Was ist ein Einphasenmotor? Einphasen-Asynchronmotor

Wie die meisten Elektromotoren verfügt auch ein Wechselstrom-Induktionsmotor (AC) über einen festen Antrieb äußerer Teil, der Stator genannt wird, und dem darin rotierenden Rotor. Zwischen ihnen besteht ein sorgfältig berechneter Luftspalt.

Wie es funktioniert?

Aufbau und Funktionsprinzip von Asynchronmotoren basieren wie bei allen anderen darauf, dass der Rotor durch Rotation angetrieben wird Magnetfeld. Dreiphasiger IM ist der einzige Motortyp, bei dem er aufgrund der Art der Stromversorgung auf natürliche Weise entsteht. In diesem Fall kommt eine mechanische oder elektronische Kommutierung zum Einsatz, bei einphasiger IM kommen zusätzliche elektrische Elemente zum Einsatz.

Um einen Elektromotor zu betreiben, benötigt man zwei Sätze Elektromagnete. Funktionsprinzip asynchroner Elektromotor besteht darin, dass im Stator ein Satz gebildet wird, da an seine Wicklung eine Wechselstromquelle angeschlossen ist. Nach dem Lenzschen Gesetz wird dadurch eine elektromagnetische Kraft (EMF) im Rotor induziert, genauso wie Spannung in der Sekundärwicklung eines Transformators induziert wird, wodurch ein weiterer Satz Elektromagnete entsteht. Daher ein anderer Name für den Motor – Induktionsmotor. Der Aufbau und das Funktionsprinzip von Asynchronmotoren basieren auf der Tatsache, dass die Wechselwirkung zwischen den Magnetfeldern dieser Elektromagnete eine Drehmomentkraft erzeugt. Dadurch dreht sich der Rotor in Richtung des resultierenden Drehmoments.

Stator

Der Stator besteht aus mehreren dünnen Platten aus Aluminium oder Gusseisen. Sie werden zu einem hohlen Kernzylinder mit Rillen zusammengepresst. Sie haben sie hineingelegt isolierte Drähte. Jede Gruppe von Wicklungen bildet zusammen mit dem sie umgebenden Kern einen Elektromagneten, nachdem an ihn Wechselstrom angelegt wurde. Die Polzahl des IM hängt von der internen Verschaltung der Statorwicklungen ab. Es ist so konstruiert, dass beim Anschließen einer Stromquelle ein rotierendes Magnetfeld entsteht.

Rotor

Der Rotor besteht aus mehreren dünnen Stahlplatten mit gleichmäßig am Umfang verteilten Aluminium- oder Kupferstäben. Bei der beliebtesten Ausführung – dem kurzgeschlossenen oder „Kugelkäfig“ – sind die Stäbe an den Enden durch Ringe mechanisch und elektrisch verbunden. Fast 90 % der IMs verwenden dieses Design, da es einfach und zuverlässig ist. Der Rotor besteht aus einem zylindrischen Lamellenkern mit axial angeordneten parallelen Schlitzen zur Installation von Leitern. In jede Nut wird ein Stab aus Kupfer, Aluminium oder einer Legierung eingelegt. Sie werden über Endringe beidseitig kurzgeschlossen. Dieses Design ähnelt einem Eichhörnchenkäfig, weshalb es seinen Namen erhielt.

Die Rotorschlitze sind nicht genau parallel zur Welle. Sie sind aus zwei Hauptgründen mit einer leichten Voreingenommenheit erstellt. Die erste besteht darin, einen reibungslosen Betrieb des IM sicherzustellen, indem magnetisches Rauschen und Oberwellen reduziert werden. Die zweite besteht darin, die Wahrscheinlichkeit eines Abwürgens des Rotors zu verringern: Seine Zähne greifen aufgrund der direkten magnetischen Anziehung zwischen ihnen in die Statorschlitze ein. Dies geschieht, wenn ihre Nummer übereinstimmt. Der Rotor ist an beiden Enden mit Lagern auf einer Welle montiert. Normalerweise ragt ein Teil weiter hervor als das andere, um die Last anzutreiben. Bei einigen Motoren sind die Positionen am nicht arbeitenden Ende der Welle angebracht.

Zwischen Stator und Rotor besteht ein Luftspalt. Durch ihn wird Energie übertragen. Das erzeugte Drehmoment bewirkt, dass sich Rotor und Last drehen. Unabhängig von der Art des verwendeten Rotors, der Vorrichtung und dem Funktionsprinzip Asynchronmotor bleiben unverändert. In der Regel werden IMs nach der Anzahl der Statorwicklungen klassifiziert. Es gibt einphasige und dreiphasige Elektromotoren.

Aufbau und Funktionsprinzip eines einphasigen Asynchronmotors

Einphasiger Blutdruck ist der größte Teil Elektromotoren. Es ist logisch, dass am häufigsten der kostengünstigste und wartungsärmste Motor verwendet wird. Wie der Name schon sagt, basieren Zweck und Funktionsprinzip dieses Asynchronmotortyps auf dem Vorhandensein nur einer Statorwicklung und dem Betrieb mit einer einphasigen Stromquelle. Alle IMs dieses Typs verfügen über einen Kurzschlussläufer.

Einphasenmotoren starten nicht von alleine. Wenn der Motor an die Stromquelle angeschlossen wird, beginnt die Hauptwicklung zu fließen Wechselstrom. Es erzeugt ein pulsierendes Magnetfeld. Durch die Induktion wird der Rotor erregt. Da das Hauptmagnetfeld pulsiert, wird das zum Drehen des Motors erforderliche Drehmoment nicht erzeugt. Der Rotor beginnt zu vibrieren statt zu rotieren. Daher erfordert einphasiges IM einen Auslösemechanismus. Es kann den ersten Druck ausüben, der die Welle in Bewegung setzt.

