Χαρακτηριστικά μονοφασικών επαγωγικών κινητήρων

Οι μονοφασικοί ασύγχρονοι κινητήρες χρησιμοποιούνται ευρέως στην τεχνολογία και την καθημερινή ζωή. Η παραγωγή μονοφασικών ασύγχρονων ηλεκτρικών κινητήρων από κλάσμα του watt έως εκατοντάδες watt είναι περισσότερο από το ήμισυ της παραγωγής όλων των μηχανών χαμηλής ισχύος και η ισχύς τους αυξάνεται συνεχώς.

Οι μονοφασικοί κινητήρες χωρίζονται γενικά σε δύο κατηγορίες:

• κινητήρες γενικής χρήσης « που περιλαμβάνουν βιομηχανικούς και οικιακούς ηλεκτρικούς κινητήρες.

• κινητήρες αυτόματων συσκευών — ελεγχόμενοι και μη ελεγχόμενοι κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος και εξειδικευμένες ηλεκτρικές μηχανές χαμηλής ισχύος (ταχογεννήτριες, περιστροφικοί μετασχηματιστές, σελσινί κ.λπ.).

Ένα σημαντικό ποσοστό των ασύγχρονων ηλεκτροκινητήρων είναι κινητήρες γενικής χρήσης που έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν σε μονοφασικό δίκτυο AC. Ωστόσο, υπάρχει μια αρκετά εκτεταμένη ομάδα καθολικών ασύγχρονων ηλεκτροκινητήρων που έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν τόσο σε μονοφασικά όσο και σε τριφασικά δίκτυα.

Ο σχεδιασμός των καθολικών κινητήρων πρακτικά δεν διαφέρει από παραδοσιακός σχεδιασμός τριφασικών ασύγχρονων μηχανών… Όταν λειτουργούν σε τριφασικό δίκτυο, αυτοί οι κινητήρες έχουν χαρακτηριστικά παρόμοια με εκείνα των τριφασικών κινητήρων.

Οι μονοφασικοί κινητήρες διαθέτουν ρότορα με κλωβό σκίουρου και η περιέλιξη του στάτορα μπορεί να κατασκευαστεί σε διαφορετικές εκδόσεις. Τις περισσότερες φορές, μια περιέλιξη εργασίας που γεμίζει τα δύο τρίτα των σχισμών και μια περιέλιξη εκκίνησης που γεμίζει το υπόλοιπο τρίτο των σχισμών τοποθετούνται στον στάτορα. Το πηνίο λειτουργίας υπολογίζεται για συνεχή λειτουργία και το πηνίο εκκίνησης υπολογίζεται μόνο για την περίοδο εκκίνησης. Επομένως, είναι κατασκευασμένο από σύρμα μικρής διατομής και περιέχει σημαντικό αριθμό στροφών. Για τη δημιουργία ροπής εκκίνησης, η περιέλιξη εκκίνησης περιλαμβάνει στοιχεία αλλαγής φάσης - αντιστάσεις ή πυκνωτές.

Οι ασύγχρονοι κινητήρες χαμηλής ισχύος μπορούν να είναι διφασικοί όταν η περιέλιξη εργασίας που τοποθετείται στον στάτορα έχει δύο φάσεις αναμεμειγμένες στο χώρο κατά 90 °. Σε μια από τις φάσεις, περιλαμβάνεται συνεχώς ένα στοιχείο μετατόπισης φάσης - ένας πυκνωτής ή μια αντίσταση Top, που παρέχει μια ορισμένη μετατόπιση φάσης μεταξύ των ρευμάτων του πηνίου.

Συνήθως ονομάζεται κινητήρας με πυκνωτή μόνιμα συνδεδεμένο σε μία από τις φάσεις πυκνωτής… Η χωρητικότητα του πυκνωτή μετατόπισης φάσης μπορεί να είναι σταθερή, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις η τιμή χωρητικότητας μπορεί να είναι διαφορετική για την εκκίνηση και τη λειτουργία λειτουργίας.

Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των μονοφασικών ασύγχρονων κινητήρων είναι η δυνατότητα περιστροφής του ρότορα σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Η φορά περιστροφής καθορίζεται από την κατεύθυνση της αρχικής ροπής.

Επομένως, σε χαμηλή αντίσταση ρότορα (Ccr < 1), ένας μονοφασικός κινητήρας δεν μπορεί να λειτουργήσει σε αντίστροφη λειτουργία. Ο τρόπος λειτουργίας κινητήρα αντιστοιχεί στις στροφές του ρότορα 0 <n <nc σε υψηλότερη ταχύτητα λαμβάνει χώρα η λειτουργία γεννήτριας.

Ένα χαρακτηριστικό των μονοφασικών κινητήρων είναι ότι η μέγιστη ροπή τους εξαρτάται από την αντίσταση του ρότορα. Καθώς αυξάνεται η ενεργή αντίσταση του ρότορα, η μέγιστη ροπή μειώνεται και με μεγάλες τιμές αντίστασης Skr > 1 γίνεται αρνητική.

