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 вра щения. В электробытовых приборах и автоматических уст ройствах 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 М_пр и М_обр. Поле, направление вращения которого совпадает с направлением вращения ротора, называют прямым; поле обратного направления — обратным или инверсным.

Электромагнитные моменты М_пр и М_обр, образуемые прямым и обратным полями, направлены в противополож ные стороны, а результирующий момент однофазного дви гателя М_рез равен алгебраической сумме моментов при одной и той же частоте вращения ротора.

На рис.9−17,а показана зависимость M=f (s) для одно фазного 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;
• 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%.

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 пуско вую обмотку отключают, при этом двигатель продолжает работать как однофазный. Поскольку пусковая обмотка работает лишь короткое время, ее изготовляют из прово да меньшего сечения, чем рабочую, и укладывают в мень шее число пазов.

На рис.9−18, а изображена схема процесса пуска при использова нии в качестве фазосдвигающего элемента емкости С. Выбирая определенным образом емкость фазосдвигающего конден сатора, 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 улуч шает механическую характеристику двигателя, в некоторых случаях применяют однофазные двигатели, в которых об мотки, 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 уве личения пускового момента целесообразно иметь увеличен ную емкость С_р + С_п. После разгона двигателя по характе ристике 2 (рис.9−19,б) и уменьшения тока часть конденса торов С_н 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.

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