Động cơ không đồng bộ một pha: cách thức hoạt động

Tên của thiết bị điện này chỉ ra rằng năng lượng điện cung cấp cho nó được chuyển đổi thành chuyển động quay của rôto. Hơn nữa, tính từ "không đồng bộ" đặc trưng cho sự không phù hợp, độ trễ của tốc độ quay của phần ứng từ từ trường của stato.

Từ "một pha" gây ra một định nghĩa mơ hồ. Điều này là do thực tế là thuật ngữ "giai đoạn" trong điện xác định một số hiện tượng:

• sự thay đổi, sự khác biệt của các góc giữa các đại lượng vector;

• dây dẫn tiềm năng của mạch điện xoay chiều hai, ba hoặc bốn dây;

• một trong các cuộn dây stato hoặc rôto của động cơ ba pha hoặc máy phát.

Do đó, chúng tôi ngay lập tức làm rõ rằng người ta thường gọi một động cơ điện một pha hoạt động từ mạng AC hai dây, được biểu thị bằng điện thế pha và không có điện thế. Số lượng cuộn dây được gắn trong các thiết kế khác nhau của stator không ảnh hưởng đến định nghĩa này.

Thiết kế động cơ

Theo thiết bị kỹ thuật của nó, một động cơ cảm ứng bao gồm:

1. một stator - một phần tĩnh, cố định, được tạo bởi một vỏ có các yếu tố điện khác nhau nằm trên nó;

2. một rôto quay bởi các lực của trường điện từ của stato.

Kết nối cơ học của hai bộ phận này được thực hiện bằng vòng bi xoay, các vòng bên trong được gắn trên các ổ cắm được trang bị của trục rôto và các vòng ngoài được gắn trong các nắp bảo vệ bên cố định với stato.

Cánh quạt

Thiết bị của nó cho các mô hình này giống như đối với tất cả các động cơ cảm ứng: lõi từ từ các tấm chịu lực dựa trên hợp kim sắt mềm được gắn trên trục thép. Trên bề mặt bên ngoài của nó, các rãnh được tạo thành trong đó các thanh cuộn bằng nhôm hoặc đồng được gắn, ngắn ở hai đầu đến các vòng đóng.

Một dòng điện được tạo ra trong cuộn dây rôto, được gây ra bởi từ trường của stato và mạch từ phục vụ cho sự đi qua tốt của từ thông được tạo ra ở đây.

Thiết kế cánh quạt riêng cho động cơ một pha có thể được chế tạo bằng vật liệu không từ tính hoặc sắt từ ở dạng xi lanh.

Stator

Thiết kế stato cũng được trình bày:

• cơ thể;

• mạch từ;

• quanh co.

Mục đích chính của nó là tạo ra một trường điện từ cố định hoặc quay.

Cuộn dây stato thường bao gồm hai mạch:

1. công nhân;

2. bệ phóng.

Trong các thiết kế đơn giản nhất, được thiết kế để quay bằng tay của neo, chỉ có thể thực hiện một cuộn dây.

Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một pha không đồng bộ

Để đơn giản hóa việc trình bày tài liệu, chúng ta hãy tưởng tượng rằng cuộn dây stato được tạo ra chỉ với một vòng lặp. Dây của nó bên trong stato được phân phối trong một vòng tròn ở 180 độ góc. Một dòng điện hình sin xen kẽ đi qua nó, có nửa sóng âm và dương. Nó tạo ra không phải là một từ trường quay, mà là một từ trường xung.

Làm thế nào xung từ trường xảy ra

Hãy để chúng tôi phân tích quá trình này bằng cách sử dụng ví dụ về một nửa dòng sóng dương đang chảy tại thời điểm tức thời t1, t2, t3.

Nó đi dọc theo phần trên của con đường hiện tại về phía chúng ta và dọc theo phần dưới - từ chúng ta. Trong mặt phẳng vuông góc được biểu thị bởi mạch từ, từ thông xuất hiện xung quanh dây dẫn.

