Vlastnosti obvodů vinutí jednofázových a dvoufázových motorů | Navíječ elektrických strojů

Jednofázové asynchronní motory s výkonem do 1, zřídka do 2 kW, jsou široce používány v podmínkách, kde existuje pouze jednofázová síť, například k pohonu mechanismů různých zařízení, elektrifikovaných nástrojů, v domácích mechanismech. , atd. Pokud je vinutí motoru napájeno jednofázovým proudem, pak elektromagnetické pole v něm nebude rotující, jako u třífázových strojů, ale pulzující, energetický výkon bude horší než u třífázových strojů, a začátek točivý moment bude nulový, to znamená, že motor nebude schopen začít pracovat bez speciálních zařízení. Proto jsou ve statorech jednofázových motorů instalována dvě vinutí, která se často také nazývají fáze vinutí. Jeden z nich je hlavní, neboli pracovní, druhý je pomocný.

Rýže. 39. Osy vinutí dvou a jednofázových motorů: a – umístění cívek různých fází ve štěrbinách statoru, b – symbolické znázornění fází vinutí

Vinutí jsou umístěna podél statorových štěrbin tak, že jejich osy jsou vůči sobě v prostoru posunuty o elektrický úhel 90° (obr. 39). Pokud nejsou fáze proudů vinutí stejné, tj. posunuté v čase, pak se elektromagnetické pole v motoru otáčí. Energetický výkon motoru se zlepšuje a objevuje se rozběhový moment. Když jsou fáze proudů posunuty o elektrický úhel 90° a MMF vinutí jsou identické, pole se stane kruhovým a účinnost jednofázového motoru bude největší. Toho lze dosáhnout tak, že obě vinutí motoru budou shodná a k jednomu z nich zapojíme do série kondenzátor (obr. 40, ). Takové motory se nazývají jednofázové kondenzátorové motory.
Kapacita kondenzátoru potřebná k získání kruhového pole závisí na aktivním a indukčním odporu vinutí motoru a na jeho zatížení. U jednofázových kondenzátorových motorů je kondenzátor navržen tak, že pole je při jmenovité zátěži kruhové. Je zapojen do série s jednou z fází vinutí po celou dobu provozu. Tento kondenzátor se nazývá pracovní kondenzátor a je označen St. Při spouštění motoru je kapacita pracovního kondenzátoru nedostatečná k vytvoření kruhového pole a startovací moment motoru je malý. Pro zvýšení rozběhového momentu je paralelně s pracovním kondenzátorem zapojen druhý rozběhový kondenzátor (C). Celková kapacita pracovních a startovacích kondenzátorů zajišťuje, že při startování motoru je získáno kruhové točivé pole a jeho startovací moment se zvyšuje. Po zrychlení motoru se startovací kondenzátor vypne a pracovní kondenzátor zůstane zapnutý (obr. 40, b). Motor tedy startuje a pracuje při jmenovité zátěži s rotujícím kruhovým polem.

Rýže. 40. Schémata zapojení pro jednofázové motory:
a – s trvale zapnutým kondenzátorem (kondenzátorové motory), b – s pracovními a spouštěcími kondenzátory, v – se startovacím prvkem; Ср – pracovní kondenzátor, Сп – spouštěcí kondenzátor; PE – spouštěcí prvek

Rýže. 41. Schéma jednovrstvého koncentrického vinutí s T-2, Z- 16, 2р–2, kolébal se

