Enfaset asynkronmotor: hvordan den fungerer

Selve navnet på denne elektriske enhed indikerer, at den elektriske energi, der leveres til den, omdannes til rotorens rotationsbevægelse. Desuden karakteriserer adjektivet "asynkron" uoverensstemmelsen, forsinkelsen af ​​ankerets rotationshastighed fra statorens magnetfelt.

Ordet "enfase" forårsager en tvetydig definition. Dette skyldes det faktum, at udtrykket "fase" inden for elektrik definerer flere fænomener:

• skift, forskel i vinkler mellem vektormængder;

• potentiel leder af to, tre eller fire ledninger AC elektrisk kredsløb;

• en af ​​stator- eller rotorviklingerne i en trefaset motor eller generator.

Derfor præciserer vi straks, at det er sædvanligt at kalde en enfaset elektrisk motor, der kører på et to-leder AC-netværk repræsenteret af et fase- og nulpotentiale. Antallet af viklinger monteret i forskellige udformninger af statorer påvirker ikke denne definition.

Motordesign

I henhold til dets tekniske udstyr består en induktionsmotor af:

1. en stator - en statisk, fast del, lavet af et hus med forskellige elektriske elementer placeret derpå;

2. en rotor drejet af kræfterne i statorns elektromagnetiske felt.

Den mekaniske forbindelse af disse to dele er lavet af rotationslejer, hvis indvendige ringe er monteret på rotorakslens monterede fatninger, og de ydre monteres i beskyttende sidetæksler fastgjort til statoren.

rotoren

Dens enhed til disse modeller er den samme som for alle induktionsmotorer: en magnetisk kerne fra belastede plader baseret på bløde jernlegeringer er monteret på en stålaksel. På dens ydre overflade er der lavet riller, i hvilke de svingete stænger af aluminium eller kobber er monteret, kortsluttet i enderne til lukkeringene.

En elektrisk strøm induceres i rotorviklingen, der induceres af statormagnetfeltet, og magnetkredsløbet tjener til god passage af den magnetiske flux, der oprettes her.

Separate rotorkonstruktioner til enfasede motorer kan være lavet af ikke-magnetiske eller ferromagnetiske materialer i form af en cylinder.

stator

Stator-designet præsenteres også:

• boliger;

• magnetisk kredsløb;

• vikling.

Dets hovedformål er at generere et fast eller roterende elektromagnetisk felt.

Statorviklingen består normalt af to kredsløb:

1. arbejdstager

2. løfteraket.

I de enkleste design, designet til manuel spinding af ankeret, kan der kun foretages en vikling.

Princippet for drift af en asynkron enfaset elektrisk motor

For at forenkle præsentationen af ​​materialet, lad os forestille os, at statorviklingen er lavet med kun en løkke. Dens ledninger inde i statoren er fordelt i en cirkel i 180 vinkelgrader. En vekslende sinusformet strøm passerer gennem den med positive og negative halvbølger. Det skaber ikke et roterende, men et pulserende magnetfelt.

Hvordan magnetfeltpulseringer forekommer

Lad os analysere denne proces ved hjælp af eksemplet med en positiv strøm halvbølge, der flyder på tidspunkt instant t1, t2, t3.

Den passerer langs den øverste del af den aktuelle sti mod os og langs den nederste del - fra os. I det vinkelrette plan, der er repræsenteret af det magnetiske kredsløb, vises magnetiske fluxer omkring lederen.

Strømmene, der varierer i amplitude på det betragtede tidspunkt, skaber elektromagnetiske felter F1, F2 og F3 med forskellige størrelser. Da strømmen i den øvre og nedre halvdel er den samme, men spolen er bøjet, rettes de magnetiske fluxer for hver del i den modsatte retning og ødelægger virkningen af ​​hinanden.Dette kan bestemmes ved hjælp af en gimlet eller højre hånd.

Som du kan se, er en rotation af magnetfeltet ikke observeret med en positiv halvbølge, men kun dens rippel forekommer i de øverste og nedre dele af ledningen, som også er indbyrdes afbalanceret i magnetkredsen. Den samme proces opstår med et negativt afsnit af sinusformet, når strømme vender retning.

Da der ikke er noget roterende magnetfelt, forbliver rotoren også stationær, fordi der ikke er kræfter, der påføres den for at starte rotationen.

Sådan oprettes rotorrotation i et pulserende felt

Hvis du giver rotoren en rotation, selv med din hånd, fortsætter den med denne bevægelse. For at forklare dette fænomen viser vi, at den totale magnetiske flux varierer i frekvensen af ​​den nuværende sinusform fra nul til den maksimale værdi i hver halvscyklus (med en ændring i retning) og består af to dele dannet i de øvre og nedre grene, som vist på figuren.

