Jednofázové asynchronní motory

Oblasti použití. Asynchronní motory s nízkým výkonem (15 – 600 W) se používají v automatických zařízeních a elektrických domácích spotřebičích k pohonu ventilátorů, čerpadel a dalších zařízení, která nevyžadují regulaci otáček. Jednofázové mikromotory se obvykle používají v domácích spotřebičích a automatických zařízeních, protože tyto spotřebiče a zařízení jsou obvykle napájeny jednofázovou střídavou sítí.

Princip činnosti a konstrukce jednofázového motoru. Statorové vinutí jednofázového motoru (obr. 4.60, ) umístěné v drážkách zabírajících přibližně dvě třetiny obvodu statoru, což odpovídá dvojici pólů. V důsledku toho

Rýže. 4.60. Průřez statorem jednofázového asynchronního motoru (®) a směr točivých momentů působících na jeho rotor (б)

(viz kapitola 3) je distribuce MMF a indukce ve vzduchové mezeře téměř sinusová. Protože střídavý proud prochází vinutím, MMF pulzuje v čase s frekvencí sítě. Indukce v libovolném bodě vzduchové mezery

V jednofázovém motoru tedy vinutí statoru vytváří stacionární tok, který se mění s časem, a nikoli kruhový točivý tok, jako u třífázových motorů se symetrickým napájením.

Pro zjednodušení rozboru vlastností jednofázového motoru uveďme (4.99) ve tvaru

B x = 0,5 V t sin (ωt – πх/τ) + 0,5 V t sin (ωt + πх/τ),.

tj. nahradíme stacionární pulzující proudění součtem identických kruhových polí rotujících v opačných směrech a majících stejné rotační frekvence: n 1pr = n 1 otáčky = n 1. Protože vlastnosti asynchronního motoru s kruhovým točivým polem jsou podrobně diskutovány v § 4.7 – 4.12, lze analýzu vlastností jednofázového motoru omezit na uvažování kombinovaného působení každého z točivých polí. Jinými slovy, jednofázový motor může být reprezentován jako dva identické motory, jejichž rotory jsou navzájem pevně spojeny (obr. 4.60, b), přičemž magnetická pole a jimi vytvořené točivé momenty rotují v opačném směru. М na М arr. Pole, jehož směr otáčení se shoduje se směrem otáčení rotoru, se nazývá přímé; pole obráceného směru – obráceně nebo inverzně.

Předpokládejme, že směr otáčení rotorů se shoduje se směrem jednoho z točivých polí, například s n ave. Poté rotor prokluzuje vzhledem k průtoku Ф пр

spr = (n1pr – n2)/n1pr = (n1 – n2)/n1 = 1 – n2/n1..

Prokluz rotoru vzhledem k průtoku F arr.

sarr = (n1arr + n2)/n1arr = (n1 + n2)/n1 = 1 + n2/n1..

Z (4.100) a (4.101) vyplývá, že

s o6p = 1 + n 2 /n 1 = 2 – s pr..

Elektromagnetické momenty М na М návrat generovaný dopředným a zpětným polem je směrován v opačných směrech a výsledný točivý moment jednofázového motoru М řez se rovná rozdílu točivého momentu při stejné rychlosti rotoru.

Na Obr. 4.61 ukazuje závislost M = f(s) pro jednofázový motor. Při pohledu na obrázek můžeme vyvodit následující závěry:

a) jednofázový motor nemá rozběhový moment; otáčí se ve směru, ve kterém je poháněn vnější silou; b) rychlost otáčení jednofázového motoru při volnoběhu je nižší než u třífázového motoru v důsledku přítomnosti brzdného momentu generovaného zpětným polem;

c) výkonnostní charakteristiky jednofázového motoru jsou horší než u třífázového motoru; má zvýšený skluz při jmenovité zátěži, nižší účinnost a nižší přetížitelnost, což se také vysvětluje přítomností zpětného pole;

d) výkon jednofázového motoru je přibližně 2/3 výkonu třífázového motoru stejné velikosti, protože u jednofázového motoru zabírá pracovní vinutí pouze 2/3 statorových drážek. Vyplňte všechny štěrbiny statoru

Rýže. 4.61. Mechanické vlastnosti jednofázového asynchronního motoru

protože v tomto případě je koeficient vinutí malý, spotřeba mědi se zvyšuje asi 1,5krát, zatímco výkon se zvyšuje pouze o 12%.