U jednofázových kondenzátorových motorů jsou obě vinutí, hlavní i pomocná, vyrobena stejně, to znamená se stejným počtem závitů a cívek, ze stejného drátu vinutí. Jsou umístěny ve stejném počtu drážek, symetricky s osami posunutými o 90°.
Ve statorech většiny jedno- a dvoufázových motorů se používají náhodná jednovrstvá vinutí s koncentrickými cívkami (obr. 41). Mají buď čtyři výstupní konce – začátky a konce hlavní a pomocné fáze, nebo pouze tři. U tří výstupů jsou konce hlavní a pomocné fáze vzájemně spojeny uvnitř pouzdra a z místa jejich připojení – společného bodu vinutí – je vyveden vodič. Označení svorek vinutí je uvedeno v tabulce. 3.
Pro zmenšení přesahu předních částí cívek se jednovrstvá vinutí často vlní. Pokud je počet štěrbin na pól a fázi sudý, pak se kolébavá vinutí v podstatě neliší od stejných vinutí třífázových strojů (viz obr. 24). Pokud číslo q liché, pak jsou velké cívky ve skupinách „česané“, to znamená, že přední části poloviny jejich závitů jsou ohnuté jedním směrem a druhá polovina druhým směrem (obr. 42).

Rýže. 42. Schéma jednovrstvého koncentrického vinutí s T- 2, Z-24, 2р=4, q= 3, vyrobené s „česanými“ cívkami
Potřeba instalovat kondenzátory zvyšuje náklady na jednofázové motory, zvyšuje jejich velikost a snižuje spolehlivost, protože kondenzátory selhávají častěji než samotné motory. Proto je většina jednofázových asynchronních motorů navržena tak, aby fungovala pouze s jedním – hlavním vinutím. Aby však mohly být spuštěny, je instalováno druhé vinutí – pomocné vinutí, které se často nazývá startovací vinutí. Je určen pouze k vytvoření točivého pole při startování motoru. Takové jednofázové motory se nazývají motory s fázovým rozběhem.

Fázového posunu proudů hlavního (pracovního) a rozběhového vinutí se dosáhne změnou odporu rozběhového vinutí zapojením do série s ním tzv. rozběhový prvek (viz radar 40, V) – kondenzátor nebo rezistor (nejčastěji se používá levnější – rezistor).
Spouštěcí vinutí se zpravidla liší od pracovních vinutí počtem závitů, počtem cívek a průřezem drátu. Obvykle zabírají 2/3 všech slotů statoru. Zbývající 2/3 slotů obsahují pracovní vinutí. Schémata zapojení a počet pólů pracovního a startovacího vinutí jsou stejné (obr. 43).

Rýže. 43. Schéma jednovrstvého koncentrického vinutí jednofázového motoru se spouštěcí fází se Z=24, 2р=4; C1-C2-hlavní fáze, В l- B2 – spouštěcí fáze

Rýže. 44. Vznik bifilárních závitů
Rýže. 45. Schéma vinutí s cívkami s bifilárními závity:
a – obrázek cívek s bifilárními závity na schématu vinutí, b – schéma vinutí se Z = 24, 2р=4

Aby se zabránilo instalaci odporů, které musí být navrženy pro plný rozběhový proud, je u mnoha jednofázových motorů spouštěcí vinutí vyrobeno se zvýšeným odporem rozběhové fáze. Za tímto účelem je startovací vinutí navinuto z drátu menšího průřezu než je pracovní, nebo je vyrobeno s částečně bifilárním vinutím. V tomto případě se délka drátu vinutí zvyšuje, jeho aktivní odpor se zvyšuje a indukční odpor a MMF zůstávají stejné jako bez bifilárních závitů. Pro vytvoření bifilárních závitů je cívka startovacího vinutí vyrobena ze dvou částí s opačným směrem vinutí (obr. 44). Jedna sekce, jejíž směr vinutí se shoduje s polaritou potřebnou ke spuštění stroje, se nazývá hlavní a sekce s protivinutím se nazývá bifilární. Bifilární sekce má vždy méně zatáček než hlavní. Ve schématech vinutí jsou cívky, které jsou částečně bifilárně vinuté, označeny jako smyčka (obr. 45, a). Na Obr. 45, б znázorňuje schéma vinutí se spouštěcí fází s částečně bifilárním vinutím. Hlavní vinutí je vyrobeno ze soustředných vlnitých cívek. Smyčky počátečních fázových cívek v diagramu ukazují, že jsou vyrobeny s částečně bifilárním vinutím.
Startovací vinutí jednofázových motorů je určeno pouze pro krátkodobý provoz – po dobu spouštění motoru. Musí být odpojen od sítě, jakmile motor zrychlí, jinak se přehřeje a motor selže.

