Однофазные асинхронные двигатели

Трехфазный двигатель может работать от однофазного источника питания. Однако он не запускается самостоятельно. Его можно запустить вручную в любом направлении, набрав скорость за несколько секунд. Он будет развивать только 2/3 номинальной мощности 3-φ, потому что одна обмотка не используется.

Двигатель 3-φ работает от мощности 1-φ, но не запускается

Одна катушка однофазного двигателя

Одиночная катушка однофазного асинхронного двигателя создает не вращающееся магнитное поле, а пульсирующее поле, достигающее максимальной напряженности при электрическом напряжении 0 ° и 180 °.

Однофазный статор создает невращающееся пульсирующее магнитное поле

Другая точка зрения состоит в том, что одиночная катушка, возбуждаемая однофазным током, создает два вектора магнитного поля, вращающихся в противоположных направлениях, совпадающих дважды за оборот при 0 ° (рисунок выше-a) и 180 ° (рисунок e). Когда векторы поворачиваются на 90 ° и -90 °, они отменяются на рисунке c.

При 45 ° и -45 ° (рисунок b) они частично складываются по оси + x и сокращаются по оси y. Аналогичная ситуация существует на рисунке d. Сумма этих двух векторов - это вектор, неподвижный в пространстве, но чередующийся во времени. Таким образом, пусковой крутящий момент не создается.

Однако, если ротор вращается вперед со скоростью немного меньшей, чем синхронная скорость, он будет развивать максимальный крутящий момент при 10% скольжении относительно вектора прямого вращения. Меньший крутящий момент будет развиваться выше или ниже 10% скольжения.

Ротор будет испытывать скольжение на 200-10% относительно вектора магнитного поля, вращающегося в противоположных направлениях. Небольшой крутящий момент (см. Кривую зависимости крутящего момента от скольжения), за исключением двукратной пульсации частоты, создается вектором, вращающимся в противоположных направлениях. Таким образом, однофазная катушка будет развивать крутящий момент после запуска ротора.

Если ротор запускается в обратном направлении, он будет развивать такой же большой крутящий момент, поскольку он приближается к скорости вращающегося в обратном направлении вектора.

Однофазные асинхронные двигатели имеют медную или алюминиевую короткозамкнутую клетку, встроенную в цилиндр из стальных пластин, что типично для многофазных асинхронных двигателей.

Двигатель с постоянным разделением конденсаторов

Один из способов решить проблему с однофазным двигателем - построить двухфазный двигатель, получающий двухфазное питание от однофазного. Для этого требуется двигатель с двумя обмотками, разнесенными на 90 ° . электрическая, питаемая двумя фазами тока со смещением 90 ° во время. Это называется электродвигателем с постоянным разделением конденсаторов.

Асинхронный двигатель с постоянным разделением конденсаторов

Этот тип двигателя подвержен увеличению величины тока и сдвигу во времени назад, когда двигатель набирает скорость, с пульсациями крутящего момента на полной скорости. Решение состоит в том, чтобы уменьшить емкость конденсатора (импеданс), чтобы минимизировать потери.

Потери меньше, чем у двигателя с экранированными полюсами. Эта конфигурация двигателя хорошо работает до 1/4 лошадиных сил (200 Вт), хотя обычно применяется к двигателям меньшего размера. Направление двигателя легко изменить, включив конденсатор последовательно с другой обмоткой. Этот тип двигателя может быть адаптирован для использования в качестве серводвигателя, описанного в другом месте в этой главе.

Однофазный асинхронный двигатель со встроенными катушками статора

Однофазные асинхронные двигатели могут иметь катушки, встроенные в статор для двигателей большего размера. Тем не менее, меньшие размеры требуют меньшей сложности для создания концентрированных обмоток с выступающими полюсами.

Асинхронный двигатель с конденсаторным пуском

На рисунке ниже конденсатор большего размера может использоваться для запуска однофазного асинхронного двигателя через вспомогательную обмотку, если он отключается центробежным переключателем, когда двигатель набирает обороты. Кроме того, во вспомогательной обмотке может быть намного больше витков из более тяжелого провода, чем в резистивном электродвигателе с расщепленной фазой, чтобы уменьшить чрезмерное повышение температуры.

В результате для таких тяжелых нагрузок, как компрессоры кондиционеров, доступен больший пусковой крутящий момент. Эта конфигурация мотора работает настолько хорошо, что доступна в нескольких вариантах мощности (несколько киловатт).

Асинхронный двигатель с конденсаторным запуском

Асинхронный двигатель с конденсаторным двигателем

Разновидностью двигателя с конденсаторным пуском (рисунок ниже) является запуск двигателя с относительно большим конденсатором для высокого пускового крутящего момента, но с оставлением конденсатора меньшего номинала на месте после запуска для улучшения рабочих характеристик, не потребляя чрезмерного тока. Дополнительная сложность конденсаторного двигателя оправдана для двигателей большего размера.

