Питання як підключити однофазний електродвигун дуже часто виникає практично через високу популярність застосування подібних агрегатів для вирішення різних побутових завдань.
Схема підключення однофазного електродвигуна досить проста і вимагає обліку всього одного принципового моменту: для забезпечення його працездатності необхідно магнітне поле, що обертається. За наявності тільки однофазної мережіЗмінного струму на момент запуску електродвигуна його доводиться формувати штучно через застосування відповідних схемних рішень.
- Обмотки електромотора
- Конденсатори
- Непряме включення
- Висновок
Обмотки електромотора
Конструкція будь-якого однофазного електродвигуна передбачає використання щонайменше трьох котушок. Дві з них є елементами конструкції статора, включені паралельно. Одна з них є робочою, а друга виконує функції пускової. Їхні клеми виведені на корпус двигуна і використовуються для підключення до мережі. Обмотка ротора виконана короткозамкнутою. До мережі підключаться дві їх, інші служать для комутації.
Для зміни потужності робоча котушка може формуватися із двох частин, які включаються послідовно.
Візуально ідентифікувати робочу та пускову обмотку можна за перерізом дроту: у першій з них воно помітно більше. Можна заміряти опір тестером підключенням до клем: у робочої обмотки його величина буде менше. Як правило, опору обмоток складатиме не більше кількох десятків Ом.
Особливості формування крутного моменту
Магнітне поле, яке створюється котушками електродвигуна, має фазовий зсув на 90 градусів. Це зазвичай досягається через конденсатор, який послідовно вмикається в ланцюг запуску. Можливі варіантиз'єднання показані на малюнку нижче.
Пускова котушка може працювати постійно. Допустима також схема, заснована на її відключенні після досягнення номінальної частоти обертання ротора. Постійне підключення пускової обмотки ускладнює конструкцію двигуна, але покращує його характеристики. На особливості підключення до мережі ці відмінності не позначаються.
Для спрощення запуску двигуна з робочим конденсатором перед подачею на нього струму від мережі паралельно йому підключають допоміжну ємність.
Однофазний електромотор дозволяє простими засобами змінити напрямок обертання валу на протилежний. Для цього проводиться зсув фази струму, що надходить від мережі та протікає через ланцюга запуску, змінюється на протилежний. Ця процедура реалізується простою зміною порядку включення пускової обмотки при її з'єднанні з робочою обмоткою.
Конденсатори
Схема підключення однофазних конденсаторних двигунів: а – з робочою ємністю Ср, б – з робочою ємністю Ср та пусковою ємністю Сп.
Електродвигун може комплектуватися двома різновидами конденсаторів. Наявність ємності, що включається послідовно спусковий обмоткою і пропускає через себе струм для зсуву фази є обов'язковим. Її значення запозичується з паспортних даних електродвигуна та дублюється на його шильдику.
За відсутності конденсатора потрібної ємності можна застосовувати будь-який інший з близьким номіналом. При занадто сильному відхиленні в меншу сторону двигун може не почати обертатися без ручного прокручування його валу, а потім не розвиватиметься потрібну потужність. При значному перевищенні ємності розпочнеться сильне нагрівання.
Місткість додаткового пускового компонента вибирається вдвічі-втричі вище в порівнянні з основним. Така величина забезпечує максимальний момент старту.
Для увімкнення пускового елемента може використовуватися як звичайна кнопка, так і складніші схеми.
Непряме включення
Основним компонентом схеми непрямого включення є магнітний пускач, який включається у розрив між виходом силової мережі та електродвигуном.
Силові контакти цього блоку виконані як нормально розімкнені. Магнітний пускач за величиною максимального струму, що протікає через нього, відноситься до однієї з семи нормованих груп. Через невелику потужність однофазних електродвигунів зазвичай достатньо пристрою першої групи, максимальне значення комутованого струму якого становить 10 А.
Керуюча частина котушки призначена для підключення до мереж з різною напругою. Найбільш зручним є магнітний пускач з керуванням від 220в змінного струму.
Особливості застосування магнітного пускача
У керуючій частині пристрою передбачено кілька пар контактів, на яких збирається схема релейної автоматики. Один із них завжди є нормально замкнутим, а другий – нормально розімкненим.
У кнопки "Пуск" робітником вважається нормально розімкнений контакт, а у кнопки "Стоп" задіяний нормально замкнутий елемент.
При виконанні підключення пристрою, що розглядається, здійснюються з'єднання декількох типів.
Фаза, поряд із вхідною клемою, підключається також до входу контакту кнопки «Стоп», а нуль з'єднується з вхідною клемою котушки, що забезпечує протікання через неї струму, що управляє.
Активний контакт кнопки «Пуск» при двигуні шунтується аналогічним елементом котушки. Для формування цього ланцюга виконуються два додаткові сполуки, схема яких показана на малюнку вище:
- вихід робочого контакту кнопки «Стоп» паралельно з'єднується з контактами виходу кнопки «Пуск» та входу котушки, що управляє;
- вихід нормально розімкнутого контакту котушки, що управляє, паралельно з'єднується з її вихідною клемою і з входом робочого контакту кнопки «Пуск».
