Vienfāzes asinhronais motors: kā tas darbojas

Pats šīs elektriskās ierīces nosaukums norāda, ka tai piegādātā elektriskā enerģija tiek pārveidota par rotora rotācijas kustību. Turklāt īpašības vārds "asinhronais" raksturo neatbilstību, armatūras griešanās ātruma nobīdi no statora magnētiskā lauka.

Vārds "vienfāzes" rada neviennozīmīgu definīciju. Tas ir saistīts ar faktu, ka termins "fāze" elektrikā definē vairākas parādības:

• nobīde, leņķu atšķirība starp vektora lielumiem;

• divu, trīs vai četru vadu maiņstrāvas elektriskās ķēdes potenciālais vadītājs;

• viens no trīsfāzu motora vai ģeneratora statora vai rotora tinumiem.

Tāpēc mēs nekavējoties paskaidrojam, ka parasti tiek saukts vienfāzes elektromotors, kas darbojas no divu vadu maiņstrāvas tīkla, ko apzīmē fāzes un nulles potenciāls. Tinumu skaits, kas uzstādīts dažādos statoru dizainos, neietekmē šo definīciju.

Motora dizains

Saskaņā ar tā tehnisko ierīci indukcijas motors sastāv no:

1. stators - statiska, nekustīga daļa, ko veido korpuss ar dažādiem elektriskiem elementiem uz tā;

2. rotoru, ko pagriež statora elektromagnētiskā lauka spēki.

Šo divu daļu mehānisko savienojumu veic ar rotācijas gultņiem, kuru iekšējie gredzeni ir uzstādīti uz uzstādītām rotora vārpstas ligzdām, un ārējie gredzeni ir uzstādīti aizsargājošos sānu apvalkos, kas piestiprināti pie statora.

Rotors

Tā ierīce šiem modeļiem ir tāda pati kā visiem indukcijas motoriem: uz tērauda vārpstas ir uzstādīts magnētiskais serde no apgrūtinātām plāksnēm, kuru pamatā ir mīksti dzelzs sakausējumi. Uz tās ārējās virsmas ir izveidotas rievas, kurās ir uzstādīti alumīnija vai vara tinumu stieņi, kas ir saīsināti galos līdz aizvēršanas gredzeniem.

Rotora tinumā tiek inducēta elektriskā strāva, ko ierosina statora magnētiskais lauks, un magnētiskā ķēde kalpo šeit izveidotās magnētiskās plūsmas labai caurlaidei.

Atsevišķas rotoru konstrukcijas vienfāzes motoriem var būt izgatavotas no nemagnētiskiem vai feromagnētiskiem materiāliem cilindra formā.

Stators

Tiek prezentēts arī statora dizains:

• korpuss;

• magnētiskā ķēde;

• tinumu.

Tās galvenais mērķis ir radīt fiksētu vai rotējošu elektromagnētisko lauku.

Statora tinumu parasti veido divas shēmas:

1. strādnieks;

2. nesējraķete.

Vienkāršākajos dizainos, kas paredzēti enkura manuālai vērpšanai, var izgatavot tikai vienu tinumu.

Asinhronā vienfāzes elektromotora darbības princips

Lai vienkāršotu materiāla noformējumu, iedomāsimies, ka statora tinumu izgatavo tikai ar vienas cilpas cilpu. Tās vadi statora iekšpusē tiek sadalīti apli 180 leņķa grādos. Caur to iziet mainīga sinusoidāla strāva, kurai ir pozitīvi un negatīvi pusviļņi. Tas rada nevis rotējošu, bet pulsējošu magnētisko lauku.

Kā notiek magnētiskā lauka pulsācijas

Analizēsim šo procesu, izmantojot pozitīvas strāvas pusviļņa piemēru, kas plūst laika momentos t1, t2, t3.

Tas iet gar pašreizējā ceļa augšējo daļu pret mums, un gar apakšējo - no mums. Perpendikulārā plaknē, ko attēlo magnētiskā ķēde, ap vadītāju parādās magnētiskās plūsmas.