Όταν επιλέγετε τον τύπο του ηλεκτροκινητήρα για την οδήγηση μιας συσκευής ή μηχανισμού, είναι απαραίτητο να γνωρίζετε τα χαρακτηριστικά του.Τα κύρια είναι τα χαρακτηριστικά ροπής (αρχική ροπή εκκίνησης, μέγιστη ροπή, ελάχιστη ροπή), συχνότητα περιστροφής, δονητικά ακουστικά χαρακτηριστικά. Σε ορισμένες περιπτώσεις απαιτούνται επίσης χαρακτηριστικά ενέργειας και βάρους.

Για παράδειγμα, τα χαρακτηριστικά ενός μονοφασικού κινητήρα υπολογίζονται με τις ακόλουθες παραμέτρους:

• αριθμός φάσεων — 1;

• συχνότητα δικτύου — 50 Hz;

• τάση δικτύου — 220 V;

• ενεργή αντίσταση της περιέλιξης του στάτορα — 5 ohms.

• επαγωγική αντίσταση της περιέλιξης του στάτορα — 9,42 Ohm;

• επαγωγική αντίσταση της περιέλιξης του ρότορα — 5,6 Ohm;

• αξονικό μήκος του μηχανήματος — 0,1 m.

• ο αριθμός των στροφών στην περιέλιξη του στάτορα -320.

• ακτίνα οπής στάτη — 0,0382 m;

• αριθμός καναλιών — 48.

• διάκενο αέρα — 1,0 x 103 m.

• συντελεστής επαγωγής ρότορα 1,036.

Η μονοφασική περιέλιξη γεμίζει τα δύο τρίτα των υποδοχών του στάτη.

Στο σχ. Το σχήμα 1 δείχνει τις εξαρτήσεις του ρεύματος ενός μονοφασικού ηλεκτροκινητήρα και της ηλεκτρομαγνητικής ροπής ολίσθησης. Στην ιδανική κατάσταση ρελαντί, το ρεύμα κινητήρα που καταναλώνεται από το δίκτυο, κυρίως για τη δημιουργία μαγνητικού πεδίου, έχει σχετικά μεγάλη τιμή.

Για έναν προσομοιωμένο κινητήρα, το μέγεθος του ρεύματος μαγνήτισης είναι περίπου 30% του αρχικού ρεύματος, για τριφασικούς κινητήρες με την ίδια ισχύ - 10-15%.Η ηλεκτρομαγνητική ροπή στην ιδανική κατάσταση ρελαντί έχει αρνητική τιμή, η οποία αυξάνεται όσο αυξάνεται η αντίσταση του κυκλώματος του ρότορα. Στο γλιστρώντας C= 1, η ηλεκτρομαγνητική ροπή είναι μηδέν, γεγονός που επιβεβαιώνει τη σωστή λειτουργία του μοντέλου.

Σύκο. 1. Τα περιβλήματα του διανυσματικού δυναμικού και της μαγνητικής επαγωγής στο διάκενο κινητήρα κατά την ολίσθηση s = 1

Ρύζι. 2. Εξάρτηση του ρεύματος και της ηλεκτρομαγνητικής ροπής ενός μονοφασικού ασύγχρονου κινητήρα από την ολίσθηση

Οι εξαρτήσεις της χρήσιμης και της καταναλωμένης ισχύος από την ολίσθηση (Εικ. 3) έχουν παραδοσιακό χαρακτήρα. Η απόδοση του κινητήρα στην ιδανική κατάσταση ρελαντί έχει αρνητικό πρόσημο που αντιστοιχεί στην αρνητική ροπή και ο συντελεστής ισχύος σε αυτή τη λειτουργία είναι πολύ χαμηλός (0,125 για τον προσομοιωμένο κινητήρα).

Η χαμηλότερη τιμή του συντελεστή ισχύος σε σύγκριση με τους τριφασικούς κινητήρες εξηγείται από το υψηλό μέγεθος του ρεύματος μαγνήτισης. Καθώς αυξάνεται το φορτίο, η τιμή του συντελεστή ισχύος αυξάνεται και γίνεται συγκρίσιμη με αυτή των τριφασικών κινητήρων (Εικ. 4).

Ρύζι. 3. Εξάρτηση της χρήσιμης και καταναλωμένης ισχύος ενός μονοφασικού ασύγχρονου κινητήρα από την ολίσθηση

Ρύζι. 4. Εξάρτηση του συντελεστή ωφέλιμης δράσης και ισχύος ενός μονοφασικού ασύγχρονου κινητήρα από την ολίσθηση

Καθώς αυξάνεται η ενεργός αντίσταση του ρότορα, το μέγεθος της ηλεκτρομαγνητικής ροπής μειώνεται και σε κρίσιμες ολισθήσεις πάνω από τη μονάδα, γίνεται αρνητικό.