Startovací zařízení. Pro získání startovacího momentu mají jednofázové motory startovací vinutí posunuté o 90 elektrických stupňů vzhledem k hlavnímu provoznímu vinutí. Během doby spouštění je spouštěcí vinutí připojeno k síti prostřednictvím prvků fázového posunu – kapacity nebo aktivního odporu. Po ukončení akcelerace motoru se vypne startovací vinutí, přičemž motor dále pracuje jako jednofázový. Vzhledem k tomu, že startovací vinutí pracuje pouze krátkou dobu, je vyrobeno z drátu menšího průřezu než pracovní a je umístěno v menším počtu drážek.

Podívejme se podrobně na proces spouštění při použití kapacity C jako prvku s fázovým posunem (obr. 4.62, a). Na startovacím vinutí П напряжение
Ú 1p = Ú 1 – Ú C = Ú 1 +jÍ 1 п XC , tj. je fázově posunutý vzhledem k síťovému napětí U 1 připojený k pracovnímu vinutí Р. V důsledku toho aktuální vektory v pracovní I 1p a spouštěč I 1p vinutí jsou fázově posunuta o určitý úhel. Určitým výběrem kapacity kondenzátoru s fázovým posunem je možné získat provozní režim při rozběhu, který je blízký symetrickému (obr. 4.62, b), tj. získat kruhové točivé pole. Na Obr. 4.62 jsou zobrazeny závislosti M = f(s) pro motor se zapnutým startovacím vinutím (křivka 1) a vypnutým (křivka 2). Motor se startuje po částech ab charakteristika 1; na místě b startovací vinutí se vypne a motor pak běží po částech co vlastnosti 2.

Protože zahrnutí druhého vinutí výrazně zlepšuje mechanické vlastnosti motoru, v některých případech se používají jednofázové motory, ve kterých vinutí A a B

Rýže. 4.62. Schéma jednofázového asynchronního motoru s rozběhem kondenzátoru (а), jeho vektorový diagram (б) a mechanické vlastnosti (в)

Rýže. 4.63. Schéma kondenzátorového asynchronního motoru (a) a jeho mechanické vlastnosti (b)

zapnutý po celou dobu (obr. 4.63, a). Takové motory se nazývají kondenzátorové motory.

Obě vinutí kondenzátorových motorů obvykle zabírají stejný počet slotů a mají stejný výkon. Při spouštění kondenzátorového motoru je pro zvýšení rozběhového momentu vhodné mít zvýšenou kapacitu C p + C p. Po zrychlení motoru podle charakteristiky 2 (obr. 4.63, b) a snížení proudu se část kondenzátorů CH vypne, aby se zvýšila kapacita ve jmenovitém režimu (když se proud motoru stane menším než při rozběhu ) a zajistit provoz motoru v podmínkách blízkých provozu při kruhovém točivém poli. V tomto případě motor pracuje s charakteristikou 1.

Kondenzátorový motor má vysoký cos φ. Jeho nevýhodou je poměrně velká hmotnost a rozměry kondenzátoru a také výskyt nesinusového proudu při zkreslení napájecího napětí, což v některých případech vede ke škodlivým vlivům na komunikační linku.

Za podmínek snadného spouštění (malý zatěžovací moment během doby rozběhu) se používají motory s odporem rozběhu R (obr. 4.64, a). Přítomnost aktivního odporu v obvodu startovacího vinutí poskytuje menší fázový posun φ p mezi napětím a proudem v tomto vinutí (obr. 4.64, b) než fázový posun φ p v pracovním vinutí. V tomto ohledu jsou proudy v pracovním a rozběhovém vinutí fázově posunuty o úhel φ p – φ p a tvoří asymetrické (eliptické) točivé pole, díky kterému vzniká rozběhový moment. Motory se startovacím odporem jsou spolehlivé v provozu a jsou sériově vyráběny. Startovací odpor je zabudován ve skříni motoru a je chlazen stejným vzduchem, který ochlazuje celý motor.

Rýže. 4.64. Schéma jednofázového asynchronního motoru se startovacím odporem (а) a jeho vektorový diagram (б)

Jednofázové mikromotory se stíněnými póly. U těchto motorů je vinutí statoru připojené k síti obvykle soustředěno a namontováno na vyčnívajících pólech (obr. 4.65, a), jejichž plechy jsou vyraženy společně se statorem. Na každém pólu je jeden z hrotů pokryt pomocným vinutím sestávajícím z jednoho nebo více zkratovaných závitů, které stíní 1/5 až 1/2 pólového oblouku. Rotor motoru je konvenčního typu s klecí nakrátko.