Strāvas, kas amplitūdā mainās attiecīgajos laika momentos, rada dažāda lieluma elektromagnētiskos laukus F1, F2 un F3. Tā kā strāva augšējā un apakšējā pusē ir vienāda, bet spole ir saliekta, katras daļas magnētiskās plūsmas ir vērstas pretējā virzienā un iznīcina viena otras iedarbību.To var noteikt, izmantojot ripu vai labo roku.

Kā redzat, ar pozitīvu pusviļņu magnētiskā lauka rotācija netiek novērota, bet tikai tā pulsācija notiek stieples augšējā un apakšējā daļā, kas arī ir savstarpēji līdzsvarota magnētiskajā ķēdē. Tas pats process notiek ar sinusoīda negatīvo sekciju, kad straumes mainās pretēji.

Tā kā nav rotējoša magnētiskā lauka, rotors arī paliks nekustīgs, jo rotācijas sākšanai tam nav pielikti spēki.

Kā rotora rotācija tiek izveidota pulsējošā laukā

Ja jūs piešķirat rotoram rotāciju, pat ar roku, tad tas turpinās šo kustību. Lai izskaidrotu šo parādību, mēs parādām, ka kopējā magnētiskā plūsma mainās pašreizējā sinusoīda frekvencē no nulles līdz maksimālajai vērtībai katrā pusciklā (ar virziena maiņu) un sastāv no divām daļām, kas izveidotas augšējā un apakšējā zarā, kā parādīts attēlā.

Statora magnētisko pulsējošo lauku veido divi apaļi, ar amplitūdu Fmax / 2, un tie pārvietojas pretējos virzienos ar tādu pašu frekvenci.

npr = nbr = f60 / p = 1.

Šajā formulā ir norādīts:

• statora magnētiskā lauka rotācijas frekvence npr un nobr uz priekšu un atpakaļ;

• n1 ir rotējošās magnētiskās plūsmas ātrums (r / min);

• p ir polu pāru skaits;

• f ir strāvas frekvence statora tinumā.

Tagad ar savu roku mēs piešķirsim motoram rotāciju vienā virzienā, un tas nekavējoties uzņems kustību griezes momenta dēļ, ko izraisa rotora slīdēšana attiecībā pret dažādām uz priekšu un atpakaļ vērstām magnētiskām plūsmām.

Mēs pieņemam, ka priekšējā virziena magnētiskā plūsma sakrīt ar rotora griešanos, un attiecīgi reverss būs pretējs. Ja n2 ir enkura griešanās frekvence apgr./min, tad mēs varam uzrakstīt izteiksmi n2

Šajā gadījumā mēs apzīmējam Spr = (n1-n2) / n1 = S.

Indeksi S un Spr apzīmē asinhrona motora slīdēšanu un uz priekšu vērsta relatīvā magnētiskās plūsmas rotoru.

Apgrieztā plūsmā slīdēšanu Sobr izsaka ar līdzīgu formulu, bet ar zīmes n2 maiņu.

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

Saskaņā ar elektromagnētiskās indukcijas likumu tiešu un reversu magnētisko plūsmu ietekmē rotora tinumā darbosies elektromotora spēks, kas tajā radīs vienādu virzienu I2pr un I2obr strāvas.

To frekvence (hercos) būs tieši proporcionāla slīdēšanas lielumam.

f2pr = f1 ∙ Spr;

f2paraugs = f1 ∙ S

Turklāt frekvence f2obr, ko veido inducētā strāva I2obr, ievērojami pārsniedz f2pr frekvenci.

Piemēram, elektromotors darbojas 50 Hz tīklā ar n1 = 1500 un n2 = 1440 apgr./min. Tā rotoram ir slīdēšana attiecībā pret priekšējā virziena magnētisko plūsmu Spr = 0,04 un strāvas frekvenci f2pr = 2 Hz. Reversā slīdēšana Sobr = 1,96, un strāvas frekvence f2obr = 98 Hz.

