Однофазний асинхронний електродвигун: пристрій, принцип роботи, застосування

Багатьом відомі трифазні електродвигуни, покликані вирішувати виробничі завдання, але сьогодні ми поговоримо про те, як влаштований однофазний асинхронний двигун, як він працює, і за якими схемами підключається. Прийнято вважати, що асинхронний однофазний двигун призначений для роботи в побутових мережах, але при необхідності запасу міцності таких агрегатів цілком достатньо для виконання поточних виробничих завдань.

При порівнянні однофазних машин з іншими силовими установками, ми побачимо, що конструктивно вони також виконані з двох частин: рухомий і статичною (статора, ротора). Статор генерує магнітне поле за рахунок протікає електричного струму. Це поле вступає у взаємодію з ротором. З-за різниці потенціалів полів, ротор приводиться в обертання.

Ротор двигуна представлений металевим валом з обмоткою. На валу збирається каркас з феромагнітних пластин з пазами для прокладки стрижнів. У пазах проходять стрижні з міді або алюмінію. На кінцях стрижні об'єднуються кільцем, тим самим замикаючи контур.

При дії струму статора на обмотки ротора, феромагнітний сердечник підсилює імпульс, запускаючи обертання.

Статор в однофазних моделях мало чим відрізняється від статора в трифазних установках:

• корпус;

• феритовий магнітопровід;

• мідна обмотка.

Обмотки статора діляться на два типи: пускова і робоча. Робоча, вона ж основна приймає на себе навантаження при роботі мотора, пускова виконує лише запуск двигуна. Обмотки розміщуються під кутом 90° по відношенню один до одного. Пускова обмотка займає одну третю частину пазів, в той час як основна заповнює дві третини пазів простору.

Як працюють однофазні електродвигуни

Якщо розглядати принцип дії асинхронного двигуна, то прийдемо до висновку, що в його основі лежить механізм створення пульсуючого магнітного поля, що циркулює по робочій обмотці статора. Струм протікає згідно з правилом буравчика – формуються концентричні магнітні потоки. При появі максимального значення синусоїди, магнітний потік також виходить на своє максимальне значення. Але, в однофазної мережі, струм змінює напрям руху при частоті 50 Гц. На практиці це означає, що при перетині кривої до осі абсцис, струм починає протікати по обмотці в зворотному напрямку, і магнітний потік отримає зворотні полюса. За фізичними показниками обидва потоку рівнозначні, і при зміні напряму 100 разів в секунду, їх взаємний вплив призведе до нульового результату. Ротор, що потрапляє в таке поле, просто залишається нерухомим.

Ситуація змінюється, як тільки виникає імпульс до початкового руху. Цей процес називають ковзанням. Ковзання запускає постійне обертання ротора.

Отже, ми з'ясували, що для початку руху повинен бути отриманий первинний імпульс за рахунок:

• ручний розкрутки валу;

• розподіл магнітного поля короткозамкненим контуром;

• короткочасного імпульсу від пускової котушки.

Ручна розкрутка зараз не використовується в силу небезпеки ураження електрострумом.

Ми розглянули пристрій однофазного асинхронного двигуна, пусковий механізм. Наступний етап огляду – схеми підключення силових установок.

Схеми підключення однофазних двигунів

Схеми відрізняються в залежності від принципу отримання первинного імпульсу. У міру технічного прогресу ця частина експлуатації машин змінювалася та вдосконалювалася. Розглянемо ті варіанти, які реалізуються сьогодні.

Запуск асинхронного двигуна за рахунок пускового опору. В індукційних моторах опір обмоток можна легко змінити, додавши додатковий опір в пускову обмотку. Такий крок дозволить отримати кут зсуву між котушками в діапазоні від 15 до 50°, що дасть різницю в первісному обертанні.

Пускова схема номер два – з конденсаторним запуском. В схему додається ємнісний елемент, смещающий початкові величини на кут в 90°, тим самим даючи двигуну можливість набрати швидкість з максимальним зусиллям.

Схема номер три – пуск з розщепленими полюсами. В цьому випадку все зводиться до особливої конструкції статорного магнітопровода. Кожен з полюсів ділиться на два, один з яких отримує короткозамкнений виток, що впливає на характеристики магнітного поля. Однак такий пуск однофазного асинхронного двигуна має великий недолік у вигляді втрати потужності і ККД. З цієї причини його застосовують у машинах потужністю до 100 кВт.

Сфери застосування однофазних 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.