Enfaset asynkronmotor: hvordan den fungerer

Selve navnet på denne elektriske enheten indikerer at den elektriske energien som leveres til den, konverteres til rotorens rotasjonsbevegelse. Dessuten kjennetegner adjektivet "asynkron" feilpasningen, etterslepet av ankerets rotasjonshastighet fra statorens magnetfelt.

Ordet "enfase" forårsaker en tvetydig definisjon. Dette skyldes det faktum at begrepet "fase" innen elektrikk definerer flere fenomener:

• skift, forskjell på vinkler mellom vektormengder;

• potensiell leder for to, tre eller fire ledninger elektrisk AC-krets;

• en av stator- eller rotorviklingene til en trefaset motor eller generator.

Derfor avklarer vi øyeblikkelig at det er vanlig å kalle en enfaset elektrisk motor som kjører på et totråds AC-nettverk representert med et fase- og nullpotensial. Antall viklinger montert i forskjellige utforminger av statorer påvirker ikke denne definisjonen.

Motordesign

I følge det tekniske utstyret består en induksjonsmotor av:

1. en stator - en statisk, fast del, laget av et hus med forskjellige elektriske elementer plassert på den;

2. en rotor rotert av kreftene i statorns elektromagnetiske felt.

Den mekaniske forbindelsen mellom disse to delene er laget av rotasjonslagre, hvis indre ringer er montert på de monterte stikkontaktene til rotorakselen, og de ytre er montert i beskyttende sidetrekk festet til statoren.

rotoren

Enheten for disse modellene er den samme som for alle induksjonsmotorer: en magnetisk kjerne fra belastede plater basert på myke jernlegeringer er montert på en stålaksling. På den ytre overflaten er det laget spor som de svingete stengene av aluminium eller kobber er montert i, kortsluttet i endene til lukkeringene.

En elektrisk strøm induseres i rotorviklingen, som induseres av statormagnetfeltet, og magnetkretsen tjener til god passasje av magnetisk fluks som er opprettet her.

Individuelle rotorkonstruksjoner for enfasede motorer kan være laget av ikke-magnetiske eller ferromagnetiske materialer i form av en sylinder.

stator

Statorutformingen blir også presentert:

• huset;

• magnetisk krets;

• svingete.

Hovedformålet er å generere et fast eller roterende elektromagnetisk felt.

Statorviklingen består vanligvis av to kretsløp:

1. arbeider;

2. bærerakett.

I de enkleste designene, designet for manuell spinning av ankeret, kan bare en vikling gjøres.

Prinsippet om drift av en asynkron enfaset elektrisk motor

For å forenkle presentasjonen av materialet, la oss forestille oss at statorviklingen er laget med bare en løkke. Ledningene inne i statoren er fordelt i en sirkel i 180 vinkelgrader. En vekslende sinusformet strøm går gjennom den og har positive og negative halvbølger. Det skaper ikke et roterende, men et pulserende magnetfelt.

Hvordan magnetfeltpulsasjoner oppstår

La oss analysere denne prosessen ved eksempel på strømmen av en positiv halvbølge av strøm på tidspunkt instant t1, t2, t3.

Den passerer langs den øvre delen av dagens sti mot oss, og langs den nedre delen - fra oss. I det vinkelrett plan som er representert av magnetkretsen, vises magnetiske flukser rundt lederen.

Strømmene som varierer i amplitude ved det betraktede tidspunkt, skaper elektromagnetiske felt F1, F2, F3 av ulik størrelse. Siden strømmen i øvre og nedre halvdel er den samme, men spolen er bøyd, blir magnetfluksene til hver del rettet i motsatt retning og ødelegger effekten av hverandre.Du kan bestemme dette ved hjelp av en gimlet eller høyre hånd.

Som du ser, med en positiv halvbølge observeres ikke rotasjon av magnetfeltet, men bare rippelen skjer i de øvre og nedre deler av ledningen, som også er gjensidig balansert i magnetkretsen. Den samme prosessen skjer med en negativ seksjon av bihuleåpningen, når strømningene snur retning.

Siden det ikke er noe roterende magnetfelt, vil rotoren også forbli stille, fordi det ikke er påført krefter for å starte rotasjonen.

Hvordan rotorrotasjon opprettes i et pulserende felt

Hvis du gir rotoren en rotasjon, selv med hånden, vil den fortsette denne bevegelsen. For å forklare dette fenomenet viser vi at den totale magnetiske fluksen varierer i frekvens av nåværende sinusoid fra null til maksimal verdi i hver halvsyklus (med endring i retning) og består av to deler dannet i øvre og nedre gren, som vist på figuren.