Balstoties uz Amperes likumu, kad pašreizējais I2pr un magnētiskais lauks Фпр mijiedarbojas, parādās griezes moments Мпр.

Mpr = cM ∙ Fpr ∙ I2pr ∙ cosφ2pr.

Pastāvīgais koeficients SM ir atkarīgs no motora konstrukcijas.

Šajā gadījumā darbojas arī apgrieztā magnētiskā plūsma Mobr, ko aprēķina pēc izteiksmes:

Mobr = cM ∙ Phobr ∙ I2obr ∙ cosφ2obr.

Abu šo straumju mijiedarbības rezultātā parādīsies iegūtā:

M = Mpr-Mobr.

Uzmanību! Kad rotors griežas, tajā tiek ierosinātas dažādu frekvenču strāvas, kas rada spēka momentus dažādos virzienos. Tāpēc motora armatūra rotējoši darbosies ar pulsējošu magnētisko lauku tajā virzienā, no kura tas sāka griezties.

Vienfāzes motora nominālās slodzes pārvarēšanas laikā ar galveno tiešā griezes momenta Mpr daļu veidojas neliela slīdēšana. Ierobežojošā, reversā magnētiskā lauka MOBR pretstatīšanai ir ļoti neliela ietekme, pateicoties atšķirībām virzienos, kas virzās uz priekšu un atpakaļ.

Apgrieztās strāvas f2obr ievērojami pārsniedz f2pr, un inducētā induktivitāte X2obr ievērojami pārsniedz aktīvo komponentu un nodrošina lielu reversās magnētiskās plūsmas Fobr demagnetizējošo efektu, kas galu galā samazinās.

Tā kā noslogotā motora jaudas koeficients ir mazs, apgrieztā magnētiskā plūsma nevar spēcīgi ietekmēt rotējošo rotoru.

Ja motoram ar fiksētu rotoru (n2 = 0) tiek piemērota viena tīkla fāze, tad slīdēšana, gan uz priekšu, gan atpakaļ, ir vienāda ar vienotību, un priekšējās un atpakaļgaitas plūsmu magnētiskie lauki un spēki ir līdzsvaroti, un rotācija nenotiek. Tāpēc no vienas fāzes piegādes nav iespējams noņemt motora armatūru.

Kā ātri noteikt motora apgriezienus:

Kā tiek izveidots rotora rotācija vienfāzes asinhronajā motorā

Visā šādu ierīču darbības vēsturē ir izstrādāti šādi dizaina risinājumi:

1. vārpstas manuāla atritināšana ar roku vai auklu;

2. Papildu tinuma izmantošana, kas ieslēgta iedarbināšanas laikā ohmiskās, kapacitīvās vai induktīvās pretestības dēļ.

3. sadalīšana ar statora magnētiskās ķēdes īssavienojumu.

Pirmā metode tika izmantota sākotnējā izstrādē, un to neuzsāka izmantot nākotnē, jo iespējami ievainojumu riski palaišanas laikā, lai gan tai nav vajadzīgas papildu ķēdes.

Fāzu maiņas tinuma piemērošana statorā

Lai statora tinumam piešķirtu rotora sākotnējo rotāciju, palaišanas laikā tiek pievienots papildu palīgierīce, bet leņķī nobīdīts tikai 90 grādi. To veic ar biezāku vadu, lai pārnestu vairāk strāvu, nekā plūstot darba strāvā.

Šāda motora savienojuma shēma ir parādīta attēlā pa labi.

Šeit ieslēgšanai tiek izmantota PNVS tipa poga, kas tika speciāli izveidota šādiem motoriem un tika plaši izmantota PSRS ražoto veļas mašīnu darbībā. Šī poga nekavējoties ieslēdz 3 kontaktus tādā veidā, ka divi galējie kontakti pēc nospiešanas un atlaišanas paliek fiksēti ieslēgtā stāvoklī, bet vidējais - īsi aizveras un pēc tam atsperes darbībā atgriežas sākotnējā stāvoklī.

