ОДНОФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ: УСТРОЙСТВО, ПРИНЦИП РАБОТЫ, ПРИМЕНЕНИЕ

Многим известны трехфазные электромоторы, призванные решать производственные задачи, но сегодня мы поговорим о том, как устроен однофазный асинхронный двигатель, как он работает, и по каким схемам подключается. Принято считать, что асинхронный однофазный двигатель предназначен для работы в бытовых сетях, но при необходимости запаса прочности таких агрегатов вполне достаточно для выполнения рутинных производственных задач.

При сравнении однофазных машин с другими силовыми установками, мы увидим, что конструктивно они также выполнены из двух частей: подвижной и статичной (статора, ротора). Статор генерирует магнитное поле за счет протекающего электрического тока. Это поле вступает во взаимодействие с ротором. Из-за разности потенциалов полей, ротор приводится во вращение.

Ротор двигателя представлен металлическим валом с обмоткой. На валу собирается каркас из ферромагнитных пластин с пазами для прокладки стержней. В пазах проходят стержни из меди или алюминия. На концах стержни объединяются кольцом, тем самым замыкая контур.

При воздействии тока статора на обмотки ротора, ферромагнитный сердечник усиливает импульс, запуская вращение.

Статор в однофазных моделях мало чем отличается от статора в трехфазных установках:

• корпус;

• ферритовый магнитопровод;

• медная обмотка.

Обмотки статора делятся на два типа: пусковая и рабочая. Рабочая, она же основная принимает на себя нагрузку при работе мотора, пусковая выполняет только лишь запуск двигателя. Обмотки размещаются под углом 90° по отношению друг к другу. Пусковая обмотка занимает одну третью часть пазов, в то время как основная заполняет две трети пазового пространства.

Как работают однофазные электродвигатели

Если рассматривать принцип действия асинхронного двигателя, то придем к выводу, что в его основе лежит механизм создания пульсирующего магнитного поля, циркулирующего по рабочей обмотке статора. Ток протекает согласно правилу буравчика – формируются концентрические магнитные потоки. При появлении максимального значения синусоиды, магнитный поток также выходит на свое максимальное значение. Но, в однофазной сети, ток изменяет направление движения при частоте 50 Гц. На практике это означает, что при пересечении кривой оси абсцисс, ток начинает протекать по обмотке в обратном направлении, и магнитный поток получит обратные полюса. По физическим показателям оба потока равнозначны, и при смене направления 100 раз в секунду, их взаимное воздействие приведет к нулевому результату. Ротор, попадающий в такое поле, просто остается неподвижным.

Ситуация меняется, как только возникает импульс к начальному движению. Этот процесс называют скольжением. Скольжение запускает постоянное вращение ротора.

Итак, мы выяснили, что для начала движения должен быть получен первичный импульс за счет:

• ручной раскрутки вала;

• разделение магнитного поля короткозамкнутым контуром;

• кратковременного импульса от пусковой катушки.

Ручная раскрутка в настоящий момент не используется в силу опасности поражения электротоком.

Мы рассмотрели устройство однофазного асинхронного двигателя, пусковой механизм. Следующий этап обзора – схемы подключения силовых установок.

Схемы подключения однофазных моторов

Схемы отличаются в зависимости от принципа получения первичного импульса. По мере технического прогресса эта часть эксплуатации машин менялась и дорабатывалась. Рассмотрим те варианты, которые реализуются сегодня.

Запуск асинхронного двигателя за счет пускового сопротивления. В индукционных моторах сопротивление обмоток можно легко изменить, добавив дополнительное сопротивление в пусковую обмотку. Такой шаг позволит получить угол сдвига между катушками в диапазоне от 15 до 50°, что даст разницу в изначальном вращении.

Пусковая схема номер два – с конденсаторным запуском. В схему добавляется емкостный элемент, смещающий изначальные величины на угол в 90°, тем самым давая двигателю возможность набрать скорость с максимальным усилием.

Схема номер три – пуск с расщепленными полюсами. В этом случае все сводится к особой конструкции статорного магнитопровода. Каждый из полюсов делится на два, один из которых получает короткозамкнутый виток, влияющий на характеристики магнитного поля. Однако такой пуск однофазного асинхронного двигателя имеет большой недостаток в виде потери мощности и КПД. По этой причине его применяют в машинах, мощностью до 100 кВт.

Сферы применения однофазных машин

Моторы нашли свое применение в бытовых приборах, промышленных установках малой механизации, работающих от сети 220 вольт. Чаще всего, это разного рода оборудование для:

• обработки древесины, пластика, металла;

• изготовления бетона;

• смешивания кормов, зерновых культур;

• сельскохозяйственных нужд.

Если говорить о бытовом использовании, то однофазный асинхронный двигатель конструкция которого была описана выше, стал незаменимым в стиральных машинах, вытяжках, микроволновых печах, кулерах.

Достоинства и недостатки однофазных силовых установок

У данного типа моторов больше достоинств, чем недостатков. С них и начнем. К сильным сторонам следует отнести:

• простую конструкцию;

• невысокую стоимость в сравнении с трехфазными агрегатами;

• компактность, малый вес;

• питание от синусоидальной сети;

• солидные показатели двигательного потенциала из-за отсутствующего коллектора.

Что до недостатков, то их не так много: скудный диапазон регулировок частоты, низкий КПД и небольшой пусковой момент.

Вот мы и разобрали асинхронный двигатель достоинства и недостатки, схемы пуска, конструктивные особенности. Надеемся, вам было интересно.