Der Auslösemechanismus des einphasigen Blutdrucks besteht hauptsächlich aus zusätzliche Wicklung Stator. Sie kann begleitet werden Serienkondensator oder Fliehkraftschalter. Beim Anlegen der Versorgungsspannung eilt der Strom in der Hauptwicklung aufgrund seines Widerstandes der Spannung nach. Gleichzeitig eilt der Strom in der Startwicklung je nach Impedanz des Startmechanismus der Versorgungsspannung nach oder eilt ihr voraus. Durch die Wechselwirkung zwischen den von der Hauptwicklung und dem Startkreis erzeugten Magnetfeldern entsteht ein Nettomagnetfeld. Es dreht sich in eine Richtung. Der Rotor beginnt sich in Richtung des entstehenden Magnetfeldes zu drehen.

Nachdem die Motordrehzahl etwa 75 % der Nenndrehzahl erreicht hat, schaltet der Fliehkraftschalter die Anlaufwicklung ab. Der Motor kann dann genügend Drehmoment aufrechterhalten, um selbstständig zu arbeiten. Mit Ausnahme von Motoren mit speziellem Anlaufkondensator werden in der Regel alle Motoren zur Erzeugung einer Leistung von maximal 500 W eingesetzt. Abhängig von verschiedene Methoden Start- und einphasige IM werden weiter klassifiziert, wie in den folgenden Abschnitten beschrieben.

Split-Phase-Blutdruck

Zweck, Aufbau und Funktionsprinzip eines Split-Phase-Asynchronmotors basieren auf der Verwendung von zwei Wicklungen: Anlauf- und Hauptwicklung. Der Startdraht besteht aus Draht mit kleinerem Durchmesser und weniger Windungen im Vergleich zum Hauptdraht, um mehr Widerstand zu erzeugen. Dadurch können Sie sein Magnetfeld in einem Winkel ausrichten. Sie unterscheidet sich von der Richtung des Hauptmagnetfeldes, das den Rotor in Drehung versetzt. Die Arbeitswicklung, die aus einem Draht mit größerem Durchmesser besteht, sorgt für die Funktionsfähigkeit des Motors in der übrigen Zeit.

Das Anlaufdrehmoment ist niedrig und liegt normalerweise zwischen 100 und 175 % des Nenndrehmoments. Der Motor verbraucht einen hohen Anlaufstrom. Er liegt 7–10 Mal höher als der Nennwert. Das maximale Drehmoment ist ebenfalls 2,5-3,5-mal höher. Dieser Motortyp wird in kleinen Mengen eingesetzt Schleifmaschinen, Lüfter und Gebläse sowie in anderen Anwendungen, die ein niedriges Drehmoment erfordern, im Bereich von 40 bis 250 W. Der Einsatz solcher Motoren sollte vermieden werden, wenn häufige Ein-Aus-Zyklen auftreten oder ein hohes Drehmoment erforderlich ist.

IM mit Kondensatorstart

Der Typ des Kondensator-Asynchronmotors und sein Funktionsprinzip basieren auf der Tatsache, dass eine Kapazität in Reihe mit der Split-Phase-Startwicklung geschaltet ist und einen Startimpuls liefert. Wie beim vorherigen Motortyp gibt es auch einen Fliehkraftschalter. Es schaltet den Startkreis ab, wenn die Motordrehzahl 75 % der Nenndrehzahl erreicht. Da der Kondensator in Reihe geschaltet ist, entsteht ein größerer Anlaufdrehmoment und erreicht das 2- bis 4-fache der Größe des Arbeiters. Und der Anlaufstrom beträgt in der Regel das 4,5- bis 5,75-fache des Nennstroms, was aufgrund des größeren Drahtes in der Anlaufwicklung deutlich niedriger ist als bei einer geteilten Phase.

Eine modifizierte Startmöglichkeit besteht aus einem Motor mit aktivem Widerstand. Bei diesem Motortyp wird die Kapazität durch einen Widerstand ersetzt. Ein Widerstand wird in Anwendungen verwendet, bei denen ein geringeres Anlaufdrehmoment erforderlich ist als bei Verwendung eines Kondensators. Abgesehen von geringeren Kosten bietet dies keinen Vorteil gegenüber dem kapazitiven Anlassen. Diese Motoren werden in riemengetriebenen Anwendungen wie kleinen Förderbändern, großen Lüftern und Pumpen sowie in vielen Direktantriebs- oder Getriebeanwendungen eingesetzt.

IM mit einem funktionierenden Phasenschieberkondensator

Aufbau und Funktionsprinzip dieses Asynchronmotortyps basieren auf der dauerhaften Verbindung eines in Reihe mit der Anlaufwicklung geschalteten Kondensators. Nachdem der Motor seine Nenndrehzahl erreicht hat, wird der Startkreis zum Hilfsstromkreis. Da die Kapazität für den Dauereinsatz ausgelegt sein muss, kann sie keinen Anfangsimpuls liefern Anlaufkondensator. Das Anlaufdrehmoment eines solchen Motors ist gering. Sie beträgt 30-150 % des Nennwertes. Der Anlaufstrom ist gering – weniger als 200 % des Nennstroms, was Elektromotoren dieses Typs ideal macht, wenn häufiges Ein- und Ausschalten erforderlich ist.

Dieses Design hat eine Reihe von Vorteilen. Die Schaltung kann leicht für die Verwendung mit Geschwindigkeitsreglern modifiziert werden. Elektromotoren können auf optimale Effizienz und hohen Leistungsfaktor abgestimmt werden. Sie gelten als die zuverlässigsten Einphasenmotoren, vor allem weil sie keinen Fliehkraft-Startschalter verwenden. Wird in Ventilatoren, Gebläsen und häufig eingeschalteten Geräten verwendet. Beispielsweise in Steuerungsmechanismen, Tor- und Garagentoröffnungssystemen.

IM mit Anlauf- und Betriebskondensator

Aufbau und Funktionsprinzip dieses Asynchronmotortyps basieren auf der Reihenschaltung eines Anlaufkondensators mit der Anlaufwicklung. Dadurch ist es möglich, mehr Drehmoment zu erzeugen. Darüber hinaus hat er Permanentkondensator, nach Abschaltung der Anlaufkapazität in Reihe mit der Hilfswicklung geschaltet. Dieses Schema ermöglicht große Drehmomentüberlastungen.

