Jednofázový asynchronní motor: jak to funguje

Samotný název tohoto elektrického zařízení naznačuje, že elektrická energie, která je do něj dodávána, je přeměněna na rotační pohyb rotoru. Navíc přídavné jméno „asynchronní“ charakterizuje nesoulad, zpoždění rychlosti rotace kotvy z magnetického pole statoru.

Slovo „jednofázový“ způsobuje nejednoznačnou definici. Důvodem je skutečnost, že termín „fáze“ v elektrice definuje několik jevů:

• posun, rozdíl úhlů mezi veličinami vektoru;

• potenciální vodič dvou, tří nebo čtyřvodičového elektrického obvodu;

• jedno ze statorových nebo rotorových vinutí třífázového motoru nebo generátoru.

Proto okamžitě objasňujeme, že je obvyklé zavolat jednofázový elektromotor, který pracuje ze dvouvodičové sítě střídavého proudu reprezentované fázovým a nulovým potenciálem. Počet vinutí namontovaných v různých konstrukcích statorů tuto definici neovlivňuje.

Konstrukce motoru

Podle technického zařízení se indukční motor skládá z:

1. stator - statická pevná část vyrobená krytem s různými elektrickými prvky umístěnými na něm;

2. rotor rotovaný silami elektromagnetického pole statoru.

Mechanické spojení těchto dvou částí je provedeno rotačními ložisky, jejichž vnitřní kroužky jsou namontovány na osazených objímkách hřídele rotoru a vnější kroužky jsou namontovány v ochranných bočních krytech připevněných k statoru.

Rotor

Zařízení pro tyto modely je stejné jako pro všechny indukční motory: magnetické jádro z zatížených desek na bázi slitin měkkého železa je namontováno na ocelové hřídeli. Na jeho vnějším povrchu jsou vytvořeny drážky, do kterých jsou namontovány navíjecí tyče z hliníku nebo mědi, které jsou na koncích zkráceny na uzavírací kroužky.

Ve vinutí rotoru je indukován elektrický proud, který je indukován statorovým magnetickým polem a magnetický obvod slouží k dobrému průchodu zde vytvořeného magnetického toku.

Jednotlivé konstrukce rotorů pro jednofázové motory mohou být vyrobeny z nemagnetických nebo feromagnetických materiálů ve formě válce.

Stator

Dále je představena konstrukce statoru:

• tělo;

• magnetický obvod;

• vinutí.

Jeho hlavním účelem je vytvářet pevné nebo rotující elektromagnetické pole.

Vinutí statoru obvykle sestává ze dvou obvodů:

1. pracovník;

2. launcher.

V nejjednodušších provedeních navržených pro ruční točení kotvy může být provedeno pouze jedno vinutí.

Princip činnosti asynchronního jednofázového elektromotoru

Abychom zjednodušili prezentaci materiálu, představme si, že vinutí statoru je vytvořeno pouze s jednou smyčkou smyčky. Dráty uvnitř statoru jsou rozloženy v kruhu pod úhlem 180 stupňů. Prochází jím střídavý sinusový proud s kladnými a zápornými půlvlnami. Nevytváří rotující, ale pulzující magnetické pole.

Jak dochází k pulzacím magnetického pole

Analyzujme tento proces na příkladu toku kladné půlvlny proudu v časových okamžicích t1, t2, t3.

Prochází podél horní části stávající cesty směrem k nám a podél spodní části - od nás. V kolmé rovině představované magnetickým obvodem se kolem vodiče objevují magnetické toky.

Proudy, které se mění v amplitudě v uvažovaných časových okamžicích, vytvářejí elektromagnetická pole F1, F2 a F3 různé velikosti. Protože proud v horní a dolní polovině je stejný, ale cívka je ohnutá, magnetické toky každé části jsou směrovány v opačném směru a ničí vzájemné působení.Toto může být určeno pravidlem gimlet nebo pravou rukou.

Jak vidíte, při pozitivní půlvlně není pozorována rotace magnetického pole, ale vyskytuje se pouze její zvlnění v horní a dolní části drátu, což je také vzájemně vyvážené v magnetickém obvodu. Stejný proces nastává s negativní částí sinusoidu, když proudy opačným směrem.

Protože neexistuje žádné rotující magnetické pole, zůstane rotor také nehybný, protože na to, aby se začalo otáčení, nebyly na něj aplikovány žádné síly.