Statorens magnetiske pulserende felt består av to sirkulære felt med en amplitude av Fmax / 2 og beveger seg i motsatte retninger med samme frekvens.

npr = nbr = f60 / p = 1.

I denne formelen er indikert:

• npr og nobr rotasjonsfrekvens av magnetfeltet til statoren i retning fremover og bakover;

• n1 er hastigheten til den roterende magnetiske fluksen (r / min);

• p er antall polpar;

• f er frekvensen av strømmen i statorvikling.

Nå, med hånden din, vil vi gi motorens rotasjon i en retning, og den vil øyeblikkelig plukke opp bevegelsen på grunn av forekomsten av et dreiemoment forårsaket av skyve rotoren i forhold til forskjellige magnetiske flukser i retning fremover og bakover.

Vi antar at den magnetiske fluksen i den fremre retningen sammenfaller med rotasjonen av henholdsvis rotoren og motsatt vil være motsatt. Hvis n2 er ankerrotasjonsfrekvensen i rpm, kan vi skrive uttrykket n2

I dette tilfellet betegner vi Spr = (n1-n2) / n1 = S.

Her angir indeksene S og Spr glippen av den asynkrone motoren og rotoren til den relative magnetiske fluksen i den fremre retningen.

I omvendt flyt uttrykkes glippen Sobr med en lignende formel, men med endring av tegn n2.

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

I samsvar med loven om elektromagnetisk induksjon, under påvirkning av direkte og revers magnetiske flukser, vil en elektromotorisk kraft virke i rotorviklingen, noe som vil skape strømmer i samme retninger I2pr og I2obr i den.

Deres frekvens (i hertz) vil være direkte proporsjonal med størrelsen på sklien.

f2pr = f1 ∙ Spr;

f2sample = f1 ∙ S

Videre overskrider frekvensen f2obr dannet av den induserte strømmen I2obr betydelig frekvensen f2pr.

For eksempel kjører en elektrisk motor på et 50 Hz nettverk med n1 = 1500, og n2 = 1440 o / min. Rotoren har en glid i forhold til den magnetiske fluksen i retning fremover Spr = 0,04 og strømfrekvensen f2pr = 2 Hz. Reverslipen Sobr = 1,96, og strømfrekvensen f2obr = 98 Hz.

Basert på Ampere-loven, når gjeldende I2pr og magnetfeltet Фпр samvirker, vises et dreiemoment Мпр.

Mpr = cM ∙ Fpr ∙ I2pr ∙ cosφ2pr.

Her avhenger den konstante koeffisienten SM av designen til motoren.

I dette tilfellet virker også den omvendte magnetiske fluxen Mobr, som beregnes av uttrykket:

Mobr = cM ∙ Phobr ∙ I2obr ∙ cosφ2obr.

Som et resultat av samspillet mellom disse to strømmer, vil den resulterende vises:

M = Mpr-Mobr.

Advarsel! Når rotoren roterer, induseres strømmer av forskjellige frekvenser i den, noe som skaper øyeblikk av krefter i forskjellige retninger. Derfor vil motorankeren rotere under virkningen av et pulserende magnetfelt i retningen fra det begynte å rotere.

Under overvinning av den nominelle belastningen med en enfaset motor opprettes en liten glippe med hovedandelen av det direkte dreiemomentet Mpr. Motvirkning av det hemmende, omvendte magnetfeltet MOBR har en veldig liten effekt på grunn av forskjellen i frekvensene til strømningene i frem- og bakoverretningen.

f2obr av reversstrømmen overstiger signifikant f2pr, og den induserte induktansen X2obr overstiger sterkt den aktive komponenten og gir en stor demagnetiserende effekt av den omvendte magnetiske fluksen Fobr, som til slutt avtar.

Siden effektfaktoren til motoren under last er liten, kan ikke den omvendte magnetiske fluksen ha en sterk effekt på den roterende rotoren.

Når en fase av nettverket påføres en motor med en fast rotor (n2 = 0), er deretter glidingen, både fremover og bakover, lik enhet, og magnetiske felt og krefter for frem- og bakoverstrømmer er balansert og rotasjon oppstår ikke. Derfor er det fra tilførselen av en fase umulig å fjerne motorarmaturen.

