Mikrosilniki asynchroniczne

Zazwyczaj silniki elektryczne dzielą się na trzy grupy: dużą, średnią i niską moc. W przypadku silników małej mocy (nazywamy je mikrosilnikami) górna granica mocy nie jest ustawiona, zwykle kilkaset watów. Mikrosilniki są szeroko stosowane w urządzeniach gospodarstwa domowego (obecnie każda rodzina ma kilka mikrosilników - w lodówkach, odkurzaczach, magnetofonach, odtwarzaczach itp.), Urządzeniach pomiarowych, systemach automatycznego sterowania, technologii lotniczej i kosmicznej oraz innych obszarach działalności człowieka.

Pierwsze silniki prądu stałego pojawiły się w latach 30. XIX wieku. Duży krok w rozwoju silników elektrycznych został dokonany w wyniku wynalazku w 1856 roku przez niemieckiego inżyniera Siemensa dwuramiennego przetwornika i odkrycia zasady dynamoelektrycznej w 1866 roku. W 1883 r. Tesla, aw 1885 r. Ferrari samodzielnie wynalazło asynchroniczny silnik prądu przemiennego. W 1884 roku Siemens stworzył silnik komutatora z prądem przemiennym z szeregowym uzwojeniem wzbudzenia. W 1887 r. Hazelwander i Dolivo-Dobrovolsky zaproponowali konstrukcję wirnika klatkowego, co znacznie uprościło konstrukcję silnika. W 1890 r. Chityna i Leblanc po raz pierwszy zastosowali kondensator z przesunięciem fazowym.

W domowych urządzeniach elektrycznych silniki elektryczne zaczęto stosować w 1887 r. - w wentylatorach, w 1889 r. - w maszynach do szycia, w 1895 r. - w wiertarkach, od 1901 r. - w odkurzaczach. Jednak do tej pory zapotrzebowanie na mikrosilniki okazało się tak duże (w nowoczesnej kamerze wideo używanych jest nawet sześć mikrosilników), że powstały wyspecjalizowane firmy i przedsiębiorstwa do ich rozwoju i produkcji.

Jednofazowe mikrosilniki asynchroniczne są najbardziej popularnym typem, spełniają wymagania większości elektrycznych napędów urządzeń i aparatów, charakteryzujący się niskim kosztem i poziomem hałasu, wysoką niezawodnością, nie wymagają konserwacji i nie zawierają ruchomych styków.

Włączenie Asynchroniczny mikrosilnik może mieć jedno, dwa lub trzy uzwojenia. Silnik z jednym uzwojeniem nie ma początkowego momentu rozruchowego, a aby go uruchomić, należy na przykład użyć silnika rozruchowego. W silniku z dwoma uzwojeniami jedno z uzwojeń, zwane głównym, jest bezpośrednio podłączone do zasilania sieciowego (ryc. 1). Aby utworzyć moment początkowy w innym uzwojeniu pomocniczym, prąd musi zostać przesunięty w fazie względem prądu w uzwojeniu głównym. W tym celu dołączono szeregowy opornik szeregowy z uzwojeniem pomocniczym, które może mieć charakter aktywny, indukcyjny lub pojemnościowy.

Najczęściej kondensator jest zawarty w obwodzie zasilania uzwojenia pomocniczego, uzyskując optymalny kąt fazowy prądów w uzwojeniach równy 90 ° (ryc. 1.6). Kondensator, który jest stale włączony w obwód zasilania uzwojenia pomocniczego, nazywa się działającym. Jeśli podczas uruchamiania silnika konieczne jest zapewnienie zwiększonego momentu rozruchowego, wówczas równolegle z kondensatorem roboczym S kondensator rozruchowy Ca zostaje włączony na czas rozruchu (ryc. Po przyspieszeniu silnika do prędkości obrotowej kondensator rozruchowy wyłącza się za pomocą przekaźnika lub przełącznika odśrodkowego. W praktyce często używają wersji z ryc. 1.6.

Efekt przesunięcia fazowego można uzyskać poprzez sztuczne zwiększenie rezystancji czynnej uzwojenia pomocniczego. Osiąga się to albo przez włączenie dodatkowego rezystora, albo przez wytworzenie uzwojenia pomocniczego z drutu o wysokiej rezystancji. Ze względu na zwiększone nagrzewanie uzwojenia pomocniczego jest ono wyłączane po uruchomieniu silnika.Takie silniki są tańsze i bardziej niezawodne niż silniki kondensatorowe, chociaż nie zapewniają przesunięcia fazowego prądów uzwojenia o 90 °.

Aby odwrócić kierunek obrotów wału silnika, należy włączyć uzwojenie pomocnicze w obwodzie mocy induktor lub cewka indukcyjna, w wyniku czego prąd w uzwojeniu głównym przewyższy prąd w uzwojeniu pomocniczym. W praktyce metoda ta jest rzadko stosowana, ponieważ przesunięcie fazowe jest nieznaczne ze względu na indukcyjny charakter rezystancji uzwojenia pomocniczego.

Najczęściej stosuje się metodę przesunięcia fazowego między uzwojeniem głównym i pomocniczym, która polega na zamknięciu uzwojenia pomocniczego. Uzwojenie główne ma połączenie magnetyczne z pomocniczym, tak że gdy główne uzwojenie jest podłączone do zasilania sieciowego, pole elektromagnetyczne indukowane jest w pomocniczym i powstaje prąd, który opóźnia fazę względem prądu głównego uzwojenia. Wirnik silnika zaczyna się obracać w kierunku od głównego do uzwojenia pomocniczego.