Magnetický tok stroje vytvářený statorovým vinutím (pólový tok) lze znázornit jako součet dvou složek (obr. 4.65, b) Фп = Фп1 + Фп2, kde Фп1 je tok procházející částí pólu ne pokrytý zkratem s tímto zákrutem; F p2 je tok procházející částí sloupu stíněnou cívkou nakrátko.

Toky Фп1 a Фп2 procházejí různými částmi pólového nástavce, tj. jsou posunuty v prostoru o úhel β. Navíc jsou fázově posunuty vzhledem k MMF F n statorových vinutí pod různými úhly – γ 1 a γ 2. To je vysvětleno skutečností, že každý pól popsaného motoru lze v první aproximaci považovat za transformátor, jehož primárním vinutím je statorové vinutí a sekundárním vinutím je zkratovaný závit. Tok statorového vinutí indukuje emf ve zkratované cívce E až (obr. 4.65, c), v důsledku čehož vzniká proud I k a MDS F k, skládání s MDS F n vinutí statoru. Složka jalového proudu I k snižuje průtok Ф p2 a aktivní jej posouvá ve fázi vzhledem k MMF F p. Protože tok Фп1 nepokrývá zkratovaný závit, má úhel γ 1 relativně malou hodnotu (4-9°) – přibližně stejnou jako úhel fázového posunu mezi tokem transformátoru a MMF primárního vinutí v č.p. – režim zatížení. Úhel γ 2 je mnohem větší (asi 45°),

Rýže. 4.65. Konstrukční schémata jednofázového motoru se stíněnými póly a jeho
vektorový diagram:
1 — stator; 2 – vinutí statoru; 3 – zkratovaný
otočit; 4 – rotor; 5 – tyč

tj. jako v transformátoru se sekundárním vinutím nakrátko (například v transformátoru pro měření proudu). To se vysvětluje tím, že výkonové ztráty, na kterých závisí úhel γ 2, jsou určeny nejen magnetickými ztrátami výkonu v oceli, ale také elektrickými ztrátami ve zkratovaném závitu.

Toky Фп1 a Фп2, posunuté v prostoru o úhel β a posunuté v čase o úhel γ = γ 2 – γ l, tvoří eliptické točivé magnetické pole (viz kapitola 3), které vytváří krouticí moment působící na motor rotoru. ve směru od prvního pólového nástavce, nekrytého zkratovanou zatáčkou, k druhému pólovému nástavci (v souladu se střídáním maxim „fázových“ toků).

Ke zvýšení startovacího momentu daného motoru přiblížením jeho točivého pole ke kruhovému se používají různé metody: mezi pólové nástavce sousedních pólů jsou instalovány magnetické bočníky, které posilují magnetické spojení mezi hlavním vinutím a zkratem. -obvodový závit a zlepšení tvaru magnetického pole ve vzduchové mezeře; zvětšit vzduchovou mezeru pod špičkou, která není pokryta zkratovaným závitem; použijte dvě nebo více zkratovaných závitů na jednom hrotu s různými úhly pokrytí. Existují i ​​motory bez zkratovaných závitů na sloupech, ale s asymetrickým magnetickým systémem: různé konfigurace jednotlivých částí sloupu a různé vzduchové mezery. Takové motory mají nižší rozběhový moment než motory se zastíněnými póly, ale jejich účinnost je vyšší, protože nemají žádné výkonové ztráty v závitech nakrátko.

Uvažované konstrukce motorů se zastíněnými póly jsou nevratné. Pro realizaci zpětného chodu v takových motorech se místo zkratovaných závitů používají cívky B1, B2, B3 и V4 (obr. 4.65, в), z nichž každý pokrývá polovinu pólu. Zkratování páru cívek V1 и V4 nebo V2 и V3,můžete odstínit jednu nebo druhou polovinu pólu a tím změnit směr otáčení magnetického pole a rotoru.

Motor se zastíněnými póly má řadu významných nevýhod: relativně velké celkové rozměry a hmotnost; nízké cos φ ≈ 0,4 ÷ 0,6; nízká účinnost η = 0,25 ÷ 0,4 v důsledku velkých ztrát ve zkratované cívce; malý rozběhový moment atd. Předností motoru je jednoduchost konstrukce a ve výsledku vysoká spolehlivost v provozu. Kvůli absenci zubů na statoru je hluk motoru nevýznamný, proto se často používá v zařízeních pro reprodukci hudby a řeči.