Dieser Motortyp ist für geringere Volllastströme ausgelegt und dadurch effizienter. Dieses Design ist aufgrund des Vorhandenseins von Start- und Betriebskondensatoren und einem Fliehkraftschalter am teuersten. Wird in Holzbearbeitungsmaschinen, Luftkompressoren und Wasserpumpen verwendet hoher Druck, Vakuumpumpen und dort, wo ein hohes Drehmoment erforderlich ist. Leistung - von 0,75 bis 7,5 kW.

IM mit abgeschirmtem Pol

Der Aufbau und das Funktionsprinzip dieses Asynchronmotortyps bestehen darin, dass er nur eine Hauptwicklung und keine Anlaufwicklung aufweist. Der Start wird dadurch erreicht, dass sich um einen kleinen Teil jedes Statorpols ein abschirmender Kupferring befindet, wodurch das Magnetfeld in diesem Bereich hinter dem Feld im ungeschirmten Teil zurückbleibt. Durch das Zusammenwirken der beiden Felder dreht sich die Welle.

Da keine Startspule, kein Schalter oder Kondensator vorhanden ist, ist der Motor elektrisch einfach und kostengünstig. Darüber hinaus kann seine Drehzahl durch Spannungsänderung oder durch eine Mehrfachanzapfungswicklung angepasst werden. Das Design des Spaltpolmotors ermöglicht eine Massenproduktion. Es gilt im Allgemeinen als „Einwegartikel“, da der Austausch viel kostengünstiger ist als die Reparatur. Außerdem positiven Eigenschaften, dieses Design hat eine Reihe von Nachteilen:

• niedriges Anlaufdrehmoment von 25-75 % des Nennwerts;
• hoher Schlupf (7-10 %);
• geringer Wirkungsgrad (weniger als 20 %).

Die geringen Anschaffungskosten ermöglichen den Einsatz dieser Art von IM in Geräten mit geringem Stromverbrauch oder selten genutzten Geräten. Die Rede ist von mehrstufigen Haushaltsventilatoren. Niedriges Drehmoment, geringer Wirkungsgrad und schlechte mechanische Eigenschaften verhindern jedoch ihren kommerziellen oder industriellen Einsatz.

Dreiphasiger Blutdruck

Diese Elektromotoren werden häufig in der Industrie eingesetzt. Der Aufbau und das Funktionsprinzip eines Drehstrom-Asynchronmotors werden durch ihn bestimmt Design- mit kurzgeschlossen oder mit gewickelter Rotor. Zum Starten ist kein Kondensator, keine Startwicklung, kein Fliehkraftschalter oder eine andere Vorrichtung erforderlich. Das Anfahrdrehmoment ist mittel bis hoch, ebenso Leistung und Effizienz. Einsatz beim Schleifen, Drehen, Bohrmaschinen, Pumpen, Kompressoren, Förderbänder, Landmaschinen usw.

IM mit geschlossenem Rotor

Dies ist ein dreiphasiges asynchrones Gerät, dessen Gerät oben beschrieben wurde. Macht fast 90 % aller Drehstrom-Elektromotoren aus. Erhältlich mit Leistungen von 250 W bis zu mehreren hundert kW. Im Vergleich zu Einphasenmotoren ab 750 W sind sie günstiger und halten größeren Belastungen stand.

IM mit gewickeltem Rotor

Der Aufbau und das Funktionsprinzip eines Drehstrom-Asynchronmotors mit gewickeltem Rotor unterscheiden sich von einem Induktionsmotor vom Typ „Käfigläufer“ dadurch, dass der Rotor über einen Wicklungssatz verfügt, dessen Enden nicht kurzgeschlossen sind. Sie sind mit Schleifringen verbunden. Dadurch können Sie externe Widerstände und Schütze anschließen. Das maximale Drehmoment ist direkt proportional zum Rotorwiderstand. Deshalb weiter niedrige Geschwindigkeiten sie kann durch zusätzlichen Widerstand erhöht werden. Ein hoher Widerstand ermöglicht ein hohes Drehmoment bei niedrigem Anlaufstrom.

Wenn der Rotor beschleunigt, verringert sich der Widerstand, um die Motorcharakteristik an die Lastanforderungen anzupassen. Sobald der Motor die Grundgeschwindigkeit erreicht, werden die externen Widerstände ausgeschaltet. Und der Elektromotor funktioniert wie ein normaler Induktionsmotor. Dieser Typ ist ideal für Lasten mit hoher Trägheit, die ein Drehmoment bei nahezu Nulldrehzahl erfordern. Es ermöglicht eine maximale Beschleunigung in kürzester Zeit bei minimalem Stromverbrauch.

Der Nachteil solcher Motoren besteht darin, dass die Schleifringe und Bürsten regelmäßig gewartet werden müssen, was bei einem Käfigläufermotor nicht erforderlich ist. Wenn die Rotorwicklung kurzgeschlossen wird und ein Startversuch unternommen wird (d. h. das Gerät wird zu einem Standard-IM), fließt darin ein sehr hoher Strom. Es hat eine 14-fache Nennleistung bei einem sehr niedrigen Drehmoment von 60 % des Basisdrehmoments. In den meisten Fällen wird dies nicht genutzt.

Indem Sie das Verhältnis zwischen Drehzahl und Drehmoment durch Anpassen des Rotorwiderstands ändern, können Sie die Geschwindigkeit bei einer bestimmten Last variieren. Dies kann sie effektiv um etwa 50 % reduzieren, wenn die Last ein variables Drehmoment und eine variable Geschwindigkeit erfordert, was häufig bei Druckmaschinen, Kompressoren, Förderbändern, Hebezeugen und Aufzügen der Fall ist. Eine Reduzierung der Drehzahl unter 50 % führt aufgrund der höheren Verlustleistung in den Rotorwiderständen zu einem sehr geringen Wirkungsgrad.