Statorens magnetiske pulserende felt består af to cirkulære felter med en amplitude på Fmax / 2 og bevæger sig i modsatte retninger med den samme frekvens.

npr = nbr = f60 / p = 1.

I denne formel er angivet:

• npr og nobr rotationsfrekvens af statorens magnetfelt i retning frem og tilbage;

• n1 er hastigheden for den roterende magnetiske flux (r / min);

• p er antallet af polpar;

• f er frekvensen af ​​strømmen i statorviklingen.

Nu, med din hånd, vil vi give motorens rotation i en retning, og den vil øjeblikkeligt afhente bevægelsen på grund af forekomsten af ​​et drejningsmoment forårsaget af rotoren glider i forhold til forskellige magnetiske flukser i retning frem og tilbage.

Vi antager, at den magnetiske flux i fremadretningen falder sammen med rotoren og henholdsvis omvendt vil være det modsatte. Hvis n2 er ankerrotationsfrekvensen i omdrejninger pr. Minut, kan vi skrive udtrykket n2

I dette tilfælde betegner vi Spr = (n1-n2) / n1 = S.

Her angiver indekserne S og Spr gliden af ​​induktionsmotoren og rotoren for den relative magnetiske flux i den forreste retning.

I den modsatte strøm udtrykkes slippet Sobr med en lignende formel, men med ændringen af ​​tegn n2.

Sobr = (n1 - (-n2)) / n1 = 2-Sbr.

I overensstemmelse med loven om elektromagnetisk induktion under påvirkning af direkte og omvendte magnetiske fluxer vil en elektromotorisk kraft virke i rotorviklingen, hvilket skaber strømme i de samme retninger I2pr og I2obr deri.

Deres frekvens (i hertz) vil være direkte proportional med størrelsen på slippet.

f2pr = f1 ∙ Spr;

f2sample = f1 ∙ S

Desuden overstiger frekvensen f2obr dannet af den inducerede strøm I2obr signifikant frekvensen f2pr.

For eksempel kører en elektrisk motor på et 50 Hz-netværk med n1 = 1500 og n2 = 1440 o / min. Dens rotor har en glidning i forhold til den magnetiske flux i den forreste retning Spr = 0,04 og den aktuelle frekvens f2pr = 2 Hz. Det modsatte slip Sobr = 1,96, og den aktuelle frekvens f2obr = 98 Hz.

Baseret på Ampere-loven, når det aktuelle I2pr og magnetfeltet Фпр interagerer, vises et drejningsmoment Мпр.

Mpr = cM ∙ Fpr ∙ I2pr ∙ cosφ2pr.

Her afhænger den konstante koefficient SM af konstruktionen af ​​motoren.

I dette tilfælde fungerer den omvendte magnetiske flux Mobr også, hvilket beregnes af udtrykket:

Mobr = cM ∙ Phobr ∙ I2obr ∙ cosφ2obr.

Som et resultat af samspillet mellem disse to streams, vises den resulterende:

M = Mpr-Mobr.

Advarsel! Når rotoren roterer, induceres der strømme med forskellige frekvenser i den, hvilket skaber øjeblikke af kræfter i forskellige retninger. Derfor roterer motorankeret under virkningen af ​​et pulserende magnetfelt i den retning, hvorfra det begyndte at rotere.

Under overvindelse af den nominelle belastning med en enfaset motor skabes der en let slip med hovedandelen af ​​det direkte drejningsmoment Mpr. Modvirkningen af ​​det hæmmende, omvendte magnetiske felt af Mobr påvirker meget lidt på grund af forskellen i frekvenserne af strømningerne i fremad- og bagudretningen.

f2obr af den omvendte strøm overstiger markant f2pr, og den inducerede induktans X2obr overstiger i høj grad den aktive komponent og tilvejebringer en stor demagnetiserende virkning af den omvendte magnetiske flux Fobr, der til sidst aftager.

Da effektfaktoren for motoren under belastning er lille, kan den omvendte magnetiske flux ikke have en stærk effekt på den roterende rotor.

Når en fase af netværket påføres en motor med en fast rotor (n2 = 0), er slip, både fremad og bagud, lig med enheden, og magnetiske felter og kræfter for fremad- og bagudstrømme er afbalanceret, og rotation forekommer ikke. Derfor er det fra tilførslen af ​​en fase umuligt at fjerne motorarmaturet.

