Элементы автоматических устройств ОДНОФАЗНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ
ОДНОФАЗНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Асинхронные двигатели небольшой мощности (15...600 Вт) применяют в автоматических устройствах и электробытовых приборах для привода вентиляторов, насосов и другого оборудования, не требующего регулирования частоты вращения. В электробытовых приборах и автоматических устройствах обычно используют однофазные микродвигатели, так как эти приборы и устройства, как правило, получают питание от однофазной сети переменного тока.

Принцип действия и устройство однофазного двигателя. Однофазный асинхронный двигатель имеет на статоре однофазную обмотку, а на роторе – обмотку в виде беличьей клетки.

Однофазный ток I1 статора однофазного двигателя создает пульсирующее магнитное поле, которое можно разложить на два поля, имеющих равные амплитуды и вращающиеся в противоположные стороны с одинаковой скоростью

n1=f1/p.

Распределение МДС и индукции в воздушном зазоре близко к синусоидальному. Поскольку по обмотке проходит переменный ток, МДС пульсирует во времени с частотой сети. Индукция в произвольной точке воздушного зазора

Таким образом, в однофазном двигателе обмотка статора создает неподвижный поток, изменяющийся во времени, а не круговой вращающийся поток, как в трехфазных двигателях при симметричном питании.

Однофазный двигатель можно представить в виде двух одинаковых двигателей, роторы которых жестко связаны между собой, при встречном направлении вращения магнитных полей и создаваемых ими моментов Мпр и Мобр. Поле, направление вращения которого совпадает с направлением вращения ротора, называют прямым; поле обратного направления — обратным или инверсным.

Электромагнитные моменты Мпр и Мобр, образуемые прямым и обратным полями, направлены в противоположные стороны, а результирующий момент однофазного двигателя Мрез равен алгебраической сумме моментов при одной и той же частоте вращения ротора.

На рис.9-17,а показана зависимость M=f(s) для однофазного двигателя. Рассматривая рис. 6.2, можно сделать следующие выводы:

а)однофазный двигатель не имеет пускового момента; он
вращается в ту сторону, в которую приводится внешней силой;

б)частота вращения однофазного двигателя при холостом ходе меньше, чем у трехфазного двигателя, из-за наличия тормозящего момента, образуемого обратным полем;

Рис. 9-17. Механические характеристики однофазного асинхронного двигателя (а, б)

в)рабочие характеристики однофазного двигателя хуже,
чем трехфазного; он имеет повышенное скольжение при номинальной нагрузке, меньший КПД, меньшую перегрузочную способность, что также объясняется наличием обратного поля;

г)мощность однофазного двигателя составляет примерно 2/3 от мощности трехфазного двигателя того же габарита, так как в однофазном двигателе рабочая обмотка занимает только 2/3 пазов статора. Заполнять все пазы статора нерационально, так как при этом обмоточный коэффициент получается малым, расход меди возрастает примерно в 1,5 раза, в то время как мощность увеличивается на 12%.

Рис. 9-18. Схема однофазного асинхронного двигателя с конденсаторным пуском (а) и механическая характеристика (б)

Пусковые устройства. Чтобы получить пусковой момент, однофазные двигатели имеют пусковую обмотку, сдвинутую на 90 эл. град, относительно основной рабочей обмотки. На период пуска пусковую обмотку присоединяют к сети через фазосдвигающие элементы — емкость или активное сопротивление. После окончания разгона двигателя пусковую обмотку отключают, при этом двигатель продолжает работать как однофазный. Поскольку пусковая обмотка работает лишь короткое время, ее изготовляют из провода меньшего сечения, чем рабочую, и укладывают в меньшее число пазов.

На рис.9-18, а изображена схема процесса пуска при использовании в качестве фазосдвигающего элемента емкости С. Выбирая определенным образом емкость фазосдвигающего конденсатора, можно получить режим работы при пуске, близкий к симметричному, т. е. получить круговое вращающееся поле. На рис. 9-18,б показаны зависимости M=f(s)для двигателя при включенной (кривая 1) и выключенной (кривая 2) пусковой обмотке. Пуск двигателя осуществляется на части ab характеристики 1; в точке b пусковая обмотка выключается, и в дальнейшем двигатель работает на части сО характеристики 2.

Поскольку включение второй обмотки существенно улучшает механическую характеристику двигателя, в некоторых случаях применяют однофазные двигатели, в которых обмотки А и В включены все время (рис.9-19,а). Такие двигатели называют конденсаторными.

Обе обмотки конденсаторных двигателей занимают, как правило, одинаковое число пазов и имеют одинаковую мощность. При пуске конденсаторного двигателя для увеличения пускового момента целесообразно иметь увеличенную емкость Ср + Сп. После разгона двигателя по характеристике 2 (рис.9-19,б) и уменьшения тока часть конденсаторов Сн отключают, чтобы при номинальном режиме (когда ток двигателя становится меньшим, чем при пуске) увеличить емкостное сопротивление и обеспечить работу двигателя в условиях, близких к работе при круговом вращающемся поле. При этом двигатель работает на характеристике 1.

Рис. 9-19. Схема конденсаторного асинхронного двигателя (а) и его механическая характеристика (б)

Конденсаторный двигатель имеет высокий cosφ. Недостатками его являются сравнительно большая масса и габариты конденсатора, а также возникновение несинусоидального тока при искажениях питающего напряжения, которое в ряде случаев приводит к вредному воздействию на линии связи.