Что такое двухфазный двигатель переменного тока

Асинхронный однофазный электродвигатель

Если прервать один из трех питающих проводов вращающегося асинхронного трехфазного электродвигателя, то при небольшой нагрузке он будет продолжать работу на одной фазе. В двигателе остается вращающееся поле. Однако при однофазном включении в состоянии покоя такой двигатель не будет работать даже без нагрузки. Если третью фазу обмотки подключить через конденсатор к одному из двух питающих проводов, то трёхфазный двигатель, подсоединенный к сети однофазного тока, начнет работать и его рабочие характеристики будут сходны с характеристиками обычного трехфазного асинхронного двигателя.

Асинхронный двигатель: что это

Асинхронный двигатель – это асинхронная электрическая машина, применяемая для преобразования электрической энергии в механическую. Асинхронный дословно означает неодновременный – здесь имеется в виду, что у асинхронного двигателя магнитное поле всегда имеет большую частоту вращения, чем ротор, который словно пытается его догнать. Работают эти машины от сетей с переменным током.

Любой асинхронный двигатель состоит из двух ключевых составляющих: ротора и статора. Эти части не контактируют между собой и отделены друг от друга воздушным зазором, в котором формируется подвижное магнитное поле.

Статор асинхронной машины состоит из следующих частей:

Корпус. Служит для скрепления всех деталей мотора. Для двигателей небольшого размера, как правило, используют цельные литые корпусы из чугуна, стальных и алюминиевых сплавов.
Сердечник или магнитопроводник. Собирается из пластин, для изготовления которых применяют специальную электрическую сталь. Запрессовывается в корпус и улучшает магнитно-индукционные качества машины. Каждая пластина сердечника покрывается особым лаком, позволяющим уменьшить потери при возникновении вихревых токов. В некоторых случаях устройство асинхронного двигателя предусматривает установку корпуса-сердечника, совмещающего в себе обе функции.
Обмотки. Устанавливаются в пазы сердечника. Представляет собой три катушки из меднопроволочных секций, расположенные под углом в 120˚ относительно друг друга. Называется первичной, потому что подключается к сети напрямую.

Конструкция ротора состоит из основного блока с вентиляционной крыльчаткой, опирающегося на подшипники. Связь ротора с приводимым в движение механизмом обеспечивается с помощью прямого подключения, редукторов или других способов передачи механической энергии. В асинхронных двигателях используются два вида роторов:

Массивный ротор – единая схема из прочного ферромагнитного соединения. Внутри неё индуцируются токи, и она же выполняет в конструкции роль магнитопровода.
Короткозамкнутый ротор (изобретён великим русским инженером Михаилом Осиповичем Доливо-Добровольским, как и весь трёхфазный ток) – система соединенных с помощью колец проводников, похожая по внешнему виду на беличье колесо. Внутри него индуцируются токи, чье электромагнитное поле вступает во взаимодействие с магнитным полем статора, в результате чего ротор приводится в движение.

беличье колесо

Рекомендуем посмотреть это видео. Оно хоть и старое, но интересное и познавательное. Позволит закрыть непонятные моменты.

Двухфазные электродвигатели и их особенности

Двухфазные асинхронные бесколлекторные и коллекторные электродвигатели используются для подключения к трехфазной сети переменного тока посредством двух проводов. Кроме обмотки, которая включена в сеть непосредственно, у двухфазных двигателей есть еще и вторая обмотка. Она последовательно соединяется либо с конденсатором, либо с катушкой – с одним из фазосмещающих устройств электродвигателя. Двухфазные обмотки, которые перпендикулярны друг другу, могут создавать вращающиеся магнитные поля. Для этого фазы обмотки необходимо запитать токами, которые смещены по фазе на 90 градусов. В этом случае мы имеем вращающее магнитное поле, как в трехфазном двигателе.

Достоинства и недостатки двухфазных электродвигателей

В двухфазном электродвигателе, по аналогии с трехфазным, ротор самого двигателя получает ускорение, пока не достигнет конечной частоты вращения. Вращающий момент двухфазного электродвигателя обусловлен токами, которые вызываются вращающимся магнитным полем стержней ротора. При этом конечная частота вращения ротора ниже частоты вращения магнитного поля.

