Однофазные асинхронные двигатели

1.

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Уфимский государственный авиационный технический университет» (ФГБОУ ВО «УГАТУ»)
У ГАТ У
«Электрические машины
автоматических устройств»
Однофазные асинхронные
двигатели
1

2.

У ГАТ У
Уфимский государственный
авиационный технический
университет
Однофазные асинхронные двигатели
Однофазный
асинхронный
двигатель
получил
распространение при мощностях менее 0,5 кВт.
наибольшее
Схема однофазного асинхронного двигателя
1
2

3.

У ГАТ У
Уфимский государственный
авиационный технический
университет
Однофазные асинхронные двигатели
Он имеет однофазную (рабочую) обмотку статора 1, подобную двум
фазам трехфазной обмотки, соединенной в звезду, и короткозамкнутый ротор 3.
Переменный ток I1 обмотки статора вызывает пульсирующее магнитное поле,
которое не создает пускового момента. Для создания этого момента на статоре
помещена вторая обмотка 2, вспомогательная располагаемая со сдвигом на
900 относительно рабочей. Эта обмотка присоединяется последовательно с
конденсатором к общей с рабочей обмоткой питающей сети.
Ток I2 вспомогательной обмотки сдвинут по фазе на 1/4 периода относительно
тока I1.
Два тока, смещенные на 1/4 периода друг относительно друга и
протекающие в двух обмотках, сдвинутых между собой в пространстве на
электрический угол на 900, создают двухфазное вращающее поле. Этим полем в
короткозамкнутой обмотке ротора наводятся Э.Д.С. и токи, взаимодействием
которых с полем создается вращающий момент. Ротор начинает вращаться, и
пусковая (вспомогательная) обмотка 2 отключается, а ротор продолжает
вращаться в пульсирующем магнитном поле рабочей обмотки 1 как
однофазный.
1
3

4.

У ГАТ У
Уфимский государственный
авиационный технический
университет
Однофазные асинхронные двигатели
Объяснить это явление можно следующим образом. Пусть две м.д.с F1 и F2,
неизменные и равные между собой (см. рисунок, а), вращаются с частотой
вращения n1 в разные стороны и за один период тока делают один оборот. В
положении векторов F1 и F2 (см. рисунок, а) сумма их равна F1+ F2=2F1. Ось
суммарной м.д.с совпадает с осью этих м.д.с.
1
4

5.

У ГАТ У
Уфимский государственный
авиационный технический
университет
Однофазные асинхронные двигатели
Через 1/6 периода (см. рисунок, б) м.д.с. повернутся в разные стороны на 600,
суммируются и дадут результирующую м.д.с. F=F1+F2. Через 1/4 периода (см.
рисунок, в) сумма их равна нулю и т.д. Однако ось пульсирующей м.д.с.
остается неподвижной. Отсюда следует, что две м.д.с. равной амплитуды,
вращающиеся в разные стороны с равной частотой вращения, дают
суммарную м.д.с., пульсирующую с частотой тока по неподвижной оси и
достигающую положительного и отрицательного максимумов, равных
арифметической сумме двух вращающихся м.д.с.
1
5

6.

У ГАТ У
Уфимский государственный
авиационный технический
университет
Однофазные асинхронные двигатели
Таким образом, если однофазный двигатель пускать, разомкнув пусковую
обмотку 2, то пульсирующее магнитное поле, созданное пульсирующей
м.д.с. Fп статора, можно считать состоящим из двух разных полей, вращающихся
в разные стороны с равными частотами и созданных каждое своей м.д.с. Эти
поля наводят в неподвижной обмотке ротора две э.д.с. и два разных тока,
которые создают со своими полями два разных вращающих момента,
действующих в разные стороны. Естественно, что ротор вращаться не может.
Если пусковая обмотка включена, то двухфазное вращающееся поле создает
вращающий момент, и ротор начинает вращаться, как в трехфазном двигателе, в
сторону поля с частотой вращения п2»п1, т.е. почти синхронно. То поле, в сторону
которого вращается ротор, называют прямым полем, а поток, сцепленный с
рабочей обмоткой, - прямым потоком ФПР.
1
6

7.

У ГАТ У
Уфимский государственный
авиационный технический
университет
Однофазные асинхронные двигатели
Если пусковую обмотку вращающегося двигателя отключить, то, как уже
говорилось, ротор двигателя будет продолжать вращаться. Это происходит по
следующей причине.
Прямой поток ФПР создает в роторе, вращающемся с частотой вращения п2,
э.д.с. Е2ПР и ток I2ПР, а в результате - вращающий момент МПР, как в трехфазном
двигателе.
При этом скольжение SПР=
, так как n2»n1.
Вторая м.д.с., вращающаяся встречно ротору, и созданный ею поток
называются обратными (FОБР и ФОБР). Они вращаются по отношению к ротору с
частотой вращения
, т.е. при скольжении S=
1
7

8.