Sådan bestemmes hurtigt motorhastigheden:

Sådan oprettes rotorrotation i en enfaset asynkronmotor

I hele historien med betjening af sådanne enheder er følgende designløsninger blevet udviklet:

1. manuel afvikling af skaftet med en hånd eller ledning;

2. anvendelse af en yderligere vikling, der er tilsluttet ved start på grund af ohmisk, kapacitiv eller induktiv modstand;

3. opdeling med en kortsluttet magnetisk spole i statormagnetkredsløbet.

Den første metode blev brugt i den første udvikling og begyndte ikke at blive anvendt i fremtiden på grund af de mulige risici for skader ved opstart, skønt den ikke kræver tilslutning af yderligere kæder.

Anvendelse af faseskiftende vikling i stator

For at give den oprindelige rotation af rotoren til statorviklingen er der ved opstart tidspunktet tilsluttet et ekstra hjælpearbejde, men kun 90 grader forskudt i vinkel. Det udføres med en tykkere ledning for at passere flere strømme end flyder i den arbejdende.

Forbindelsesdiagrammet for en sådan motor er vist på figuren til højre.

Her bruges en PNVS-type-knap til at tænde, som blev specielt oprettet til sådanne motorer og blev vidt brugt til drift af vaskemaskiner, der er fremstillet i USSR. Denne knap tænder straks 3 kontakter på en sådan måde, at de to ekstreme, efter at have været presset og frigivet, forbliver fast i on-tilstand, og den midterste en lukker kort og vender derefter tilbage til sin oprindelige position under fjederens handling.

Lukkede ekstreme kontakter kan afbrydes ved at trykke på den tilstødende Stop-knap.

Ud over trykknapkontakten bruges følgende i automatisk tilstand til at deaktivere den ekstra vikling:

1. centrifugalkontakter;

2. differentielle eller strømrelæer;

3. mekaniske timere.

For at forbedre motorens start under belastning bruges yderligere elementer i faseforskydningen.

Tilslutning af en enfaset motor med startmodstand

I et sådant kredsløb er ohmisk modstand sekventielt monteret på statorens yderligere vikling. I dette tilfælde udføres viklingen af ​​svingene på en biffil måde, forudsat at coilten til selvinduktion af spolen er meget tæt på nul.

På grund af implementeringen af ​​disse to teknikker, når strømme strømmer gennem forskellige viklinger, sker der et faseskift på ca. 30 grader mellem dem, hvilket er ganske nok. Forskellen i vinkler skabes ved at ændre de komplekse modstande i hvert kredsløb.

Med denne metode kan der stadig findes en startvikling med lav induktans og øget modstand. Til dette bruges vikling med et lille antal omdrejninger af en ledning med sænket tværsnit.

Tilslutning af en enfaset motor med kondensatorstart

Den kapacitive fasestrømskift giver dig mulighed for at oprette en kortvarig forbindelse af viklingen med en seriekoblet kondensator. Denne kæde fungerer kun, når motoren går i tilstand og derefter slukkes.

Kondensatorstart skaber det højeste drejningsmoment og en højere effektfaktor end ved en resistiv eller induktiv startmetode. Det kan nå en værdi på 45 ÷ 50% af den nominelle værdi.

I separate kredsløb tilføjes en kapacitans også til arbejdspolingskæden, der konstant er tændt. På grund af dette opnås strømafvigelser i viklingerne ved en vinkel i størrelsesordenen π / 2. Samtidig bemærkes en forskydning af maksimale amplituder i statoren, hvilket giver et godt drejningsmoment på akslen.

På grund af denne teknik er motoren i stand til at generere mere kraft ved opstart. Imidlertid anvendes denne metode kun til tunge startdrev, f.eks. Til spinding af en tromle i en vaskemaskine fyldt med linned med vand.

Kondensatorudløser giver dig mulighed for at ændre ankerets rotationsretning. For at gøre dette skal du bare ændre polariteten i forbindelsen til start- eller arbejdsvikling.

Split Pole-enfaset motorforbindelse

Asynkronmotorer med en lille effekt på ca. 100 W bruger opsplitning af statorens magnetiske flux på grund af indbefattelsen af ​​en kortslutet kobberspole i polen på magnetkredsen.

Skåret i to dele, en sådan stang skaber et yderligere magnetfelt, der forskydes i vinkel fra det vigtigste og svækker det på det sted, der er dækket af spolen. På grund af dette oprettes et elliptisk roterende felt, der danner et rotationsmoment i en konstant retning.

I sådanne konstruktioner kan man finde magnetiske shunts lavet af stålplader, der lukker kanterne på statorpolernes spidser.

Motorer med lignende design kan findes i ventilationsanordninger til luftblæsning. De har ikke evnen til at vende om.