Jak se vytváří rotace rotoru v pulzujícím poli

Pokud otáčíte rotorem, a to i rukou, bude v tomto pohybu pokračovat. Abychom vysvětlili tento jev, ukazujeme, že celkový magnetický tok se mění v kmitočtu současného sinusoidu od nuly po maximální hodnotu v každém půl cyklu (se změnou směru) a skládá se ze dvou částí vytvořených v horní a dolní větvi, jak je znázorněno na obrázku.

Magnetické pulzující pole statoru se skládá ze dvou kruhových polí s amplitudou Fmax / 2 a pohybujících se v opačných směrech se stejnou frekvencí.

npr = nbr = f60 / p = 1.

V tomto vzorci jsou uvedeny:

• npr a ušlechtilá frekvence rotace magnetického pole statoru ve směru vpřed a vzad;

• n1 je rychlost rotujícího magnetického toku (r / min);

• p je počet párů pólů;

• f je frekvence proudu ve vinutí statoru.

Nyní rukou dáme otáčení motoru v jednom směru a okamžitě zachytí pohyb kvůli výskytu točivého momentu způsobeného klouzáním rotoru vzhledem k různým magnetickým tokům v dopředném a zpětném směru.

Předpokládáme, že magnetický tok dopředného směru se časově shoduje s rotací rotoru, respektive naopak. Jestliže n2 je frekvence rotace kotvy v rpm, pak můžeme napsat výraz n2

V tomto případě označujeme Spr = (n1-n2) / n1 = S.

Indexy S a Spr zde označují skluz indukčního motoru a rotoru relativního magnetického toku dopředného směru.

V zpětném toku je skluz Sobr vyjádřen podobným vzorcem, ale se změnou znaménka n2.

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

V souladu se zákonem elektromagnetické indukce bude pod přímým a zpětným magnetickým tokem působit elektromotorická síla ve vinutí rotoru, které v ní vytvoří proudy stejných směrů I2pr a I2obr.

Jejich frekvence (v hertzech) bude přímo úměrná velikosti skluzu.

f2pr = f1 ∙ Spr;

f2sample = f1 ∙ S

Kromě toho frekvence f2obr tvořená indukovaným proudem I2obr významně převyšuje frekvenci f2pr.

Například elektrický motor běží na 50 Hz síti s n1 = 1500 a n2 = 1440 ot / min. Jeho rotor má skluz vzhledem k magnetickému toku dopředného směru Spr = 0,04 a aktuální frekvenci f2pr = 2 Hz. Zpětný skluz Sobr = 1,96 a aktuální frekvence f2obr = 98 Hz.

Na základě Ampérova zákona, když současné I2pr a magnetické pole interactпр interagují, objeví se moment Мпр.

Mpr = cM ∙ Fpr ∙ I2pr ∙ cosφ2pr.

Konstantní koeficient SM zde závisí na konstrukci motoru.

V tomto případě také působí reverzní magnetický tok Mobr, který se vypočítá podle výrazu:

Mobr = cM ∙ Phobr ∙ I2obr ∙ cosφ2obr.

V důsledku interakce těchto dvou toků se objeví výsledný:

M = Mpr-Mobr.

Pozor! Když se rotor otáčí, indukují se v něm proudy různých frekvencí, které vytvářejí momenty sil v různých směrech. Motorová kotva se proto bude otáčet působením pulzujícího magnetického pole ve směru, ze kterého se začala otáčet.

Při překonání jmenovitého zatížení jednofázovým motorem se vytvoří mírný skluz s hlavním podílem přímého točivého momentu Mpr. Protiaha inhibičního, reverzního magnetického pole Mobr ovlivňuje velmi málo kvůli rozdílu ve frekvencích proudů dopředného a zpětného směru.

f2obr zpětného proudu významně převyšuje f2pr a indukovaná indukčnost X2obr značně převyšuje aktivní složku a poskytuje velký demagnetizační účinek reverzního magnetického toku Fobr, který nakonec klesá.

Protože účiník zátěže motoru je malý, nemůže mít reverzní magnetický tok silný účinek na rotující rotor.

Když je jedna fáze sítě aplikována na motor s pevným rotorem (n2 = 0), pak skluz, dopředu i dozadu, se rovná jednotě a magnetická pole a síly dopředného a zpětného toku jsou vyvážené a nedochází k rotaci. Proto je od dodávky jedné fáze nemožné rozmotat kotvu motoru.