Στο σχ. Το 5 δείχνει την εξάρτηση της ηλεκτρομαγνητικής ροπής ενός μονοφασικού κινητήρα ολίσθησης για διαφορετικές τιμές της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του δευτερεύοντος μέσου του κινητήρα.

Ρύζι. 5.Εξάρτηση της ηλεκτρομαγνητικής ροπής ενός μονοφασικού κινητήρα ολίσθησης σε διαφορετικές αντιστάσεις ρότορα (1 — 17 x 106 Cm / m, 2 — 1,7 x 106 Cm / m)

Οι κινητήρες πυκνωτών έχουν δύο περιελίξεις μόνιμα συνδεδεμένες στο δίκτυο. Ένα από αυτά συνδέεται απευθείας στο δίκτυο, το δεύτερο συνδέεται σε σειρά με έναν πυκνωτή που παρέχει την απαραίτητη μετατόπιση φάσης.

Και οι δύο περιελίξεις καταλαμβάνουν τον ίδιο αριθμό σχισμών στον στάτορα και ο αριθμός των στροφών τους και η χωρητικότητα του πυκνωτή υπολογίζονται με τέτοιο τρόπο ώστε με κάποια ολίσθηση να παρέχεται ένα κυκλικό περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο. Τις περισσότερες φορές, το ονομαστικό ολίσθημα γίνεται αποδεκτό ως τέτοιο. Σε αυτή την περίπτωση όμως η αρχική ροπή αποδεικνύεται πολύ μικρότερη από την ονομαστική.

Το μαγνητικό πεδίο στην αρχική λειτουργία είναι ελλειπτικό. η επίδραση των αντίθετα κινούμενων συνιστωσών του μαγνητικού πεδίου επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό. Εάν η χωρητικότητα του πυκνωτή αυξηθεί επιλέγοντάς την από την συνθήκη λήψης κυκλικού πεδίου κατά την εκκίνηση, τότε υπάρχει μείωση της ροπής και μείωση των ενεργειακών δεικτών στην ονομαστική ολίσθηση.

Μια τρίτη παραλλαγή είναι επίσης δυνατή, όταν το κυκλικό πεδίο αντιστοιχεί σε ολίσθηση με μεγαλύτερο μέγεθος από ό,τι στον ονομαστικό τρόπο λειτουργίας. Αλλά και αυτή η διαδρομή δεν είναι βέλτιστη, αφού η αύξηση της ροπής συνοδεύεται από σημαντική αύξηση των απωλειών. Η αύξηση της ροπής εκκίνησης ενός κινητήρα πυκνωτή μπορεί να επιτευχθεί αυξάνοντας την ενεργή αντίσταση του ρότορα. Αυτή η μέθοδος οδηγεί σε αύξηση των απωλειών με κάθε ολίσθηση, με αποτέλεσμα να μειώνεται η απόδοση του κινητήρα.

Ρύζι. 6.Εξάρτηση των ρευμάτων του κινητήρα πυκνωτή ολίσθησης (Azp.o — ρεύμα πηνίου λειτουργίας, Azk.o — ρεύμα πηνίου πυκνωτή, E — ρεύμα κινητήρα)

Ρύζι. 7. Εξάρτηση από την καταναλωμένη P1 και τη χρήσιμη ισχύ ολίσθησης P2 ενός πυκνωτή

Ρύζι. 8. Εξάρτηση του συντελεστή ωφέλιμης δράσης και ισχύος και της ηλεκτρομαγνητικής ροπής του κινητήρα πυκνωτή ολίσθησης

Ο κινητήρας πυκνωτή έχει αρκετά ικανοποιητική ενεργειακή απόδοση, υψηλό συντελεστή ισχύος, η τιμή του οποίου υπερβαίνει τον συντελεστή ισχύος ενός τριφασικού κινητήρα και με αυξημένη αντίσταση ρότορα και σημαντική χωρητικότητα, υψηλή ροπή εκκίνησης. Ταυτόχρονα, όπως προαναφέρθηκε, ο κινητήρας έχει μειωμένη τιμή απόδοσης.

Ρύζι. 9. Διανυσματικό διάγραμμα κινητήρα πυκνωτή σε ολίσθηση s = 0,1

Το διανυσματικό διάγραμμα (Εικ. 9) δείχνει ότι στην επιλεγμένη τιμή της χωρητικότητας του πυκνωτή, το ρεύμα του πηνίου πυκνωτή οδηγεί σε σχέση με την τάση δικτύου και το ρεύμα του πηνίου εργασίας καθυστερεί. Το διάγραμμα δείχνει επίσης ότι όταν ολισθαίνει κοντά στο ονομαστικό, το μαγνητικό πεδίο του κινητήρα είναι ελλειπτικό. Για να ληφθεί ένα κυκλικό πεδίο, η τιμή χωρητικότητας του πυκνωτή πρέπει να μειωθεί έτσι ώστε τα ρεύματα στα δύο πηνία να είναι ίσα σε μέγεθος.

Δείτε επίσης για αυτό το θέμα:Μονοφασικοί πυκνωτές πολλαπλών ταχυτήτων