В случае, если фазы обмотки двигателя питать только от одной фазы электросети с однофазным током, для получения вращающегося магнитного поля применяют конденсаторы. Такой двигатель имеет свои недостатки. Это пульсация тока, которая, в свою очередь, уменьшает вращающий момент. Для компенсации данного недостатка установку усложняют путем отключения части емкости.
Электродвигатели двухфазные могут быть выполнены не только с короткозамкнутым, но и с полым ротором. В таком случае ротор выполнен в виде алюминиевого цилиндра, который вращается в воздушном зазоре между внутренним и внешним статором. В алюминиевом цилиндре вращающееся поле вызывает вихревые токи. В воздушном зазоре между статорами они взаимодействуют с магнитным полем, и тем самым создают вращающийся момент электродвигателя. Конечная асинхронная частота вращения цилиндра соответствует нагрузке на валу.
Благоприятные рабочие характеристики электродвигателя обусловлены малым моментом инерции полого ротора. Такие электродвигатели рассчитаны в первую очередь на малые мощности.

Сферы применения двухфазных электродвигателей

Основная сфера применения двухфазных двигателей – автоматические устройства. Например, электродвигатели с полым ротором зачастую применяют для автоматического регулирования в мостовых и компенсационных схемах.

Также двухфазные электродвигатели используют, как управляемые двигатели, регулируя частоту вращения, вращающий момент, изменяя фазы напряжения обмоток. Купить качественные электродвигатели Вы можете в нашей компании.

Дата: Суббота, 18 Январь 2014

Схемы подключения

Для того чтобы подключить трехфазный асинхронный двигатель используют несколько различных схем, но чаще всего применяются «треугольник» и «звезда».

Треугольник

Преимущество данной схемы заключается в том, что при подключении согласно ей трехфазный двигатель может развивать наибольшую номинальную мощность. Для этого обмотки соединяются по принципу конец-начало, что на схематичном изображении похоже на треугольник, однако в виде треугольника понять что к чему, не всегда удобно. По этому предлагаем для анализа схему снизу, а затем фотографию уже в сборе (еще ниже).

схема подключения «треугольник»

В трехфазных электрических сетях величина линейного напряжения между выводами обмоток составляет 380 В. При этом нет необходимости создания рабочего нуля. Важно отметить, что в такой схеме может возникнуть большой пусковой ток, значительно перегружающий проводку.

Звезда

Этот способ подключения является наиболее используемым в сетях с трехфазным током 380 В. Название схемы связано с тем, что концы обмоток соединяются в одной точке, словно звездные лучи. Начала обмоток подключаются посредством аппаратуры коммутации к фазным проводникам. В такой конструкции линейной напряжение между начал составляет 380 В, а между местом соединения и подключения проводника – 200 В. Ниже представлена схема, а еще ниже уже фотография в собранном виде.

схема подключения «звезда»

Трехфазный двигатель для 380 В сетей, подключенный таким образом, не способен развить максимальную силу из-за того, что напряжение на каждой обмотке составляет 220 В. В свою очередь, такая схема предотвращает возникновение перегрузок по току, чем обеспечивается плавный пуск.

Возможность подключения двигателя тем или иным способом, как правило, указывается на его табличке. Значок Y означает «звезду», а ∆ — «треугольник». Определить схему на уже подключенной машине можно по виду обмоток – одна двойная перемычка между ними говорит, что использована «звезда» (первое фото снизу), а если между клеммами обмоток видно три перемычки – «треугольник» (первое фото сверху).

Асинхронный двигатель, треугольник в сборе.

Асинхронный двигатель, звезда в сборе

В случае, когда необходимо запустить трехфазный асинхронный электродвигатель в обратном направлении вращения, следует поменять два питающих провода от трехфазного источника местами.

Функциональные и эксплуатационные особенности

Характерные преимущества асинхронных двигателей:

В их конструкции нет коллекторных групп, которые увеличивают износ других видов двигателей за счет дополнительного трения.
Питание асинхронных электрических машин не требует использования преобразователей и может осуществляться промышленной трехфазной сети.
Из-за меньшего количества деталей и конструктивных элементов они относительно легко обслуживаются и имеют большой срок службы.

Среди недостатков можно отметить:

Сфера применения асинхронных двигателей несколько ограничена из-за малого пускового момента.
Высокая реактивная мощность, которую они потребляют во время работы, не оказывает влияние на механическую мощность.
Большие пусковые токи, потребляемые на пуске этих двигателей, могут превышать допустимые значения некоторых систем.

Двухфазный двигатель переменного тока

Область использования: асинхронные и синхронные двигатели малой мощности. Сущность изобретения: магнитопровод статора двигателя состоит из кольцевого разомкнутого ярма, кольцевой магнитной обоймы и трех полюсов, шихтованных из пластин, плоскости которых параллельны радиальной плоскости, проходящей через ось данного полюса и ось двигателя, ярмо и магнитная обойма шихтуются обычным образом из листов, плоскости которых перпендикулярны оси машины, полюса установлены в пазах выполненных на внешней поверхности цилиндрической обоймы, два полюса расположены диаметрально противоположно друг другу, а третий полюс расположен посередине между ними, в обойме диаметрально среднему полюсу выполнена прорезь, на внешней поверхности обоймы выполнены четыре выступа, радиальные оси которых расположены под углами в 45o к осям полюсов, кольцевое разомкнутое ярмо напрессовано на выступы обоймы и полюса, одна фаза обмотки включает в себя две катушки, расположенные по обе стороны от среднего полюса, а ругая состоит из двух полуфаз, каждая из которых включает в себя две катушки, расположенные по обе стороны от каждого из двух других полюсов. Технический результат: уменьшение расхода активных материалов, повышение технологичности и уменьшение трудоемкости, улучшение рабочих характеристик. 1 ил.

