Основными компонентами любого являются ротор и статор. Ротор – вращающаяся часть электродвигателя, статор – неподвижная часть электродвигателя, с помощью которого создается магнитное поле для вращения ротора. Статор имеет две обмотки, расположенные под углом 90` относительно друг друга.
Основная обмотка называется главной (рабочей) и обычно занимает 2/3 пазов сердечника статора, другая обмотка называется вспомогательной (пусковой) и обычно занимает 1/3 пазов статора. Ротор обычно представляет из себя короткозамкнутую обмотку, также из-за схожести называемой “беличьей клеткой”. Медные или алюминиевые стержни которого с торцов замкнуты кольцами, а пространство между стержнями чаще всего заливается сплавом алюминия. Так же ротор однофазного двигателя может быть выполнен в виде полого немагнитного или полого ферромагнитного цилиндра. Для того чтобы лучше понять работу однофазного, давайте рассмотрим его только с одним витком в главной и вспомогательной обмотки. Рассмотрим случай когда в вспомогательной обмотки не течет ток.
При включении главной обмотки статора в сеть, переменный ток, проходя по обмотке, создает пульсирующее магнитное поле, неподвижное в пространстве, но изменяющееся от +Ф. Чтобы понять принцип действия однофазного разложим пульсирующее магнитное поле на два одинаковых круговых поля, имеющих амплитуду равную Ф,
частота вращения магнитного поля в прямом направлении, об/мин,
частота вращения магнитного поля в обратном направлении, об/мин,
частота тока статора, Гц,
p количество пар полюсов,
скорость вращения магнитного потока, об/мин
Рассмотрим случай когда ротор, находящийся в пульсирующем магнитном потоке, имеет начальное вращение. Например, мы вручную раскрутили вал однофазного двигателя, одна обмотка которого подключена к сети переменного тока. В этом случае при определенных условиях двигатель будет продолжать развивать вращающий момент, так как
скольжение его ротора относительно прямого и обратного магнитного потока будет неодинаковым. Будем считать, что прямой магнитный поток Ф, вращается в направлении вращения ротора, а обратный магнитный поток Ф
– в противоположном направлении.
Так как, частота вращения ротора n, скольжение ротора относительно потока Ф,
скольжение ротора относительно прямого магнитного потока,
частота вращения ротора, об/мин,
вращается встречно ротору, частота вращения ротора n
относительно этого потока отрицательна, а скольжение ротора относительно Ф,
Согласно магнитные потоки, создаваемые обмоткой статора, наводят в обмотке ротора ЭДС, которые соответственно создают в короткозамкнутом роторе токи I. При этом частота тока в роторе пропорциональна скольжению, следовательно:,
наводимого прямым магнитным потоком, Гц,
наводимого обратным магнитным потоком, Гц
Таким образом, при вращающемся роторе, электрический ток I, наводимый обратным магнитным полем в обмотке ротора, имеет частоту f, намного превышающую частоту f, наведенного прямым полем. Согласно, в результате взаимодействия электрического тока I
возникает,
магнитный момент создаваемый прямым магнитным потоком, Нм,
постоянный коэффициент, определяемый конструкцией двигателя, взаимодействуя с магнитным полем Ф, создает тормозящий момент М, направленный против вращения ротора, то есть встречно моменту М,
магнитный момент создаваемый обратным магнитным потоком, Нм
Результирующий вращающий момент, действующий на ротор однофазного асинхронного двигателя,
При работе однофазного двигателя в пределах номинальной нагрузки, то есть при небольших значениях скольжения s = s, крутящий момент создается в основном за счет момента М. Тормозящее действие момента обратного поля М
незначительно. Это связано с тем, что частота f, следовательно, индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора х
намного больше его активного сопротивления. Поэтому ток I, имеющий большую индуктивную составляющую, оказывает сильное размагничивающее действие на обратный магнитный поток Ф, значительно ослабляя его.
,
– активное сопротивление стержней ротора, Ом,
– реактивное сопротивление стержней ротора, Ом. Если учесть, что коэффициент мощности невелик, то станет, ясно, почему М
в режиме нагрузки двигателя не оказывает значительного тормозящего действия на ротор однофазного двигателя. , поэтому начальный пусковой момент однофазного асинхронного двигателя М
= 0.
