Jednofázový asynchronní elektromotor – zařízení, princip fungování – užitečné články na webu World of Drive

Třífázové asynchronní elektromotory se v průmyslu rozšířily – umožňují řešit řadu problémů. Vyvstává však otázka: jak připojit elektromotor k jednofázové domácí síti? V domácím jednofázovém střídavém zdroji můžete použít jednofázový indukční motor, který má několik konstrukčních prvků.

Konstrukční vlastnosti jednofázového elektromotoru

Stejně jako u třífázových elektromotorů budou hlavní součásti jednofázového motoru stator – stacionární prvek a rotor – pohyblivá část, která je poháněna do rotace vlivem elektromagnetického pole. Vzniká ve statorových vinutích v okamžiku, kdy jimi začne protékat elektrický proud. Elektromagnetický efekt otáčí rotorem, což umožňuje přenos točivého momentu na pracovní aktuátor.

Takový systém však nebude fungovat, pokud jednoduše odstraníte dvě další vinutí z konstrukce třífázového statoru – motor nebude mít dostatek točivého momentu, aby začal otáčet rotorem. Z tohoto důvodu bude mít konstrukce takového elektromotoru několik funkcí.

Vlastnosti konstrukce rotoru

U jednofázového elektromotoru je rotor vyroben ve formě kovové hřídele vybavené vinutím. Hřídel je vybavena feromagnetickým rámem z vrstvené oceli. Vnější strana rámu by měla mít drážky, do kterých se vkládají měděné nebo hliníkové tyče, kterými bude protékat elektrický proud – budou hrát roli vinutí. Konce takových tyčí jsou spojeny kroužky, což dává vzhled rotoru podobnost s klecí pro veverky.

Elektromagnetický tok ze statoru začíná ovlivňovat zkratovaná vinutí rotoru, v důsledku čehož elektrický proud začne protékat „klecí nakrátko“. Intenzitu proudění zvyšuje feromagnetická vložka namontovaná na hřídeli. Ne všechny modely jsou však vybaveny magnetickými vodiči, v mnoha případech se používají nemagnetické vložky.

Vlastnosti konstrukce statoru

Jednofázový asynchronní motor má stejnou konstrukci statoru jako jeho třífázový protějšek. Skládá se z následujících prvků:

• Kovová pouzdra;
• Umístěno uvnitř magnetického obvodu vyrobeného z feromagnetické slitiny;
• Statorové vinutí z měděné elektroinstalace.

Stator jednofázového elektromotoru má dva typy vinutí: jedno z nich je hlavní – nazývá se také pracovní, druhé je spouštěcí: používá se pouze při spuštění elektromotoru. Vinutí jsou instalována vůči sobě v pravém úhlu, design připomíná vinutí dvoufázového elektromotoru. Existuje však rozdíl v objemu vinutí: hlavní vinutí zabírá 2/3 objemu a počáteční vinutí zabírá pouze 1/3.

Jak funguje jednofázový asynchronní elektromotor?

Aby mohl jednofázový asynchronní elektromotor začít pracovat, je nutné vytvořit pulzující magnetický tok. Dochází k němu, když elektrický proud prochází hlavním statorovým vinutím se startem z pomocného vinutí.

Vodičem prochází střídavý elektrický proud v souladu se známým gimletovým pravidlem: v důsledku toho vznikají soustředné magnetické toky. Když sinusová vlna dosáhne svého maxima, magnetický tok také dosáhne nejvyšších hodnot. Ve střídavém zdroji však bude proud měnit směr v cívce s frekvencí 50 Hz. Když křivka protne úsečku, proud se začne pohybovat podél vinutí v opačném směru, v důsledku čehož magnetický tok, který vytváří, bude mít opačné póly. Změní se i směr výsledného vektoru.

Oba toky mají stejné charakteristiky, takže změna směru s frekvencí 100krát za 1 sekundu poskytne celkový nulový výsledek. Z tohoto důvodu je hodnota dopředného a zpětného magnetického toku stejná.