Висновок
Процес підключення однофазного електромотора до мережі 220в не відрізняється великою складністю і фактично вимагає лише бажання, мінімального набору найпростіших інструментів, схеми з'єднань і акуратності в роботі. З витратних матеріалів потрібні лише дроти. Через небезпеку короткого замиканняі великих величин струмів, що протікають через обмотки двигуна, необхідно обов'язково виконувати вимоги техніки безпеки і не забувати про старе, але дуже дієве правило: «Сім разів відміряй, один раз відріж».
Для освітлення та загальних побутових цілей у будинках, офісах, магазинах, а також у невеликих виробництвах широко використовується однофазна система електроживлення поряд з трифазною системою. Однофазна система застосовується там, де споживана потужність мала, де немає необхідності у використанні трифазних електричних ланцюгівде немає постійного цілодобового споживання великої потужності.
Однофазні двигуни прості в конструкції та експлуатації, що в свою чергу дає економію в їх експлуатації, ремонті та обслуговуванні в порівнянні з аналогічними трифазними двигунами. Зазвичай у побутової техніки, Такий як пилососи, вентилятори, пральні машини, фени, відцентрові насоси, маленькі іграшки і т.д. використовуються саме однофазні електричні машини.
Однофазні асинхронні двигуни класифікуються так:
- Однофазні асинхронні двигуни чи асинхронні двигуни.
- Однофазні синхронні двигуни.
- Колекторні двигуни.
Ця стаття дає основне уявлення про однофазний асинхронний двигун, його опис і принцип його роботи.
Конструкція однофазного асинхронного двигуна
Як і будь-який інший електричний двигун, однофазний асинхронний двигун складається з двох основних частин, а саме з ротора та статора. Статор є нерухомою частиною двигуна, а ротор рухомою частиною. живлення однофазною напругоюподається на статор асинхронного двигуна, який містить обмотки для створення магнітного поля. Ротор є частиною, що обертається, яка з'єднується з механічним навантаженням. Ротор однофазного асинхронного двигуна короткозамкнутий, тобто містить короткозамкнену обмотку, зазвичай за своїм виглядом нагадує білу клітку (колесо).
Конструкція однофазного асинхронного двигуна практично аналогічна до конструкції трифазного електродвигуна з короткозамкненим ротором. Єдина відмінність – це наявність двох обмоток для однієї фази живлення, тоді як у трифазному двигуні на кожну фазу припадає по одній обмотці.
Статор однофазного асинхронного двигуна
Статор однофазного асинхронного двигуна виготовлений із штампованих листів електротехнічної сталі, що ламінують. Кожен лист ізольований від попереднього та наступного шаром лаку або іншого ізолюючого немагнітного покриття. Виготовлення статора з багатьох тонких пластин зумовлено необхідністю позбавитися впливу вихрових струмів. Чим більше пластин і що вони тонші, тим менші вихрові струми наводяться у статорі, що позитивно впливає ефективність перетворення електричної енергіїв механічну енергію. У тому випадку, якщо статор виготовлений із цільного шматка електротехнічної сталі або іншого феромагнітного матеріалу, значна частина електричної енергії буде витрачатися на нагрівання статора, а це знизить ККД двигуна і може зруйнувати ізоляцію статора обмоток.
Зібраний пакет статора містить слоти (пази) для укладання в них обмотки, таким чином, виходить, що статор є магнітопроводом на кшталт сердечника трансформатора, а обмотка статора подібна до первинної обмотки трансформатора. Де ж розташована вторинна обмотка? Це потрібно зрозуміти. Друга обмотка короткозамкнута і розташована на роторі, а магнітний зв'язок між статором і ротором здійснюється через повітряний зазор.
При подачі живлення на обмотку статора створюється магнітне поле, яке обертає ротор зі швидкістю трохи меншою, ніж синхронна швидкість N S(Об/хв = rpm). Ця швидкість визначається за такою формулою:
Конструкція статора однофазного двигуна аналогічна конструкції трифазного двигуна, за винятком обмоток статора:
- По-перше, однофазні асинхронні двигуни містять переважно концентричні обмотки, так як число витків обмотки може бути легко відрегульовано, то магніторушійна сила (МДС) (MMF) розподіляється практично синусоїдально.
- Полюси двигуна зміщуються, за винятком того випадку, коли асинхронний двигун має дві статорні обмотки, основну та допоміжну. Ці дві обмотки розташовуються у просторі статора під прямим кутом щодо один одного.
Ротор однофазного асинхронного двигуна
Конструкція ротора однофазного асинхронного двигуна аналогічна короткозамкнутого ротора трифазного асинхронного двигуна. Ротор має циліндричну форму та прорізи по всій периферії. Пази зроблені не паралельно осі обертання ротора, а зі скосом. Таке перекошування запобігає магнітному замиканню ротора в полі статора, тим самим полегшуючи початковий пуск двигуна. Пуск та робота асинхронного двигуна стає більш гладкою та спокійною, без надмірних перевантажень на старті та в роботі.