Các dòng điện khác nhau về biên độ tại thời điểm được xem xét tạo ra các trường điện từ F1, F2 và F3 có cường độ khác nhau. Vì dòng điện ở nửa trên và dưới là như nhau, nhưng cuộn dây bị uốn cong, từ thông của mỗi bộ phận được dẫn theo hướng ngược lại và phá hủy tác động của nhau.Điều này có thể được xác định bởi quy tắc của một gimlet hoặc tay phải.

Như bạn có thể thấy, với một nửa sóng dương, sự quay của từ trường không được quan sát, nhưng chỉ có sự gợn sóng của nó xảy ra ở phần trên và phần dưới của dây, cũng được cân bằng lẫn nhau trong mạch từ. Quá trình tương tự xảy ra với một phần âm của hình sin, khi dòng ngược chiều.

Vì không có từ trường quay, rôto cũng sẽ đứng yên, bởi vì không có lực nào tác dụng lên nó để bắt đầu quay.

Làm thế nào quay rôto được tạo ra trong một trường xung

Nếu bạn cho rôto quay, thậm chí bằng tay, thì nó sẽ tiếp tục chuyển động này. Để giải thích hiện tượng này, chúng tôi chỉ ra rằng tổng từ thông thay đổi theo tần số của hình sin hiện tại từ 0 đến giá trị cực đại trong mỗi nửa chu kỳ (có sự thay đổi hướng) và bao gồm hai phần được hình thành ở các nhánh trên và dưới, như trong hình.

Trường xung từ của stato bao gồm hai trường tròn có biên độ Fmax / 2 và chuyển động ngược chiều với cùng tần số.

npr = nbr = f60 / p = 1.

Trong công thức này được chỉ định:

• tần số npr và nobr của từ trường của stato theo hướng thuận và ngược;

• n1 là tốc độ của từ thông quay (r / min);

• p là số cặp cực;

• f là tần số của dòng điện trong cuộn dây stato.

Bây giờ, với bàn tay của bạn, chúng tôi sẽ cho động cơ quay theo một hướng, và nó sẽ ngay lập tức bắt chuyển động do sự xuất hiện của một mô-men gây ra bởi sự trượt của rôto so với các từ thông khác nhau của hướng thuận và ngược.

Chúng tôi giả sử rằng từ thông của hướng thuận trùng với chuyển động quay của rôto và ngược lại, sẽ ngược lại. Nếu n2 là tần số quay neo trong vòng / phút, thì chúng ta có thể viết biểu thức n2

Trong trường hợp này, chúng tôi biểu thị Spr = (n1-n2) / n1 = S.

Ở đây, các chỉ số S và Spr biểu thị độ trượt của động cơ không đồng bộ và rôto của từ thông tương đối của hướng thuận.

Trong dòng chảy ngược, Sobr trượt được thể hiện bằng một công thức tương tự, nhưng với sự thay đổi của dấu n2.

Sobr = (n1 - (-n2)) / n1 = 2-Sbr.

Theo định luật cảm ứng điện từ, dưới tác động của từ thông trực tiếp và ngược lại, một lực điện động sẽ tác dụng trong cuộn dây rôto, sẽ tạo ra dòng điện có cùng hướng I2pr và I2obr trong đó.

Tần số của chúng (tính bằng hertz) sẽ tỷ lệ thuận với độ lớn của độ trượt.

f2pr = F1 Spr;

f2 mẫu = F1 S

Hơn nữa, tần số f2obr được hình thành bởi dòng điện cảm ứng I2obr vượt quá tần số f2pr.

Ví dụ, động cơ điện chạy trên mạng 50 Hz với n1 = 1500 và n2 = 1440 vòng / phút. Rôto của nó có độ trượt so với từ thông của hướng thuận Spr = 0,04 và tần số hiện tại f2pr = 2 Hz. Độ trượt ngược Sobr = 1,96 và tần số hiện tại f2obr = 98 Hz.