Tato situace znamená, že pokud jednoduše umístíte rotor elektromotoru do pole s takovými parametry, nebude se moci otáčet. V něm se směr magnetického toku změní 100krát za minutu, v důsledku čehož rotor zůstane ve výchozí poloze. Situace se však začne měnit, pokud se objeví impuls pro počáteční pohyb. V takové situaci začne klouzání, které vyvolá neustálé otáčení hřídele. Částka takové složenky se vypočítá podle vzorce:

Spr = (n1 – n2) / n1, ve kterém:

n1 je hodnota frekvence otáčení elektromagnetického pole elektromotoru;

n2 – frekvence, se kterou se otáčí rotor elektromotoru;

S – hodnota skluzu jednofázového motoru.

Když se magnetický tok změní, pole statoru a rotor motoru se budou otáčet stejným směrem. V tomto případě bude skluz vypočítán pomocí jiného vzorce:

Sobr = (n1 – ( – n2)) / n1.

Tyče budou střídavě protínat magnetické toky s různými směry. To vytvoří EMF pro generování elektrického proudu v rotoru a poskytuje odezvový magnetický tok. Bude interagovat s elektromagnetickým polem statoru elektromotoru.

Ke spuštění jednofázového asynchronního elektromotoru nestačí pouze přivést na něj napětí. K vyřešení tohoto problému bude zapotřebí primární impuls, který lze získat několika způsoby:

• Ručně otáčejte hřídelí, abyste získali impuls požadované velikosti;
• Krátce vložte spouštěcí cívku;
• Rozdělte elektromagnetické pole pomocí rotoru s veverkou.

První metoda se pro praktické účely nepoužívá – lze ji nalézt pouze v laboratorních podmínkách. V praxi může díky vysoké rychlosti otáčení rotoru zranit obsluhu, proto se nepoužívá ruční startování.

Možnosti schématu zapojení

Pro získání základního impulsu potřebného k zahájení otáčení rotoru lze použít několik schémat zapojení. Některé z nich byly používány dříve, ale dnes zcela ztratily svůj význam a již se nepoužívají. Můžeme podrobně zvážit několik schémat, které jsou dnes považovány za nejúčinnější a aktivně se používají v praxi.

Obvod se startovacím odporem

Chcete-li posunout vektor magnetického toku, můžete přidat odpor k počátečnímu vinutí. Tato aktivní složka zajistí požadovaný úhel posunu mezi pracovní a startovací cívkou – bude se pohybovat od 15 do 50 stupňů. Výsledný rozdíl vytvoří požadovaný impuls a spustí rotaci.

Spouštěcí obvod kondenzátoru

V tomto případě obvod nepoužívá odpor, ale kapacitní prvek. S jeho pomocí můžete posouvat elektrické veličiny v pracovní a startovací cívce o 90 stupňů. To vytvoří významnou sílu a poskytne požadovaný impuls.

V praktických podmínkách začíná startovací kondenzátor a další vinutí pracovat po stisknutí spouštěcího tlačítka – současně je do obvodu dodáváno hlavní napájení. Startovací tlačítko je umístěno tak, aby se kontakt vrátil pružinou do původní polohy, jakmile je ukončen start kondenzátoru.

Stínovaný pólový obvod

Toto schéma umožňuje použití speciální konstrukce magnetického obvodu statoru. Oba póly v něm jsou rozděleny na další dva a jeden z nich musí být vybaven cívkou nakrátko, s jejíž pomocí se budou měnit parametry magnetického toku.

Toto schéma má však významnou nevýhodu. Při takovém rozběhu se ztrácí část výkonu a účinnost jednofázového elektromotoru klesá. Lze jej použít pouze ve strojích, jejichž výkon nepřesahuje 100 kW.

Kde lze použít jednofázové elektromotory?

Jednofázové asynchronní elektromotory se rozšířily v různých domácích elektrospotřebičích, lze je použít i v malých mechanizačních jednotkách. Slouží k provozu zařízení s nízkým výkonem, které lze připojit k domácí síti o napětí 220 V.

Mohou to být stroje, které zpracovávají dřevo, různé kovové a plastové přířezy. Kromě toho mohou pracovat na zajištění rotace betonových míchaček a různých zemědělských strojů. Uplatnění našly také v chladičích, mikrovlnných troubách, pračkách a dalších domácích spotřebičích.