Обмотка ротора у вигляді біличної клітини складається з алюмінієвих, мідних або латунних стрижнів, які розміщуються у пазах на периферії ротора. Ці стрижні постійно замкнуті мідними чи алюмінієвими кільцями з торців ротора та інакше називаються – кінцевими кільцями. Зовнішній вигляд такої обмотки нагадує біле колесо, в якому білка бігає по колу, перебираючи лапками ті самі стрижні. Така схожість і послужила назвою для короткозамкнутого ротора. короткозамкнений ротортипу «білизна клітина».
Так як обмотка ротора закорочена кінцевими кільцями і складається з багатьох стрижнів, з'єднаних паралельно один одному в один ланцюг, то електричний опірротора дуже мало. Така конструкція ротора не дозволяє включати в обмотку ротора додаткові опори, тому що відсутні контактні кільця та щітки.
Простота конструкції та відсутність контактних кілець та щіток у конструкції однофазного асинхронного двигуна робить його дешевим, надійним та простим в експлуатації.
Принцип роботи однофазного асинхронного двигуна
Необхідно пам'ятати, що для будь-якого електродвигуна, постійного (DC) або змінного струму (AC), потрібна наявність двох магнітних потоків, взаємодія яких створює крутний момент. Існування моменту, що крутить, є необхідним параметром для роботи будь-якого двигуна, щоб робити обертання.
Коли через обмотки статора починає протікати електричний струмВін у свою чергу створює змінний магнітний потік, який називається головним потоком. Цей головний потік впливає на провідники ротора відповідно до закону електромагнітної індукції Фарадея. У провідниках ротора наводиться ЕРС, а так як обмотка ротора короткозамкнена, то в ній починає протікати електричний струм, який також створює зустрічний магнітний потік, що діє проти головного потоку. Оскільки другий потік створюється через перший поток, отже, вони існують не синхронно, саме тому такий двигун називається асинхронним.
Взаємодія цих двох потоків, один від статора і другий від ротора, створюють бажаний крутний момент. Двигун починає обертатися.
Чому однофазний асинхронний двигун не здатний до самозапуску?
Відповідно до теорії про подвійне поле обертання, будь-яка складова (змінна) поля може бути розкладена на два компоненти, де кожен компонент дорівнюватиме половині максимальної величини взятої складової. Обидва компоненти будуть обертатися в протилежних один до одного напрямках. Таким чином, потік Ф можна розкласти на дві складові:
Кожен із цих компонентів потоку обертається (рухається) у протилежному напрямку, тобто, якщо Ф м/2обертається у напрямку по годинниковій стрілці, то інший потік Ф м/2обертається у напрямку проти годинникової стрілки.
Коли джерело змінного струму подається струм на обмотки статора однофазного асинхронного двигуна, він виробляє потік Ф м. Відповідно до теорії подвійного поля обертання ( double field revolving theory) цей потік може бути розкладений на два потоки зустрічно спрямованих один до одного величини Ф м/2і рухомих синхронно зі швидкістю N. Назвемо ці два компоненти Ф f(front) та Ф b(back). Результуючий потік цих двох потоків у будь-який момент часу дає значення магнітного потоку статора.
У момент запуску двигуна ці два компоненти потоку спрямовані один проти одного. Вони рівні за величиною і врівноважують один одного і, отже, ефективність моменту, що крутить, який відчуває ротор, дорівнює нулю. Саме тому немає самозапуску однофазного асинхронного двигуна.
Способи створення самозапускних однофазних асинхронних двигунів
З вище написаного можна легко зробити висновок, що однофазні асинхронні двигуни не самозапускаються тому, що змінний потік, що виробляється статором, складається з двох компонентів, які компенсують один одного і, отже, немає ефективного крутного моменту.
Вирішення цієї проблеми полягає в тому, щоб створити магнітний потік, що саме обертається, а не пульсуючий. Тоді двигун стане самозапускається. Для цього треба зробити так, щоб одна з компонентів мала перевагу щодо іншої компоненти потоку в той чи інший бік. Спочатку два компоненти потоку знаходяться в протифазі відносно один одного, тобто зрушені на 180 градусів. Це можна зробити, додавши додаткову компоненту потоку, яку після пуску можна забрати і двигун продовжить працювати самостійно.
Залежно від способів здійснення самозапуску однофазного асинхронного двигуна існує чотири види двигуна:
- З роздільними обмотками (Split phase induction motor).
- З пусковим конденсатором (Capacitor start inductor motor).
- З пусковим конденсатором та робочою обмоткою (Capacitor start capacitor run induction motor).
- Зі зміщеним полюсом (Shaded pole induction motor).
