Характеристики однофазных асинхронных электродвигателей

Однофазные асинхронные электродвигатели

Асинхронные микроэлектродвигатели с короткозамкнутым ротором, прежде всего однофазные, относятся к широко распространенным электрическим машинам. Их применяют для привода мелких станков, центрифуг, компрессоров, насосов, вентиляторов. По способам пуска и работы различают следующие электродвигатели:

· однофазные с пусковыми элементами во вспомогательной фазе. Пусковой элемент может быть активным сопротивлением (обозначается АОЛБ, рис. 1а) и пусковой емкостью — конденсатором (обозначается АОЛГ, рис. 1б). У электродвигателей малой мощности роль добавочного активного сопротивления может выполнять пусковая обмотка;

· конденсаторные: с постоянно включенной и пусковой емкостями (обозначение АОЛД, рис. 1в); с постоянно включенной емкостью (рис. 1г);

· однофазные с короткозамкнутым витком на полюсе (рис. 1д); пригодны лишь для легких условий пуска, когда пусковой момент mn ≤ 0,5.

Изготавливаются также электродвигатели с короткозамкнутым витком и увеличенным воздушным зазором под частью полюса, не экранированной витком. Пусковой момент увеличивается до mn = 1. К.п.д. однофазных электродвигателей с короткозамкнутым витком невелик. К преимуществам конденсаторных электродвигателей следует отнести меньшие габариты, чем у других типов однофазных двигателей (использование материалов у конденсаторных двигателей выше). Их недостатком является потребность в малогабаритных конденсаторах.

Рис. 1. Схемы включения однофазных электродвигателей: а — с пусковым сопротивлением; б — с пусковой емкостью; в — с постоянно включенной рабочей и пусковой емкостями; г — с постоянно включенной емкостью; д — с короткозамкнутым витком на полюсе

Мощности электродвигателей в зависимости от частоты вращения и исполнения должны соответствовать указанным в таблице 1.

Таблица 1. Шкала мощностей асинхронных конденсаторных электродвигателей

Отношение начального пускового тока к номинальному при номинальном напряжении должно составлять: 4 — для электродвигателей с рабочим конденсатором нормального исполнения; 5 — для электродвигателей с рабочим и пусковым конденсаторами.

Коэффициенты полезного действия и мощности однофазных асинхронных конденсаторных электродвигателей при номинальном значении мощности, частоты сети, напряжения и частоты вращения должны соответствовать указанным в таблице 2.

Таблица 2. Коэффициенты полезного действия и коэффициенты мощности конденсаторных электродвигателей

Однофазные электродвигатели с активным пусковым сопротивлением (АОЛБ) имеют кратность тока выше, чем остальные типы двигателей. По кратности начальных пусковых моментов электродвигатели с активным пусковым сопротивлением (АОЛБ) и конденсаторные (АОЛД) пригодны для нормальных условий пуска, а с пусковой емкостью (АОЛГ) — для тяжелых условий пуска.

Однофазные электродвигатели с активным пусковым сопротивлением уступают конденсаторным как в рабочем, так и в пусковом режимах, а электродвигателям с конденсаторным пуском — в пусковом режиме.

Однофазные электродвигатели с пусковыми элементами имеют специальные пусковые устройства, включающие вспомогательную обмотку и пусковой элемент, используемые только во время пуска. После достижения электродвигателем частоты вращения около 0,75 синхронной, пусковую обмотку отключают. Время нахождения пусковой обмотки под током во избежание недопустимого нагрева ограничено. У электродвигателей, предназначенных для работы с рабочим и пусковым конденсатором, оно не должно превосходить 3 с. В качестве пускового устройства наиболее распространены центробежные выключатели; применяют реле времени и токовые реле или же отключают вручную. Электродвигатели изготавливают на напряжение сети 36, 127, 220 и 380 В. Напряжение 127 В является нерекомендуемым.

Разновидности и применение

Моторы однофазные 220 В обширно применяются в разнообразном промышленном и бытовом оснащении.

Существуют 2 наиболее востребованных разновидности данных приборов:

1. Коллекторные.
2. Асинхронные.

Последние по собственной конструкции наиболее просты, но обладают рядом недочётов, из числа которых можно выделить трудности с переменой частоты и направления верчения ротора. Мощность этого мотора зависит от конструктивных отличительных черт и может колебаться от 5 до 10 кВт. Его ротор предполагает короткозамкнутую обмотку — алюминиевые или медные стержни, которые замкнуты с торцов.

