Kolik statorových vinutí má jednofázový asynchronní elektromotor?
Jak bylo uvedeno, jednofázové asynchronní motory v současnosti jsou provozovány převážně jako malé stroje s výkonem zřídka přesahujícím 0,5 kW.
Jejich stator má jednofázové vinutí, které se obvykle získává z třífázového vinutí zapojeného do hvězdy, využívající pouze dvě jeho fáze. Rotor je vybaven vinutím nakrátko ve formě klece nakrátko.
Pokud je statorové vinutí napájeno jednofázovým střídavým proudem, vytvoří střídavý (pulzující) n.s. Při nehybném rotoru ve stroji vznikne střídavé (pulzující) pole. Bude indukovat proudy ve vinutí rotoru, jako v sekundárním vinutí transformátoru. Obrázek 2.21 ukazuje směry proudů ve vodičích rotoru nakrátko v přítomnosti pulzujícího pole.
Rýže. 2.21. Proudy ve vodičích vinutí rotoru jednofázového motoru se stacionárním rotorem
Je zřejmé, že výsledný točivý moment působící na rotor bude nulový, protože elektromagnetické síly z interakce pole a proudů ve vinutí rotoru na jeho pravé a levé polovině budou stejné a opačné.
Absence počátečního momentu je charakteristickým znakem jednofázového motoru s uvedeným schématem zapojení. V důsledku toho se on sám nemůže hýbat. Pokud však rotor roztočíte pomocí vnější síly, motor se následně otáčí samostatně a lze jej zatížit.
Podobné jevy lze pozorovat u třífázového motoru při přerušení jednoho z napájecích vodičů. Pokud je drát přerušený u stojícího motoru, pak při startování nevytvoří točivý moment a nebude se pohybovat. Pokud dojde k přerušení vodiče na rotujícím třífázovém motoru, bude tento pokračovat v provozu jako jednofázový. Ale jeho výkon by měl být snížen na 50. 55% jmenovitého.
Provozní režim třífázového motoru jako jednofázového nelze povolit, když se výkon na jeho hřídeli blíží jmenovitému, protože jeho vinutí se v důsledku zvýšení proudů v nich v tomto režimu zahřejí nadměrně v krátké době.
Pro vysvětlení těchto jevů nahraďme proměnnou pulzující podél jedné osy n.s. stator se dvěma n.s rotujícími v různých směrech se synchronní frekvencí a mající amplitudy rovné polovině amplitudy pulzující n.s.
Se stacionárním rotorem oba n.s. se stejnými amplitudami rotují vzhledem k rotoru se stejnou synchronní frekvencí. Jimi způsobená pole budou mít také stejné amplitudy. Budou indukovat stejné proudy ve vinutí rotoru. Proto kroutící momenty vyplývající ze vzájemného působení polí a jimi indukovaných proudů budou navzájem stejné. Protože působí v opačných směrech, výsledný moment je nulový. V důsledku toho se rotor nemůže sám otáčet. Pokud se, jak bylo naznačeno, jakýmkoliv způsobem uvede do rotace v libovolném směru, pak se v tomto směru bude otáčet nezávisle a dosáhne rychlosti blízké synchronní.
Pole, které se otáčí ve stejném směru jako rotor, se nazývá přímo rotující nebo přímé, druhé pole se nazývá zpětně rotující nebo inverzní. Když se rotor otáčí, obě tato pole nejsou stejná: zpětné pole je oslabeno, zatímco dopředné točivé pole je zesíleno. Při rychlosti otáčení blízké synchronní je reverzní pole zeslabeno natolik, že výsledné pole se stává téměř kruhovým.
Zeslabení zpětného pole při provozu jednofázového motoru je vysvětleno následovně. Pokud má rotor skluz s vzhledem k dopřednému poli, pak vzhledem ke zpětnému poli bude mít skluz:
V důsledku toho budou mít proudy indukované zpětným polem ve vinutí rotoru vysokou frekvenci, například při s=0,05 se rovná (2-s)f1=1,95-50 = 97,5 Hz. Indukční reaktance vinutí rotoru při této frekvenci bude mnohonásobně větší než jeho činný odpor. Proudy budou téměř čistě reaktivní; budou mít silný demagnetizační účinek, tzn. zeslabit reverzní pole.
