Μονοφασικοί και διφασικοί ασύγχρονοι κινητήρες

Σκοπός, συσκευή και αρχή λειτουργίας μονοφασικών ασύγχρονων κινητήρων

Οι μονοφασικοί κινητήρες επαγωγής είναι μηχανές χαμηλής ισχύος που μοιάζουν με παρόμοιους τριφασικούς κινητήρες σκίουρου-κλωβού στο σχεδιασμό.

Οι μονοφασικοί ασύγχρονοι κινητήρες διαφέρουν από τους τριφασικούς κινητήρες στη διάταξη του στάτορα, όπου μια διφασική περιέλιξη βρίσκεται στις αυλακώσεις του μαγνητικού κυκλώματος, που αποτελείται από την κύρια ή τη φάση εργασίας με περιοχή φάσης 120 el. χαλάζι και οδηγεί σε τερματικούς σταθμούς με την ένδειξη C1 και C2, και μια βοηθητική ή αρχική φάση με εμβαδόν φάσης 60 el. χαλάζι και οδηγεί σε ακροδέκτες με σήμανση B1 και B2 (Εικ. 1).

Οι μαγνητικοί άξονες αυτών των φάσεων περιέλιξης μετατοπίζονται μεταξύ τους κατά γωνία 0 = 90 el. χαλάζι. Μια φάση εργασίας που συνδέεται με το δίκτυο εναλλασσόμενης τάσης δεν μπορεί να προκαλέσει την περιστροφή του ρότορα, καθώς το ρεύμα του διεγείρει ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο με σταθερό άξονα συμμετρίας, που χαρακτηρίζεται από μια μαγνητική επαγωγή που μεταβάλλεται αρμονικά στο χρόνο.

Ρύζι. 1. Διάγραμμα κυκλώματος ενός μονοφασικού κινητήρα επαγωγής ρότορα σκίουρου-κλωβού.

Αυτό το πεδίο μπορεί να αναπαρασταθεί από δύο συνιστώσες — πανομοιότυπα κυκλικά μαγνητικά πεδία άμεσης και αντίστροφης ακολουθίας, που περιστρέφονται με μαγνητικές επαγωγές, περιστρέφονται σε αντίθετες κατευθύνσεις με την ίδια ταχύτητα. Ωστόσο, όταν ο ρότορας επιταχύνεται εκ των προτέρων προς την απαιτούμενη κατεύθυνση, συνεχίζει να περιστρέφεται προς την ίδια κατεύθυνση όταν είναι ενεργοποιημένη η φάση εργασίας.

Για το λόγο αυτό, η εκκίνηση ενός μονοφασικού κινητήρα ξεκινά με την επιτάχυνση του ρότορα πατώντας το κουμπί εκκίνησης, προκαλώντας διέγερση ρευμάτων και στις δύο φάσεις της περιέλιξης του στάτορα, τα οποία μετατοπίζονται φάση κατά ένα ποσό ανάλογα με τις παραμέτρους του συσκευή αλλαγής φάσης Z, κατασκευασμένη με τη μορφή αντίστασης, επαγωγέα ή πυκνωτή και στοιχεία ηλεκτρικού κυκλώματος που περιλαμβάνουν τις φάσεις λειτουργίας και εκκίνησης της περιέλιξης του στάτορα. Αυτά τα ρεύματα προκαλούν ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο στο μηχάνημα με μαγνητική επαγωγή στο διάκενο αέρα, το οποίο μεταβάλλεται περιοδικά και μονότονα εντός των μέγιστων και ελάχιστων τιμών και το άκρο του διανύσματος του περιγράφει μια έλλειψη.

Το. Το ελλειπτικό περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο ανιχνεύει EMF και ρεύματα στα καλώδια της περιέλιξης του βραχυκυκλωμένου ρότορα, τα οποία, αλληλεπιδρώντας με αυτό το πεδίο, εξασφαλίζουν την επιτάχυνση του ρότορα του μονοφασικού κινητήρα προς την κατεύθυνση περιστροφής του πεδίου και φτάνει σχεδόν σε ονομαστική ταχύτητα σε λίγα δευτερόλεπτα.

