Kolik statorových vinutí má jednofázový asynchronní elektromotor?

Oblasti použití. Asynchronní motory s nízkým výkonem (15 – 600 W) se používají v automatických zařízeních a elektrických domácích spotřebičích k pohonu ventilátorů, čerpadel a dalších zařízení, která nevyžadují regulaci otáček. Jednofázové mikromotory se obvykle používají v domácích spotřebičích a automatických zařízeních, protože tyto spotřebiče a zařízení jsou obvykle napájeny jednofázovou střídavou sítí.

Princip činnosti a konstrukce jednofázového motoru. Statorové vinutí jednofázového motoru (obr. 4.60, ) umístěné v drážkách zabírajících přibližně dvě třetiny obvodu statoru, což odpovídá dvojici pólů. V důsledku toho

Rýže. 4.60. Průřez statorem jednofázového asynchronního motoru (®) a směr točivých momentů působících na jeho rotor (б)

(viz kapitola 3) je distribuce MMF a indukce ve vzduchové mezeře téměř sinusová. Protože střídavý proud prochází vinutím, MMF pulzuje v čase s frekvencí sítě. Indukce v libovolném bodě vzduchové mezery

V jednofázovém motoru tedy vinutí statoru vytváří stacionární tok, který se mění s časem, a nikoli kruhový točivý tok, jako u třífázových motorů se symetrickým napájením.

Pro zjednodušení rozboru vlastností jednofázového motoru uveďme (4.99) ve tvaru

B x = 0,5 V t sin (ωt – πх/τ) + 0,5 V t sin (ωt + πх/τ),.

tj. nahradíme stacionární pulzující proudění součtem identických kruhových polí rotujících v opačných směrech a majících stejné rotační frekvence: n 1pr = n 1 otáčky = n 1. Protože vlastnosti asynchronního motoru s kruhovým točivým polem jsou podrobně diskutovány v § 4.7 – 4.12, lze analýzu vlastností jednofázového motoru omezit na uvažování kombinovaného působení každého z točivých polí. Jinými slovy, jednofázový motor může být reprezentován jako dva identické motory, jejichž rotory jsou navzájem pevně spojeny (obr. 4.60, b), přičemž magnetická pole a jimi vytvořené točivé momenty rotují v opačném směru. М na М arr. Pole, jehož směr otáčení se shoduje se směrem otáčení rotoru, se nazývá přímé; pole obráceného směru – obráceně nebo inverzně.

Předpokládejme, že směr otáčení rotorů se shoduje se směrem jednoho z točivých polí, například s n ave. Poté rotor prokluzuje vzhledem k průtoku Ф пр

spr = (n1pr – n2)/n1pr = (n1 – n2)/n1 = 1 – n2/n1..

Prokluz rotoru vzhledem k průtoku F arr.

sarr = (n1arr + n2)/n1arr = (n1 + n2)/n1 = 1 + n2/n1..

Z (4.100) a (4.101) vyplývá, že

s o6p = 1 + n 2 /n 1 = 2 – s pr..

Elektromagnetické momenty М na М návrat generovaný dopředným a zpětným polem je směrován v opačných směrech a výsledný točivý moment jednofázového motoru М řez se rovná rozdílu točivého momentu při stejné rychlosti rotoru.

Na Obr. 4.61 ukazuje závislost M = f(s) pro jednofázový motor. Při pohledu na obrázek můžeme vyvodit následující závěry:

a) jednofázový motor nemá rozběhový moment; otáčí se ve směru, ve kterém je poháněn vnější silou; b) rychlost otáčení jednofázového motoru při volnoběhu je nižší než u třífázového motoru v důsledku přítomnosti brzdného momentu generovaného zpětným polem;

c) výkonnostní charakteristiky jednofázového motoru jsou horší než u třífázového motoru; má zvýšený skluz při jmenovité zátěži, nižší účinnost a nižší přetížitelnost, což se také vysvětluje přítomností zpětného pole;

d) výkon jednofázového motoru je přibližně 2/3 výkonu třífázového motoru stejné velikosti, protože u jednofázového motoru zabírá pracovní vinutí pouze 2/3 statorových drážek. Vyplňte všechny štěrbiny statoru

Rýže. 4.61. Mechanické vlastnosti jednofázového asynchronního motoru

protože v tomto případě je koeficient vinutí malý, spotřeba mědi se zvyšuje asi 1,5krát, zatímco výkon se zvyšuje pouze o 12%.