Dựa trên định luật Ampe, khi I2pr hiện tại và từ trường Фпр tương tác, một mô-men xoắn xuất hiện.

Mpr = cM ∙ Fpr ∙ I2pr ∙ cosφ2pr.

Ở đây, hệ số SM không đổi phụ thuộc vào thiết kế của động cơ.

Trong trường hợp này, từ thông ngược Mobr cũng hoạt động, được tính theo biểu thức:

Mobr = cM ∙ Phobr ∙ I2obr ∙ cosφ2obr.

Do sự tương tác của hai luồng này, kết quả sẽ xuất hiện:

M = Mpr-Mobr.

Chú ý! Khi rôto quay, dòng điện có tần số khác nhau được tạo ra trong nó, tạo ra các khoảnh khắc của lực theo các hướng khác nhau. Do đó, phần ứng động cơ sẽ quay dưới tác động của từ trường dao động theo hướng mà từ đó nó bắt đầu quay.

Trong quá trình vượt tải định mức bằng động cơ một pha, một vết trượt nhỏ được tạo ra với phần chính của mô-men xoắn trực tiếp Mpr. Sự phản kháng của từ trường MOBR ngược, ức chế có tác động rất nhỏ do sự khác biệt về tần số của dòng điện theo hướng thuận và ngược.

f2obr của dòng ngược vượt quá đáng kể f2pr, và độ tự cảm cảm ứng X2obr vượt quá nhiều thành phần hoạt động và cung cấp hiệu ứng khử từ lớn của từ thông ngược Fobr, cuối cùng sẽ giảm.

Do hệ số công suất của động cơ chịu tải nhỏ, từ thông ngược có thể có tác động mạnh đến rôto quay.

Khi một pha của mạng được áp dụng cho động cơ có rôto cố định (n2 = 0), sau đó trượt, cả tiến và lùi, đều bằng nhau, và từ trường và lực của dòng chảy thuận và ngược được cân bằng và không xảy ra hiện tượng quay. Do đó, từ việc cung cấp một pha, không thể tháo được phần ứng động cơ.

Cách nhanh chóng xác định tốc độ động cơ:

Làm thế nào quay rôto được tạo ra trong một động cơ không đồng bộ một pha

Trong toàn bộ lịch sử hoạt động của các thiết bị đó, các giải pháp thiết kế sau đã được phát triển:

1. tháo cuộn thủ công của trục bằng tay hoặc dây;

2. việc sử dụng một cuộn dây bổ sung được kết nối trong quá trình khởi động do điện trở ohmic, điện dung hoặc cảm ứng;

3. tách bởi một cuộn từ ngắn mạch của mạch từ stator.

Phương pháp đầu tiên được sử dụng trong quá trình phát triển ban đầu và không bắt đầu được áp dụng trong tương lai vì những rủi ro có thể xảy ra khi bị thương khi khởi động, mặc dù nó không yêu cầu kết nối các chuỗi bổ sung.

Ứng dụng của cuộn dây pha trong stato

Để cung cấp vòng quay ban đầu của rôto cho cuộn dây stato, tại thời điểm khởi động, một phụ trợ bổ sung được kết nối, nhưng chỉ thay đổi góc 90 độ. Nó được thực hiện với một dây dày hơn để truyền nhiều dòng điện hơn là chảy trong dây làm việc.

Sơ đồ kết nối của một động cơ như vậy được hiển thị trong hình bên phải.

Ở đây, nút loại PNVS được sử dụng để bật, được tạo đặc biệt cho các động cơ như vậy và được sử dụng rộng rãi trong hoạt động của máy giặt được sản xuất tại Liên Xô. Nút này ngay lập tức bật 3 tiếp điểm theo cách hai liên lạc cực đoan, sau khi được nhấn và nhả, vẫn cố định ở trạng thái bật và nút giữa đóng lại nhanh chóng, sau đó quay lại vị trí ban đầu dưới tác động của lò xo.