Slēgtus galējos kontaktus var atspējot, nospiežot blakus esošo Stop pogu.

Papildus spiedpogas slēdzim automātiskajā režīmā tiek izmantoti arī šādi, lai atspējotu papildu tinumu:

1. centrbēdzes slēdži;

2. diferenciālie vai strāvas releji;

3. mehāniskie taimeri.

Lai uzlabotu motora iedarbināšanu pie slodzes, fāzes maiņas tinumā tiek izmantoti papildu elementi.

Vienfāzes motora savienojums ar iedarbināšanas pretestību

Šādā shēmā statora papildu tinumam secīgi tiek piestiprināta omiskā pretestība. Šajā gadījumā pagriezienu tinumu veic bifilari, nodrošinot spoles pašindukcijas koeficientu ļoti tuvu nullei.

Sakarā ar šo divu metožu ieviešanu, kad strāvas plūst caur dažādiem tinumiem, starp tām notiek apmēram 30 grādu fāzes nobīde, kas ir pilnīgi pietiekami. Leņķu atšķirība tiek radīta, mainot sarežģītās pretestības katrā ķēdē.

Izmantojot šo metodi, joprojām var atrast sākuma tinumu ar mazu induktivitāti un paaugstinātu pretestību. Šim nolūkam tiek izmantots tinums ar nelielu nogrieztu stieples pagriezienu skaitu.

Vienfāzes motora pievienošana ar kondensatora iedarbināšanu

Kapacitīvās fāzes strāvas nobīde ļauj īslaicīgi izveidot tinumu savienojumu ar virknē savienotu kondensatoru. Šī ķēde darbojas tikai tad, kad motors nonāk režīmā, un pēc tam izslēdzas.

Kondensatora iedarbināšana rada lielāko griezes momentu un augstāku jaudas koeficientu nekā ar rezistīvās vai induktīvās palaišanas metodi. Tas var sasniegt vērtību 45 ÷ 50% no nominālās vērtības.

Atsevišķās shēmās darba tinumu ķēdei, kas pastāvīgi atrodas, tiek pievienota arī kapacitāte. Sakarā ar to tiek sasniegtas tinumu straumju novirzes leņķī π / 2. Tajā pašā laikā statorā ir ļoti pamanāmas maksimālo amplitūdu nobīdes, kas nodrošina labu griezes momentu uz vārpstu.

Šīs tehnikas dēļ motors startēšanas laikā var radīt lielāku jaudu. Tomēr šo metodi izmanto tikai ar smagas palaišanas piedziņu, piemēram, ar veļu piepildītas veļas mašīnas tvertnes griešanai ar ūdeni.

Kondensatora sprūda ļauj mainīt armatūras griešanās virzienu. Lai to izdarītu, vienkārši mainiet sākuma vai darba tinuma savienojuma polaritāti.

Sadalītā pola vienfāzes motora savienojums

Asinhronie motori ar nelielu jaudu aptuveni 100 W izmanto statora magnētiskās plūsmas sadalīšanu sakarā ar īssavienojuma vara spoles iekļaušanu magnētiskās ķēdes polā.

Sagriezts divās daļās, šāds pols rada papildu magnētisko lauku, kas tiek novirzīts leņķī no galvenā un vājina to vietā, uz kuru attiecas spole. Sakarā ar to tiek izveidots eliptisks rotējošs lauks, kas veido nemainīga virziena griešanās momentu.

Šādos dizainos var atrast magnētiskos šuntus, kas izgatavoti no tērauda plāksnēm, aizverot statora stabu galu malas.

Līdzīgas konstrukcijas motorus var atrast ventilācijas ierīcēs gaisa pūšanai. Viņiem nav iespējas apgriezties.