Eenfasige en tweefasige asynchrone motoren

Doel, apparaat en werkingsprincipe van enkelfasige asynchrone motoren

Enkelfasige inductiemotoren zijn machines met een laag vermogen die qua ontwerp lijken op vergelijkbare driefasige kooiankermotoren.

Eenfasige asynchrone motoren verschillen van driefasige motoren in de statoropstelling, waarbij een tweefasige wikkeling zich in de groeven van het magnetische circuit bevindt, bestaande uit de hoofd- of werkfase met een fasegebied van 120 el. hagel en leidt naar klemmen gemarkeerd met C1 en C2, en een hulp- of startfase met een fasegebied van 60 el. hagel en leidt naar terminals gemarkeerd met B1 en B2 (Fig. 1).

De magnetische assen van deze wikkelfasen zijn ten opzichte van elkaar verschoven over een hoek 0 = 90 el. hagel. Een werkfase die is aangesloten op het wisselspanningsnetwerk kan de rotor niet laten draaien, aangezien de stroom een ​​wisselend magnetisch veld opwekt met een vaste symmetrieas, gekenmerkt door een magnetische inductie die harmonisch verandert in de tijd.

Rijst. 1. Schakelschema van een eenfasige inductiemotor met eekhoornrotor.

Dit veld kan worden weergegeven door twee componenten - identieke cirkelvormige magnetische velden met directe en omgekeerde volgorde, roterend met magnetische inducties, roterend in tegengestelde richtingen met dezelfde snelheid. Wanneer de rotor echter vooraf in de gewenste richting wordt versneld, blijft hij in dezelfde richting draaien wanneer de werkfase is ingeschakeld.

Om deze reden begint het starten van een enkelfasige motor door de rotor te versnellen door op de startknop te drukken, waardoor stromen worden opgewekt in beide fasen van de statorwikkeling, die in fase verschoven zijn met een hoeveelheid die afhangt van de parameters van de faseverschuivend apparaat Z, gemaakt in de vorm van een weerstand, een inductor of een condensator, en elektrische circuitelementen die de bedrijfs- en startfasen van de statorwikkeling omvatten. Deze stromen veroorzaken een roterend magnetisch veld in de machine met magnetische inductie in de luchtspleet, dat periodiek en monotoon verandert binnen de maximale en minimale waarden, en het einde van zijn vector beschrijft een ellips.

Het. Het elliptisch roterende magnetische veld detecteert EMF en stromen in de draden van de kortgesloten rotorwikkeling, die, in wisselwerking met dit veld, zorgen voor de versnelling van de rotor van de enkelfasige motor in de draairichting van het veld, en het bereikt bijna nominale snelheid in een paar seconden.

Door de startknop los te laten, gaat de elektromotor over van de tweefasige modus naar de enkelfasige modus, die bovendien wordt ondersteund door de overeenkomstige component van het wisselende magnetische veld, dat tijdens zijn rotatie door slip iets voor de roterende rotor ligt.

Tijdige ontkoppeling van de startfase van de statorwikkeling van een enkelfasige asynchrone motor van het elektriciteitsnet is noodzakelijk vanwege het ontwerp, dat zorgt voor een kortetermijnbedrijfsmodus - meestal tot 3 s, wat een langdurig verblijf uitsluit onder belasting door onaanvaardbare oververhitting, doorgebrande isolatie en beschadiging.

Het vergroten van de betrouwbaarheid van de werking van eenfasige asynchrone motoren wordt geleverd door in de machinebehuizing een centrifugaalschakelaar in te bouwen met onderbrekende contacten die zijn aangesloten op de klemmen gemarkeerd met VT en B2 en een thermisch relais met soortgelijke contacten met de klemmen gemarkeerd met PT en C1 (Fig. 2, c,d).

De centrifugaalschakelaar verbreekt automatisch de startfase van de statorwikkeling die is aangesloten op de klemmen B1 en B2 wanneer de rotor een snelheid bereikt die dicht bij de nominale snelheid komt, en het thermische relais ontkoppelt beide fasen van de statorwikkeling van het net wanneer de verwarming is uitgeschakeld. hoger van het toelaatbare.

De omkering van de draairichting van de rotor wordt bereikt door de richting van de stroom in een van de fasen van de statorwikkeling te veranderen bij het starten door de startknop om te schakelen en de metalen plaat op de klemmen van de elektromotor te herschikken ( Afb. 2, a, b) of alleen door twee vergelijkbare platen te herschikken (Fig. 2, c, d).