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при производстве асинхронных и синхронных двигателей малой мощности, предназначенных для питания от однофазной сети. Такие двигатели по своему внутреннему устройству обычно являются двухфазными, причем одна фаза включается в сеть непосредственно, а другая через фазосмещающий элемент (чаще всего конденсатор). Обычно обмотка статора выполняется распределенной по его пазам, причем она укладывается в пазы или вручную, что представляет очень трудоемкую операцию, или с помощью дорогостоящих, сложных и ненадежных станков, требующих постоянной профилактики и наладки.

Для уменьшения трудоемкости изготовления и повышения технологичности двигателя малой мощности выполняют с сосредоточенными обмотками на статоре, например, асинхронные двигатели серии ДКВ [1] Прототипом предлагаемого изобретения является двухфазный конденсаторный двигатель, предназначенный для питания от однофазной сети, [2] с. 15, рис. 1.3, б. В этом двигателе статор выполняется разъемным. Полюсная система состоит из четырех явно выраженных полюсов, противоположные пары которых принадлежат одной из фаз, полюсные наконечники всех четырех полюсов одинаковы и соединяются между собой перемычками, в результате чего образуется единая крестовина полюсов, которая запрессовывается в ярмо статора. Катушка обмотки статора наматываются отдельно на специальные каркасы, надеваются на полюса до запрессовывания последних в ярмо статора.Несмотря на четыре явновыраженных полюса в магнитной системе статора, каждая его фаза создает двухполюсное магнитное поле. Катушка каждой фазы занимает два противоположных полюса, а зона действия магнитного поля фазы простирается лишь на половину окружности ротора. Отсюда вытекает основные недостатки этих двигателей плохое использование по основной (двухполюсной) пространственной гармоник поля (фазы действуют «рядом» друг с другом, их зоны действия не перекрывают друг друга, как в машинах с обмоткой, распределяемой по пазам). Кроме того, кривая индукции поля каждой фазы близка к прямоугольной, причем ширина прямоугольника равна половине полупериода кривой, у второй половины полупериода индукция данной фазы имеет нулевое значение (там располагается поле другой фазы). Такая прямоугольная кривая имеет такое же высокое удельное содержание высших пространственных гармонических, как и прямоугольная кривая без нулевых полочек, когда ширина прямоугольника равна всему полюсному делению.В предлагаемом электродвигателе достигаются уменьшение расхода активных материалов, повышение технологичности и уменьшение трудоемкости изготовления двигателя, а также возможность регулирования формы кривой распределения магнитного поля в зазоре машины за счет выбора конструктивных соотношений в магнитопроводе статора, в результате чего можно улучшить рабочие характеристики двигателя.Предлагается двухфазный двигатель переменного тока, содержащий разъемный статор с явновыраженными полюсами и с двухфазной обмоткой, состоящей из вставных катушек, наматываемых и изолируемых отдельно, в котором статор содержит три полюса, шихтованные из пластин, плоскости которых параллельны радиальной плоскости, проходящей через ось данного полюса и ось двигателя, полюса установлены в пазах, выполненных на внешней поверхности цилиндрической обоймы, шихтованной из пластин, перпендикулярных пластинам полюсов, два полюса расположены диаметрально противоположно друг другу, третий расположен посередине между ними, в обойме диаметрально противоположно среднему полюсу выполнена прорезь, препятствующая замыканию потока мимо ротора, на внешней поверхности обоймы выполнены четыре выступа, радиальные оси которых расположены под углами 45o к осям полюсов, на выступы и полюса напрессовано кольцевое ярмо, разомкнутое между двумя выступами обоймы, размещенные по обе стороны от прорези в ней, а катушки двухфазной обмотки расположены на ярме, причем одна из фаз состоит из двух катушек, расположенных по обе стороны от среднего полюса, а другая из двух полуфаз, каждая из которых включает в себя две катушки, расположенные по обе стороны каждого из двух других полюсов.