Η απελευθέρωση του κουμπιού εκκίνησης μεταφέρει τον ηλεκτροκινητήρα από τη διφασική λειτουργία στη μονοφασική λειτουργία, η οποία υποστηρίζεται επιπλέον από την αντίστοιχη συνιστώσα του εναλλασσόμενου μαγνητικού πεδίου, το οποίο κατά την περιστροφή του είναι ελαφρώς μπροστά από τον περιστρεφόμενο ρότορα λόγω ολίσθησης.

Η έγκαιρη αποσύνδεση της φάσης εκκίνησης της περιέλιξης του στάτορα ενός μονοφασικού ασύγχρονου κινητήρα από το δίκτυο τροφοδοσίας είναι απαραίτητη λόγω του σχεδιασμού του, ο οποίος προβλέπει βραχυπρόθεσμο τρόπο λειτουργίας - συνήθως έως 3 δευτερόλεπτα, ο οποίος αποκλείει την παρατεταμένη παραμονή του υπό φορτίο λόγω απαράδεκτης υπερθέρμανσης, καύσης μόνωσης και ζημιάς.

Η αύξηση της αξιοπιστίας λειτουργίας των μονοφασικών ασύγχρονων κινητήρων παρέχεται με την ενσωμάτωση στο περίβλημα του μηχανήματος ενός φυγοκεντρικού διακόπτη με επαφές διακοπής συνδεδεμένες σε ακροδέκτες με σήμανση VT και B2 και ενός θερμικού ρελέ με παρόμοιες επαφές με ακροδέκτες με την ένδειξη PT και C1 (Εικ. 2, γ, δ).

Ο φυγοκεντρικός διακόπτης αποσυνδέει αυτόματα τη φάση εκκίνησης της περιέλιξης του στάτορα που συνδέεται με τους ακροδέκτες που φέρουν την ένδειξη B1 και B2 όταν ο ρότορας φτάσει σε ταχύτητα κοντά στην ονομαστική και το θερμικό ρελέ αποσυνδέει και τις δύο φάσεις της περιέλιξης του στάτη από το δίκτυο όταν η θέρμανση είναι υψηλότερο από το επιτρεπτό.

Η αντιστροφή της φοράς περιστροφής του ρότορα επιτυγχάνεται αλλάζοντας την κατεύθυνση του ρεύματος σε μία από τις φάσεις της περιέλιξης του στάτορα κατά την εκκίνηση με την ενεργοποίηση του κουμπιού εκκίνησης και την αναδιάταξη της μεταλλικής πλάκας στους ακροδέκτες του ηλεκτροκινητήρα (Εικ. 2, α, β) ή μόνο με αναδιάταξη δύο όμοιων πλακών (Εικ. 2, γ, δ).

Ρύζι. 2. Σήμανση των ακροδεκτών των φάσεων της περιέλιξης του στάτη μονοφασικού ασύγχρονου κινητήρα με ρότορα σκίουρου και η σύνδεσή τους για περιστροφή ρότορα: a, c — δεξιά, b, d — αριστερά.

Σύγκριση τεχνικών χαρακτηριστικών μονοφασικών και τριφασικών ασύγχρονων κινητήρων

Οι μονοφασικοί ασύγχρονοι κινητήρες διαφέρουν από τις τριφασικές μηχανές παρόμοια σε ονομαστική ισχύ με μειωμένο αρχικό συντελεστή ροπής kn = МХ / Mnom και αυξημένο αρχικό συντελεστή ρεύματος ki = Mi / Mnom, οι οποίοι είναι για μονοφασικούς ηλεκτρικούς κινητήρες με αρχική φάση της περιέλιξης του στάτη με αυξημένη αντίσταση συνεχούς ρεύματος και χαμηλότερη αυτεπαγωγή της φάσης εργασίας είναι σημαντικά kn — 1,0 — 1,5 και ki = 5 — 9.