Startovací zařízení. Pro získání startovacího momentu mají jednofázové motory startovací vinutí posunuté o 90 elektrických stupňů vzhledem k hlavnímu provoznímu vinutí. Během doby spouštění je spouštěcí vinutí připojeno k síti prostřednictvím prvků fázového posunu – kapacity nebo aktivního odporu. Po ukončení akcelerace motoru se vypne startovací vinutí, přičemž motor dále pracuje jako jednofázový. Vzhledem k tomu, že startovací vinutí pracuje pouze krátkou dobu, je vyrobeno z drátu menšího průřezu než pracovní a je umístěno v menším počtu drážek.

Podívejme se podrobně na proces spouštění při použití kapacity C jako prvku s fázovým posunem (obr. 4.62, a). Na startovacím vinutí П напряжение
Ú 1p = Ú 1 – Ú C = Ú 1 +jÍ 1 п XC , tj. je fázově posunutý vzhledem k síťovému napětí U 1 připojený k pracovnímu vinutí Р. V důsledku toho aktuální vektory v pracovní I 1p a spouštěč I 1p vinutí jsou fázově posunuta o určitý úhel. Určitým výběrem kapacity kondenzátoru s fázovým posunem je možné získat provozní režim při rozběhu, který je blízký symetrickému (obr. 4.62, b), tj. získat kruhové točivé pole. Na Obr. 4.62 jsou zobrazeny závislosti M = f(s) pro motor se zapnutým startovacím vinutím (křivka 1) a vypnutým (křivka 2). Motor se startuje po částech ab charakteristika 1; na místě b startovací vinutí se vypne a motor pak běží po částech сО vlastnosti 2.

Protože zahrnutí druhého vinutí výrazně zlepšuje mechanické vlastnosti motoru, v některých případech se používají jednofázové motory, ve kterých vinutí A a B

Rýže. 4.62. Schéma jednofázového asynchronního motoru s rozběhem kondenzátoru (а), jeho vektorový diagram (б) a mechanické vlastnosti (в)

Rýže. 4.63. Schéma kondenzátorového asynchronního motoru (a) a jeho mechanické vlastnosti (b)

zapnutý po celou dobu (obr. 4.63, a). Takové motory se nazývají kondenzátorové motory.

Obě vinutí kondenzátorových motorů obvykle zabírají stejný počet slotů a mají stejný výkon. Při spouštění kondenzátorového motoru je pro zvýšení rozběhového momentu vhodné mít zvýšenou kapacitu C p + C p. Po zrychlení motoru podle charakteristiky 2 (obr. 4.63, b) a snížení proudu se část kondenzátorů CH vypne, aby se zvýšila kapacita ve jmenovitém režimu (když se proud motoru stane menším než při rozběhu ) a zajistit provoz motoru v podmínkách blízkých provozu při kruhovém točivém poli. V tomto případě motor pracuje s charakteristikou 1.

Kondenzátorový motor má vysoký cos φ. Jeho nevýhodou je poměrně velká hmotnost a rozměry kondenzátoru a také výskyt nesinusového proudu při zkreslení napájecího napětí, což v některých případech vede ke škodlivým vlivům na komunikační linku.

