + x и сокращаются по оси y. Аналогичная ситуация существует на рисунке d.Сумма этих двух векторов — это вектор, неподвижный в пространстве, но чередующийся во времени. Таким образом, пусковой крутящий момент не создается.

Однако, если ротор вращается вперед со скоростью немного меньшей, чем синхронная скорость, он будет развивать максимальный крутящий момент при 10% скольжении относительно вектора прямого вращения. Меньший крутящий момент будет развиваться выше или ниже 10% скольжения. Ротор будет испытывать скольжение на 200-10% относительно вектора магнитного поля, вращающегося в противоположных направлениях. Небольшой крутящий момент (см. Кривую зависимости крутящего момента от скольжения), за исключением двукратной пульсации частоты, создается вектором, вращающимся в противоположных направлениях.Таким образом, однофазная катушка будет развивать крутящий момент после запуска ротора. Если ротор запускается в обратном направлении, он будет развивать такой же большой крутящий момент, поскольку он приближается к скорости вращающегося в обратном направлении вектора.

Двигатель с постоянным разделением конденсаторов

Одним из способов решения проблемы с однофазным двигателем является создание двухфазного двигателя, получающего двухфазное питание от однофазного.Для этого требуется двигатель с двумя обмотками, разнесенными друг от друга на 90 ° , электрический, питаемый двумя фазами тока, смещенными во времени на 90 ° . Это называется конденсаторным двигателем с постоянным разделением.

Рисунок 5.21 Асинхронный двигатель с постоянным разделением конденсаторов

Асинхронный двигатель с постоянным разделением конденсаторов

Этот тип двигателя подвержен увеличенной величине тока и сдвигу во времени назад, когда двигатель набирает скорость, с пульсациями крутящего момента на полной скорости. Решение состоит в том, чтобы конденсатор (импеданс) оставался небольшим, чтобы минимизировать потери.Потери меньше, чем у двигателя с экранированными полюсами. Эта конфигурация двигателя хорошо работает до 1/4 лошадиных сил (200 Вт), хотя обычно применяется к двигателям меньшего размера. Направление двигателя легко изменить, включив конденсатор последовательно с другой обмоткой. Этот тип двигателя может быть адаптирован для использования в качестве серводвигателя, описанного в другом месте в этой главе.

Рисунок 5.22 Однофазный асинхронный двигатель со встроенными катушками статора

Однофазные асинхронные двигатели могут иметь катушки, встроенные в статор для двигателей большего размера.Тем не менее, меньшие размеры требуют меньшего количества сложностей для создания концентрированных обмоток с выступающими полюсами.

Асинхронный двигатель с конденсаторным пуском

На рисунке ниже конденсатор большего размера может использоваться для пуска однофазного асинхронного двигателя через вспомогательную обмотку, если он отключается центробежным переключателем, когда двигатель набирает скорость. Кроме того, во вспомогательной обмотке может быть намного больше витков из более тяжелого провода, чем в двигателе с разделенной фазой сопротивления, чтобы уменьшить чрезмерное повышение температуры.В результате для таких тяжелых нагрузок, как компрессоры кондиционеров, доступен больший пусковой крутящий момент. Эта конфигурация двигателя работает настолько хорошо, что доступна в многомощных (несколько киловаттных) размерах.

Рисунок 5.23 Асинхронный двигатель с конденсаторным пуском

Асинхронный двигатель с конденсаторным двигателем

Рисунок 5.24 Асинхронный двигатель с конденсаторным двигателем

Асинхронный двигатель с двухфазным двигателем с сопротивлением

Если во вспомогательной обмотке намного меньше витков, меньший провод размещен под углом 90 ° к главной обмотке, он может запустить однофазный асинхронный двигатель. При более низкой индуктивности и более высоком сопротивлении ток будет испытывать меньший фазовый сдвиг, чем основная обмотка. Может быть получено около 30 ° разности фаз. Эта катушка создает средний пусковой крутящий момент, который отключается центробежным переключателем на 3/4 синхронной скорости.Эта простая (без конденсатора) конструкция хорошо подходит для двигателей мощностью до 1/3 лошадиных сил (250 Вт), управляющих легко запускаемыми нагрузками.