Při nízkých hodnotách skluzu tedy vzniká točivý moment u jednofázových motorů především jako výsledek interakce stejnosměrného pole a jím indukovaných proudů ve vinutí rotoru. Brzdný moment ze vzájemného působení zpětného pole, které je značně oslabeno, a jím indukované proudy ve vinutí rotoru (téměř čistě reaktivní) má malý význam.
Rýže. 2.22. Momentové křivky jednofázového motoru
Protože proud v rotoru jednofázového motoru je tvořen superpozicí dvou proudů o výrazně odlišných frekvencích, lze elektrické ztráty v rotoru považovat za rovné součtu ztrát způsobených každým z proudů samostatně. Proto jsou elektrické ztráty v rotoru jednofázového motoru přibližně dvakrát větší než stejné ztráty v rotoru třífázového motoru odpovídajícího výkonu. Zde máme na mysli motory s rotorovým vinutím navrženým tak, že lze ignorovat posun proudu v jeho vodičích. Pokud mají motory hluboké drážky nebo dvojitou klec na rotoru, pak se výrazně zvyšují ztráty z proudů indukovaných zpětným polem ve vodičích vinutí rotoru v důsledku posunu proudu v nich.
Kromě toho je cos jednofázového motoru nižší než u třífázového motoru, protože první má vyšší proud naprázdno (kvůli jeho reaktivní složce). To bude jasné, vezmeme-li v úvahu provoz motoru otáčejícího se synchronní rychlostí s otevřeným a zavřeným vinutím rotoru. V prvním případě obě n.s. – přímé a reverzní – vytvoří identická pole, která indukují EMF ve vinutí statoru a téměř úplně vyrovnají aplikované napětí.
V druhém případě je reverzní n.s. je vytvářen nejen statorovými proudy, ale i rotorovými proudy indukovanými zpětným polem; stejně jako reverzní pole je značně oslabeno. Proto přímý n.s. Stator by se v tomto případě měl zvýšit natolik, že přímé pole, které vytváří, indukuje EMF ve vinutí statoru, které téměř úplně vyrovná aplikované napětí. Ve druhém případě bude statorový proud téměř 2krát větší než v prvním případě. To vysvětluje zvýšení proudu naprázdno u jednofázového motoru.
Zvýšení skluzu způsobí zvýšení brzdného momentu ze zpětného pole, takže maximální moment jednofázového motoru je menší než u odpovídajícího třífázového motoru.
Účinnost jednofázového motoru je také nižší v důsledku zvýšených ztrát ve vinutí rotoru a také ve vinutí statoru v důsledku zhoršení cos.
Jednofázový motor se obvykle spouští, když je na statoru pomocná fáze Je to vinutí umístěné ve štěrbinách statoru tak, že jeho n.s. byla prostorově posunuta o 90 el. krupobití, vzhledem k n.s. hlavní vinutí statoru. Proud v pomocném vinutí musí být mimo fázi vzhledem k proudu v hlavním vinutí. Pokud jsou vytvořeny stanovené podmínky, obě vinutí způsobí rotující magnetické pole. Bude asymetrický, ale točivý moment, který vytvoří v případě malého brzdného momentu na hřídeli, je stále dostatečný pro nastartování motoru. Pomocné vinutí se vypne, když motor dosáhne přibližně normálních otáček, protože je dimenzován na krátkodobou zátěž.
V důsledku toho při spouštění motor pracuje jako dvoufázový motor a při normální rychlosti jako jednofázový motor. Pro získání proudu v pomocném vinutí, fázově posunutého vzhledem k proudu v hlavním vinutí, je aktivní odpor (obr. 2.23, a) nebo kapacita (obr. 2.23, b) zapojen do série s prvním vinutím.
Rýže. 2.23. Spouštěcí obvody pro jednofázové motory
Použití kapacity umožňuje fázový posun mezi indikovanými proudy o 90°, což dává výrazné zvýšení počátečního točivého momentu.
Zároveň se rozšířily jednofázové motory, u kterých zůstává po celou dobu chodu motoru zapnutá pomocná fáze a s ní sériově zapojená kapacita. Takové kondenzátorové motory mají ve srovnání s běžnými jednofázovými motory pracujícími s odpojenou pomocnou fází vyšší maximální točivý moment a lepší účinnost a cos.