– Hierbei handelt es sich um einen Motor mit geringer Leistung (bis zu 1500 W), der in Anlagen eingesetzt wird, in denen die Welle beim Anlaufen praktisch nicht belastet wird, sowie in Fällen, in denen der Motor nur mit Strom versorgt werden kann einphasiges Netzwerk. Am häufigsten werden solche Motoren verwendet Waschmaschinen, kleine Ventilatoren usw.

Ein Einphasenmotor ähnelt im Aufbau einem Dreiphasen-Asynchronmotor, der Unterschied liegt in der Anzahl der Phasenwicklungen; ein Einphasenmotor hat nicht drei, sondern zwei Wicklungen – starten und arbeiten, und nur eine Wicklung arbeitet ständig - die funktionierende.

Damit sich der Rotor eines Asynchronmotors bewegen kann, muss die Statorwicklung ein rotierendes Magnetfeld erzeugen. Bei einem Drehstrommotor entsteht ein solches Feld durch Dreiphasenwicklung. Aber die Arbeitswicklung eines Einphasenmotors erzeugt kein rotierendes, sondern ein pulsierendes Magnetfeld. Dieses Feld kann in zwei Teile zerlegt werden: direkt und umgekehrt. Das Gleichfeld dreht sich mit einer synchronen Drehzahl n 1 in Drehrichtung des Rotors und erzeugt das elektromagnetische Hauptdrehmoment. Der Rotorschlupf relativ zum Gleichfeld ist gleich

Das umgekehrte Feld dreht sich gegen den Rotor, daher ist die Rotorgeschwindigkeit relativ zu diesem Feld negativ

Jedes Feld induziert eine EMK, wodurch Ströme durch den Rotor zu fließen beginnen. Die Frequenzen dieser Ströme sind proportional zum Schlupf (f t =f·s), und aus den oben abgeleiteten Formeln können wir schließen, dass die Frequenz des durch das Rückwärtsfeld induzierten Stroms viel größer ist als die Frequenz des Vorwärtsfeldstroms. Dabei kommt es zu einem induktiven Blindwiderstand, der mit zunehmender Frequenz zunimmt sehr wichtig und es gibt viel mehr aktiven Widerstand. Daher ist der Rückfeldstrom praktisch induktiv und hat eine entmagnetisierende Wirkung auf den umgekehrten Magnetfeldfluss. Infolgedessen ist das durch dieses Feld erzeugte Drehmoment gering und der Drehung des Rotors entgegengerichtet.

In dem Moment, in dem der Rotor stillsteht, ist auch die Symmetrieachse zwischen diesen beiden Feldern stationär, was bedeutet, dass kein rotierendes Magnetfeld entsteht und der Motor folglich nicht funktioniert. Um ihn in Bewegung zu setzen, müssen Sie den Rotor drehen, sodass sich die Symmetrieachse bewegt. Aber es macht keinen Sinn, dies mechanisch zu tun, also um zu laufen Einphasenmotor, erstellt Beginn des Aufziehens. Die Startwicklung erzeugt zusammen mit der Arbeitswicklung ein rotierendes Magnetfeld, das zum Starten des Motors erforderlich ist. Dazu ist es erforderlich, dass die MMF beider Wicklungen gleich ist und der Winkel zwischen ihnen 90° beträgt. Darüber hinaus ist es erforderlich, dass die Ströme in diesen Wicklungen um 90° verschoben werden. In diesem Fall handelt es sich um eine sog kreisförmiges Magnetfeld, bei dem das resultierende elektromagnetische Drehmoment maximal ist. Sind diese Bedingungen jedoch mit Abweichungen erfüllt, so a elliptisches Magnetfeld, bei dem das Drehmoment aufgrund des erhöhten Bremsmoments des Rückwärtsfeldes geringer ist.

Unter realen Bedingungen wird ein Einphasenmotor durch gleichzeitiges Drücken von Tasten gestartet, die Strom liefern und die Startwicklung an den Stromkreis anschließen.

Um eine Phasenverschiebung von 90° zwischen den Strömen der Arbeits- und Startwicklung zu erzeugen, werden Phasenschieberelemente (FE) eingesetzt. Dies kann ein aktiver Widerstand, eine Spule oder ein Kondensator sein. Einphasenmotoren mit aktivem Widerstand als phasenschiebendes Element haben eine weite Verbreitung gefunden. Durch die Verringerung des Drahtquerschnitts wird eine Erhöhung des Widerstands der Anlaufwicklung erreicht, und da diese Wicklung zum Zeitpunkt des Anlaufs nur für kurze Zeit in Betrieb ist, schadet dies der Wicklung nicht.

Allerdings erzeugt der aktive Widerstand ebenso wie der induktive Widerstand nicht die erforderliche 90°-Verschiebung zwischen den Strömen, sondern eine solche Verschiebung wird durch einen Kondensator erzeugt. Die Kapazität dieses Kondensators ist so gewählt, dass der Anlaufwicklungsstrom der Spannung um einen bestimmten Phasenwinkel vorauseilt, der notwendig ist, damit der Versatz zwischen den Strömen 90° beträgt. Dadurch entsteht ein kreisförmiges Magnetfeld. Allerdings werden Kondensatoren seltener als phasenschiebendes Element eingesetzt, da man für eine 90°-Mischung einen Kondensator mit großer Kapazität und in der Regel einer relativ hohen Spannung benötigt. Darüber hinaus sind die Abmessungen dieses Kondensators groß, was ebenfalls eine Rolle spielt.

Wie bereits erwähnt, Einphasen-Asynchronmotoren Derzeit werden sie hauptsächlich als Kleinmaschinen mit einer Leistung von selten mehr als 0,5 kW ausgeführt.

Der Stator hat sie Einphasenwicklung, die normalerweise aus einem Dreiphasen-Sternnetz gewonnen wird, bei dem nur zwei seiner Phasen verwendet werden. Der Rotor ist mit einer kurzgeschlossenen Wicklung in Form eines Käfigläufers ausgestattet.