Jednofázový asynchronní motor – jedná se o motor s nízkým výkonem (do 1500 W), který se používá v instalacích, ve kterých není hřídel v době spouštění prakticky bez zatížení, a také v případech, kdy lze motor napájet pouze z jednofázová síť. Nejčastěji se takové motory používají v pračkách, malých ventilátorech atd.

Jednofázový motor má podobnou strukturu jako třífázový asynchronní motor, rozdíl je v počtu fázových vinutí jednofázový motor nemá tři, ale dvě vinutí – spouštěč и pracovní, a neustále pracuje pouze jedno vinutí – pracovní.

Aby se rotor asynchronního motoru mohl pohybovat, musí vinutí statoru vytvářet točivé magnetické pole. U třífázového motoru se takové pole vytváří díky třífázovému vinutí. Ale pracovní vinutí jednofázového motoru nevytváří rotující, ale pulzující magnetické pole. Toto pole lze rozložit na dvě – přímý и opak. Přímé pole se otáčí synchronní rychlostí n1 ve směru otáčení rotoru a vytváří hlavní elektromagnetický moment. Skluz rotoru vzhledem k přímému poli je roven

Reverzní pole se otáčí proti rotoru, proto je rychlost rotoru vzhledem k tomuto poli záporná

Každé pole indukuje emf, díky kterému začnou rotorem protékat proudy. Frekvence těchto proudů jsou úměrné skluzu (ft=f·s) a ze vzorců odvozených výše můžeme usoudit, že frekvence proudu indukovaného zpětným polem je mnohem větší než frekvence dopředného budícího proudu. V tomto ohledu se indukční reaktance, která se zvyšuje s rostoucí frekvencí, stává velmi důležitou a stává se mnohem větší než aktivní odpor. Proto je proud zpětného pole prakticky indukční a má demagnetizační účinek na tok zpětného magnetického pole. V důsledku toho je točivý moment vytvářený tímto polem malý a je namířen proti otáčení rotoru.

V okamžiku, kdy rotor stojí, je nehybná i osa symetrie mezi těmito dvěma poli, což znamená, že nevzniká žádné rotující magnetické pole a v důsledku toho motor nepracuje. Chcete-li jej uvést do pohybu, musíte otočit rotor tak, aby se osa symetrie pohybovala. Ale nedává to smysl dělat to mechanicky, takže pro spuštění jednofázového motoru bylo vytvořeno spouštěcí vinutí. Startovací vinutí spolu s pracovním vinutím vytváří točivé magnetické pole nutné pro nastartování motoru. K tomu je nutné, aby MMF obou vinutí byl stejný a úhel mezi nimi byl 90°. Navíc je nutné, aby proudy v těchto vinutích byly posunuty o 90°. V tomto případě vzniká tzv. kruhové magnetické pole, ve kterém je výsledný elektromagnetický moment maximální. Jsou-li však tyto podmínky splněny s odchylkami, pak vzniká eliptické magnetické pole, ve kterém je točivý moment nižší v důsledku zvýšeného brzdného momentu zpětného pole.

V reálných podmínkách se jednofázový motor spouští současným stisknutím tlačítek, která dodávají energii a připojují startovací vinutí k obvodu.

Pro vytvoření fázového posunu o 90° mezi proudy pracovního a startovacího vinutí se používají prvky fázového posunu (FE). Může to být aktivní odpor, cívka nebo kondenzátor. Rozšířily se jednofázové motory s aktivním odporem jako prvkem s fázovým posunem. Zvýšení odporu spouštěcího vinutí je dosaženo zmenšením průřezu drátu, a protože toto vinutí pracuje v době spouštění krátkou dobu, nezpůsobuje to poškození vinutí.

Ale aktivní odpor, stejně jako indukční odpor, nevytváří požadovaný 90° posun mezi proudy, ale takový posun je vytvářen kondenzátorem. Kapacita tohoto kondenzátoru je zvolena tak, že startovací proud vinutí je před fázovým napětím o určitý úhel, který je nutný pro posun mezi proudy o 90°. Díky tomu vzniká kruhové magnetické pole. Kondenzátory se však jako prvek s fázovým posunem používají méně často, protože pro zajištění 90° směšování je zapotřebí kondenzátor o velké kapacitě a zpravidla relativně vysoké napětí. Navíc rozměry tohoto kondenzátoru jsou velké, což také hraje roli.