Rýže. 46. ​​Zkrat na pólu asynchronního jednofázového motoru:
1 – zkratovaná zatáčka, 2 –navíjení, 3 – jádro
Takové motory se používají například k pohonu kompresorů ve všech domácích ledničkách. Tepelné relé chladničky zapne obě vinutí motoru a po zrychlení vypne spouštěcí vinutí. Motor pracuje se zapnutým jedním pracovním vinutím.

U malých jednofázových asynchronních motorů s výkonem do několika desítek wattů se točivé pole získává jednodušším způsobem jak během doby rozběhu, tak během provozu. Motor je vyroben s vyčnívajícím pólovým statorem. Část plochy pólového nástavce je pokryta zkratovaným závitem (obr. 46), ve kterém se indukuje emf a vzniká proud. Vlivem proudu v cívce se pólový tok rozdvojí a fáze toku pod částí pólového nástavce zakryté cívkou nakrátko se posune oproti hlavnímu toku. V důsledku toho se pole stane rotačním, ale ne kruhovým, protože tímto způsobem nelze dosáhnout fázového posunu o 90°, ale je eliptické, ale dostatečné pro vytvoření malého rozběhového momentu. Takové motory se nazývají jednofázové se zastíněnými póly nebo se zkratovanými závity na pólu. _ Jsou široce používány například u různých domácích ventilátorů, protože ventilátory začínají s nízkým momentem odporu na hřídeli. Hlavní výhodou motorů se stíněnými póly je jednoduchost jejich konstrukce a technologie výroby.
Na rozdíl od jednofázových motorů jsou dvoufázové motory napájeny z dvoufázové sítě. Používají se především v různých řídicích systémech, ve kterých fázový posun napájecí sítě vytváří samotný obvod. Jejich stator má také dvě vinutí, z nichž jedno se nazývá budicí vinutí a druhé se nazývá řídicí vinutí. Budicí vinutí je připojeno k síti s konstantní amplitudou napětí. Rychlost otáčení motoru je řízena změnou amplitudy proudu řídicího vinutí nebo jeho fáze. Někdy se používají oba způsoby řízení současně. Když jsou proudy stejné a jejich fáze jsou posunuty o 90°, je pole motoru kruhové. Při změně proudu řídicího vinutí nebo jeho fáze se pole stane eliptickým, elektromagnetický moment motoru a frekvence jeho otáčení se sníží.
Motory jsou konstruovány tak, že nemohou pracovat v pulzujícím poli. Proto, když se fázový posun proudů ve vinutí sníží na nulu nebo se z řídicího vinutí odstraní napětí, motory se zastaví. Jakmile se změní fáze proudu v řídicím vinutí nebo se přivede napětí s konstantním fázovým posunem, motory začnou pracovat. Vinutí dvoufázových motorů jsou ve většině případů stejná a jsou symetricky umístěna ve štěrbinách statoru.

1. Které vinutí se nazývá jednovrstvé koncentrické?
2. Co je zvláštního na soustředných vlnitých vinutích?
3. Jak se liší jednovrstvá vinutí se stejnou cívkou od soustředných vinutí?
4. Jak je na schématu znázorněna skupina cívek dvouvrstvého vinutí?
5. Kolik paralelních větví lze použít k propojení dvouvrstvého a jednovrstvého vinutí šestipólového stroje?
6. Jak se liší vinutí s nepatrným počtem slotů na pól a fázi od vinutí s celým číslem q?
7. Jaké motory se nazývají vícerychlostní a jaké jsou vlastnosti jejich vinutí?
8. Jak se nazývají vinutí dvoufázových motorů?
9. Jaké motory se nazývají jednofázové kondenzátorové motory?
10. Jaké obvody se používají ke spouštění jednofázových asynchronních motorů?