Líbil se vám článek? Přidejte si ji do záložek (CTRL+D) a nezapomeňte ji sdílet se svými přáteli:
Jednofázový asynchronní motor – jedná se o motor s nízkým výkonem (do 1500 W), který se používá v instalacích, ve kterých není hřídel v době spouštění prakticky bez zatížení, a také v případech, kdy lze motor napájet pouze z jednofázová síť. Nejčastěji se takové motory používají v pračkách, malých ventilátorech atd.
Jednofázový motor má podobnou strukturu jako třífázový asynchronní motor, rozdíl je v počtu fázových vinutí jednofázový motor nemá tři, ale dvě vinutí – spouštěč и pracovní, a neustále pracuje pouze jedno vinutí – pracovní.
Aby se rotor asynchronního motoru mohl pohybovat, musí vinutí statoru vytvářet točivé magnetické pole. U třífázového motoru se takové pole vytváří díky třífázovému vinutí. Ale pracovní vinutí jednofázového motoru nevytváří rotující, ale pulzující magnetické pole. Toto pole lze rozložit na dvě – přímý и opak. Přímé pole se otáčí synchronní rychlostí n1 ve směru otáčení rotoru a vytváří hlavní elektromagnetický moment. Skluz rotoru vzhledem k přímému poli je roven
Reverzní pole se otáčí proti rotoru, proto je rychlost rotoru vzhledem k tomuto poli záporná
Každé pole indukuje emf, díky kterému začnou rotorem protékat proudy. Frekvence těchto proudů jsou úměrné skluzu (ft=f·s) a ze vzorců odvozených výše můžeme usoudit, že frekvence proudu indukovaného zpětným polem je mnohem větší než frekvence dopředného budícího proudu. V tomto ohledu se indukční reaktance, která se zvyšuje s rostoucí frekvencí, stává velmi důležitou a stává se mnohem větší než aktivní odpor. Proto je proud zpětného pole prakticky indukční a má demagnetizační účinek na tok zpětného magnetického pole. V důsledku toho je točivý moment vytvářený tímto polem malý a je namířen proti otáčení rotoru.
V okamžiku, kdy rotor stojí, je nehybná i osa symetrie mezi těmito dvěma poli, což znamená, že nevzniká žádné rotující magnetické pole a v důsledku toho motor nepracuje. Chcete-li jej uvést do pohybu, musíte otočit rotor tak, aby se osa symetrie pohybovala. Ale nedává to smysl dělat to mechanicky, takže pro spuštění jednofázového motoru bylo vytvořeno spouštěcí vinutí. Startovací vinutí spolu s pracovním vinutím vytváří točivé magnetické pole nutné pro nastartování motoru. K tomu je nutné, aby MMF obou vinutí byl stejný a úhel mezi nimi byl 90°. Navíc je nutné, aby proudy v těchto vinutích byly posunuty o 90°. V tomto případě vzniká tzv. kruhové magnetické pole, ve kterém je výsledný elektromagnetický moment maximální. Jsou-li však tyto podmínky splněny s odchylkami, pak vzniká eliptické magnetické pole, ve kterém je točivý moment nižší v důsledku zvýšeného brzdného momentu zpětného pole.
V reálných podmínkách se jednofázový motor spouští současným stisknutím tlačítek, která dodávají energii a připojují startovací vinutí k obvodu.
Pro vytvoření fázového posunu o 90° mezi proudy pracovního a startovacího vinutí se používají prvky fázového posunu (FE). Může to být aktivní odpor, cívka nebo kondenzátor. Rozšířily se jednofázové motory s aktivním odporem jako prvkem s fázovým posunem. Zvýšení odporu spouštěcího vinutí je dosaženo zmenšením průřezu drátu, a protože toto vinutí pracuje v době spouštění krátkou dobu, nezpůsobuje to poškození vinutí.
Ale aktivní odpor, stejně jako indukční odpor, nevytváří požadovaný 90° posun mezi proudy, ale takový posun je vytvářen kondenzátorem. Kapacita tohoto kondenzátoru je zvolena tak, že startovací proud vinutí je před fázovým napětím o určitý úhel, který je nutný pro posun mezi proudy o 90°. Díky tomu vzniká kruhové magnetické pole. Kondenzátory se však jako prvek s fázovým posunem používají méně často, protože pro zajištění 90° směšování je zapotřebí kondenzátor o velké kapacitě a zpravidla relativně vysoké napětí. Navíc rozměry tohoto kondenzátoru jsou velké, což také hraje roli.