Τα χαρακτηριστικά εκκίνησης των μονοφασικών ασύγχρονων κινητήρων είναι χειρότερα από αυτά των τριφασικών ασύγχρονων κινητήρων λόγω του γεγονότος ότι ένα ελλειπτικό περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο διεγείρεται στην εκκίνηση μονοφασικών μηχανών με αρχική φάση της περιέλιξης του στάτη ισοδύναμη με δύο μη ομοιόμορφα κυκλικά περιστρεφόμενα μαγνητικά πεδία — άμεσα και αντίστροφα, προκαλεί φαινόμενο πέδησης.

Επιλέγοντας τις παραμέτρους των στοιχείων των ηλεκτρικών κυκλωμάτων της φάσης εργασίας και εκκίνησης της περιέλιξης του στάτορα, είναι δυνατό να εξασφαλιστεί η διέγερση ενός κυκλικού περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου κατά την εκκίνηση, η οποία είναι δυνατή με ένα στοιχείο μετατόπισης φάσης. σε μορφή πυκνωτή με κατάλληλη χωρητικότητα.

Καθώς η επιτάχυνση του ρότορα προκαλεί αλλαγή στις παραμέτρους των κυκλωμάτων της μηχανής, το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο αλλάζει από κυκλικό σε ελλειπτικό, υποβαθμίζοντας έτσι τα χαρακτηριστικά εκκίνησης του κινητήρα. Επομένως, σε ταχύτητα περίπου 0,8 ονομαστική, η φάση εκκίνησης της περιέλιξης του στάτορα του ηλεκτροκινητήρα απενεργοποιείται χειροκίνητα ή αυτόματα, με αποτέλεσμα ο κινητήρας να μεταβαίνει σε μονοφασική λειτουργία.

Οι μονοφασικοί ασύγχρονοι κινητήρες με πυκνωτή εκκίνησης έχουν πολλαπλάσιο της αρχικής ροπής εκκίνησης kp = 1,7 — 2,4 και πολλαπλάσιο του αρχικού ρεύματος εκκίνησης ki = 3 — 5.

Διφασικοί ασύγχρονοι κινητήρες

Σε διφασικούς ασύγχρονους κινητήρες, οι δύο φάσεις της περιέλιξης του στάτη με εμβαδά φάσης 90 el. χαιρετίσματα οι εργαζόμενοι. Βρίσκονται στις αυλακώσεις του μαγνητικού κυκλώματος του στάτορα, έτσι ώστε οι μαγνητικοί άξονές τους να σχηματίζουν γωνία 90 el. χαλάζι. Αυτές οι φάσεις της περιέλιξης του στάτη διαφέρουν μεταξύ τους όχι μόνο στον αριθμό των στροφών, αλλά και στις ονομαστικές τάσεις και ρεύματα, αν και οι συνολικές τους δυνάμεις είναι οι ίδιες στην ονομαστική λειτουργία του κινητήρα.

Σε μία από τις φάσεις της περιέλιξης του στάτορα υπάρχει ένας μόνιμος πυκνωτής Cp (Εικ. 3, α), ο οποίος υπό τις συνθήκες της ονομαστικής λειτουργίας του κινητήρα παρέχει διέγερση ενός κυκλικού περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου. Η χωρητικότητα αυτού του πυκνωτή καθορίζεται από τον τύπο:

° Cp = I1sinφ1 / 2πfUn2

όπου I1 και φ1- αντίστοιχα το ρεύμα και η μετατόπιση φάσης μεταξύ της τάσης και του ρεύματος του κυκλώματος φάσης της περιέλιξης του στάτη χωρίς πυκνωτή σε ένα κυκλικό περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, I και ti — η συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος και η τάση της τροφοδοσίας δίκτυο, αντίστοιχα, n- συντελεστής μετασχηματισμού — ο λόγος του ενεργού αριθμού στροφών των φάσεων της περιέλιξης του στάτορα, αντίστοιχα με και χωρίς πυκνωτή, που προσδιορίζεται από τον τύπο

n = kvol2 w2 / ktom 1 w1

όπου коб2 και коб1 — συντελεστές περιέλιξης των αντίστοιχων φάσεων της περιέλιξης του στάτη με τον αριθμό των στροφών w2 και w1.