Порівняння однофазного та трифазного електродвигунів
- Однофазні асинхронні електродвигунипрості в конструкції, надійні та економічні в роботі, обслуговуванні та експлуатації у порівнянні з трифазними асинхронними двигунами.
- Коефіцієнт потужності однофазних асинхронних двигунівнижче порівняно з трифазними асинхронними двигунами такої ж потужності.
- Однофазні асинхронні двигуни таких самих габаритів, як і трифазні асинхронні двигуни видають близько 50% потужності.
- Низьке значення пускового моменту однофазних асинхронних двигунів.
- Ефективність (ККД) однофазних асинхронних двигунів менша у порівнянні з ефективністю трифазних асинхронних двигунів.
Усі теги розділу Електротехніка.
26. СХЕМИ ОБМОТУВАННЯ ОДНОФАЗНИХ АСИНХРОННИХ ДВИГУНІВ
В однофазних двигунах з пусковою обмоткою головна обмотка зазвичай займає 2/3, а допоміжна - 1/3 загальної кількості пазів статора. У цих двигунах число пазів на полюс кожної фази визначається за формулами:
де q A -кількість пазів на полюс головної фази; q В- Число пазів на полюс допоміжної фази; z A = 2/3 - число пазів, що займають головну фазу; z B= 1/3 - число пазів, що займаються допоміжною фазою; z- загальна кількість пазів; 2р- Число полюсів.
У однофазних конденсаторних двигунах пази статора зазвичай ділять порівну між обома фазами, тобто. z A=z B, та число пазів на полюс визначається за формулою
Крок за пазами для однофазних обмоток визначається так само, як і для трифазних. Двошарові обмотки виконуються з укороченням зазвичай на 1/3 полюсного поділу з рівними кроками для головної та допоміжної обмоток. Крок двошарової обмотки
З'єднання котушкових груп та утворення паралельних гілок в однофазних обмотках проводиться за тими самими правилами, що і для трифазних обмоток.
При побудові схем двигунів із підвищеним опором пусковий фази треба враховувати наявність у ній біфілярної обмотки.
Для зручності ремонту пускову обмотку зазвичай мають поверх головної (ближче до клину).
Орієнтовний порядок складання схеми однофазної обмотки двигуна з пусковим елементом.Послідовність складання схеми одношарової обмотки розберемо з прикладу
2р = 4, z = 24.
Спочатку знаходять число пазів, що займають головну фазу,
Число пазів на полюс головної фази
Число пазів на полюс допоміжної фази вдвічі менше, ніж головної, тобто.
Далі на кресленні треба подати послідовність чергування пазів головної та допоміжної фаз (рис. 60, а)і проставити напрямок струму в головній фазі, виходячи з правил: під сусідніми полюсами напрямок струму змінюється на протилежний (рис. 60, б). Щоб на схемі не виявилася розрізаною котушка головної фази при виконанні найбільш поширеного типу обмотки перевалку, першу котушкову групу розбивають на дві половини (пази 1,2 і 23,24).
Відповідно до проставленого напрямку струму з'єднують пазові частини котушок, в результаті цього утворюються котушкові групи або напівгрупи. При цьому можливі різні варіанти. При діаметральному кроці
однаковим для всіх котушок, виходить проста шаблонна обмотка (рис. 60, в), число котушкових груп якої дорівнює числу пар полюсів нар.Але така обмотка майже не застосовується через великі розміри лобових частин. Якщо розділити кожну котушкову групу на дві напівгрупи, отримаємо шаблонну обмотку перевалку (рис. 60, г)з меншим кроком та меншою довжиною витка. Однак через велику компактність лобових частин частіше застосовується концентрична обмотка перевалку (рис. 60,5). При великих значеннях q Aвикористовується також концентрична обмотка, у якої котушкова група поділяється на три напівгрупи (див. рис. 68). По виду лобових частин ця обмотка нагадує триплощинну трифазну концентричну.
Початок фази може бути в принципі вибраний з будь-якого паза, виходячи із зручності виконання обмотки. Починаючи обхід всіх пазів з першого паза і стежачи за напрямом струму, з'єднуємо котушкові групи (напівгрупи) між собою (рис. 60, е)і няходимо ко-
Рис. 60. Побудова схеми одношарової обмотки однофазного двигуна з пусковим елементом: а - послідовність чергування пазів головної та допоміжної фаз. б - напрямок струму в пазових частинах котушок головної фази;
фази, обійшовши всі пази робочої обмотки. З'єднання напівгруп проводиться за правилом: кінець напівгрупи з'єднується з кінцем сусідньої напівгрупи тієї ж фази, початок - з початком, тобто так само, як і в трифазній одношаровій обмотці перевалку, де котушкова група розділена на дві напівгрупи.
Рис. 61. Одношарові обмотки перевалку однофазних двигунівпри 2р = 2, z = 12: а - шаблонна б - концентрична
Рис. 62. Одношарова (шаблонна розвалка) обмотка однофазного двигуна при 2р=4, z=36
Схему допоміжної фази виконують за тими самими правилами, тільки вона має зазвичай меншу кількість котушок у групі (напівгрупі). Крок її може бути таким самим, як у головної фази або іншим.
