Jednofázový asynchronní motor: jeho konstrukce a princip činnosti

Jednofázový motor pracuje se střídavým elektrickým proudem a je připojen k jednofázové síti. Vedení musí mít napětí 220 V a frekvenci 50 Hz.

Vyrábějí se modifikace s výkonem od 5 W do 10 kW.

Elektromotory tohoto typu se používají v zařízeních s nízkým výkonem:

Hodnoty účinnosti, výkonu a rozběhového momentu jednofázových motorů jsou výrazně nižší než u třífázových zařízení stejného objemu. Přetížitelnost je také vyšší u 3-fázových motorů. Výkon jednofázového zařízení tedy nepřesahuje 70 % výkonu třífázového zařízení stejného objemu.

Jednofázové motorové zařízení

V zásadě má 2 fáze., ale pouze jeden z nich dělá práci, z tohoto důvodu se motor nazývá jednofázový. Jako všechny elektrické stroje bez výjimky se i jednofázový motor skládá ze dvou prvků: stacionárního (stator) a mobilního (rotor). Jedná se o asynchronní elektromotor, jehož pevnou částí je jedno hlavní pracovní vinutí napojené na zdroj střídavého proudu. Mezi výkonné vlastnosti tohoto typu motoru patří jednoduchost systému, kterým je rotor s uzavřeným vinutím. Mezi nevýhody patří nízký rozběhový moment a účinnost.

Hlavní nevýhodou jednofázového proudu je jeho neschopnost generovat magnetické pole, které způsobuje rotaci. Z tohoto důvodu se jednofázový elektromotor po připojení k síti sám nerozběhne.

V teorii elektrických strojů je princip následující: aby se objevilo magnetické pole, které otáčí rotorem, musí být ve statoru 2 vinutí (fáze). Kromě toho je nutné posunout jedno vinutí do určitého úhlu vůči druhému.

Během pracovní doby vinutí jsou obletována nestabilními elektrickými poli:

1. V nehybném místě jednofázového motoru je tzv. spouštěcí elektrické vinutí. Je posunut o 90 stupňů vzhledem k hlavnímu pracovnímu.
2. Proudového posunu lze dosáhnout zařazením prvku fázového posunu do obvodu. K tomuto účelu lze použít aktivní odpory, indukční cívky a kondenzátory.
3. Elektroocel 2212 se používá jako základ pro statory a rotory.

Je nesprávné nazývat jednofázové elektromotory, které jsou svou konstrukcí považovány za 2- a 3-fázové, ale jsou připojeny k jednofázovému zdroji pomocí metod přizpůsobení (kondenzátorové elektromotory). Tyto dvě fáze takových zařízení jsou považovány za fungující a jsou neustále zapnuté.

Odrůdy a aplikace

Jednofázové motory 220 V jsou široce používány v různých průmyslových a domácích zařízeních.

Existují 2 nejoblíbenější typy těchto zařízení:

1. Kolektor.
2. Asynchronní.

Posledně jmenované jsou ve své konstrukci nejjednodušší, ale mají řadu nedostatků, mezi které patří potíže se změnou frekvence a směru otáčení rotoru. Výkon tohoto motoru závisí na konstrukčních prvcích a může se pohybovat od 5 do 10 kW. Jeho rotor má vinutí nakrátko – hliníkové nebo měděné tyče, které jsou na koncích zkratovány.

Jednofázový asynchronní elektromotor je zpravidla vybaven dvěma vinutími navzájem přesazenými o 2°. V tomto případě hlavní vinutí zachycuje významnou část štěrbin a přídavné (startovací) vinutí zachycuje zbývající část. Asynchronní elektromotor získal své jméno pouze proto, že obsahuje pouze jedno pracovní vinutí.

Hlavním vinutím protéká střídavý elektrický proud vytváří měnící se magnetické pole. Skládá se ze dvou vrstev stejné amplitudy, jejichž rotace nastává směrem k sobě. Podle zákona indukce tvoří elektromagnetický tok měnící se v uzavřených závitech rotorů indukční proud, který působí s polem, které jej generuje. Pokud rotor stojí, momenty síly na něj jsou stejné a v důsledku toho zůstává nehybný.

Při otáčení rotoru bude narušena rovnost momentu síly, takže pohyb jeho závitů vůči rotujícím magnetickým polím bude odlišný. Ampérová síla působící na otáčky rotoru od přímého magnetického pole bude tedy podstatně větší než od okraje opačného pole.

Spouštěcí schéma

V otáčkách rotoru se může objevit indukční elektrický proud pouze v důsledku jejich průniku s vynucenými směry magnetického pole. Jejich rotace by měla být realizována rychlostí o něco menší, než je frekvence rotace pole. Odtud pochází název: asynchronní elektromotor. Nárůstem mechanického přetížení se snižuje rychlost otáčení a zvyšuje se indukční elektrický proud v otáčkách rotoru. Kromě toho se zvyšuje mechanický výkon motoru a střídavý proud, který spotřebovává.

Princip činnosti:

1. Vlivem proudu se ve statoru elektromotoru objeví pulzní magnetické pole. Toto pole lze považovat za 2 různá pole, která rotují v různých směrech a mají podobné amplitudy a frekvence.
2. Pokud je rotor stacionární, vedou tato pole ke vzniku faktorů, které jsou identické co do velikosti, ale směřují odlišně.
3. Pokud motor nemá speciální spouštěcí mechanismy, bude při startování výsledný točivý moment roven nule, a proto se motor nebude otáčet.
4. Pokud je rotor nastaven do rotace v libovolném směru, pak začne převládat odpovídající moment, a proto se osa motoru bude nadále otáčet v určitém směru.

