Асинхронни микромотори

Обикновено електродвигателите се делят на три групи: голяма, средна и ниска мощност. За двигатели с ниска мощност (ще ги наречем микромотори) горната граница на мощността не е зададена, обикновено е няколко стотин вата. Микромоторите се използват широко в домакински уреди и устройства (сега всяко семейство има няколко микромотора - в хладилници, прахосмукачки, магнетофони, плейъри и др.), Измервателна техника, автоматични системи за управление, авиационни и космически технологии и други области на човешката дейност.

Първите двигатели с постоянен ток се появяват през 30-те години на XIX век. Голяма стъпка в развитието на електродвигателите е направена в резултат на изобретението през 1856 г. от немски инженер Сименс на двуръковия датчик и откриването на динамоелектрическия принцип през 1866 г. През 1883 г. Tesla, а през 1885 г. Ferrari независимо изобретява асинхронен двигател с променлив ток. През 1884 г. Siemens създава комутаторен двигател с променлив ток със серийна намотка на възбуждане. През 1887 г. Hazelwander и Dolivo-Dobrovolsky предлагат дизайн на ротор с клетка тип катеричка, което значително опрости дизайна на двигателя. През 1890 г. Chitin и Leblanc за първи път използват кондензатор с изместване на фазата.

В домакинските електрически уреди електромоторите започват да се използват през 1887 г. - за вентилатори, през 1889 г. - за шевни машини, през 1895 г. - за тренировки, от 1901 г. - за прахосмукачки. Към днешна дата обаче, нуждата от микромотори е била толкова голяма (до съвременна видеокамера се използват до шест микромотора), че са възникнали специализирани фирми и предприятия за тяхното развитие и производство.

Еднофазните асинхронни микромотори са най-често срещаният тип, те удовлетворяват изискванията на повечето електрически задвижвания на устройства и апарати, характеризиращи се с ниска цена и ниво на шум, висока надеждност, не изискват поддръжка и не съдържат движещи се контакти.

Включване. Асинхронен микромотор може да бъде с една, две или три намотки. Едномотовият мотор няма първоначален стартов въртящ момент и за да го стартирате, трябва да използвате, например, стартов двигател. В двумоторен двигател една от намотките, наречена главна, е директно свързана към захранването (фиг. 1). За да се създаде начален момент в друга спомагателна намотка, трябва да се измести ток във фаза спрямо тока в основната намотка. За това в серията се включва допълнителен резистор със спомагателната намотка, който може да има активен, индуктивен или капацитивен характер.

Най-често кондензатор е включен в схемата за захранване на спомагателната намотка, като в същото време се получава оптималният фазов ъгъл на токовете в намотките, равен на 90 ° (фиг. 1.6). Кондензатор, който постоянно се включва в силовата верига на спомагателната намотка, се нарича работещ. Ако при стартиране на двигателя е необходимо да се осигури увеличен стартов въртящ момент, тогава паралелно с работещия кондензатор S, стартиращият кондензатор Ca се включва в момента на стартиране (фиг. 1, в). След като двигателят се ускори до скорост на въртене, стартовият кондензатор се изключва с помощта на реле или центробежен превключвател. На практика те често използват версията на фиг. 1.6.

Ефектът на изместване на фазата може да бъде получен чрез изкуствено увеличаване на активното съпротивление на спомагателната намотка. Това се постига или чрез включване на допълнителен резистор, или чрез производство на спомагателна намотка от проводник с високо съпротивление. Поради повишеното нагряване на спомагателната намотка, последната се изключва след стартиране на двигателя.Такива двигатели са по-евтини и по-надеждни от кондензаторните, въпреки че не осигуряват фазово изместване на токовете на намотката от 90 °.

За да обърнете посоката на въртене на вала на двигателя, спомагателната намотка трябва да бъде включена в силовата верига индуктор или индуктор, в резултат на което токът в основната намотка ще изпревари тока в спомагателната намотка. На практика този метод се използва рядко, тъй като фазовото изместване е малко поради индуктивния характер на съпротивлението на спомагателната намотка.

Най-често се използва метод на фазово изместване между основните и спомагателните намотки, който се състои в затваряне на спомагателната намотка. Основната намотка има магнитна връзка с спомагателната, така че когато основната намотка е свързана към мрежовото захранване, ЕМП се индуцира в спомагателната и възниква ток, който изостава фазата от тока на основната намотка. Роторът на двигателя започва да се върти в посока от основната към спомагателната намотка.

