Charakteristika jednofázových indukčných motorov

Jednofázové asynchrónne motory sú široko používané v technike a každodennom živote. Výroba jednofázových asynchrónnych elektromotorov od zlomku wattu až po stovky wattov predstavuje viac ako polovicu produkcie všetkých strojov s nízkym výkonom a ich výkon sa neustále zvyšuje.

Jednofázové motory sú vo všeobecnosti rozdelené do dvoch kategórií:

• motory na všeobecné použitie «, ktoré zahŕňajú priemyselné a domáce elektromotory;

• motory automatických zariadení — riadené a neriadené striedavé motory a špecializované elektrické stroje s nízkym výkonom (tachogenerátory, rotačné transformátory, selsiny atď.).

Významnú časť asynchrónnych elektromotorov tvoria motory na všeobecné použitie, ktoré sú určené na prevádzku v jednofázovej sieti striedavého prúdu. Existuje však pomerne rozsiahla skupina univerzálnych asynchrónnych elektromotorov určených na prácu v jednofázových aj trojfázových sieťach.

Konštrukcia univerzálnych motorov sa prakticky nelíši od tradičný dizajn trojfázových asynchrónnych strojov… Pri prevádzke v trojfázovej sieti majú tieto motory charakteristiky podobné vlastnostiam trojfázových motorov.

Jednofázové motory majú rotor s klietkou nakrátko a vinutie statora môže byť vyrobené v rôznych verziách. Najčastejšie sa na stator umiestňuje pracovné vinutie vypĺňajúce dve tretiny štrbín a štartovacie vinutie vypĺňajúce zvyšnú tretinu štrbín. Cievka chodu je vypočítaná pre nepretržitú prevádzku a štartovacia cievka sa počíta len pre počiatočnú periódu. Preto je vyrobený z drôtu s malým prierezom a obsahuje značný počet závitov. Na vytvorenie štartovacieho momentu obsahuje štartovacie vinutie prvky fázového posunu - odpory alebo kondenzátory.

Asynchrónne motory s nízkym výkonom môžu byť dvojfázové, keď pracovné vinutie umiestnené na statore má dve fázy zmiešané v priestore o 90 °. V jednej z fáz je neustále zahrnutý prvok fázového posunu - kondenzátor alebo rezistor Top, ktorý poskytuje určitý fázový posun medzi prúdmi cievky.

Zvyčajne sa nazýva motor s kondenzátorom trvalo pripojeným k jednej z fáz kondenzátor… Kapacita kondenzátora fázového posunu môže byť konštantná, ale v niektorých prípadoch môže byť hodnota kapacity odlišná pre spustenie a pre prevádzkový režim.

Charakteristickým znakom jednofázových asynchrónnych motorov je schopnosť otáčať rotor v rôznych smeroch. Smer otáčania je určený smerom počiatočného krútiaceho momentu.

Pri nízkom odpore rotora (Ccr < 1) preto jednofázový motor nemôže pracovať v reverznom režime. Režim motora zodpovedá otáčkam rotora 0 <n <nc pri vyššej rýchlosti, v ktorej prebieha režim generátora.

Charakteristické pre jednofázové motory je, že ich maximálny krútiaci moment závisí od odporu rotora. S rastúcim aktívnym odporom rotora klesá maximálny krútiaci moment a pri veľkých hodnotách odporu Skr > 1 sa stáva záporným.

Pri výbere typu elektromotora na pohon zariadenia alebo mechanizmu je potrebné poznať jeho charakteristiky.Hlavnými sú momentové charakteristiky (počiatočný rozbehový moment, maximálny krútiaci moment, minimálny krútiaci moment), frekvencia otáčania, vibroakustická charakteristika. V niektorých prípadoch sa vyžadujú aj energetické a hmotnostné charakteristiky.

Ako príklad sú charakteristiky jednofázového motora vypočítané s nasledujúcimi parametrami:

• počet fáz – 1;

• frekvencia siete — 50 Hz;

• sieťové napätie — 220 V;

• aktívny odpor vinutia statora - 5 ohmov;

• indukčný odpor vinutia statora — 9,42 Ohm;

• indukčný odpor vinutia rotora — 5,6 Ohm;

• axiálna dĺžka stroja — 0,1 m;

• počet závitov vo vinutí statora -320;

• polomer otvoru statora — 0,0382 m;

• počet kanálov - 48;

• vzduchová medzera — 1,0 x 103 m.

• súčiniteľ indukčnosti rotora 1,036.

Jednofázové vinutie vypĺňa dve tretiny štrbín statora.

Na obr. 1 sú znázornené závislosti prúdu jednofázového elektromotora a elektromagnetického sklzového momentu. V ideálnom kľudovom režime má prúd motora spotrebovaný sieťou hlavne na vytvorenie magnetického poľa pomerne veľkú hodnotu.