Jak rychle určit otáčky motoru:

Jak se vytváří rotace rotoru v jednofázovém asynchronním motoru

V celé historii provozu takových zařízení byla vyvinuta následující konstrukční řešení:

1. ruční odvíjení hřídele rukou nebo lankem;

2. použití dalšího vinutí připojeného během spouštění z důvodu ohmického, kapacitního nebo indukčního odporu;

3. štěpení zkratovanou magnetickou cívkou statorového magnetického obvodu.

První metoda byla použita v počátečním vývoji a nezačala se v budoucnu uplatňovat kvůli možným rizikům zranění při spuštění, ačkoli nevyžaduje připojení dalších řetězů.

Aplikace vinutí fázového posunu ve statoru

Pro počáteční otáčení rotoru statorovému vinutí je v okamžiku spuštění připojeno další pomocné, avšak pouze úhlové posunutí pouze o 90 stupňů. Provádí se silnějším drátem k průchodu více proudů, než protéká v pracovním.

Schéma zapojení takového motoru je znázorněno na obrázku vpravo.

Zde se používá tlačítko typu PNVS k zapnutí, které bylo speciálně vytvořeno pro tyto motory a široce se používalo při provozu praček vyrobených v SSSR. Toto tlačítko okamžitě zapne 3 kontakty tak, že dva extrémní kontakty zůstanou po stisknutí a uvolnění pevné v zapnutém stavu a prostřední se krátce uzavře, a poté se působením pružiny vrátí do své původní polohy.

Uzavřené extrémní kontakty lze odpojit stisknutím sousedního tlačítka Stop.

Kromě vypínače se v automatickém režimu používají k deaktivaci dodatečného vinutí následující:

1. odstředivé spínače;

2. diferenciální nebo proudová relé;

3. mechanické časovače.

Pro zlepšení spouštění motoru při zatížení jsou ve vinutí s fázovým posunem použity další prvky.

Připojení jednofázového motoru se startovacím odporem

V takovém obvodu je ohmický odpor postupně namontován na přídavné vinutí statoru. V tomto případě je navíjení závitů prováděno biffilárním způsobem, čímž se dosahuje koeficientu vlastní indukce cívky velmi blízko nuly.

Díky provádění těchto dvou metod, když proudy proudí různými vinutími, dochází mezi nimi k fázovému posunu asi 30 stupňů, což je dost. Rozdíl v úhlech je vytvořen změnou složitých odporů v každém obvodu.

U této metody lze stále najít startovací vinutí s nízkou indukčností a zvýšeným odporem. K tomu se používá navíjení s malým počtem závitů drátu se sníženým průřezem.

Připojení jednofázového motoru se startováním kondenzátoru

Kapacitní fázový proudový posun umožňuje vytvořit krátkodobé spojení vinutí se sériově zapojeným kondenzátorem. Tento řetězec funguje pouze, když motor přejde do režimu a poté se vypne.

Start kondenzátoru vytváří největší točivý moment a vyšší účiník než u metody odporového nebo indukčního startu. Může dosáhnout hodnoty 45 ÷ 50% jmenovité hodnoty.

V oddělených obvodech je také přidána kapacita do pracovního řetězu vinutí, který je neustále zapnutý. Díky tomu se dosáhne odchylek proudů ve vinutích o úhel řádově π / 2. Současně je patrný posun maximálních amplitud ve statoru, který zajišťuje dobrý točivý moment na hřídeli.

Díky této technice je motor schopen při startu generovat větší výkon. Tato metoda se však používá pouze u pohonů s velkým startem, například pro odstřeďování bubnu pračky naplněné plátěnou vodou.

Spouštěč kondenzátoru umožňuje změnit směr otáčení kotvy. K tomu stačí změnit polaritu připojení startovacího nebo pracovního vinutí.

Jednofázové motorové připojení s pólem

Asynchronní motory s malým výkonem asi 100 W používají rozdělení statorového magnetického toku díky začlenění zkratované měděné cívky do pólu magnetického obvodu.

Takový pól, rozříznutý na dvě části, vytváří další magnetické pole, které je v úhlu posunuto od hlavního pole a oslabuje v místě pokrytém cívkou. Díky tomu se vytvoří eliptické rotační pole, které vytváří moment rotace konstantním směrem.

V takových provedeních lze najít magnetické bočnice vyrobené z ocelových desek, které uzavírají okraje špiček pólu statoru.

Motory podobné konstrukce lze nalézt ve ventilačních zařízeních pro foukání vzduchu. Nemají schopnost obrátit se.