Trójfazowy trójfazowy silnik asynchroniczny może być używany w trybie zasilania jednofazowego. Ryc. 2 pokazuje włączenie silnika trójuzwojeniowego zgodnie ze schematami „gwiazda” i „trójkąt” w trybie pracy jednofazowej (schemat Steinmetsa). Dwa z trzech uzwojeń są bezpośrednio podłączone do sieci zasilającej, a trzecie jest podłączone do napięcia zasilającego przez kondensator rozruchowy. Aby wytworzyć niezbędny moment rozruchowy, rezystor musi być połączony szeregowo z kondensatorem, którego rezystancja zależy od parametrów uzwojenia silnika.

Rycina 2

Uzwojenia W przeciwieństwie do asynchronicznych silników trójuzwojeniowych, które charakteryzują się symetrycznym rozmieszczeniem przestrzennym i tymi samymi parametrami uzwojenia stojana, w silnikach z zasilaniem jednofazowym uzwojenia główne i pomocnicze mają różne parametry. W przypadku uzwojenia symetrycznego liczbę rowków na biegun i fazę można określić na podstawie wyrażenia: q = N / 2pm, gdzie N jest liczbą rowków stojana; m jest liczbą zwojów (faz); p to liczba biegunów. W uzwojeniach asymetrycznych liczba rowków zajmowanych przez każde uzwojenie zmienia się znacząco. Dlatego uzwojenie główne i pomocnicze mają inną liczbę zwojów. Typowym przykładem jest uzwojenie 2 / 3-1 / 3 (ryc. 3), w którym 2/3 szczelin stojana jest zajęte przez główny, a 1/3 to uzwojenie pomocnicze.

Rycina 3

Konstrukcja Ryc. 4 pokazuje przekrój silnika z dwoma koncentrycznymi lub cewkowymi uzwojeniami umieszczonymi na biegunach stojana. Każde uzwojenie (główny 1 i pomocniczy 2) jest utworzone przez dwie cewki umieszczone na przeciwnych biegunach. Cewki są umieszczane na biegunach i wkładane do jarzma maszyny, która w tym przypadku ma kwadratowy kształt. Od strony roboczej szczeliny powietrznej cewki są utrzymywane przez specjalne występy, które działają jak buty słupowe 3. Dzięki nim krzywa rozkładu indukcji pola magnetycznego w roboczej szczelinie powietrznej zbliża się do sinusoidy. Bez tych występów kształt określonej krzywej jest prawie prostokątny. Jako element przesunięcia fazowego dla takiego silnika można użyć zarówno kondensatora, jak i rezystora. Możesz także zewrzeć uzwojenie pomocnicze. W takim przypadku silnik przekształca się w maszynę asynchroniczną z dzielonymi biegunami.

Ryciny 4, 5

Silniki z dzielonym biegunem są najczęściej stosowane ze względu na prostotę konstrukcji, wysoką niezawodność i niski koszt. Taki silnik ma również dwa uzwojenia na stojanie (ryc. 5). Uzwojenie główne 3 ma postać cewki i jest podłączone bezpośrednio do sieci zasilającej. Uzwojenie pomocnicze 1 jest zwarte i zawiera od jednego do trzech zwojów na biegun. Obejmuje część bieguna, co wyjaśnia nazwę silnika. Uzwojenie pomocnicze jest wykonane z drutu miedzianego o okrągłym lub płaskim kształcie o przekroju kilku milimetrów kwadratowych, który wygina się w zwoje o odpowiednim kształcie. Następnie końce uzwojeń są łączone za pomocą spawania.Wirnik silnika jest zwarty, a na jego końcach zamontowane są żebra chłodzące, które poprawiają odprowadzanie ciepła z uzwojeń stojana.

Opcje konstrukcyjne dla silników z biegunem dzielonym pokazano na rys. 6 i 7. Zasadniczo uzwojenie główne może być umieszczone symetrycznie lub asymetrycznie względem wirnika. Ryc. 6 pokazuje konstrukcję silnika z asymetrycznym uzwojeniem głównym 5 (1 - otwór montażowy; 2 - bocznik magnetyczny; 3 - zwarcie uzwojenia; 4 - otwory montażowe i wyrównujące; 6 - rama uzwojenia; 7 - jarzmo). Taki silnik ma znaczne rozproszenie strumienia magnetycznego w zewnętrznym obwodzie magnetycznym, dlatego jego wydajność nie przekracza 10-15% i jest wytwarzany dla mocy nie większej niż 5-10 watów.

Z punktu widzenia zdolności produkcyjnej silnik z symetrycznie rozmieszczonym uzwojeniem głównym jest bardziej złożony. W silnikach o mocy 10-50 W stosuje się kompozytowy stojan (ryc. 7, gdzie: 1 - pierścień jarzmowy; 2 - pierścień zwarty; 3 - biegunowy; 4 - wirnik klatkowy; 5 - bocznik magnetyczny). Z uwagi na fakt, że bieguny silnika są przykryte jarzmem, a uzwojenia znajdują się wewnątrz układu magnetycznego, strumienie magnetyczne rozproszenia są znacznie mniejsze niż w projekcie na ryc. 6. Sprawność silnika 15-25%.

Ryciny 6, 7

Rycina 8

Aby zmienić prędkość obrotową silnika za pomocą rozdzielonych biegunów, użyj obwodu poprzecznego (ryc. 8). W nim przełączanie liczby par biegunów uzwojenia stojana jest dość proste, do zmiany, które wystarczy włączyć załączone uzwojenia zgodnie z zawartymi uzwojeniami. W silnikach z dzielonymi biegunami stosowana jest również zasada kontroli prędkości, która polega na przełączaniu cewek uzwojenia z szeregowego na równoległe.

Pryadko A. D.

Czytaj także:Silnik magnetyczny Minato: czy istnieje róg obfitości energii magnetycznej?