Indukční motor sestává ze stacionární části statoru 1 (obr. 1, a), na které je umístěno vinutí statoru 2, a rotační části – rotoru 3 s vinutím 4. Mezi rotorem a statorem je vzduchová mezera, která je vyrobeny co nejmenší, aby se zlepšila magnetická vazba mezi vinutími. Statorové vinutí 2 je třífázové nebo obecně vícefázové vinutí, jehož cívky jsou umístěny rovnoměrně po obvodu statoru. Fáze tohoto vinutí A-X, BY a CZ jsou rozmístěny rovnoměrně po obvodu statoru; jsou spojeny „hvězdou“ (obr. 1, b) nebo „trojúhelníkem“ a připojeny k síti třífázového proudu.

Rýže. 1. Elektromagnetický obvod asynchronního motoru (a), schéma zapojení jeho vinutí (b) a prostorové rozložení točivého magnetického pole (c) ve dvoupólovém stroji

Vinutí 4 je umístěno rovnoměrně po obvodu rotoru. Při běžícím motoru dochází ke zkratu.

Když je statorové vinutí připojeno k síti, vzniká sinusově rozložené točivé magnetické pole 5 (obr. 1, c). Indukuje např. ve vinutí statoru a rotoru. d.s. E₁ a to je₂. Pod vlivem e. d.s. E₂ elektrický proud i bude protékat vodiči rotoru₂. Na Obr. 1 a směr e je znázorněn podle pravidla pravé ruky. d.s. E₂indukované ve vodičích rotoru, když se magnetický tok F otáčí ve směru hodinových ručiček (v tomto případě se vodiče rotoru pohybují vzhledem k toku F proti směru hodinových ručiček). Pokud je rotor stacionární nebo jeho frekvence otáčení n je menší než synchronní frekvence n₁, aktivní složka rotorového proudu je ve fázi s indukovaným e. d.s. E₂, přičemž symboly (křížky a tečky) současně ukazují směr aktivní složky proudu i₂.

Na vodiče s proudem umístěné v magnetickém poli působí elektromagnetické síly, jejichž směr je určen pravidlem levé ruky. Celková síla F_res, působící na všechny vodiče rotoru, vytváří elektromagnetický moment M, tahající rotor za rotující magnetické pole. Pokud je tento moment dostatečně velký, pak se rotor začne otáčet a jeho ustálená rychlost otáčení odpovídá rovnosti elektromagnetického momentu M brzdného momentu působícího na hřídel z mechanismu poháněného do rotace a vnitřních třecích sil.

Emf indukované ve vodičích vinutí rotoru závisí na frekvenci jejich protnutí točivým polem, tj. na rozdílu frekvence rotace magnetického pole n₁ a rotor n. Čím větší je rozdíl n₁– n, tím více e. d.s. E₂, proto, nezbytnou podmínkou pro vznik elektromagnetického momentu u asynchronního stroje je nerovnoměrnost frekvencí otáčení n₁ a n. Pouze za této podmínky se ve vinutí rotoru indukuje e-vlna. d.s. a vzniká proud i a elektromagnetický moment M Z tohoto důvodu se stroj nazývá asynchronní (jeho rotor se otáčí asynchronně s polem). Někdy se tomu říká indukce kvůli tomu, že proud v rotoru vzniká indukčně a není napájen z žádného vnějšího zdroje.

Pro charakterizaci zpoždění otáček rotoru motoru od rychlosti otáčení magnetického pole se používá skluz, který se vyjadřuje v relativních jednotkách nebo procentech:

Pokud má například čtyřpólový motor s = 4 %, pak jsou otáčky rotoru 1440 ot/min (frekvence rotace pole při frekvenci 50 Hz je 1500 ot/min a zpoždění rotoru od frekvence pole je 4 % ot./min. 1500 ot./min, tj. 60 ot./min.). U dvoupólového motoru s s = 4% jsou otáčky rotoru 2880 ot/min (3000-0,04*3000 = 2880).

otáčky rotoru, vyjádřené jako prokluz,

Podle jejich provedení existují motory s vinutým rotorem (se sběracími kroužky) a s rotorem nakrátko. Mají stejnou konstrukci statoru a liší se konstrukcí rotoru. Startovací vlastnosti těchto motorů jsou různé.