Wird die Statorwicklung mit einphasigem Wechselstrom gespeist, entsteht ein Wechselstrom (pulsierend). Bei stillstehendem Rotor in der Maschine entsteht ein wechselndes (pulsierendes) Feld. Es induziert Ströme in der Rotorwicklung, wie in der Sekundärwicklung eines Transformators. Abbildung 2.21 zeigt die Stromrichtungen in den Leitern eines Käfigläufers bei Vorhandensein eines pulsierenden Feldes.

Reis. 2.21. Ströme in den Leitern der Rotorwicklung eines Einphasenmotors mit stillstehendem Rotor

Offensichtlich ist das resultierende Drehmoment, das auf den Rotor wirkt, Null, da die elektromagnetischen Kräfte aus der Wechselwirkung von Feld und Strömen in der Rotorwicklung auf der rechten und linken Hälfte gleich und entgegengesetzt sind.

Der Mangel an Anfangsdrehmoment ist charakteristisches Merkmal Einphasenmotor bei das angegebene Schema Verbindungen. Folglich kann er sich selbst nicht bewegen. Dreht man jedoch den Rotor durch eine äußere Kraft, dreht sich der Motor anschließend selbständig und kann belastet werden.

Ähnliche Phänomene können in beobachtet werden Dreiphasenmotor wenn eines der Versorgungskabel bricht. Wenn der Draht bei einem stehenden Motor gebrochen ist, erzeugt er beim Starten kein Drehmoment und bewegt sich nicht. Bei einem Kabelbruch an einem rotierenden Drehstrommotor arbeitet dieser weiterhin als Einphasenmotor. Seine Leistung sollte jedoch auf 50...55 % der Nennleistung reduziert werden.

Der Betriebsmodus eines Dreiphasenmotors als Einphasenmotor kann nicht zugelassen werden, wenn die Leistung an seiner Welle nahe an der Nennleistung liegt, da sich seine Wicklungen aufgrund des Anstiegs der Ströme in ihnen in diesem Modus erwärmen übermäßig in kurzer Zeit.

Um diese Phänomene zu erklären, ersetzen wir die entlang einer Achse der n.s. pulsierende Variable durch Stator mit zwei n.s. rotieren in unterschiedlichen Richtungen mit einer synchronen Frequenz und haben Amplituden gleich der halben Amplitude der pulsierenden n.s.

Bei stehendem Rotor sind beide k.A. mit gleichen Amplituden rotieren relativ zum Rotor mit gleicher Synchronfrequenz. Auch die von ihnen verursachten Felder werden die gleichen Amplituden haben. Sie induzieren gleiche Ströme in der Rotorwicklung. Daher sind die Drehmomente, die sich aus der Wechselwirkung der Felder und der von ihnen induzierten Ströme ergeben, einander gleich. Da sie gegenläufig wirken, ist das resultierende Moment Null. Folglich kann sich der Rotor nicht selbstständig drehen. Wenn es, wie bereits angedeutet, auf irgendeine Weise in eine beliebige Richtung in Rotation versetzt wird, dreht es sich in dieser Richtung unabhängig und erreicht eine nahezu synchrone Geschwindigkeit.

Das Feld, das sich in der gleichen Richtung wie der Rotor dreht, wird als direktdrehend oder vorwärtsdrehend bezeichnet, das andere Feld wird als rückwärtsdrehend oder inversdrehend bezeichnet. Wenn sich der Rotor dreht, sind diese beiden Felder nicht gleich: Das Rückwärtsdrehfeld wird abgeschwächt, während das Vorwärtsdrehfeld verstärkt wird. Bei einer nahezu synchronen Rotationsgeschwindigkeit wird das Rückwärtsfeld so stark abgeschwächt, dass das resultierende Feld nahezu kreisförmig wird.

Die Abschwächung des Rückfeldes beim Betrieb eines Einphasenmotors erklärt sich wie folgt. Wenn der Rotor Schlupf s relativ zum Vorwärtsfeld hat, dann hat er auch relativ zum Rückwärtsfeld Schlupf:

Folglich haben die durch das Umkehrfeld in der Rotorwicklung induzierten Ströme eine hohe Frequenz, die beispielsweise bei s=0,05 gleich (2-s)f 1 =1,95·50=97,5 Hz ist. Die induktive Reaktanz der Rotorwicklung ist bei dieser Frequenz um ein Vielfaches größer aktiver Widerstand. Die Ströme werden fast rein reaktiv sein; sie haben eine starke entmagnetisierende Wirkung, d.h. schwächen das Rückwärtsfeld.

Bei kleinen Schlupfwerten entsteht das Drehmoment bei Einphasenmotoren daher hauptsächlich durch das Zusammenspiel des Gleichfeldes und der von ihm induzierten Ströme in der Rotorwicklung. Das Bremsmoment aus dem Zusammenspiel des stark abgeschwächten Rückfeldes und der dadurch in der Rotorwicklung induzierten Ströme (nahezu rein reaktiv) spielt keine große Rolle.

Reis. 2.22. Drehmomentkurven von Einphasenmotoren

Da der Strom im Rotor eines Einphasenmotors durch Überlagerung zweier Ströme mit stark unterschiedlichen Frequenzen entsteht, können die elektrischen Verluste im Rotor als gleich der Summe der Verluste angesehen werden, die durch jeden der Ströme einzeln verursacht werden. Daher sind die elektrischen Verluste im Rotor eines Einphasenmotors etwa doppelt so groß wie die gleichen Verluste im Rotor eines Dreiphasenmotors entsprechender Leistung. Hier sind Motoren gemeint, deren Rotorwicklung so ausgelegt ist, dass man die Stromverschiebung in den Leitern vernachlässigen kann. Wenn die Motoren tiefe Nuten oder einen Doppelkäfig am Rotor haben, erhöhen sich die Verluste durch Ströme, die durch das Rückwärtsfeld in den Leitern der Rotorwicklung induziert werden, aufgrund der Stromverschiebung in ihnen erheblich.