Za podmínek snadného spouštění (malý zatěžovací moment během doby rozběhu) se používají motory s odporem rozběhu R (obr. 4.64, a). Přítomnost aktivního odporu v obvodu startovacího vinutí poskytuje menší fázový posun φ p mezi napětím a proudem v tomto vinutí (obr. 4.64, b) než fázový posun φ p v pracovním vinutí. V tomto ohledu jsou proudy v pracovním a rozběhovém vinutí fázově posunuty o úhel φ p – φ p a tvoří asymetrické (eliptické) točivé pole, díky kterému vzniká rozběhový moment. Motory se startovacím odporem jsou spolehlivé v provozu a jsou sériově vyráběny. Startovací odpor je zabudován ve skříni motoru a je chlazen stejným vzduchem, který ochlazuje celý motor.

Rýže. 4.64. Schéma jednofázového asynchronního motoru se startovacím odporem (а) a jeho vektorový diagram (б)

Jednofázové mikromotory se stíněnými póly. U těchto motorů je vinutí statoru připojené k síti obvykle soustředěno a namontováno na vyčnívajících pólech (obr. 4.65, a), jejichž plechy jsou vyraženy společně se statorem. Na každém pólu je jeden z hrotů pokryt pomocným vinutím sestávajícím z jednoho nebo více zkratovaných závitů, které stíní 1/5 až 1/2 pólového oblouku. Rotor motoru je konvenčního typu s klecí nakrátko.

Magnetický tok stroje vytvářený statorovým vinutím (pólový tok) lze znázornit jako součet dvou složek (obr. 4.65, b) Фп = Фп1 + Фп2, kde Фп1 je tok procházející částí pólu ne pokrytý zkratem s tímto zákrutem; F p2 je tok procházející částí sloupu stíněnou cívkou nakrátko.

Toky Фп1 a Фп2 procházejí různými částmi pólového nástavce, tj. jsou posunuty v prostoru o úhel β. Navíc jsou fázově posunuty vzhledem k MMF F n statorových vinutí pod různými úhly – γ 1 a γ 2. To je vysvětleno skutečností, že každý pól popsaného motoru lze v první aproximaci považovat za transformátor, jehož primárním vinutím je statorové vinutí a sekundárním vinutím je zkratovaný závit. Tok statorového vinutí indukuje emf ve zkratované cívce E až (obr. 4.65, c), v důsledku čehož vzniká proud I k a MDS F k, skládání s MDS F n vinutí statoru. Složka jalového proudu I k snižuje průtok Ф p2 a aktivní jej posouvá ve fázi vzhledem k MMF F p. Protože tok Фп1 nepokrývá zkratovaný závit, má úhel γ 1 relativně malou hodnotu (4-9°) – přibližně stejnou jako úhel fázového posunu mezi tokem transformátoru a MMF primárního vinutí v č.p. – režim zatížení. Úhel γ 2 je mnohem větší (asi 45°),

Rýže. 4.65. Konstrukční schémata jednofázového motoru se stíněnými póly a jeho
vektorový diagram:
1 — stator; 2 – vinutí statoru; 3 – zkratovaný
otočit; 4 – rotor; 5 – tyč

tj. jako v transformátoru se sekundárním vinutím nakrátko (například v transformátoru pro měření proudu). To se vysvětluje tím, že výkonové ztráty, na kterých závisí úhel γ 2, jsou určeny nejen magnetickými ztrátami výkonu v oceli, ale také elektrickými ztrátami ve zkratovaném závitu.

Toky Фп1 a Фп2, posunuté v prostoru o úhel β a posunuté v čase o úhel γ = γ 2 – γ l, tvoří eliptické točivé magnetické pole (viz kapitola 3), které vytváří krouticí moment působící na motor rotoru. ve směru od prvního pólového nástavce, nekrytého zkratovanou zatáčkou, k druhému pólovému nástavci (v souladu se střídáním maxim „fázových“ toků).