Как правило, электромотор асинхронный однофазный снабжён 2-мя смещёнными на 90 ° друг к другу обмотками. При этом основная обмотка захватывает существенную часть пазов, а дополнительная (пусковая) захватывает оставшийся участок. Своё наименование электродвигатель асинхронный приобрёл лишь потому, что он содержит только лишь одну рабочую обмотку.

Протекающий по основной обмотке переменный электроток формирует магнитное меняющееся поле. Оно складывается из 2 слоёв равной амплитуды, вращение которых совершается навстречу друг другу. По закону индукции, изменяющийся в закрытых витках электромагнитный поток в роторах образует индукционный ток, который действует с полем, порождающим его. В случае если ротор в неподвижном состоянии, моменты сил на него равны и в результате он остаётся недвижимым.

При вращении ротора нарушится равенство момента сил, таким образом, движение его витков по отношению к крутящимся магнитным полям будет разным. Таким образом, функционирующая на роторные витки от непосредственного магнитного поля сила Ампера будет значительно больше, чем с края противоположного поля.

Принцип действия двигателей

Главным отличием данной модели от трехфазного двигателя является специальное устройство конструкции – на статоре находится однофазная обмотка, которая занимает примерно две пятых точки на каждом полюсе двигателя. Эта обмотка может быть изготовлена отдельно, а также её можно сделать, не подключая две обмотки трехфазной модели (как часто поступают домашние мастера). Ротор обычно замкнут по системе «беличьей клетки» (короткозамкнутым путем). Также в данных двигателях червячный и цилиндрический редукторы являются встроенными.

Фото: устройство однофазного асинхронного электродвигателя

Когда обмотка статора подключена к источнику питания, создается магнитное поле. Это МП пульсирует в природе с постоянным уровнем частоты, падает до нуля и снова накапливается в противоположном направлении. Под действием трансформатора индуцируется ток в проводниках ротора, противостоящим МДС статора. Таким образом, ось ротора МДС совпадает с направлением статора, угол поворота равен нулю, следовательно, при запуске не будет крутящего момента.

Схема включения однофазного асинхронного электродвигателя

Но как тогда однофазный двигатель вращается?

Если нажать на ротор мотора вручную или с помощью любых других средств, в любом направлении, он будет подбирать скорость и начнет вращаться в том же направлении, в котором начиналось движение. Таким образом, однофазный асинхронный двигатель не является само отправным механизмом и нужны некоторые специальные методы старта. Для анализа производительности однофазного АД можно использовать 2 метода, а именно:

• теория дважды вращающегося поля;
• теория креста.

Обе теории имеют свои преимущества, недостатки и области применения. Но результат будет практически аналогичный при использовании обоих. Эти две методики довольно сложны, но мы постараемся объяснить все как можно проще.

Теория дважды вращающегося поля

Пульсирующее магнитное поле создается, когда обмотки статора запитывается от источника переменного тока. Пульсирующие поле можно разложить на две составляющие, которые являются равными величинами, имеют разные направления. Асинхронный двигатель реагирует на каждое из магнитных полей по отдельности. И крутящий момент двигателя равен сумме моментов из-за каждого МП.

Крестовое поле

Крестовое поле создается только тогда, когда ротор вращается. Так как поле, создаваемое током ротора, находится под прямым углом к полю, создаваемому током статора, его называются поперечным или крестовым. Поскольку поперечные поля действует под прямым углом к полям статора и отстает от них на 90 ° по фазе времени, две совокупности образуют вращающееся при синхронной скорости магнитное поле.

Реверс двигателя

Реверс однофазного электродвигателя практически не отличается от трехфазного асинхронного аналога и производится контакторами, схема следующая: если нажать на кнопку контактора, его катушка получит питание 220 вольт по пути фаза-контакт-фаза. Для остановки нужно повторно нажать на кнопку контактора, так советует один форум электриков.

Реверс однофазного асинхронного электродвигателя

При повторном нажатии на кнопку контактора «Назад», двигатель начинает двигаться в обратном направлении, т.е. вставать на «самоподхват». Для остановки реверсивного движения нужно нажать клавишу стоп.

Фото: кнопочный пост пке 222-3 для управления однофазным асинхронным электродвигателем

Реверсивные механизмы применяются для скоростного переключения двигателей машин, в бытовых и производственных условиях.

Для того чтобы купить долговечные и качественные асинхронные однофазные двигатели, советуем выбирать только проверенную продукцию, например импортные производители и марки Abe, Emod, Eurotec, Raec (Болгария), Siemens (серии 100 мм) и АИРЕ. Во всех крупных городах есть магазин с подобной техникой – Уфе, Киеве, Краснодаре, Красноярске, Липецке, Сыктывкаре, Москве или Белгороде и особенно популярны пермские магазины. Продажа также осуществляется через Интернет или на разнообразных рынках.