Darüber hinaus ist der cos eines Einphasenmotors seit dem ersten niedriger als der eines Dreiphasenmotors aktueller Leerlaufdrehzahl (aufgrund seiner reaktiven Komponente). Letzteres wird deutlich, wenn wir den Betrieb eines mit synchroner Drehzahl rotierenden Motors mit geöffneter und geschlossener Rotorwicklung betrachten. Im ersten Fall sind beide n.s. - direkt und umgekehrt - erzeugt identische Felder, die eine EMK in der Statorwicklung induzieren und so die angelegte Spannung fast vollständig ausgleichen.

Im zweiten Fall gilt das Gegenteil n.s. wird nicht nur durch Statorströme, sondern auch durch durch das Rückwärtsfeld induzierte Rotorströme erzeugt; es ist, ebenso wie das umgekehrte Feld, stark geschwächt. Daher direkt n.s. Der Stator sollte in diesem Fall so stark ansteigen, dass das von ihm erzeugte Gleichfeld eine EMK in der Statorwicklung induziert, die die angelegte Spannung fast vollständig ausgleicht. Im zweiten Fall ist der Statorstrom fast doppelt so groß wie im ersten Fall. Dies erklärt den Anstieg des Leerlaufstroms eines Einphasenmotors.

Eine Erhöhung des Schlupfes führt zu einem Anstieg des Bremsmoments aus dem Rücklauffeld, sodass das maximale Drehmoment eines Einphasenmotors geringer ist als das des entsprechenden Dreiphasenmotors.

Koeffizient nützliche Aktion Einphasenmotor ist aufgrund erhöhter Verluste in der Rotorwicklung sowie in der Statorwicklung aufgrund der Verschlechterung des cos ebenfalls geringer.

Ein Einphasenmotor wird normalerweise gestartet, wenn am Stator eine Hilfsphase vorhanden ist. Dabei handelt es sich um eine Wicklung, die so in den Nuten des Stators platziert wird, dass ihre n.s. wurde räumlich um 90 el verschoben. Hagel, relativ zu k.A. Hauptstatorwicklung. Der Strom in der Hilfswicklung muss gegenüber dem Strom in der Hauptwicklung phasenverschoben sein. Bei Vorliegen der angegebenen Bedingungen entsteht in beiden Wicklungen ein rotierendes Magnetfeld. Es wird asymmetrisch sein, aber das Drehmoment, das es erzeugt, reicht bei einem kleinen Bremsmoment an der Welle immer noch aus, um den Motor zu starten. Die Hilfswicklung wird abgeschaltet, wenn der Motor annähernd die normale Drehzahl erreicht, da er für kurzzeitige Belastung ausgelegt ist.

Folglich arbeitet der Motor beim Starten als Zweiphasenmotor und bei normaler Drehzahl als Einphasenmotor. Um einen Strom in der Hilfswicklung zu erhalten, der gegenüber dem Strom in der Hauptwicklung phasenverschoben ist, wird ein aktiver Widerstand (Abb. 2.23, a) oder eine Kapazität (Abb. 2.23, b) in Reihe mit der ersten Wicklung geschaltet.

Reis. 2.23. Anlaufschaltungen für Einphasenmotoren

Der Einsatz von Kapazität ermöglicht eine Phasenverschiebung zwischen den angegebenen Strömen von 90°, was zu einer deutlichen Erhöhung des Anfangsdrehmoments führt.

Gleichzeitig haben sich Einphasenmotoren durchgesetzt, bei denen die Hilfsphase und die dazu in Reihe geschaltete Kapazität während des gesamten Betriebs des Motors eingeschaltet bleiben. Solche Kondensatormotoren haben im Vergleich zu herkömmlichen Einphasenmotoren, die mit abgetrennter Hilfsphase betrieben werden, ein höheres maximales Drehmoment und beste Effizienz und cos.

Einsatzgebiete. Zum Einsatz kommen Asynchronmotoren mit geringer Leistung (15 - 600 W). automatische Geräte und elektrische Haushaltsgeräte zum Antrieb von Ventilatoren, Pumpen und anderen Geräten, die keine Drehzahlregelung erfordern. Einphasige Mikromotoren werden üblicherweise in Haushaltsgeräten und automatischen Geräten eingesetzt, da diese Geräte und Geräte normalerweise von einem einphasigen Wechselstromnetz gespeist werden.

Funktionsprinzip und Aufbau eines Einphasenmotors. Statorwicklung eines Einphasenmotors (Abb. 4.60, A) Sie befinden sich in Nuten, die etwa zwei Drittel des Statorumfangs einnehmen, was einem Polpaar entspricht. Ergebend

In = Вm sin ωt cos (πх/τ).

Somit erzeugt die Statorwicklung bei einem Einphasenmotor einen stationären Fluss, der sich mit der Zeit ändert, und keinen kreisförmigen rotierenden Fluss, wie bei Dreiphasenmotoren mit symmetrischer Versorgung.

Um die Analyse der Eigenschaften eines Einphasenmotors zu vereinfachen, stellen wir (4.99) in der Form dar

In = 0,5W sin (ωt - πх/τ) + 0,5W sin (ωt + πх/τ),.

Das heißt, wir ersetzen die stationäre pulsierende Strömung durch die Summe identischer kreisförmiger Felder, die in entgegengesetzte Richtungen rotieren und die gleichen Rotationsfrequenzen haben: N 1pr = N 1rev = N 1 . Da die Eigenschaften eines Asynchronmotors mit kreisförmigem Drehfeld in § 4.7 – 4.12 ausführlich besprochen werden, kann die Analyse der Eigenschaften eines Einphasenmotors auf die Betrachtung der kombinierten Wirkung jedes der Drehfelder reduziert werden. Mit anderen Worten lässt sich ein Einphasenmotor als zwei identische Motoren darstellen, deren Rotoren starr miteinander verbunden sind (Abb. 4.60, b), wobei sich die Magnetfelder und die von ihnen erzeugten Drehmomente in entgegengesetzter Richtung drehen M bei M arr. Ein Feld, dessen Drehrichtung mit der Drehrichtung des Rotors übereinstimmt, heißt direkt; Rückwärtsrichtungsfeld - umgekehrt oder invers.