Типові схеми одношарових обмоток двигунів із пусковими елементами наведено на рис. 61,62.
Схему двошарової обмотки двигуна з пусковим елементом можна скласти у такій послідовності. Спочатку визначають крок
обмотки, число пазів на полюс для головної та допоміжної фаз q Aі q B. Відповідно до кроку обмотки та числа котушок у групі, що дорівнює q A ,викреслюється перша котушкова група головної фази (рис. 63,64), поряд з нею котушкова група допоміжної фази, потім знову котушкова група головної фази і т. д. Кроки по пазах обох фаз беруться однаковими. Проставляється напрямок струму у верхніх сторонах котушок головної фази (під сусідніми полюсами змінюється на протилежне, як і в одно-
Рис. 63. Двошарова обмотка однофазного двигуна при 2р = 2, z = 18, q A = 6, q B = 3, y A = y B = 6 (1-7)
Рис. 64. Двошарова обмотка однофазного двигуна при 2р = 4, z = 24, q A = 4, q B = 2, у А = у B = 4 (1-5)
шаровій обмотці). Послідовне з'єднаннякотушкових груп у фазі також виконується за правилом: кінець з кінцем, початок з початком, при цьому не буде порушена полярність полюсів. З'єднання у допоміжній фазі виробляються аналогічним чином.
Зразковий порядок складання схеми однофазної одношарової обмотки двигуна з підвищеним опором допоміжної фази.Схема головної фази у двигуна з підвищеним опір-
Рис. 65. Виконання котушки з біфілярною обмоткою: а - котушка, розділена на дві секції, б - котушка з біфілярною обмоткою, - позначення котушки з біфілярною обмоткою на схемі; 1 - основна секція, 2 - біфілярна секція, H і K - початок і кінець котушки
ням допоміжної фази така ж, як і у двигунів з пусковими елементами.
При складанні схеми допоміжної фази треба враховувати, що у кожній котушці частина її витків намотана зустрічно. Це зменшує кількість ефективних провідників у пазу. Зустріч намотані витки нейтралізують дію такої ж кількості витків, намотаних в основному напрямку, утворюючи біфілярну обмотку, тому для знаходження числа ефективних витків у котушці (ефективних провідників в пазу) треба від загального числа відняти подвійну кількість зустрічно намотаних витків. Якщо, наприклад, в пазу лежить котушка, в якій всього 81 виток, їх зустрічно намотані 22, то ефективних провідників в пазу буде: 81-2x22=37.
Для визначення числа зустрічно намотаних витків при відомих загальному числі провідників в пазу і ефективних провідників в пазу треба зробити зворотну дію, тобто від загальної кількості відняти кількість ефективних провідників і отриманий результат розділити на два. За загальної кількості провідників 81 та числа ефективних - 37 число зустрічно намотаних витків має бути:
Котушку з біфілярною обмоткою можна отримати, якщо укласти в ті самі пази дві секції котушки, одна з яких повертається на 180° навколо паралельної пазам осі. Права і ліва сторони поверненої секції змінюються місцями (рис. 65). У пазах, де розташована котушка з біфілярною обмоткою, струм
Рис. 66. Одношарова концентрична перевалка обмотка при 2р=4, z=24 однофазного двигуна з підвищеним опором допоміжної обмотки: а - котушка з біфілярною обмоткою зображена у вигляді двох секцій, б - те ж, у вигляді цілої котушки
Рис. 67. Одношарова концентрична розвалка обмотка при 2р=2, z=18 однофазного двигуна з підвищеним опором допоміжної фази: а - при намотуванні проти годинникової стрілки, б - при намотуванні за годинниковою стрілкою
Рис. 68. Одношарова концентрична з розбивкою котушкової групи на три частини обмотка при 2р=2, z=24 однофазного двигуна з підвищеним опором допоміжної фази
Рис. 69. Одношарова концентрична з розбивкою котушкової групи на три частини обмотка при 2р=2, z=24 однофазного двигуна з підвищеним опором допоміжної фази та з'єднанням головної фази у дві паралельні гілки
проходить по одній секції в єдиному напрямку, за іншою - у протилежному. Полярність полюсів визначається напрямом струму в котушці з більшим числом витків, тому секцію з більшим числом витків умовно називають основною, а з меншим - біфілярною.
На рис. 66, апредставлена схема з біфілярною обмоткою у допоміжній фазі, біфілярна секція умовно показана всередині основної. Зазвичай котушки з біфілярною обмоткою на схемах
Рис. 70. Одношарова концентрична обмотка перевалку однофазного конденсаторного двигуна при 2р=2, z=18
утворюються у вигляді цілої котушки з петлею, в якій змінюється напрям струму (рис. 65, вта рис. 66, б).