Ke zvýšení startovacího momentu daného motoru přiblížením jeho točivého pole ke kruhovému se používají různé metody: mezi pólové nástavce sousedních pólů jsou instalovány magnetické bočníky, které posilují magnetické spojení mezi hlavním vinutím a zkratem. -obvodový závit a zlepšení tvaru magnetického pole ve vzduchové mezeře; zvětšit vzduchovou mezeru pod špičkou, která není pokryta zkratovaným závitem; použijte dvě nebo více zkratovaných závitů na jednom hrotu s různými úhly pokrytí. Existují i ​​motory bez zkratovaných závitů na sloupech, ale s asymetrickým magnetickým systémem: různé konfigurace jednotlivých částí sloupu a různé vzduchové mezery. Takové motory mají nižší rozběhový moment než motory se zastíněnými póly, ale jejich účinnost je vyšší, protože nemají žádné výkonové ztráty v závitech nakrátko.

Uvažované konstrukce motorů se zastíněnými póly jsou nevratné. Pro realizaci zpětného chodu v takových motorech se místo zkratovaných závitů používají cívky B1, B2, B3 и V4 (obr. 4.65, в), z nichž každý pokrývá polovinu pólu. Zkratování páru cívek V1 и V4 nebo V2 и V3,můžete odstínit jednu nebo druhou polovinu pólu a tím změnit směr otáčení magnetického pole a rotoru.

Motor se zastíněnými póly má řadu významných nevýhod: relativně velké celkové rozměry a hmotnost; nízké cos φ ≈ 0,4 ÷ 0,6; nízká účinnost η = 0,25 ÷ 0,4 v důsledku velkých ztrát ve zkratované cívce; malý rozběhový moment atd. Předností motoru je jednoduchost konstrukce a ve výsledku vysoká spolehlivost v provozu. Kvůli absenci zubů na statoru je hluk motoru nevýznamný, proto se často používá v zařízeních pro reprodukci hudby a řeči.

Princip činnosti jednofázového motoru. В jednofázový asynchronní motor vinutí statoru je umístěno v drážkách zabírajících přibližně 2/3 kruhu odpovídající dvojici pólů (obr. 270, a). Z tohoto důvodu je výkon jednofázového motoru také asi 2/3 výkonu třífázového motoru se stejnými celkovými rozměry.

Jednofázové vinutí statoru 2 vytváří pulzující magnetické pole, které lze znázornit jako dvě pole rotující v různých směrech s frekvencí n₁ (obr. 270, b). Volá se pole 5, které se otáčí stejným směrem jako rotor 3 přímé pole; pole 6, rotující v opačném směru – reverzní pole. Tato pole působící na rotor vytvářejí dva opačně orientované elektromagnetické momenty M_пр jim_arr. Proto jednofázové asynchronní

Rýže. 270. Řez jednofázového asynchronního motoru (a), točivá magnetická pole vpřed a vzad (b)

Rýže. 271. Závislosti M(s) jednofázového motoru na přímých a zpětných točivých polích

Motor lze znázornit jako dva zcela identické třífázové motory, jejichž rotory jsou navzájem těsně spojeny a vinutí jsou zapojena do třífázové sítě, takže jejich magnetická pole rotují v opačných směrech.

Pokud se však rotor otáčí v libovolném směru, pak momenty M_пр jim_arr nebudou rovné. V tomto případě bude na hřídel motoru působit určitý výsledný moment M_res, který zajistí jeho další otáčení v daném směru. To se vysvětluje skutečností, že proud ve vinutí rotoru, vytvořený zpětným polem, má silný demagnetizační účinek a výrazně zeslabuje zpětné pole.

Z analýzy křivek M(s) znázorněných na Obr. 271, z toho vyplývá, že:

jednofázový motor nemá počáteční rozběhový moment, protože když s = 1, tj. se stacionárním rotorem, výsledný moment je M_res = 0;

Rychlost otáčení jednofázového motoru při volnoběhu je nižší než u třífázového motoru kvůli přítomnosti brzdného momentu M_arr. Ze stejného důvodu má jednofázový motor horší výkonové charakteristiky: nižší účinnost, nižší přetížitelnost, zvýšený skluz při jmenovité zátěži.