Rijst. 2. Markering van de klemmen van de fasen van de statorwikkeling van een enkelfasige asynchrone motor met een eekhoornrotor en hun aansluiting voor rotorrotatie: a, c - rechts, b, d - links.

Vergelijking van de technische kenmerken van eenfasige en driefasige asynchrone motoren

Eenfasige asynchrone motoren verschillen van driefasige machines die qua nominaal vermogen vergelijkbaar zijn met een verminderde initiële koppelfactor kn = МХ / Mnom en een verhoogde initiële stroomfactor ki = Mi / Mnom, die voor eenfasige elektromotoren met een initiële fase zijn van de statorwikkeling met verhoogde gelijkstroomweerstand en lagere inductantie van de werkfase zijn belangrijk kn - 1,0 - 1,5 en ki = 5 - 9.

De startkarakteristieken van eenfasige asynchrone motoren zijn slechter dan die van driefasige asynchrone motoren vanwege het feit dat een elliptisch roterend magnetisch veld wordt opgewekt bij het starten van eenfasige machines met een beginfase van de statorwikkeling gelijk aan twee niet-uniforme cirkelvormige roterende magnetische velden - direct en vice versa, veroorzaakt een remmend effect.

Door de parameters van de elementen van de elektrische circuits van de werk- en startfase van de statorwikkeling te selecteren, is het mogelijk om de excitatie van een cirkelvormig roterend magnetisch veld bij het opstarten te verzekeren, wat mogelijk is met een faseverschuivend element gemaakt in de vorm van een condensator met een geschikte capaciteit.

Aangezien de versnelling van de rotor een verandering in de parameters van de machinecircuits veroorzaakt, verandert het roterende magnetische veld van cirkelvormig in elliptisch, waardoor de startkarakteristieken van de motor verslechteren. Daarom wordt bij een snelheid van ongeveer 0,8 nominaal de startfase van de statorwikkeling van de elektromotor handmatig of automatisch uitgeschakeld, waardoor de motor overschakelt naar eenfasig bedrijf.

Eenfasige asynchrone motoren met een aanloopcondensator hebben een veelvoud van het initiële startkoppel kp = 1,7 — 2,4 en een veelvoud van de initiële startstroom ki = 3 — 5.

Tweefasige asynchrone motoren

Bij tweefasige asynchrone motoren zijn de twee fasen van de statorwikkeling met fasegebieden van 90 el. groetjes zijn de werkers. Ze bevinden zich in de groeven van het magnetische circuit van de stator, zodat hun magnetische assen een hoek van 90 el vormen. hagel. Deze fasen van de statorwikkeling verschillen niet alleen van elkaar in het aantal windingen, maar ook in nominale spanningen en stromen, hoewel hun totale vermogen hetzelfde is bij de nominale modus van de motor.

In een van de fasen van de statorwikkeling bevindt zich een permanente condensator Cp (Fig. 3, a), die onder de omstandigheden van de nominale modus van de motor zorgt voor excitatie van een cirkelvormig roterend magnetisch veld. De capaciteit van deze condensator wordt bepaald door de formule:

° Cp = I1sinφ1 / 2πfUn2

waarbij I1 en φ1- respectievelijk de stroom- en faseverschuiving tussen de spanning en stroom van het fasecircuit van de statorwikkeling zonder condensator in een cirkelvormig roterend magnetisch veld, I en ti — de frequentie van de wisselstroom en de voedingsspanning netwerk, respectievelijk, n- transformatiecoëfficiënt - de verhouding van het effectieve aantal windingen van de fasen van de statorwikkeling, respectievelijk met en zonder condensator, bepaald door de formule

n = kvol2 w2 / ktom 1 w1

waar коб2 en коб1 — wikkelingscoëfficiënten van de overeenkomstige fasen van de statorwikkeling met het aantal windingen w2 en w1.

Condensatorklemspanning Uc in serie geschakeld met de wikkelfase van een tweefasige inductiemotor met een cirkelvormig roterend magnetisch veld boven de netspanning U en wordt als volgt bepaald:

Uc = U √1 + n2

De overgang naar een andere dan de nominale motorbelasting gaat gepaard met een verandering in het roterende magnetische veld, dat in plaats van cirkelvormig elliptisch wordt.Dit verslechtert de werkeigenschappen van de motor en bij het starten vermindert het de initiële Startkoppel tot MP <0.3Mnom, waardoor het gebruik van permanent aangesloten condensatormotoren alleen wordt beperkt in installaties met milde startomstandigheden.