Startování je dosaženo magnetickým polem, které roztáčí pohyblivou část motoru. Je tvořena 2 vinutími: hlavním a přídavným. Konečné vinutí má minimální objem a je považováno za počáteční vinutí. Je připojen k hlavní elektrické síti přes stávající kondenzátor nebo induktor. Připojení je možné pouze během období spouštění. U motorů s nízkým výkonem je spouštěcí fáze zkratována.

Motor je nastartován podržením tlačítka start na několik sekund, což způsobí zrychlení rotoru. Po uvolnění spouštěcího tlačítka se elektromotor přepne z dvoufázového režimu do jednofázového a jeho chod je udržován požadovanou složkou proměnného magnetického pole.

Spouštěcí fáze je určena pro dočasný provoz – obvykle do 3 s. Delší doba pod zátěží může způsobit přehřátí, požár izolace a poruchu zařízení. Proto je důležité uvolnit spoušť včas. Pro zvýšení spolehlivosti je v krytu motoru zabudován odstředivý spínač a tepelné relé.

Role odstředivého spínače je v odstávce startovací fáze, pokud rotor nabere otáčky. To se děje automaticky, bez zásahu. Tepelné relé vypne fáze vinutí, pokud se zahřejí nad povolenou úroveň.

Práce mechanismu

Zařízení vyžaduje k provozu 1 fázi s výkonem 220 V. To znamená, že jej lze připojit do domácí zásuvky. To je přímý důvod popularity motoru mezi populací. Absolutně všechna domácí zařízení, od odšťavňovačů po mlýnky, mají nainstalované mechanismy tohoto typu.

Existují 2 typy elektromotorů: se startovacím vinutím a s kondenzátorem.

1. U zařízení prvního typu pracuje spouštěcí vinutí s pomocí kondenzátoru pouze během spouštěcí periody. Jakmile zařízení dosáhne normální rychlosti, vypne se a provoz pokračuje s 1 navinutím.
2. V druhém případě u motorů s pracovním kondenzátorem je přídavné elektrické vinutí připojeno stále přes kondenzátor.

Elektromotor lze odebrat z jednoho zařízení a připojit k jinému. Například spolehlivý jednofázový motor z pračky nebo vysavače lze použít k provozu sekačky, obráběcího stroje atp.

Schéma zapojení jednofázového asynchronního motoru:

1. V obvodu 1 se provoz spouštěcího vinutí provádí pomocí kondenzátoru a pouze během spouštěcí doby.
2. Model 2 také počítá s dočasným připojením, ale je provedeno přes odpor, nikoli přes ledničku.
3. Model 3 je považován za nejoblíbenější. V tomto schématu je chladnička neustále připojena ke zdroji energie, a to nejen během spouštění.

Připojení motoru se startovacím odporem

Přídavné vinutí takových zařízení má vysoce intenzivní protiakci. Ke spuštění elektrického stroje tohoto typu lze použít spouštěcí odpor. Musí být postupně připojen ke startovacímu vinutí. Podobným způsobem je možné získat fázový posun 30° mezi proudy vinutí, což bude pro spuštění zařízení naprosto dostačující.

Navíc lze fázového posunu dosáhnout použitím spouštěcí fáze s velkou hodnotou protipůsobení a nejmenší indukčností. Tento typ vinutí má menší počet závitů a tenčí kabel.

Připojení kondenzátorového spouštěcího motoru

U těchto elektrických strojů obsahuje spouštěcí obvod kondenzátor a je zaveden pouze během doby spouštění.

Pro dosažení co největší hodnoty výchozího bodu k provedení rotace je zapotřebí kruhové magnetické pole. Aby k tomu došlo, musí být proudy vinutí nasměrovány navzájem pod úhlem 90°. Komponenty s fázovým posunem, jako je rezistor a tlumivka, nezaručují požadovaný fázový posun. Pouhým zapojením kondenzátoru do obvodu je možné získat fázový posun o 90°, pokud je správně zvolena kapacita.

Požadované vodiče a ke kterému vinutí patří můžete určit měřením protiakce. Pracovní vinutí má konstantní nižší hodnotu odporu (12 Ohm) než startovací vinutí (30 Ohm). V souladu s tím je průřez drátu hlavního vinutí větší než průřez startovacího vinutí.

Kondenzátor se volí podle proudu spotřebovaného motorem. Pokud je například proud 1,4 A, pak je potřeba kondenzátor 6 μF.

Kontrola funkčnosti

Všechny závady jsou uvedeny níže.označující možné problémy s motorem, které by mohly být způsobeny nesprávným provozem nebo přetížením:

1. Vadná podpěra nebo montážní mezery.
2. Barva uprostřed motoru ztmavla (označuje přehřívání).
3. Cizí látky jsou do zařízení vtahovány trhlinami v těle.

Pro kontrolu funkčnosti motoru je potřeba jej nejprve na 1 minutu zapnout a poté nechat cca 15 minut pracovat.

Pokud je poté motor stále teplý, pak:

• ložiska jsou pravděpodobně špinavá, zaseknutá nebo jednoduše opotřebovaná;
• důvodem může být velmi vysoká kapacita kondenzátoru.

Odpojte kondenzátor a spusťte motor ručně: pokud se přestane zahřívat, kapacita kondenzátoru by se měla snížit.