Các tiếp điểm cực kín có thể bị ngắt kết nối bằng cách nhấn nút Dừng liền kề.

Ngoài công tắc nút nhấn, những điều sau đây được sử dụng ở chế độ tự động để tắt cuộn dây bổ sung:

1. công tắc ly tâm;

2. rơle vi sai hoặc dòng điện;

3. đồng hồ cơ.

Để cải thiện động cơ bắt đầu dưới tải, các yếu tố bổ sung được sử dụng trong cuộn dây chuyển pha.

Kết nối động cơ một pha với điện trở khởi động

Trong một mạch như vậy, điện trở ohmic được gắn tuần tự vào cuộn dây bổ sung của stato. Trong trường hợp này, cuộn dây của các vòng được thực hiện một cách nhẹ nhàng, cung cấp hệ số tự cảm ứng của cuộn dây rất gần với không.

Do việc thực hiện hai kỹ thuật này, khi dòng điện chạy qua các cuộn dây khác nhau, sự dịch pha khoảng 30 độ xảy ra giữa chúng, điều này là khá đủ. Sự khác biệt về góc được tạo ra bằng cách thay đổi điện trở phức trong mỗi mạch.

Với phương pháp này, một cuộn dây khởi đầu có độ tự cảm thấp và điện trở tăng vẫn có thể được tìm thấy. Đối với điều này, cuộn dây với một số lượng nhỏ của một dây có tiết diện thấp hơn được sử dụng.

Kết nối động cơ một pha với tụ điện bắt đầu

Sự thay đổi dòng điện pha cho phép bạn tạo ra một kết nối ngắn hạn của cuộn dây với một tụ điện nối tiếp. Chuỗi này chỉ hoạt động khi động cơ vào chế độ, và sau đó tắt.

Việc bắt đầu tụ điện tạo ra mô-men xoắn cao nhất và hệ số công suất cao hơn so với phương pháp khởi động điện trở hoặc cảm ứng. Nó có thể đạt tới giá trị 45 50% giá trị danh nghĩa.

Trong các mạch riêng biệt, một điện dung cũng được thêm vào chuỗi cuộn dây làm việc, liên tục bật. Do đó, độ lệch của dòng điện trong cuộn dây theo một góc của thứ tự π / 2 đã đạt được. Đồng thời, sự thay đổi biên độ cực đại rất đáng chú ý trong stato, cung cấp mô-men xoắn tốt trên trục.

Do kỹ thuật này, động cơ có khả năng tạo ra nhiều năng lượng hơn khi khởi động. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ được sử dụng với các ổ đĩa khởi động nặng, ví dụ, để quay trống của máy giặt chứa đầy vải lanh với nước.

Kích hoạt tụ điện cho phép bạn thay đổi hướng quay của phần ứng. Để làm điều này, chỉ cần thay đổi cực tính của kết nối của cuộn dây bắt đầu hoặc làm việc.

Chia cực kết nối động cơ một pha

Động cơ không đồng bộ có công suất nhỏ khoảng 100 W sử dụng sự phân tách từ thông của stato do bao gồm một cuộn dây đồng ngắn mạch trong cực mạch từ.

Cắt thành hai phần, một cực như vậy tạo ra một từ trường bổ sung, được dịch chuyển theo góc từ phần chính và làm suy yếu nó ở nơi được bao phủ bởi cuộn dây. Do đó, một trường quay hình elip được tạo ra, tạo thành một khoảnh khắc quay theo hướng không đổi.

Trong các thiết kế như vậy, người ta có thể tìm thấy các shunt từ tính làm bằng các tấm thép đóng các cạnh của các đầu của cực stato.

Động cơ có thiết kế tương tự có thể được tìm thấy trong các thiết bị thông gió để thổi khí. Họ không có khả năng đảo ngược.