Startovací zařízení. Pro získání rozběhového momentu jsou jednofázové motory vybaveny rozběhovým vinutím I, umístěným s posunem o 90° vzhledem k hlavnímu pracovnímu vinutí P (obr. 272, a a b). Během doby spouštění je spouštěcí vinutí připojeno k síti prostřednictvím prvků fázového posunu – kondenzátoru nebo odporu. Po ukončení akcelerace motoru se vypne startovací vinutí a motor dále pracuje jako jednofázový. Vzhledem k tomu, že spouštěcí vinutí pracuje pouze krátkou dobu, je vyrobeno z drátu menšího průřezu než pracovní vinutí a je umístěno v menším počtu štěrbin.

Pokud použijete kondenzátor C jako prvek fázového posunu (obr. 273, a), můžete při spuštění získat provozní režim, který je blízký symetrickému, tj. získáte kruhové točivé pole.

Za podmínek lehkého rozběhu (malý zatěžovací moment během doby rozběhu) se používají motory s rozběhovým odporem R (obr. 273,b). Poskytuje přítomnost odporu v obvodu startovacího vinutí menší fázový posun?₁ mezi napětím a proudem v tomto vinutí, jaký je fázový posun?₂ v pracovním vinutí. Kvůli tomuhle

Rýže. 272. Umístění statorových vinutí u dvoufázového dvoupólového stroje

Ukázalo se, že proudy v pracovním a startovacím vinutí jsou fázově posunuty o úhel?₁ -?₂ a tvoří asymetrické (eliptické) točivé pole, díky kterému vzniká rozběhový moment. Jednofázové motory s kondenzátorovým spouštěním a motory se spouštěcím odporem mají vysokou provozní spolehlivost.

Protože zapnutí druhého vinutí výrazně zlepšuje vlastnosti motoru, v některých případech se používají dvoufázové motory, ve kterých jsou obě vinutí neustále zapnutá. Pokud se provede fázový posun o 90° mezi proudy ve fázích A a B (obr. 274) zařazením kondenzátorů do jedné z nich, pak se takové motory nazývají kondenzátor.

U dvoufázových motorů zabírají obě vinutí A a B zpravidla stejný počet slotů a mají stejný výkon. Při spouštění kondenzátorového motoru je racionální mít zvýšenou kapacitu C_р + C_п. Po zrychlení motoru a snížení proudu část kondenzátorů C_п jsou vypnuty, aby se zvýšila kapacita, a ve jmenovitém režimu (když se proud motoru sníží než při spuštění), aby se zajistil provozní režim motoru

Rýže. 273. Spouštěcí schémata pro jednofázový asynchronní motor využívající kondenzátor (a) a rezistor (b)

Rýže. 274. Schéma kondenzátorového asynchronního motoru

Rýže. 275. Návrh jednofázového asynchronního motoru s klecí nakrátko na rotoru (a) a s dutým nemagnetickým rotorem (b): 1-statorové vinutí; 2 – tělo; 3 – vnější stator; 4 – rotor; 5 — ložiskový štít; 6 – hřídel; 7 – vnitřní stator

ateler v podmínkách podobných provozním podmínkám v kruhovém točivém poli.

Přístroj. Jednofázové a dvoufázové asynchronní motory jsou navrženy stejným způsobem jako třífázové: mají jednofázové nebo dvoufázové vinutí statoru a rotor nakrátko s klecí nakrátko (obr. 275, a). Široce se používají jednofázové motory s dutým nemagnetickým rotorem (obr. 275, b) a vnějším statorem, na kterém jsou umístěna dvě vinutí, posunutá v prostoru o 90°. Rotor je vyroben ve formě tenkostěnného dutého válce z hliníku. Pro snížení magnetického odporu magnetického obvodu motoru je stejně jako vnější stator vnitřní stator vyrobený z elektrotechnických ocelových plechů.

Dutý rotor může být reprezentován jako soubor elementárních vodičů. Rotující magnetické pole vytvářené statorovým vinutím indukuje např. v každém elementárním vodiči dutého rotoru. d.s, pod jejichž vlivem jimi protékají vířivé proudy. V důsledku interakce těchto proudů s točivým polem vznikají elektromagnetické síly a točivý moment.