У ГАТ У
Уфимский государственный
авиационный технический
университет
Однофазные асинхронные двигатели
Частота Е2ОБР и IОБР, наведенных обратным потоком статора в роторе,
приблизительно равна 2f1. Поэтому реактивное сопротивление обмотки
ротора х2ОБР=2pf2L2 так велико, что ток I2ОБР отстает от э.д.с. Е2ОБР почти на 90°.
Следовательно, ток I2ОБР почти целиком реактивный и создает с ФОБР очень малый
вращающий момент МОБР противоположного направления. Таким образом,
результирующий вращающий момент двигателя
М = МПР - МОБР ≈ МПР
и двигатель может работать.
Такое же явление наблюдается и в трехфазном двигателе. При отключении на
ходу одной фазы ротор двигателя продолжает вращаться при нагрузке, не
большей 50-55% номинальной, но пустить неподвижный трехфазный двигатель
при обрыве одной фазы нельзя.
1
8

9.

У ГАТ У
Уфимский государственный
авиационный технический
университет
Однофазные асинхронные двигатели
Приведенные выше соображения дают возможность использования
трехфазного асинхронного двигателя при питании от однофазной цепи. Здесь, так
же как и в случае трехфазного двигателя, напряжение на зажимах фазы обмотки
статора UФ должно оставаться неизменным при всех схемах включения,
т.е. UФ= UФ.Н. Конденсатор двигателя Ср обеспечивает это условие, остается
постоянно включенным и представляет собою рабочую емкость Ср.н.
При необходимости получить большой пусковой момент на время пуска
подключается пусковая емкость СП. Двигатель с постоянно включенной емкостью
СР.Н называется конденсаторным.
1
9

10.

У ГАТ У
Уфимский государственный
авиационный технический
университет
Однофазные асинхронные двигатели
Предельной мощностью конденсаторного двигателя следует считать
мощность 1,7 кВт, так как стоимость конденсатора уже
при
номинальной мощности 1 кВт примерно равна стоимости двигателя.
Однофазный двигатель по сравнению с трехфазным имеет худшие
эксплуатационные качества, меньшие к. п. д. и cosϕ.
В однофазном двигателе с короткозамкнутым витком на статоре
обмотка статора, присоединяемая к сети, выполняется обычно
сосредоточенной и укрепляется на явно выраженных полюсах, листы которых
штампуются совместно со статором.
1
10

11.

У ГАТ У
Уфимский государственный
авиационный технический
университет
Однофазные асинхронные двигатели
Один из наконечников охватывается короткозамкнутым витком,
который
является
вспомогательной
обмоткой.
В
двухполюсной
машине
короткозамкнутые витки расположены
по диаметру, в
четырехполюсной – под углом 90°. Ротор двигателя короткозамкнутый
обычного типа.
Магнитный поток машины, создаваемый обмоткой статора, можно
представить в виде суммы двух составляющих
где
- поток замыкающийся через полюс, не охваченный короткозамкнутым
витком;
- поток, сцепленный короткозамкнутым витком.
1

12.

У ГАТ У
Уфимский государственный
авиационный технический
университет
Однофазные асинхронные двигатели
1 – статор; 2 – обмотка статора; 3 – короткозамкнутый виток;
4 – полюсный наконечник; 5 – ротор.
Рисунок -Схематический разрез однофазного двигателя с
короткозамкнутым витком на статоре (а) и
векторная диаграмма его магнитных потоков (б)
1

13.

У ГАТ У
Уфимский государственный
авиационный технический
университет
Однофазные асинхронные двигатели
Эти составляющие потока замыкаются в разных частях полюсного наконечника,
т.е. смещены в пространстве. Кроме того, они сдвинуты по фазе относительно
намагничивающей силы F обмотки статора на различные углы g1 и g2. Это
объясняется тем, что каждый полюс такого двигателя можно рассматривать в
первом приближении как трансформатор, первичной обмоткой которого
является обмотка статора, а вторичной - короткозамкнутый виток. Так как поток
ФП не охватывает короткозамкнутый виток, то угол g1 будет сравнительно
небольшим (4¸9°) - примерно таким же, как угол сдвига фаз между потоком
трансформатора и намагничивающей силой первичной обмотки в режиме
холостого хода. Угол же g2 будет значительно большим (около 45°), так как
потери мощности, от которых зависит этот угол, будут определяться не только
потерями мощности в стали, но и электрическими потерями в короткозамкнутом
витке.
1

14.

У ГАТ У
Уфимский государственный
авиационный технический
университет
Однофазные асинхронные двигатели
Ввиду того что потоки ФП и ФК смещены в пространстве и сдвинуты по фазе во
времени на угол g2 - g1, они образуют вращающееся магнитное поле, которое
создает вращающий момент, действующий на ротор двигателя в направлении
от полюсного наконечника, охватываемого короткозамкнутым витком, ко
второму наконечнику.
Двигатель с короткозамкнутым витком на статоре имеет ряд существенных
недостатков: низкий соsϕ, низкий
к.п.д. из-за больших потерь в
короткозамкнутом витке, небольшой пусковой момент и т. д. Достоинствами
двигателя являются простота конструкции и вследствие этого высокая
надежность в эксплуатации. Благодаря отсутствию зубцов на статоре шум
двигателя незначителен, и поэтому он часто употребляется в устройствах по
воспроизводству музыки и речи.
1

15.

У ГАТ У
Уфимский государственный
авиационный технический
университет
Однофазные асинхронные двигатели
Задание и контрольные вопросы
1. Подготовьте конспект лекции.
2. Приведите схемы включения
двигателей.
1
однофазных
асинхронных