Pre simulovaný motor je veľkosť magnetizačného prúdu asi 30% počiatočného prúdu, pre trojfázové motory s rovnakým výkonom - 10-15%.Elektromagnetický moment v ideálnom režime naprázdno má zápornú hodnotu, ktorá sa zvyšuje so zvyšujúcim sa odporom obvodu rotora. O pošmyknutia C= 1, elektromagnetický moment je nulový, čo potvrdzuje správnu činnosť modelu.

Obr. 1. Obálky vektorového potenciálu a magnetickej indukcie v medzere motora pri kĺzaní s = 1

Ryža. 2. Závislosť prúdu a elektromagnetického momentu jednofázového asynchrónneho motora na sklze

Závislosti užitočného a spotrebovaného výkonu na sklze (obr. 3) majú tradičný charakter. Účinnosť motora v ideálnom režime voľnobehu má záporné znamienko zodpovedajúce zápornému krútiacemu momentu a účinník v tomto režime je veľmi nízky (0,125 pre simulovaný motor).

Nižšia hodnota účinníka v porovnaní s trojfázovými motormi sa vysvetľuje vysokou veľkosťou magnetizačného prúdu. S rastúcim zaťažením sa hodnota účinníka zvyšuje a stáva sa porovnateľným s trojfázovými motormi (obr. 4).

Ryža. 3. Závislosť užitočného a spotrebovaného výkonu jednofázového asynchrónneho motora na sklze

Ryža. 4. Závislosť koeficientu užitočného pôsobenia a výkonu jednofázového asynchrónneho motora na sklze

S rastúcim aktívnym odporom rotora sa veľkosť elektromagnetického momentu zmenšuje a pri kritických sklzoch nad jednotu sa stáva záporným.

Na obr. 5 je znázornená závislosť elektromagnetického momentu jednofázového kĺzavého motora pre rôzne hodnoty elektrickej vodivosti sekundárneho média motora.

Ryža. 5.Závislosť elektromagnetického momentu jednofázového kĺzavého motora pri rôznych odporoch rotora (1 — 17 x 106 Cm / m, 2 — 1,7 x 106 Cm / m)

Kondenzátorové motory majú dve vinutia trvalo pripojené k sieti. Jeden z nich je pripojený priamo k sieti, druhý je zapojený do série s kondenzátorom, ktorý zabezpečuje potrebný fázový posun.

Obidve vinutia zaberajú rovnaký počet štrbín na statore a počet ich závitov a kapacita kondenzátora sa vypočítajú tak, že pri určitom sklze sa vytvorí kruhové rotujúce magnetické pole. Najčastejšie sa ako taký akceptuje nominálny sklz. V tomto prípade sa však počiatočný krútiaci moment ukáže byť oveľa menší ako nominálny.

Magnetické pole v počiatočnom režime je eliptické; vplyv protismerných zložiek magnetického poľa je značne ovplyvnený Ak sa kapacita kondenzátora zvýši jeho výberom z podmienky získania kruhového poľa pri rozbehu, potom dôjde k poklesu krútiaceho momentu a pokles energetických ukazovateľov pri nominálnom sklze.

Je možný aj tretí variant, keď kruhové pole zodpovedá sklzu s väčšou veľkosťou ako v nominálnom režime. Táto cesta však tiež nie je optimálna, pretože zvýšenie krútiaceho momentu je sprevádzané výrazným zvýšením strát. Zvýšenie rozbehového momentu kondenzátorového motora možno dosiahnuť zvýšením aktívneho odporu rotora. Táto metóda vedie k zvýšeniu strát pri každom sklze, v dôsledku čoho klesá účinnosť motora.

Ryža. 6.Závislosť prúdov motora sklzového kondenzátora (Azp.o — prúd prevádzkovej cievky, Azk.o — prúd cievky kondenzátora, E — prúd motora)

Ryža. 7. Závislosť od spotrebovaného P1 a užitočného sklzového výkonu P2 kondenzátora

Ryža. 8. Závislosť koeficientu užitočného pôsobenia a výkonu a elektromagnetického momentu motora sklzového kondenzátora

Kondenzátorový motor má celkom uspokojivý energetický výkon, vysoký účinník, ktorého hodnota presahuje účinník trojfázového motora a so zvýšeným odporom rotora a značnou kapacitou vysoký rozbehový krútiaci moment. Súčasne, ako bolo uvedené vyššie, motor má zníženú hodnotu účinnosti.

Ryža. 9. Vektorový diagram kondenzátorového motora pri sklze s = 0,1

Vektorový diagram (obr. 9) ukazuje, že pri zvolenej hodnote kapacity kondenzátora vedie prúd cievkou kondenzátora k napätiu siete a prúd pracovnej cievky sa oneskoruje. Diagram tiež ukazuje, že pri posúvaní blízko k nominálnej hodnote je magnetické pole motora eliptické. Na získanie kruhového poľa je potrebné znížiť hodnotu kapacity kondenzátora tak, aby boli prúdy v dvoch cievkach rovnaké.

Pozri tiež na túto tému:Viacrýchlostné jednofázové kondenzátorové motory