Om het initiële koppel te verhogen, is de startcondensator Cn parallel geschakeld met de werkcondensator Cp (Fig.3, b), waarvan de capaciteit veel groter is dan de capaciteit van de werkcondensator en afhankelijk is van de set van de initiële start koppel, dat kan worden verhoogd tot twee of meer.

Rijst. 3. Schema's voor het inschakelen van tweefasige asynchrone motoren met een eekhoornrotor: a - met een permanent aangesloten condensator, b - met een bedrijfs- en startcondensator.

Nadat de rotor versnelt tot een snelheid van 0,6 - 0,7 van de nominale startcondensator, wordt deze uitgeschakeld om de overgang van een cirkelvormig roterend magnetisch veld naar een elliptisch veld te voorkomen, wat de werking van de motor verslechtert.

De startmodus van dergelijke condensatormotoren wordt gekenmerkt door de volgende parameters: kn = 1,7 - 2,4 en ki = 4 - 6.

Condensatormotoren onderscheiden zich door betere energiekarakteristieken dan enkelfasige motoren met een initiële sluier op de statorwikkeling, en hun arbeidsfactor, dankzij het gebruik van condensatoren, is hoger dan die van driefasige motoren met hetzelfde vermogen.

Universele asynchrone motoren

Automatische besturingsinstallaties gebruiken universele asynchrone motoren - driefasige machines met een laag vermogen, die zijn aangesloten op een driefasig of enkelfasig netwerk. Bij voeding via een enkelfasig netwerk zijn de start- en bedrijfskarakteristieken van motoren iets slechter dan bij gebruik in driefasige modus.

Universele asynchrone motoren van de UAD-serie worden geproduceerd met twee- en vierpolig, die in driefasige modus een nominaal vermogen hebben van 1,5 tot 70 W, en in enkelfasige modus - van 1 tot 55 W en werken vanuit een alternerende spanningsnet met een frequentie van 50 Hz met rendement η= 0,09 — 0,65.

Eenfasige asynchrone motoren met schaduwrijke of schaduwrijke polen

In enkelfasige inductiemotoren met gespleten of gearceerde polen wordt elke pool door een diepe groef in twee ongelijke delen verdeeld en draagt ​​een enkelfasige wikkeling die het gehele magnetische circuit van de pool bedekt en kortgesloten windingen op het kleinere deel.

De rotor van deze motoren heeft een kortsluitwikkeling. De opname van de statorwikkeling tot een sinusvormige spanning gaat gepaard met het tot stand brengen van een stroom erin en de excitatie van een wisselend magnetisch veld met een vaste symmetrieas, die de overeenkomstige emf en stromen in de kortgesloten lussen induceert.

De overeenkomstige m.d.s wekken onder invloed van kortsluitstromen een magnetisch veld op, dat de versterking en verzwakking van het magnetische hoofdveld in afgeschermde frequente polen verhindert. De magnetische velden van de afgeschermde en niet-afgeschermde delen van de polen zijn in de tijd uit fase en vormen, verschoven in de ruimte, het resulterende elliptisch roterende magnetische veld dat beweegt in de richting van de magnetische as van het niet-afgeschermde deel van de pool naar de magnetische as van zijn afgeschermde deel.

De interactie van dit veld met de stromen die worden geïnduceerd in de rotorwikkeling veroorzaakt het verschijnen van het aanvankelijke koppel Mn = (0,2 - 0,6) Mnom en de versnelling van de rotor tot het nominale toerental, als het remkoppel dat op de motoras wordt uitgeoefend niet mag om het startkoppel te overschrijden.

Om de initiële start- en maximale koppels van enkelfasige asynchrone motoren met gesplitste of gearceerde polen te verhogen, worden magnetische shunts van staalplaat tussen hun polen geplaatst, waardoor het roterende magnetische veld dichter bij een cirkel komt.

Motoren met gearceerde polen zijn niet-omkeerbare apparaten die frequente starts en plotselinge stops mogelijk maken en lange tijd kunnen worden uitgesteld. Ze zijn gemaakt met een twee- en vierpolig nominaal vermogen van 0,5 tot 30 W en met een verbeterd ontwerp tot 300 W voor gebruik vanuit een wisselspanningsnetwerk met een frequentie van 50 Hz met een efficiëntie van ηnom = 0,20 - 0,40.
Lees ook: Selsyns: doel, apparaat, werkingsprincipe