Котушки та котушкові групи з біфілярною обмоткою повинні бути з'єднані таким чином, щоб полярність під сусідніми полюсами допоміжної фази чергувалася; полярність полюсів визначається напрямом струму в основних секціях.
Типові схеми обмоток двигунів із підвищеним опором допоміжної фази наведено на рис. 67-69.
Будь-яка обмотка може бути намотана або за годинниковою стрілкою або проти неї, якщо дивитися на статор з боку схеми. Це визначається навичками обмотувача та прийнятою технологією виготовлення. Приклад схеми при двох різних напрямках намотування наведено на рис. 67.
Орієнтовний порядок складання схеми обмотки конденсаторного двигуна.Схеми однофазних конденсаторних двигунів будуються так само, як і однофазні схеми з пусковими елементами, тільки при цьому треба враховувати, що числа пазів на полюс головної і допоміжної фаз однакові і тому схеми обох фаз також виходять однаковими.
Типові схеми однофазних конденсаторних двигунів наведено на рис. 70-76.
Рис. 71. Одношарова концентрична обмотка розвалку однофазного конденсаторного двигуна при 2р=2, z=24
Рис. 72. Одношарова концентрична обмотка вразвалку однофазного конденсаторного двигуна при 2р=2, z=24 і з'єднання кожної з фаз у дві паралельні гілки
Рис. 73. Одношарова концентрична обмотка з розчесаними котушками однофазного конденсаторного двигуна при 2р=4, z=24
Рис. 74. Двошарова обмотка однофазного конденсаторного двигуна при 2р = 4, z = 24, q А = q B = 3, y A = y B = 5 (1-6)
У ряді випадків для конденсаторних двигунів характерна наявність в обох фазах розчесаних котушок з половинним числом витків. На схемі рис. 73 показані чотири такі котушки.
Обмотка представлена на рис. 75, 76, через дробове число пазів на полюс має ознаки шаблонної перевалки і двошарової обмоток і тому названа комбінованою.
Найчастіше основна увага приділяється вивченню трифазних електродвигунівчастково у зв'язку з тим, що трифазні електродвигуни застосовуються частіше, ніж однофазні. Однофазні електродвигуни мають той самий принцип дії, що й трифазні електродвигуни, лише з нижчими пусковими моментами. Вони поділяються за типами залежно від способу запуску.
Стандартний однофазний статор має дві обмотки, розташовані під кутом 90° один до одного. Одна з них вважається головною обмоткою, інша – допоміжною, або пусковою. Відповідно до кількості полюсів, кожна обмотка може ділитися не кілька секцій.
На малюнку наведено приклад двополюсної однофазної обмотки з чотирма секціями у головній обмотці та двома секціями у допоміжній.
Слід пам'ятати, що використання однофазного електродвигуна – це завжди свого роду компроміс. Конструкція того чи іншого двигуна залежить насамперед від поставленого завдання. Це означає, що всі електродвигуни розробляються відповідно до того, що найважливіше в кожному конкретному випадку: наприклад, ККД, момент, що обертає, робочий цикл і т.д. Через пульсуюче поле однофазні електродвигуни CSIR та RSIR можуть мати більше високий рівеньшуму порівняно з двофазними електродвигунами PSC та CSCR, які працюють набагато тихіше, тому що в них використовується пусковий конденсатор. Конденсатор, через який проводиться пуск електродвигуна, сприяє його плавній роботі.
Основні типи однофазних індукційних електродвигунів
Побутова техніка та прилади низької потужності працюють від однофазного змінного струму, крім того, не скрізь може бути забезпечене трифазне електроживлення. Тому однофазні електродвигуни змінного струму набули широкого поширення, особливо у США. Дуже часто електродвигунам змінного струму віддають перевагу, тому що їх відрізняє міцна конструкція, низька вартість, до того ж вони не потребують технічного обслуговування.
Як видно з назви, однофазний електродвигун індукційний працює за принципом індукції; Той самий принцип діє і для трифазних електродвигунів. Однак між ними є відмінності: однофазні електродвигуни, як правило, працюють при змінному струміі напрузі 110 -240, поле статора цих двигунів не обертається. Натомість щоразу при стрибку синусоїдальної напруги від негативного до позитивного змінюються полюси.
В однофазних електродвигунах поле статора постійно вирівнюється в одному напрямку, а полюси змінюють своє становище один раз у кожному циклі. Це означає, що однофазний індукційний електродвигун не може бути пущений самостійно.
Теоретично однофазний електродвигун можна було б запустити за допомогою механічного обертання двигуна з наступним негайним підключенням живлення. Проте практично пуск всіх електродвигунів здійснюється автоматично.
Виділяють чотири основні типи електродвигунів:
Індукційний двигун із пуском через конденсатор / робота через обмотку (індуктивність) (CSIR),
Індукційний двигун із пуском через конденсатор/робота через конденсатор (CSCR),
Індукційний двигун з реостатним пуском (RSIR) та
Двигун із постійним поділом ємності (PSC).