Nehmen wir an, dass die Drehrichtung der Rotoren mit der Richtung eines der Drehfelder übereinstimmt, beispielsweise mit npr. Dann rutscht der Rotor relativ zur Strömung F usw

spr = (n1pr - n2)/n1pr = (n1 - n2)/n1 = 1 - n2 /n1..

Rotorschlupf relativ zur Fobr-Strömung

sobr = (n1arr + n2)/n1arr = (n1 + n2)/n1 = 1 + n2 /n1..

Aus (4.100) und (4.101) folgt das

so6p = 1 + n2 /n1 = 2 - spr..

Elektromagnetische Momente M bei M Die durch die Vorwärts- und Rückwärtsfelder erzeugten Rückströme sind in entgegengesetzte Richtungen gerichtet und das daraus resultierende Drehmoment eines Einphasenmotors M Der Schnitt ist gleich der Drehmomentdifferenz bei gleicher Rotordrehzahl.

In Abb. 4.61 zeigt die Abhängigkeit M = f(s) für einen Einphasenmotor. Wenn wir uns die Abbildung ansehen, können wir folgende Schlussfolgerungen ziehen:

a) ein Einphasenmotor hat kein Anlaufmoment; es dreht sich in der Richtung, in die es durch eine äußere Kraft angetrieben wird; b) die Drehzahl eines Einphasenmotors im Leerlauf ist aufgrund des durch das Umkehrfeld erzeugten Bremsmoments niedriger als die eines Dreiphasenmotors;

c) die Leistungsmerkmale eines Einphasenmotors sind schlechter als die eines Dreiphasenmotors; es hat einen erhöhten Schlupf bei Nennlast, einen geringeren Wirkungsgrad und eine geringere Überlastfähigkeit, was auch durch das Vorhandensein eines Rückwärtsfeldes erklärt wird;

d) Die Leistung eines Einphasenmotors beträgt etwa 2/3 der Leistung eines Dreiphasenmotors gleicher Größe, da bei einem Einphasenmotor die Arbeitswicklung nur 2/3 der Statornuten einnimmt. Füllen Sie alle Statorschlitze

Startgeräte. Um ein Anlaufdrehmoment zu erzielen, ist bei Einphasenmotoren die Anlaufwicklung um 90 elektrische Grad gegenüber der Hauptbetriebswicklung verschoben. Während der Anlaufphase ist die Anlaufwicklung über phasenschiebende Elemente – Kapazität oder aktiven Widerstand – mit dem Netzwerk verbunden. Nachdem der Motor die Beschleunigung beendet hat, wird die Startwicklung abgeschaltet, während der Motor weiterhin einphasig läuft. Da die Anlaufwicklung nur für kurze Zeit arbeitet, besteht sie aus einem Draht mit kleinerem Querschnitt als die Arbeitswicklung und wird in weniger Nuten gelegt.

Betrachten wir den Startvorgang im Detail, wenn die Kapazität C als phasenschiebendes Element verwendet wird (Abb. 4.62, a). Auf der Startwicklung P Stromspannung
Ú 1p = Ú 1 - Ú C= Ú 1 +jÍ1 P XC, also gegenüber der Netzspannung phasenverschoben U 1 an der Arbeitswicklung befestigt R. Folglich sind die aktuellen Vektoren im Arbeitsmodus ICH 1p und Launcher ICH 1p-Wicklungen sind um einen bestimmten Winkel phasenverschoben. Indem man einen Behälter auf eine bestimmte Art und Weise auswählt Phasenverschiebungskondensator, ist es möglich, beim Start eine nahezu symmetrische Betriebsart zu erhalten (Abb. 4.62, b), d. h. ein kreisförmiges Drehfeld zu erhalten. In Abb. 4.62, Abhängigkeiten werden angezeigt M = f(s) für den Motor mit eingeschalteter (Kurve 1) und ausgeschalteter Anlasserwicklung (Kurve 2). Der Motor wird in Teilen gestartet ab Merkmale 1; am Punkt B Die Anlasserwicklung wird abgeschaltet und der Motor läuft dann teilweise сО Eigenschaften 2.

Da das Einschalten der zweiten Wicklung deutlich verbessert wird mechanische Eigenschaften Motor, teilweise werden Einphasenmotoren verwendet, bei denen die Wicklungen A und B

Normalerweise belegen Kondensatormotoren beide Wicklungen selbe Nummer Steckplätze und haben die gleiche Leistung. Beim Start Kondensatormotor Um das Anlaufdrehmoment zu erhöhen, empfiehlt sich eine erhöhte Kapazität Cp + Sp. Nach dem Beschleunigen des Motors gemäß Kennlinie 2 (Abb. 4.63, b) und dem Reduzieren des Stroms wird ein Teil der Kondensatoren CH abgeschaltet, um die Kapazität im Nennmodus zu erhöhen (wenn der Motorstrom geringer wird als beim Start). ) und stellen den Betrieb des Motors unter Bedingungen sicher, die denen eines kreisförmigen Drehfeldes ähneln. In diesem Fall läuft der Motor mit Kennlinie 1.

Der Kondensatormotor hat einen hohen cos φ. Seine Nachteile sind die relativ große Masse und Abmessungen des Kondensators sowie das Auftreten eines nicht-sinusförmigen Stroms bei Verzerrung der Versorgungsspannung, was in manchen Fällen dazu führt schädliche Auswirkungen auf der Kommunikationsleitung.