Асинхронный двигатель с конденсаторным двигателем

Пусковой конденсатор двигателя может быть неполярным электролитическим конденсатором с двойным анодом, который может представлять собой два последовательно соединенных поляризованных электролитических конденсатора + к + (или - к -). Такие электролитические конденсаторы переменного тока имеют такие высокие потери, что их можно использовать только в прерывистом режиме (1 секунда во включенном состоянии, 60 секунд в выключенном состоянии), например, при запуске двигателя.

Конденсатор для работы двигателя должен быть не электролитической конструкции, а должен быть из полимера с меньшими потерями.

Асинхронный двигатель с двухфазным двигателем

Если во вспомогательной обмотке намного меньше витков, меньший провод помещается под углом 90 ° . электрический к основной обмотке, он может запускать однофазный асинхронный двигатель. При более низкой индуктивности и более высоком сопротивлении ток будет испытывать меньший фазовый сдвиг, чем основная обмотка.

Около 30 ° разности фаз. Эта катушка создает средний пусковой крутящий момент, который отключается центробежным переключателем на 3/4 синхронной скорости. Эта простая (без конденсатора) конструкция хорошо подходит для двигателей мощностью до 1/3 лошадиных сил (250 Вт), управляющих легко запускаемыми нагрузками.

Асинхронный двигатель с двухфазным двигателем, сопротивление

Этот двигатель имеет больший пусковой крутящий момент, чем двигатель с экранированными полюсами (следующий раздел), но не такой большой, как двухфазный двигатель, построенный из тех же частей. Плотность тока во вспомогательной обмотке настолько высока во время пуска, что последующий быстрый рост температуры исключает частый перезапуск или медленные пусковые нагрузки.

Корректор коэффициента мощности Nola

Фрэнк Нола из НАСА предложил корректор коэффициента мощности для повышения эффективности асинхронных двигателей переменного тока в середине 1970-х годов. Он основан на предположении, что асинхронные двигатели неэффективны при нагрузке ниже полной. Эта неэффективность коррелирует с низким коэффициентом мощности.

Коэффициент мощности меньше единицы возникает из-за тока намагничивания, необходимого для статора. Этот фиксированный ток составляет большую долю от общего тока двигателя по мере уменьшения нагрузки двигателя. При небольшой нагрузке полный ток намагничивания не требуется. Его можно уменьшить, уменьшив подаваемое напряжение, повысив коэффициент мощности и эффективность.

Корректор коэффициента мощности определяет коэффициент мощности и снижает напряжение двигателя, тем самым восстанавливая более высокий коэффициент мощности и уменьшая потери.

Поскольку однофазные двигатели примерно в 2–4 раза менее эффективны, чем трехфазные двигатели, существует потенциальная экономия энергии для двигателей 1-φ. Для полностью загруженного двигателя экономии нет, так как требуется весь ток намагничивания статора.

Напряжение не может быть уменьшено. Но есть потенциальная экономия от менее чем полностью загруженного двигателя. Двигатель с номинальным напряжением 117 В переменного тока рассчитан на работу при напряжении от 127 В переменного тока до 104 В переменного тока. Это означает, что он не полностью загружен при работе с напряжением более 104 В переменного тока, например, с холодильником на 117 В переменного тока.

Контроллер коэффициента мощности может безопасно снизить сетевое напряжение до 104–110 В переменного тока. Чем выше начальное напряжение в сети, тем больше потенциальная экономия. Конечно, если энергокомпания подаст напряжение ближе к 110 В переменного тока, двигатель будет работать более эффективно без каких-либо дополнительных устройств.

Любой практически неработающий однофазный асинхронный двигатель с 25% FLC или менее является кандидатом на использование PFC. Однако он должен работать большое количество часов в год. И чем больше времени он простаивает, как на пилораме, штамповочном прессе или конвейере, тем выше вероятность оплаты контроллера через несколько лет эксплуатации.

За него должно быть втрое проще платить по сравнению с более эффективным 3-φ-двигателем. Стоимость PFC не может быть возмещена для двигателя, работающего всего несколько часов в день.

Резюме:однофазные асинхронные двигатели

• Однофазные асинхронные двигатели не запускаются автоматически без вспомогательной обмотки статора, управляемой противофазным током около 90 ° . После запуска вспомогательная обмотка необязательна.
• Вспомогательная обмотка постоянного разделенного конденсаторного двигателя имеет конденсатор, включенный последовательно с ним во время запуска и работы.
• асинхронный двигатель с конденсаторным пуском имеет только конденсатор, включенный последовательно со вспомогательной обмоткой во время пуска.
• конденсаторный двигатель обычно имеет большой неполяризованный электролитический конденсатор, последовательно включенный со вспомогательной обмоткой для запуска, а затем меньший неэлектролитический конденсатор во время работы.
• Вспомогательная обмотка двухфазного двигателя с сопротивлением во время запуска возникает разность фаз по сравнению с основной обмоткой из-за разницы в сопротивлении.

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

• Рабочий лист по теории электродвигателей переменного тока