Устройство асинхронного двигателя

Понятие асинхронный означает не совпадающий по времени, неодновременный. В связи с этим, ротор такого двигателя вращается с частотой, меньшей чем частота вращения электромагнитного поля статора.

Подобное отставание называется скольжением и обозначается символом S в формуле, применяемой для расчетов:

S = (n1 – n2)/n1 – 100%, где n1 является синхронной частотой магнитного поля статора, а n2 – частотой вращения вала.

Конструктивно, стандартный асинхронный электродвигатель включает в себя следующие элементы и детали:

• Статор с обмотками. Эту функцию также может выполнять станина, внутри которой помещается статор с обмотками.
• Короткозамкнутый ротор. Если используется фазный – он может называться якорем или коллектором.
• Подшипники различного типа – качения или скольжения. На двигателях повышенной мощности в передней части установлены крышки для подшипников с уплотнениями.
• Металлический или пластмассовый охлаждающий вентилятор, помещенный в кожух с прорезями для подачи воздуха.
• Подключение кабелей осуществляется с помощью клеммной коробки.

Данные конструктивные элементы могут незначительно изменяться, в зависимости от модификации электродвигателя.

Как уже отмечалось, асинхронные двигатели бывают трехфазными или однофазными. Первый вариант, в свою очередь, выпускается с короткозамкнутым или фазным ротором. Наибольшее распространение получили трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, поэтому их следует рассмотреть более подробно.

Статор обладает круглой формой и собирается из специальных стальных листов, изолированных между собой. В результате, конструктивно образуется сердечник с пазами, в которые укладываются обмотки. Для этих целей используется обмоточный медный провод, изолированный лаком. В мощных агрегатах обмотки делаются в виде шины. При укладке они сдвигаются между собой на 120 градусов. Соединение осуществляется по схеме звезды или треугольника.

Конструкция самого короткозамкнутого ротора изготавливается в виде вала с надетыми на него стальными листами. Этот набор листов образует сердечник с пазами, заливаемые расплавленным алюминием. Равномерно растекаясь по пазам, алюминий образует стержни, края которых замыкают алюминиевые кольца.

Фазный ротор состоит из вала с сердечником и трех обмоток. С одного конца они соединяются звездой, а с другого – соединяются с токосъемными кольцами, на которые с помощью щеток подается электрический ток. Во время запуска образуется большой пусковой ток асинхронного двигателя. Его можно уменьшить путем добавления к фазным обмоткам нагрузочного реостата.

Работа механизма

Для работы устройства необходима 1 фаза с усилием 220 В. Это значит, что подсоединить его можно в домашнюю розетку. Непосредственно в этом причина известности двигателя среди населения. В абсолютно всех домашних устройствах, от соковыжималки до шлифующей машины, установлены механизмы такого типа.

Имеется 2 вида электромоторов: с пусковой обмоткой и с конденсатором.

1. В первом виде приборов отправная обмотка функционирует с помощью конденсатора только в период старта. Уже после достижения техникой обычной скорости она выключается, и деятельность продолжается с 1 обмоткой.
2. Во втором случае для двигателей с рабочим конденсатором, дополнительная электрообмотка подключена через конденсатор все время.

Электродвигатель может быть взят с одного устройства и включён к другому. К примеру, надёжный однофазный двигатель от стиральной машины либо пылесоса может применяться для работы газонокосилки, станка и т. д.

Схема подключения однофазного асинхронного двигателя:

1. В 1 схеме работа запускающей обмотки производится с помощью конденсатора и только лишь в период пуска.
2. 2 модель также учитывает временное подсоединение, но оно совершается через сопротивление, а не через холодильник.
3. 3 модель считается наиболее популярной. В рамках этой схемы холодильник постоянно подключен к источнику электричества, а не только лишь в период старта.

Подключение мотора с пусковым противодействием

Дополнительная обмотка подобных приборов имеет высокое интенсивное противодействие. Для пуска электромашины этого вида может быть применён пусковой резистор. Его необходимо поочерёдно подсоединить к пусковой обмотке. Подобным способом можно приобрести сдвиг фаз в 30° меж токами обмоток, чего станет абсолютно достаточно для старта приспособления.

Помимо этого, сдвиг фаз может быть приобретён посредством применения пусковой фазы с огромным значением противодействия и наименьшей индуктивностью. У такого рода обмотки меньшее число витков и тоньше кабель.

Подключение двигателя с конденсаторным пуском

У этих электромашин отправная цепь включает конденсатор и вводится только лишь в период старта.