Η τάση ακροδεκτών πυκνωτή Uc συνδέεται σε σειρά με τη φάση περιέλιξης ενός διφασικού κινητήρα επαγωγής με κυκλικό περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο πάνω από την τάση δικτύου U και προσδιορίζεται ως εξής:

Uc = U √1 + n2

Η μετάβαση σε φορτίο κινητήρα διαφορετικό από το ονομαστικό συνοδεύεται από αλλαγή στο περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, το οποίο αντί για κυκλικό γίνεται ελλειπτικό.Αυτό επιδεινώνει τις ιδιότητες λειτουργίας του κινητήρα και κατά την εκκίνηση μειώνει την αρχική Ροπή εκκίνησης σε MP <0,3Mnom, περιορίζοντας τη χρήση μόνιμα συνδεδεμένων κινητήρων πυκνωτών μόνο σε εγκαταστάσεις με ήπιες συνθήκες εκκίνησης.

Για να αυξηθεί η αρχική ροπή, ο πυκνωτής εκκίνησης Cn συνδέεται παράλληλα με τον πυκνωτή εργασίας Cp (Εικ.3, β), η χωρητικότητα του οποίου είναι πολύ μεγαλύτερη από την χωρητικότητα του πυκνωτή εργασίας και εξαρτάται από το σύνολο της αρχικής εκκίνησης ροπή, η οποία μπορεί να αυξηθεί σε δύο ή περισσότερες.

Ρύζι. 3. Σχέδια για την ενεργοποίηση διφασικών ασύγχρονων κινητήρων με ρότορα κλωβού σκίουρου: α — με μόνιμα συνδεδεμένο πυκνωτή, β — με πυκνωτή λειτουργίας και εκκίνησης.

Αφού ο ρότορας επιταχύνει σε ταχύτητα 0,6 - 0,7 του ονομαστικού πυκνωτή εκκίνησης, απενεργοποιείται για να αποφευχθεί η μετάβαση ενός κυκλικού περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου σε ένα ελλειπτικό, το οποίο επιδεινώνει τη λειτουργία του κινητήρα.

Ο τρόπος εκκίνησης τέτοιων κινητήρων πυκνωτών χαρακτηρίζεται από τις ακόλουθες παραμέτρους: kn = 1,7 — 2,4 και ki = 4 — 6.

Οι κινητήρες πυκνωτών διακρίνονται από καλύτερα ενεργειακά χαρακτηριστικά από τους μονοφασικούς κινητήρες με αρχικό πέπλο στην περιέλιξη του στάτορα και ο συντελεστής ισχύος τους, χάρη στη χρήση πυκνωτών, είναι υψηλότερος από αυτόν των τριφασικών κινητήρων ίδιας ισχύος.

Ασύγχρονοι κινητήρες γενικής χρήσης

Οι εγκαταστάσεις αυτόματου ελέγχου χρησιμοποιούν καθολικούς ασύγχρονους κινητήρες-τριφασικά μηχανήματα χαμηλής ισχύος, που συνδέονται σε τριφασικό ή μονοφασικό δίκτυο. Όταν τροφοδοτούνται από μονοφασικό δίκτυο, τα χαρακτηριστικά εκκίνησης και λειτουργίας των κινητήρων είναι ελαφρώς χειρότερα από ό,τι όταν χρησιμοποιούνται σε τριφασική λειτουργία.

