Принцип действия однофазного асинхронного двигателя

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.

Особенность работы однофазных асинхронных двигателей объясняется тем, что при включении однофазной обмотки статора С1—С2 в сеть (рис. 3.1) МДС статора создает не вращающийся, а пульсирующий магнитный поток с амплитудой Ф_mах, изменяющийся от + Ф_mах до — Ф_mах. При этом ось магнитного потока остается неподвижно.

Рис. 3.1 Схема однофазного асинхронного двигателя

Для объяснения принципа действия однофазного двигателя пульсирующий магнитный поток Ф_mах разложим на два вращающихся в противоположные стороны потока: Ф_пр и Ф_обр (рис. 10.2), каждый из которых равен и вращается с частотой

Рис. 3.2Разложение пульсирующего магнитного потока на два вращающихся

Условимся считать поток Ф_пр, вращающийся в направлении вращения ротора, прямым, а поток Ф_обр обратным. Допустим, что ротор двигателя вращается против часовой стрелки, т. е. в направлении потока Ф_пр.

Частота вращения ротора n₂ меньше частоты вращения магнитного потока n₁, поэтому скольжение ротора относительно Ф_пр

Обратный поток Ф_обр вращается против ротора, поэтому частота вращения n₂ относительно Ф_обр будет отрицательной. В этом случае скольжение ротора относительно Ф_обр

Прямой Ф_пр и обратный Ф_обр магнитные потоки наводят в обмотке ротора ЭДС и , которые создают соответствующие токи и . Известно, что частота тока в обмотке ротора пропорциональна скольжению:

f_2пр=f₁s_пр; f_2обр=f₁s_обр=f₁(2-s_пр)

Поэтому ток , наводимый обратным магнитным потоком обмотке ротора, имеет частоту f_2обр, намного превышающую частоту f_2пр 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 I_2пр с прямым магнитным потоком Ф_пр на ротор действует электромагнитный момент

M_пр=c_mФ_прI_2прcosφ_2пр

Ток I_2обр взаимодействует с магнитным потоком Ф_обр и на ротор двигателя действует электромагнитный момент M_обр, направленный навстречу М_пр, т. е. против вращения ротора.

Результирующий электромагнитный момент однофазного асинхронного двигателя

М=М_пр+М_обр

При небольших значениях скольжения s=s_nр, что соответствует работе двигателя в пределах номинальной нагрузки, электромагнитный момент создается в основном за счет момента прямого поля М_пр. Тормозящее действие момента обратного поля М_обр весьма незначительно. Объясняется это тем, что ток I _обр имеет частоту f_2обр>>f_2пр, а поэтому индуктивное сопротивление обмотки ротора x_2sобр=x₂s_обр току I_2обр намногобольше его активного сопротивления. В результате ток I_2обр, имеющий значительную индуктивную составляющую, оказывает сильное размагничивающее действие на обратный магнитный поток Ф_обр. Если к тому же учесть, что величина коэффициента мощности cosφ_2обр невелика, то станет ясным, почему М_обр в номинальном режиме не оказывает значительного тормозящего действия на ротор двигателя.

На рис. 3.3 представлены зависимости электромагнитных моментов от скольжения для однофазного двигателя.

Рис. 3.3 Графики электромагнитных моментов однофазного асинхронного двигателя

График результирующего электромагнитного момента M=f(s_пр) получен в результате сложения составляющих моментов М_пр и М_обр.

При неподвижном роторе n₂ =0, что соответствует начальному пусковому моменту времени, скольжение s_np=s_oбp =l и M_np=M_oбр, поэтому начальный пусковой момент двигателя М_пуск =0. Для пуска однофазного двигателя необходимо привести ротор во вращений в ту или иную сторону, так как лишь при s≠1 равенство моментов М_пр и М_обр нарушается и результирующий электромагнитный момент приобретает некоторое значение.