На наведеному нижче малюнку показані типові криві співвідношення момент/частота обертання, що обертає, для чотирьох основних типів однофазних електродвигунів змінного струму.
Однофазний електродвигун із пуском через конденсатор/робота через обмотку (CSIR)
Індукційні двигуни з пуском через конденсатор, також відомі як електродвигуни CSIR, складають найбільшу групу однофазних електродвигунів.
Двигуни CSIR представлені кількома типорозмірами: від малопотужних до 1,1 кВт. У двигунах CSIR конденсатор послідовно з'єднаний з пусковою обмоткою. Конденсатор викликає деяке відставання між струмом пусковий обмотціта в головній обмотці.
Це сприяє затримці намагнічування пускової обмотки, що призводить до появи обертового поля, яке впливає на виникнення крутного моменту. Після того, як електродвигун набере швидкість і наблизиться до робочої частоти обертання, відкривається пускач. Далі електродвигун працюватиме у звичайному для індукційного електродвигуна режимі. Пускач може бути відцентровим або електронним.
Двигуни CSIR мають відносно високий пусковий момент, в діапазоні від 50 до 250 відсотків крутного моменту при повному навантаженні. Тому з усіх однофазних електродвигунів ці двигуни найкраще підходять для випадків, коли пускові навантаження великі, наприклад, для конвеєрів, повітряних компресорів та холодильних компресорів.
Однофазний електродвигун із пуском через конденсатор/ робота через конденсатор (CSCR)
Цей тип двигунів, які коротко називаються електродвигуни CSCR, поєднує в собі кращі властивості індукційного двигуна з пуском через конденсатор і двигуна з постійно підключеним конденсатором. Незважаючи на те, що через свою конструкцію ці двигуни дещо дорожчі за інші однофазні електродвигуни, вони залишаються найкращим варіантом для застосування в складних умовах. Пусковий конденсатор електродвигуна CSCR послідовно з'єднаний з пусковою обмоткою, як і електродвигуні з пуском через конденсатор. Це забезпечує найвищий пусковий момент.
Електродвигуни CSCR також мають схожість з двигунами з постійним поділом ємності (PSC), так як у них пуск здійснюється через конденсатор, який послідовно з'єднаний з пусковою обмоткою, якщо пусковий конденсатор відключений від мережі. Це означає, що двигун справляється з максимальним навантаженням або перевантаженням.
Електродвигуни CSCR можуть використовуватися для роботи з низьким струмом повного навантаження та при вищому ККД. Це дає деякі переваги, у тому числі забезпечує роботу двигуна з меншими стрибками температури порівняно з іншими подібними однофазними електродвигунами.
Електродвигуни CSCR - найпотужніші однофазні електродвигуни, які можуть використовуватись у складних умовах, наприклад, у насосах для перекачування води під високим тискомта у вакуумних насосах, а також в інших високомоментних процесах. Вихідна потужність таких електродвигунів лежить у діапазоні від 1,1 до 11 кВт.
Однофазний електродвигун із пуском через опір/робота через обмотку (індуктивність) (RSIR)
Цей тип двигунів ще відомий як "електродвигуни з розщепленою фазою". Вони, як правило, дешевші за однофазні електродвигуни інших типів, що використовуються в промисловості, але у них також є деякі обмеження щодо продуктивності.
Пусковий пристрій електродвигунів RSIR включає дві окремі обмоткистатора. Одна з них використовується виключно для пуску, діаметр дроту даної обмотки менший, а електричний опір - вище, ніж у головних обмоток. Це викликає відставання обертового поля, що, у свою чергу, надає руху двигуну. Відцентровий або електронний пускач від'єднує пускову обмотку, коли частота обертання двигуна досягає приблизно 75% від номінальної величини. Після цього електродвигун продовжить роботу відповідно до стандартних принципів дії індукційного електродвигуна.
Як уже говорилося раніше, для електродвигунів RSIR є певні обмеження. У них низькі пускові моментичасто в діапазоні від 50 до 150 відсотків від номінального навантаження. Крім того, електродвигун створює високі пускові струми, приблизно від 700 до 1000% від номінального струму. В результаті тривалий час пуску викликатиме перегрів та руйнування пускової обмотки. Це означає, що електродвигуни цього типу не можна використовувати там, де необхідні великі пускові моменти.
Електродвигуни RSIR розраховані на вузький діапазон напруги живлення, що, природно, обмежує сферу їх застосування. Їхні максимальні крутні моменти варіюються в межах від 100 до 250% від розрахункової величини. Необхідно також відзначити, що додатковою труднощами є установка теплового захисту, так як досить складно знайти захисний пристрій, який спрацьовував досить швидко, щоб не допустити прогорання пускової обмотки. Електродвигуни RSIR підходять для використання в невеликих приладах для рубання та перемелювання, вентиляторах, а також для застосування в інших областях, в яких допускається низький пусковий момент та необхідна вихідна потужність на валу від 0,06 до 0,25 кВт. Вони не використовуються там, де мають бути високі крутні моменти або тривалі цикли.