Рисунок 5.25 Сопротивление асинхронного двигателя с разделенной фазой

Этот двигатель имеет больший пусковой крутящий момент, чем двигатель с экранированными полюсами (следующий раздел), но не такой большой, как двухфазный двигатель, построенный из тех же частей. Плотность тока во вспомогательной обмотке настолько высока во время пуска, что последующий быстрый рост температуры исключает частый перезапуск или медленные пусковые нагрузки.

Корректор коэффициента мощности Nola

Фрэнк Нола из НАСА предложил корректор коэффициента мощности для повышения эффективности асинхронных двигателей переменного тока в середине 1970-х годов. Он основан на предположении, что асинхронные двигатели неэффективны при нагрузке ниже полной. Эта неэффективность коррелирует с низким коэффициентом мощности. Коэффициент мощности меньше единицы возникает из-за тока намагничивания, необходимого для статора. Этот фиксированный ток составляет большую долю от общего тока двигателя по мере уменьшения нагрузки двигателя. При небольшой нагрузке полный ток намагничивания не требуется. Его можно уменьшить, уменьшив подаваемое напряжение, улучшив коэффициент мощности и эффективность. Корректор коэффициента мощности определяет коэффициент мощности и снижает напряжение двигателя, тем самым восстанавливая более высокий коэффициент мощности и уменьшая потери.

Поскольку однофазные двигатели примерно в 2–4 раза менее эффективны, чем трехфазные двигатели, существует потенциальная экономия энергии для двигателей 1-φ. Для полностью загруженного двигателя экономии нет, так как требуется весь ток намагничивания статора.Напряжение не может быть уменьшено. Но есть потенциальная экономия от менее чем полностью загруженного двигателя. Двигатель с номинальным напряжением 117 В переменного тока рассчитан на работу при напряжении от 127 В переменного тока до 104 В переменного тока. Это означает, что он не полностью загружен при работе при напряжении более 104 В переменного тока, например, при работе холодильника на 117 В переменного тока. Контроллер коэффициента мощности может безопасно снизить сетевое напряжение до 104–110 В переменного тока. Чем выше начальное линейное напряжение, тем больше потенциальная экономия. Конечно, если энергокомпания подаст напряжение ближе к 110 В переменного тока, двигатель будет работать более эффективно без каких-либо дополнительных устройств.

Любой практически неработающий однофазный асинхронный двигатель с 25% FLC или менее является кандидатом на использование PFC. Однако он должен работать большое количество часов в год. И чем больше времени он простаивает, как на пилораме, штамповочном прессе или конвейере, тем выше вероятность оплаты контроллера через несколько лет эксплуатации. За него должно быть втрое проще платить по сравнению с более эффективным 3-φ-двигателем. Стоимость PFC не может быть возмещена для двигателя, работающего всего несколько часов в день.

Резюме: Однофазные асинхронные двигатели

Однофазные асинхронные двигатели не могут запускаться самостоятельно без вспомогательной обмотки статора, приводимой в действие противофазным током около 90 ° . После запуска вспомогательная обмотка необязательна.
Вспомогательная обмотка конденсаторного двигателя с постоянным разделением и имеет конденсатор, включенный последовательно с ней во время пуска и работы.
Асинхронный двигатель с конденсаторным запуском имеет только конденсатор, включенный последовательно со вспомогательной обмоткой во время запуска.
Конденсаторный двигатель обычно имеет большой неполяризованный электролитический конденсатор, включенный последовательно со вспомогательной обмоткой для запуска, а затем меньший неэлектролитический конденсатор во время работы.
Вспомогательная обмотка электродвигателя с разделенным фазным сопротивлением развивает разность фаз по сравнению с основной обмоткой во время пуска из-за разницы в сопротивлении.