Для свершения наибольшего значения отправного момента необходимо циркулярное магнитное поле, что осуществляет оборот. Для того чтобы оно появилось, токи обмоток должны быть направлены на 90° друг к другу. Подобные фазосдвигающие компоненты, как резистор и дроссель, не гарантируют нужный сдвиг фаз. Только лишь вовлечение в цепь конденсатора даёт возможность приобрести сдвиг фаз 90°, если верно выбрать ёмкость.

Определить нужные провода и то, к какой обмотке они причисляются, можно посредством замера противодействия. У рабочей обмотки значение противодействия постоянно меньше (12 Ом), чем у пусковой обмотки (30 Ом). В соответствии с этим сечение провода основной обмотки больше, чем у пусковой.

Конденсатор подбирается согласно употребляемому двигателем току. К примеру, в случае если ток равен 1,4 А, то нужен конденсатор 6 мкФ.

Бифилярный двигатель

Асинхронное устройство, работающее без конденсатора (только за счёт пусковой и рабочей обмотки), ещё называют бифилярным. Для его подключения необходимо воспользоваться нажимным пускателем, у которого находящийся в середине контакт замыкается на период удержания, а остальные находятся в замкнутом состоянии. При маркировке таких выключателей используется число, обозначающее силу тока, на которую они рассчитаны.

Перед тем как приступить к подключению устройства, следует определить тип обмотки путём измерения сопротивлений на каждой из них. Та катушка, показатель на которой будет больше, является пусковой, другая — рабочей.

После того как замеры будут проведены, необходимо соединить концы обмоток и подключить их к крайней клемме выключателя. Ко второй клемме присоединить свободный конец рабочей обмотки, среднюю клемму соединить с оставшимся проводом пусковой катушки. Подключение следует проводить только с клеммами, расположенными на одной стороне нажимного пускателя. Те, что расположены на другой стороне, предназначаются для сетевого шнура и перемычки, идущей от клеммы с рабочим проводом.

https://youtube.com/watch?v=Ne4ccjbUY9M

Заточной станок на двигателе Даландера

Недавно попался станок с двухскоростным двигателем, выкладываю его схему.

Схема заточного станка на двухскоростном двигателе Даландера

Меня часто спрашивают, какую защиту сделать этому двигателю? Вот, на схеме – простое тепловое реле (РТ1), настроенное на бОльший ток (около 11 А).

Вот шильдик двигателя:

Параметры двухскоростного двигателя заточного станка

А вот – его обозначения выводов:

Выводы двухскоростного двигателя

Как думаете, почему вместо схемы подключения показан прямоугольничек ПС (переключатель скоростей)? Правильно, схема тогда была бы в 2 раза больше и сложнее.

Параметры асинхронного двигателя

При подборе таких машин, а также при дальнейшей их эксплуатации необходимо учитывать характеристики асинхронного двигателя. Они бывают энергетические – это коэффициент полезного действия, коэффициент мощности

Важно учитывать и механические показатели. Основным из них считается зависимость между скоростью вращения вала и рабочим усилием, прикладываемым к нему

Существуют ещё пусковые характеристики. Они определяют пусковой, минимальный и максимальный моменты и их соотношение. Важно также знать, каков пусковой ток асинхронного двигателя. Для наиболее эффективного использования двигателя необходимо учитывать все эти параметры.

Нельзя оставить без внимания вопрос энергосбережения. В последнее время он рассматривается не только с позиции уменьшения эксплуатационных затрат. Экономичность электродвигателей снижает уровень экологических проблем, связанных с производством электроэнергии.

Перед производителями постоянно ставятся задачи разработки и выпуска энергосберегающих двигателей, повышения эксплуатационного ресурса, уменьшения шумового уровня.

Улучшить энергосберегающие показатели можно путём снижения потерь при эксплуатации. А они напрямую зависят от рабочей температуры машины. Кроме того, совершенствование этой характеристики неизбежно приведёт к увеличению срока эксплуатации двигателя.

Снизить температуру обмоток можно, применяя вентилятор наружного обдува, закреплённый на хвостовике вала ротора. Но это приводит к неизбежному повышению шума, производимого двигателем при работе. Особенно ощутим этот показатель при высокой скорости вращения ротора.

Таким образом, видно, что асинхронный двигатель имеет один существенный недостаток. Он не способен поддерживать постоянную частоту вращения вала при возрастающих нагрузках. Зато такой двигатель имеет множество преимуществ по сравнению с образцами электродвигателей других конструкций.