Однофазний електродвигун з постійним поділом ємності (PSC)
Як видно з назви, двигуни з постійним поділом ємності (PSC) оснащені конденсатором, який під час роботи постійно увімкнений і послідовно з'єднаний із пусковою обмоткою. Це означає, що ці двигуни не мають пускача чи конденсатора, який використовується лише для пуску. Таким чином, пускова обмотка стає допоміжною обмоткою, коли електродвигун досягає робочої частоти обертання.
Конструкція електродвигунів PSC така, що вони можуть забезпечити такий самий пусковий момент, як електродвигуни з пусковими конденсаторами. Їхні пускові моменти досить низькі: 30-90% від номінального навантаження, тому вони не використовуються в системах з великим пусковим навантаженням. Це компенсується за рахунок низьких пускових струмів - зазвичай менше 200% від номінального струму навантаження - що робить їх найбільш підходящими двигунами для областей застосування з тривалим робочим циклом.
Двигуни з постійним поділом ємності мають низку переваг. Робочі параметри та частоту обертання таких двигунів можна підбирати відповідно до поставлених завдань, до того ж вони можуть бути виготовлені для оптимального ККД та високого коефіцієнта потужності при номінальному навантаженні. Тому що вони не вимагають спеціального пристроюпуску, їх можна легко реверсувати (змінити напрямок обертання на зворотне). На додаток до всього вищесказаного, вони є найнадійнішими з усіх однофазних електродвигунів. Ось чому Grundfos використовує однофазні електродвигуни PSC у стандартному виконанні для всіх сфер застосування з потужностями до 2,2 кВт (2-полюсні) або 1,5 кВт (4-полюсні).
Двигуни з постійним поділом ємності можуть використовуватися для виконання цілого ряду різних завдань, залежно від їх конструкції. Типовим прикладом є низькоінерційні навантаження, наприклад вентилятори та насоси.
Двопровідні однофазні електродвигуни
Двопровідні однофазні електродвигуни мають дві головні обмотки, пускову обмотку та робочий конденсатор. Вони широко використовуються в США з однофазними джерелами живлення: 1? 115 В / 60 Гц або 1? 230 В / 60 Гц. При правильному підключенніЦей тип електродвигунів можна використовувати для обох видів електроживлення.
Обмеження однофазних електродвигунів
На відміну від трифазних однофазних електродвигунів існують деякі обмеження. Однофазні електродвигуни в жодному разі не повинні працювати в режимі холостого ходу, так як при малих навантаженнях вони сильно нагріваються, також рекомендується експлуатувати двигун при навантаженні менше 25% повного навантаження.
Електродвигуни PSC і CSCR мають симетричне/кругове обертове поле в одній точці програми навантаження; це означає, що у всіх інших точках програми навантаження обертове поле асиметричне/еліптичне. Коли електродвигун працює з асиметричним обертовим полем, сила струму в одній або обох обмотках може перевищувати силу струму в мережі. Такі надлишкові струми викликають втрати, тому одна або обидві обмотки (що частіше відбувається при повній відсутності навантаження) нагріваються, навіть якщо струм в мережі відносно невеликий. Дивіться приклади.
Про напругу в однофазних електродвигунах
Важливо пам'ятати про те, що напруга на пусковій обмотці електродвигуна може бути вищою. мережевої напругиживлення електродвигуна. Це стосується і до симетричному режимуроботи. Дивіться приклад.
Зміна напруги живлення
Слід зазначити, що однофазні електродвигуни зазвичай використовуються великих інтервалів напруги, на відміну трифазних електродвигунів. У зв'язку з цим може виникнути потреба у двигунах, які можуть працювати з іншими видами напруги. Для цього необхідно внести деякі конструкційні зміни, наприклад, потрібна додаткова обмотка та конденсатори різної ємності. Теоретично, ємність конденсатора для різного мережевого напруги (з однією і тією ж частотою) повинна дорівнювати квадрату відношення напруг:
Таким чином, в електродвигуні, розрахованому на живлення від мережі 230 В, використовується конденсатор 25µФ/400 В, для моделі електродвигуна на 115 В необхідний конденсатор ємністю 100µФ з маркуванням нижчої напруги - наприклад 200 В.
Іноді вибирають конденсатори меншої ємності, наприклад, 60µФ. Вони дешевші і займають менше місця. У таких випадках обмотка має підходити для певного конденсатора. Потрібно враховувати, що продуктивність електродвигуна при цьому буде меншою, ніж з конденсатором ємністю 100µФ - наприклад, пусковий момент буде нижчим.
Висновок
Однофазні електродвигуни працюють за тим самим принципом, що й трифазні. Однак у них нижчі пускові моменти та значення напруги живлення (110-240В).
Однофазні електродвигуни не повинні працювати в режимі холостого ходу, багато з них не повинні експлуатуватися при навантаженні менше 25% від максимального, оскільки це викликає підвищення температури всередині електродвигуна, що може призвести до його поломки.