Bei leichten Anlaufbedingungen (kleines Lastmoment während der Anlaufphase) werden Motoren mit Anlaufwiderstand eingesetzt R(Abb. 4.64, a). Das Vorhandensein eines aktiven Widerstands im Startwicklungskreis führt zu einer kleineren Phasenverschiebung φр zwischen Spannung und Strom in dieser Wicklung (Abb. 4.64, b) als die Phasenverschiebung φр in der Arbeitswicklung. Dabei werden die Ströme in der Arbeits- und Anlaufwicklung um einen Winkel φр - φп phasenverschoben und bilden ein asymmetrisches (elliptisches) Drehfeld, wodurch das Anlaufdrehmoment entsteht. Motoren mit Anlaufwiderstand sind zuverlässig im Betrieb und werden in Massenproduktion hergestellt. Der Anlaufwiderstand ist im Motorgehäuse eingebaut und wird von derselben Luft gekühlt, die auch den gesamten Motor kühlt.

Einphasige Mikromotoren mit abgeschirmten Polen. Bei diesen Motoren ist die an das Netz angeschlossene Statorwicklung üblicherweise konzentriert und auf ausgeprägten Polen montiert (Abb. 4.65, a), deren Bleche zusammen mit dem Stator gestanzt werden. An jedem Pol ist eine der Spitzen von einer Hilfswicklung bedeckt, die aus einer oder mehreren kurzgeschlossenen Windungen besteht, die 1/5 bis 1/2 des Polbogens abschirmen. Der Motorrotor ist ein konventioneller Käfigläufertyp.

Der magnetische Fluss der Maschine, der durch die Statorwicklung (Polfluss) erzeugt wird, kann als Summe zweier Komponenten dargestellt werden (Abb. 4.65, b) Фп = Фп1 + Фп2, wobei Фп1 der Fluss ist, der durch den Teil des Pols fließt nicht von der kurzgeschlossenen Windung abgedeckt; Фп2 - Fluss, der durch den von einer kurzgeschlossenen Spule abgeschirmten Teil des Pols fließt.

Die Strömungen Фп1 und Фп2 passieren unterschiedliche Teile des Polstücks, d. h. sie sind im Raum um einen Winkel β verschoben. Darüber hinaus sind sie relativ zum MMF phasenverschoben F n Statorwicklungen in verschiedenen Winkeln – γ1 und γ2. Dies erklärt sich dadurch, dass jeder Pol des beschriebenen Motors in erster Näherung als Transformator betrachtet werden kann, dessen Primärwicklung die Statorwicklung und dessen Sekundärwicklung eine kurzgeschlossene Windung ist. Der Fluss der Statorwicklung induziert eine EMK in der kurzgeschlossenen Spule E zu (Abb. 4.65, c), wodurch ein Strom entsteht ICH k und MDS F k, Falten mit MDS F n Statorwicklungen. Blindstromkomponente ICH k reduziert den Fluss Фп2 und der aktive verschiebt ihn in der Phase relativ zum MMF F P . Da der Fluss Фп1 die kurzgeschlossene Windung nicht abdeckt, hat der Winkel γ1 einen relativ kleinen Wert (4-9°) – ungefähr derselbe wie der Phasenverschiebungswinkel zwischen dem Transformatorfluss und dem MDS Primärwicklung im Ruhezustand. Der Winkel γ2 ist viel größer (ca. 45°),

Die im Raum um einen Winkel β verschobenen und zeitlich um einen Winkel γ = γ2 - γl phasenverschobenen Ströme Фп1 und Фп2 bilden ein elliptisches rotierendes Magnetfeld (siehe Kapitel 3), das ein auf den Motorrotor wirkendes Drehmoment erzeugt Richtung vom ersten Polstück, das nicht von der kurzgeschlossenen Windung abgedeckt wird, zur zweiten Spitze (entsprechend dem Wechsel der Maxima der „Phasen“-Ströme).

Um das Startdrehmoment des betreffenden Motors zu erhöhen, indem sein Drehfeld näher an ein Kreisfeld gebracht wird, verschiedene Wege: Zwischen den Polschuhen benachbarter Pole werden magnetische Nebenschlüsse installiert, die die magnetische Verbindung zwischen der Hauptwicklung und der kurzgeschlossenen Windung verstärken und die Form des Magnetfelds im Luftspalt verbessern; den Luftspalt unter der Spitze vergrößern, der nicht von der kurzgeschlossenen Windung abgedeckt wird; Verwenden Sie zwei oder mehr kurzgeschlossene Windungen an einer Spitze mit unterschiedlichen Abdeckungswinkeln. Es gibt auch Motoren ohne Kurzschlusswindungen an den Polen, aber mit asymmetrischem Magnetsystem: verschiedene Konfigurationen Einzelteile Pole und unterschiedliche Luftspalte. Solche Motoren haben ein geringeres Anlaufmoment als Motoren mit Spaltpolen, haben aber einen höheren Wirkungsgrad, da sie bei kurzgeschlossenen Windungen keine Leistungsverluste aufweisen.

Die betrachteten Ausführungen von Motoren mit Spaltpolen sind irreversibel. Um bei solchen Motoren den Rückwärtsgang zu realisieren, werden anstelle kurzgeschlossener Windungen Spulen verwendet B1, B2, B3 Und UM 4(Abb. 4.65, V), die jeweils einen halben Pol bedecken. Ein Spulenpaar kurzgeschlossen IN 1 Und UM 4 oder UM 2 Und UM 3 Man kann die eine oder andere Polhälfte abschirmen und so die Drehrichtung des Magnetfeldes und des Rotors ändern.

Der Spaltpolmotor verfügt über mehrere erhebliche Mängel: relativ groß Maße und Masse; niedriger cos φ ≈ 0,4 ÷ 0,6; geringer Wirkungsgrad η = 0,25 ÷ 0,4 aufgrund große Verluste in einer kurzgeschlossenen Kurve; kleines Anlaufdrehmoment usw. Die Vorteile des Motors sind die einfache Konstruktion und damit die hohe Zuverlässigkeit im Betrieb. Aufgrund der fehlenden Zähne am Stator ist das Motorgeräusch unbedeutend und wird daher häufig in Geräten zur Musik- und Sprachwiedergabe eingesetzt.