Во-первых, он имеет надёжную конструкцию. Работа асинхронного двигателя не вызывает никаких сложностей при его использовании.

Во-вторых, асинхронный двигатель экономичен в производстве и эксплуатации.

В-третьих, эта машина универсальна. Имеется возможность её использования в любых устройствах, которые не требуют точного поддержания частоты вращения вала якоря.

В-четвёртых, двигатель с асинхронным принципом действия востребован и в быту, получая питание только от одной фазы.

Подключение

Для работы устройства требуется 1 фаза с напряжением 220 Вольт. Это означает, что подключить его можно в бытовую розетку. Именно в этом причина популярности двигателя среди населения. На всех бытовых приборах, от соковыжималки до шлифовальной машины, установлены механизмы этого типа.

аподключение с пусковым и рабочим кондсенсаторами

Существует 2 типа электромоторов: с пусковой обмоткой и с рабочим конденсатором:

1. В первом типе устройств, пусковая обмотка работает посредством конденсатора только во время старта. После достижения машиной нормальной скорости, она отключается, и работа продолжается с одной обмоткой.
2. Во втором случае, для моторов с рабочим конденсатором, дополнительная обмотка подключена через конденсатор постоянно.

Электродвигатель может быть взят от одного прибора и подключен к другому. Например, исправный однофазный мотор от стиральной машины или пылесоса может использоваться для работы газонокосилки, обрабатывающего станка и т.п.

Существует 3 схемы включения однофазного двигателя:

1. В 1 схеме, работа пусковой обмотки выполняется посредством конденсатора и только на период запуска.
2. 2 схема также предусматривает кратковременное подключение, однако оно происходит через сопротивление, а не через конденсатор.
3. 3 схема является самой распространенной. В рамках этой схемы конденсатор постоянно подключен к источнику электричества, а не только во время старта.

Подключение электромотора с пусковым сопротивлением:

1. Вспомогательная обмотка таких устройств имеет повышенное активное сопротивление.
2. Для запуска электромашины этого типа, может быть использован пусковой резистор. Его следует последовательно подключить к пусковой обмотке. Таким образом, можно получить сдвиг фаз 30° между токами обмоток, чего будет вполне достаточно для старта механизма.
3. Кроме того, сдвиг фаз может быть получен путем использования пусковой фазы с большим значением сопротивления и меньшей индуктивностью. У такой обмотки меньшее количество витков и тоньше провод.

Подключение мотора с конденсаторным пуском:

1. У данных электромашин пусковая цепь содержит конденсатор и включается только на период старта.
2. Для достижения максимального значения пускового момента, требуется круговое магнитное поле, которое выполняет вращение. Чтобы оно возникло, токи обмоток должны быть повернуты на 90° относительно друг друга. Такие фазосдвигающие элементы, как резистор и дроссель не обеспечивают необходимый сдвиг фаз. Только включение в цепь конденсатора позволяет получить сдвиг фаз 90°, если правильно подобрать емкость.
3. Вычислить, какие провода к какой обмотке относятся, можно путем измерения сопротивления. У рабочей обмотки его значение всегда меньше (около 12 Ом), чем у пусковой (обычно около 30 Ом). Соответственно, сечение провода рабочей обмотки больше, чем у пусковой.
4. Конденсатор подбирается по потребляемому двигателем току. Например, если ток равен 1.4 А, то необходим конденсатор емкостью 6 мкФ.

Принцип действия асинхронного двигателя

Уже говорилось, что трехфазная обмотка статора необходима для намагничивания или образования вращающегося магнитного поля. Нетрудно догадаться, что законом электромагнитной индукции управляется асинхронный двигатель. Принцип работы его заключается в следующем: вращающееся статорное магнитное поле пересекает роторную короткозамкнутую обмотку, что вызывает электродвижущую силу и протекание переменного тока. Этот ток образует свое магнитное поле, а взаимодействуя со статорным вращающимся полем, начинает роторное вращение. Еще в восемнадцатом веке был продемонстрирован этот принцип посредством проведения простого опыта: подковообразный магнит вращали с постоянной скоростью рядом с металлическим диском, который свободно был закреплен на оси. Диск начинал вращаться за магнитом, но с меньшей скоростью.

Если знать закон элетромагнитной индукции, то явление становится понятным. Когда магнитные полюса движутся, то рядом с поверхностью диска под ними наводится электродвижущаяся сила. Из-за нее создаются токи, которые образуют магнитное дисковое поле.

Список источников

• SamElectric.ru
• slarkenergy.ru
• electric-220.ru
• www.syl.ru
• www.asutpp.ru
• eti.su
• tokar.guru
• 220v.guru