Трифазният трифазен асинхронен двигател може да се използва в режим на еднофазно захранване. Фигура 2 показва включването на тримоторен мотор съгласно схемите "звезда" и "триъгълник" в режим на работа на една фаза (схема на Steinmets). Две от трите намотки са директно свързани към захранващата мрежа, а третата е свързана към захранващото напрежение чрез стартовия кондензатор. За да създадете необходимия стартов въртящ момент, резистор трябва да бъде свързан последователно с кондензатора, чието съпротивление зависи от параметрите на намотките на двигателя.

Фигура 2

Прекратяване. За разлика от асинхронните двигатели с три намотки, които се характеризират със симетрична пространствена подредба и същите параметри на намотките на статора, при двигатели с еднофазно захранване главните и спомагателните намотки имат различни параметри. За симетричните намотки броят на каналите на полюс и фаза може да се определи от израза: q = N / 2pm, където N е броят на каналите на статора; m е броят на намотките (фазите); p е броят на полюсите. При асиметрични намотки броят на каналите, заети от всяка намотка, се променя значително. Следователно основните и спомагателните намотки имат различен брой завои. Типичен пример е намотката 2 / 3-1 / 3 (фиг. 3), при която 2/3 от слотовете на статора са заети от основната, а 1/3 са спомагателните намотки.

Фигура 3

Дизайн. Фигура 4 показва напречно сечение на двигател с две концентрирани или намотки на намотките, разположени в полюсите на статора. Всяка намотка (основна 1 и спомагателна 2) е оформена от две намотки, разположени на противоположни полюси. Намотките се поставят на стълбовете и се вкарват в игото на машината, което в този случай има квадратна форма. От страната на работната въздушна междина, намотките се задържат от специални издатини, които действат като полюсни обувки 3. Благодарение на тях кривата на разпределение на индукцията на магнитното поле в работната въздушна междина се приближава до синусоида. Без тези издатини формата на определената крива е почти правоъгълна. Като елемент за изместване на фазата за такъв двигател можете да използвате както кондензатор, така и резистор. Можете също да късо съединете спомагателната намотка. В този случай моторът се преобразува в асинхронна машина с разцепени полюси.

Фигури 4, 5

Сплит-полюсните мотори се използват най-често поради тяхната структурна простота, висока надеждност и ниска цена. Такъв двигател има и две намотки на статора (фиг. 5). Основната намотка 3 е направена под формата на намотка и е свързана директно към захранващата мрежа. Спомагателната намотка 1 е с късо съединение и съдържа от един до три оборота на полюс. Тя обхваща част от полюса, което обяснява името на двигателя. Спомагателната намотка е направена от медна тел с кръгла или плоска форма с напречно сечение от няколко квадратни милиметра, която се огъва на завои със съответната форма. Тогава краищата на намотките са свързани чрез заваряване.Роторът на двигателя е направен с късо съединение, а в краищата му са монтирани охлаждащи перки, които подобряват разсейването на топлината от намотките на статора.

Варианти за проектиране на двигатели с разделен полюс са показани на фигури 6 и 7. По принцип основната намотка може да бъде разположена симетрично или асиметрично по отношение на ротора. Фиг. 6 показва конструкцията на двигателя с асиметрична основна намотка 5 (1 - монтажен отвор; 2 - магнитен шунт; 3 - намотка с късо съединение; 4 - отвори за монтаж и подравняване; 6 - рамка за навиване; 7 - хомот). Такъв двигател има значително разсейване на магнитния поток във външната магнитна верига, следователно неговата ефективност не надвишава 10-15% и се произвежда с мощност не по-голяма от 5-10 вата.

От гледна точка на технологичността, мотор със симетрично разположена основна намотка е по-сложен. При двигатели с мощност 10-50 W се използва композитен статор (фиг. 7, където: 1 - игонен пръстен; 2 - пръстен с късо съединение; 3 - полюс; 4 - ротор на клетката с катерици; 5 - магнитен шунт). Поради факта, че полюсите на мотора са покрити от хомота и намотките са разположени вътре в магнитната система, магнитните потоци на разсейване са много по-малко, отколкото в конструкцията на фиг. 6. КПД на двигателя 15-25%.

Фигури 6, 7

Фигура 8

За да промените скоростта на двигателя с разделени полюси, използвайте кръстосана верига (фиг. 8). В него превключването на броя на двойките полюси на намотките на статора е доста просто, за промяна на които е достатъчно да включите включените намотки според включените намотки. При двигатели с разцепени полюси се използва и принципът на управление на скоростта, който се състои в превключване на намотките от намотки от серия към паралел.

Прядко А. Д.

Прочетете също:Магнитният двигател на Минато: има ли рог на магнитна енергия?