Для создания пускового момента необходимо привести ротор во вращение в ту или иную сторону. Тогда s 1, нарушается равенство моментов М. Одним из способов создания пускового момента в однофазном, является расположение вспомогательной (пусковой) обмотки B, смещенной в пространстве относительно главной (рабочей) обмотки A на угол 90 электрических градусов.
Чтобы обмотки статора создавали вращающееся магнитное поле токи I
в обмотках должны быть сдвинуты по фазе относительно друг друга. Для получения фазового сдвига между токами I
в цепь вспомогательной (пусковой) обмотки В включают фазосмещающий элемент, в качестве которого используют активное сопротивление (резистор), индуктивность (дроссель) или емкость (конденсатор). После того как ротор двигателя разгонится до частоты вращения, близкой к установившейся, пусковую обмотку В отключают. Отключение вспомогательной обмотки происходит либо автоматически с помощью центробежного выключателя, реле времени, токового или дифференциального реле, или же вручную с помощью кнопки. – однофазный, имеющий на статоре вспомогательную первичную обмотку, смещенную относительно основной, и короткозамкнутый ротор.
Однофазный асинхронный двигатель с пусковым сопротивлением – двигатель с расщепленной фазой, у которого цепь вспомогательной обмотки отличается повышенным активным сопротивлением. Для запуска однофазного двигателя можно использовать пусковой резистор, который последовательно подключается к пусковой обмотки. В этом случае можно добиться сдвига фаз в 30` между токами главной и вспомогательной обмотки, которого вполне достаточно для пуска двигателя.
В двигателе с пусковым сопротивлением разность фаз объясняется разным комплексным сопротивлением цепей. Также сдвиг фаз можно создать за счет использования пусковой обмотки с меньшей индуктивностью и более высоким сопротивлением. Для этого пусковая обмотка делается с меньшим количеством витков и с использованием более тонкого провода чем в главной обмотке. Отечественной промышленностью изготавливается серия однофазных асинхронных электродвигателей с активным сопротивлением в качестве фазосдвигающего элемента серии мощностью от 18 до 600 Вт при синхронной частоте вращения 3000 и 1500 об/мин, предназначенных для включения в сеть напряжением 127, 220 или 380 В, частотой 50 Гц. Двигатель с конденсаторным пуском -, у которого цепь вспомогательной обмотки с конденсатором включается только на время пуска. Двигатели в цепь которых постоянно включен конденсатор используют для работы две фазы и называются -.
Принцип действия этих двигателей основан на использовании вращающегося магнитного поля. Двигатель с экранированными полюсами -, у которого вспомогательная обмотка короткозамкнута. Статор однофазного с экранированными полюсами обычно имеет явно выраженные полюса.
На явно выраженных полюсах статора намотаны катушки однофазной обмотки возбуждения. Каждый полюс статора разделен на две неравные части аксиальным пазом. Меньшую часть полюса охватывает короткозамкнутый виток. Ротор однофазного двигателя с экранированными полюсами – короткозамкнутый в виде “беличьей” клетки. При включении однофазной обмотки статора в сеть в магнитопроводе двигателя создается пульсирующий магнитный поток. Одна часть которого проходит по неэкранированной Ф’, а другая Ф” – по экранированной части полюса.
Поток Ф” наводит в короткозамкнутом витке ЭДС E, в результате чего возникает ток I
по фазе из-за индуктивности витка. Ток I, направленный встречно Ф”, создавая результирующий поток в экранированной части полюса Ф. Таким образом, в двигателе потоки экранированной и неэкранированной частей полюса сдвинуты во времени на некоторый угол. И Ф’ создают условия для возникновения в двигателе вращающегося эллиптического магнитного поля, так как Ф
Ф’.
Пусковые и рабочие свойства рассматриваемого двигателя невысоки. КПД намного ниже, чем у конденсаторных двигателей такой же мощности, что связано со значительными электрическими потерями в короткозамкнутом витке. .