Οι γενικοί ασύγχρονοι κινητήρες της σειράς UAD παράγονται με δύο και τέσσερις πόλους, οι οποίοι σε τριφασική λειτουργία έχουν ονομαστική ισχύ από 1,5 έως 70 W και σε μονοφασική λειτουργία - από 1 έως 55 W και λειτουργούν από εναλλασσόμενο δίκτυο τάσης με συχνότητα 50 Hz με απόδοση η= 0,09 — 0,65.

Μονοφασικοί ασύγχρονοι κινητήρες με σκιασμένους ή σκιασμένους πόλους

Σε μονοφασικούς επαγωγικούς κινητήρες με σπασμένους ή σκιασμένους πόλους, κάθε πόλος χωρίζεται με μια βαθιά αυλάκωση σε δύο άνισα μέρη και φέρει μια μονοφασική περιέλιξη που καλύπτει ολόκληρο το μαγνητικό κύκλωμα του πόλου και τις βραχυκυκλωμένες στροφές που βρίσκονται στο μικρότερο τμήμα του.

Ο ρότορας αυτών των κινητήρων έχει περιέλιξη βραχυκυκλώματος. Η συμπερίληψη της περιέλιξης του στάτορα σε ημιτονοειδή τάση συνοδεύεται από τη δημιουργία ρεύματος σε αυτήν και τη διέγερση ενός εναλλασσόμενου μαγνητικού πεδίου με σταθερό άξονα συμμετρίας, το οποίο επάγει το αντίστοιχο emf και ρεύματα στους βραχυκυκλωμένους βρόχους.

Υπό την επίδραση των ρευμάτων βραχυκυκλώματος, τα αντίστοιχα m.d.s διεγείρουν ένα μαγνητικό πεδίο, το οποίο εμποδίζει την ενίσχυση και εξασθένηση του κύριου μαγνητικού πεδίου σε θωρακισμένους συχνούς πόλους. Τα μαγνητικά πεδία των θωρακισμένων και μη θωρακισμένων τμημάτων των πόλων είναι εκτός φάσης στο χρόνο και, μετατοπισμένα στο χώρο, σχηματίζουν το προκύπτον ελλειπτικό περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο που κινείται προς την κατεύθυνση από τον μαγνητικό άξονα του μη θωρακισμένου τμήματος του πόλου προς τον μαγνητικό άξονα του θωρακισμένου μέρους του.

Η αλληλεπίδραση αυτού του πεδίου με τα ρεύματα που προκαλούνται στην περιέλιξη του ρότορα προκαλεί την εμφάνιση της αρχικής ροπής Mn = (0,2 — 0,6) Mnom και την επιτάχυνση του ρότορα στην ονομαστική ταχύτητα, εάν η ροπή πέδησης που εφαρμόζεται στον άξονα του κινητήρα δεν πρέπει να υπερβεί τη ροπή εκκίνησης.

Για την αύξηση της αρχικής εκκίνησης και των μέγιστων ροπών στρέψης μονοφασικών ασύγχρονων κινητήρων με σπασμένους ή σκιασμένους πόλους, τοποθετούνται μεταξύ των πόλων τους μαγνητικές παρακλίσεις από φύλλο χάλυβα, γεγονός που φέρνει το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο πιο κοντά στο κυκλικό.

Οι κινητήρες σκιασμένου πόλου είναι μη αναστρέψιμες συσκευές που επιτρέπουν συχνές εκκινήσεις, ξαφνικές στάσεις και μπορούν να καθυστερήσουν για μεγάλο χρονικό διάστημα. Κατασκευάζονται με διπολική και τετραπολική ονομαστική ισχύ από 0,5 έως 30 W και με βελτιωμένο σχεδιασμό έως 300 W για λειτουργία από δίκτυο εναλλασσόμενης τάσης με συχνότητα 50 Hz με απόδοση ηnom = 0,20 — 0,40.
Διαβάστε επίσης: Selsyns: σκοπός, συσκευή, αρχή δράσης