Однофазные асинхронные двигатели имеют широкое распространение в автоматических устройствах и различных бытовых приборах (холодильниках, вентиляторах и т. п.).
По своему устройству однофазный двигатель часто аналогичен трехфазному и состоит из статора, в пазах которого уложена однофазная обмотка, и короткозамкнутого ротора (см. рис. 3.26). Особенность работы однофазных асинхронных двигателей объясняется тем, что при включении однофазной обмотки статора С1 – С2 в сеть (рис. 3.26) м. д. с. статора создает не вращающийся, а пульсирующий магнитный поток с амплитудой , изменяющийся от до . При этом ось магнитного потока остается неподвижной.
Рис. 3.26. Схема однофазного асинхронного двигателя
Для объяснения принципа действия однофазного двигателя пульсирующий магнитный поток разложим на два вращающихся в противоположные стороны потока: и (рис. 3.27), каждый из которых равен и вращается с частотой:
.
Причем в любой момент времени
. (3.77)
Условимся считать поток , вращающийся в направлении вращения ротора, прямым, а поток – обратным. Допустим, что ротор двигателя вращается против часовой стрелки, т. е. в направлении потока .
|
|
Рис. 3.27. Разложение пульсирующего магнитного потока на две составляющих
Частота вращения ротора меньше частоты вращения магнитного потока , поэтому скольжение ротора относительно :
Обратный поток вращается против ротора, поэтому частота вращения относительно будет отрицательной. В этом случае скольжение ротора относительно :
Прямой и обратный магнитные потоки наводят в обмотке ротора э. д. с. и , которые создают соответствующие токи и . Известно, что частота тока в обмотке ротора пропорциональна скольжению [см. (8.5)]:
Поэтому ток наводимый обратным магнитным потоком в обмотке ротора, имеет частоту намного превышающую частоту тока , наведенного в обмотке ротора прямым магнитным потоком. Так, например, для однофазного асинхронного двигателя при n1 = 1500 об/мин, n2 = 1440 об/мин и f1 = 50 Гц:
, Гц
, Гц
В результате взаимодействия тока с прямым магнитным потоком на ротор действует электромагнитный момент
Ток взаимодействует с магнитным потоком и на ротор двигателя действует электромагнитный момент , направленный навстречу , т. е. против вращения ротора.
Результирующий электромагнитный момент однофазного асинхронного двигателя
. (3.78)
При небольших значениях скольжения , что соответствует работе двигателя в пределах номинальной нагрузки, электромагнитный момент создается в основном за счет момента прямого поля . Тормозящее действие момента обратного поля весьма незначительно. Объясняется это тем, что ток имеет частоту , а поэтому индуктивное сопротивление обмотки ротора току намного больше его активного сопротивления. В результате ток , имеющий значительную индуктивную, составляющую, оказывает сильное размагничивающее действие на обратный магнитный поток . Если к тому же учесть, что величина коэффициента мощности невелика, то станет ясным, почему в номинальном режиме не оказывает значительного тормозящего действия на ротор двигателя.
|
|
На рис. 3.28 представлена зависимость электромагнитных моментов от скольжения для однофазного двигателя.
Рис. 3.28. Графики электромагнитных моментов однофазного двигателя
График результирующего электромагнитного момента получен в результате сложения составляющих моментов и .
При неподвижном роторе n2=0, что соответствует начальному пусковому моменту времени, скольжение и , поэтому начальный пусковой момент двигателя . Для пуска однофазного двигателя необходимо привести ротор во вращение в ту или иную сторону, так как лишь при равенство моментов и нарушается и результирующий электромагнитный момент приобретает некоторое значение.