Slik kan du raskt bestemme motorhastigheten:

Hvordan rotasjonsrotasjon opprettes i en enfase asynkronmotor

Følgende designløsninger er utviklet i hele historien om driften av slike enheter:

1. manuell avvikling av akselen med en hånd eller ledning;

2. bruk av en ekstra vikling tilkoblet under oppstart på grunn av ohmisk, kapasitiv eller induktiv motstand;

3. splitting med en kortsluttet magnetisk spole på statormagnetkretsen.

Den første metoden ble brukt i den første utviklingen og begynte ikke å bli brukt i fremtiden på grunn av den mulige risikoen for skader ved oppstart, selv om den ikke krever ytterligere kjeder.

Påføring av faseforskyvning vikling i stator

For å gi den innledende rotasjonen av rotoren til statorviklingen, ved oppstartstidspunktet, er en ekstra hjelpetilkoblet, men bare 90 grader forskjøvet i vinkel. Det utføres med en tykkere ledning for å passere flere strømmer enn det som strømmer i den arbeidende.

Tilkoblingsskjemaet til en slik motor er vist på figuren til høyre.

Her brukes PNVS-typen knapp for å slå på, som ble spesielt laget for slike motorer og ble mye brukt i drift av vaskemaskiner produsert i USSR. Denne knappen slår umiddelbart på 3 kontakter på en slik måte at de to ekstreme, etter å ha blitt presset og løslatt, forblir fast i tilkoblet tilstand, og den midterste lukker seg kort, og deretter vender tilbake til sin opprinnelige posisjon under fjærens handling.

Lukkede ekstreme kontakter kan kobles fra ved å trykke på den tilstøtende stoppknappen.

I tillegg til trykknappbryteren, brukes følgende i automatisk modus for å deaktivere den ekstra viklingen:

1. sentrifugalbrytere;

2. differensielle eller strømreléer;

3. mekaniske tidtakere.

For å forbedre motorstart under belastning, brukes tilleggselementer i faseforskyvningen.

Tilkobling av enfasemotor med startmotstand

I en slik krets er ohmisk motstand sekvensielt montert på statoren ytterligere vikling. I dette tilfellet blir viklingen av svingene utført på en biffilar måte, hvilket gir en selvinduksjonskoeffisient av spolen veldig nær null.

På grunn av implementeringen av disse to teknikkene, når strømmer strømmer gjennom forskjellige viklinger, skjer det en faseforskyvning på omtrent 30 grader mellom dem, noe som er ganske nok. Forskjellen i vinkler skapes ved å endre de komplekse motstandene i hver krets.

Med denne metoden kan det fortsatt finnes en startvikling med lav induktans og økt motstand. For dette brukes vikling med et lite antall svinger av en ledning med senket tverrsnitt.

Koble til en enfaset motor med kondensatorstart

Det kapasitive fasestrømskiftet lar deg opprette en kortvarig forbindelse av viklingen med en seriekoblet kondensator. Denne kjeden fungerer bare når motoren går i modus og deretter slås av.

Kondensatorstart skaper størst dreiemoment og høyere effektfaktor enn med en resistiv eller induktiv startmetode. Den kan nå en verdi på 45 ÷ 50% av den nominelle verdien.

I separate kretser legges også en kapasitans til den arbeidende viklingskjeden, som hele tiden er på. På grunn av dette oppnås avvik av strømninger i viklingene med en vinkel i størrelsesorden π / 2. Samtidig merkes et skifte av maksimale amplituder i statoren, noe som gir godt dreiemoment på akselen.

På grunn av denne teknikken er motoren i stand til å generere mer kraft ved oppstart. Imidlertid brukes denne metoden bare med tunge startdrev, for eksempel for å snurre trommelen til en vaskemaskin fylt med lin med vann.

Kondensatorutløser lar deg endre rotasjonsretningen til ankeret. For å gjøre dette, bare endre polariteten på forbindelsen til start- eller arbeidsvikling.

Split Pole-motortilkobling

Asynkronmotorer med en liten effekt på omtrent 100 W bruker splitting av statorens magnetiske fluks på grunn av inkludering av en kortsluttet kobberspole i magnetkretsstangen.

Kuttet i to deler, en slik pol skaper et ekstra magnetfelt, som forskyves fra hoveddelen i vinkel og svekker det på stedet som er dekket av spolen. På grunn av dette opprettes et elliptisk roterende felt som danner et rotasjonsmoment med konstant retning.

I slike utførelser kan man finne magnetiske shunter laget av stålplater som lukker kantene på spissene til statorpolene.

Motorer med lignende design kan finnes i ventilasjonsanordninger for luftblåsing. De har ikke evnen til å snu.