На чертеже показан поперечный разрез предлагаемого электродвигателя. Магнитопровод статора состоит из кольцевого разомкнутого ярма 1, кольцевой магнитной обоймы 2 и трех полюсов 3, 4, 5, шихтованных из пластин, плоскости которых параллельны радиальной плоскости, проходящей через ось данного полюса и ось двигателя. Ярмо 1 и магнитная обойма 2 шихтуются обычным образом из листов, плоскости которых перпендикулярны оси машины. Полюса 3-5 установлены в пазах, выполненных на внешней поверхности цилиндрической обоймы 2. Полюса 4 и 5 расположены диаметрально противоположно друг другу, полюс 3 расположен посередине между ними, в обойме 2 диаметрально среднему полюсу 3 выполнена прорезь 6, препятствующая замыканию потока фазы, состоящей из катушек 7 и 8, мимо ротора. На внешней поверхности обоймы 2 выполнены четыре выступа, радиальные оси которых расположены под углами в 45o к осям полюсов. Кольцевое разомкнутое ярмо 1 напрессовано на выступы обоймы 2 и полюса 3-5. Ярмо должно быть разомкнуто для того, чтобы силовые линии поля, создаваемого фазой, состоящей из катушек 7 и 8, не замыкались вкруговую мимо ротора, а также для возможности заведения катушек обмотки статора 7-12 на своим места до запрессовывания ярма. Часть ярма против прорези 6 между двумя примыкающими к ней выступами отсутствует. Катушки 7-12 обмотки статора наматываются отдельно на каркасах и надеваются на ярмо со стороны разомкнутой его части перед запрессовыванием в него магнитной обоймы 2 и полюсов 3-5. Внутренние стороны катушек располагаются между выступами магнитной вставки и полюсами, одна фаза обмотки включает в себя две катушки 7 и 8, расположенные по обе стороны от среднего полюса 3, а другая состоит из двух полуфаз, каждая из которых включает в себя две катушки (9, 10, 11, 12), расположенные по обе стороны от каждого из двух других полюсов (4 и 5).Катушки фаз соединяются между собой таким образом, что ось поля фазы, состоящей из катушек 7 и 8, совпадает с осью полюсов 4 и 5 (силовые линии этого поля имеют на чертеже горизонтальные стрелки), а ось поля фазы, состоящей из катушек 9 и 10, 11 и 12, совпадает с осью полюса 3 и прорези 6 (стрелки силовых линий этого поля вертикальны).Двигатель работает следующим образом. Каждая фаза статора при ее включении под напряжение создает пульсирующее магнитное поле. Распределение полей фаз в пространстве, от характера которого зависят свойства двигателя, определяется конструкцией двигателя. Так, часть поля фазы катушек 7, 8 проникает в ротор через выступы магнитной обоймы и полюса 4, 5. Силовые линии этого поля имеют на чертеже горизонтальные стрелки, его ось совпадает с осью полюсов 4, 5. Поле этой фазы действует на всей окружности ротора и характер его распределения можно регулировать, изменяя соотношения между шириной полюса, выступов магнитной обоймы, толщиной кольцевой части магнитной обоймы и диаметром отверстий в выступах обоймы (которые нужны для стяжки пакета листов вставки). Для его усиления в месте расположения полюсов 4 и 5 (именно здесь индукция этого поля должна быть максимальной) и предназначены эти полюса.Ось поля другой фазы, состоящей из полуфаз 9, 10 и 11, 12, совпадая с осью полюса 3, сдвинуто в пространстве на 90o по отношению к полю фазы 7, 8. Силовые линии этого поля имеют на чертеже вертикальные стрелки. Если поля двух фаз пульсируют и со сдвигом во времени (что должно обеспечиваться системой питания), то результирующее поле будет вращаться, что и является основным требованием к полю статора двигателя переменного тока. При этом будет создаваться вращающий электромагнитный момент, действующий на ротор (в асинхронном двигателе за счет токов, наведенных вращающимся полем статора в короткозамкнутой обмотке ротора, в синхронном двигателе с возбуждением на роторе за счет взаимодействия вращающегося поля статора и поля возбуждения ротора, в синхронном реактивном двигателе за счет стремления силовых линий вращающегося поля статора замкнуться по оси ротора с меньшим магнитным сопротивлением; во всех трех типах двигателей конструкция статора может быть одной и той же такой, как показано на чертеже). Для усиления этого поля по вертикальной оси служит полюс 3. Однако диаметрально с этим полюсом (на месте прорези 6) нельзя размещать еще один полюс, так как он должен был бы быть, как и полюса 3-5, охвачен снаружи ярмом, что, во-первых, привело бы к замыканию поля фазы 7-8 по ярму вкруговую, минуя ротор, а во-вторых, при замкнутом ярме исчезла бы возможность надевать на него катушки 7-11.В предлагаемом двигателе, как и в машинах с распределенной обмоткой, зоны действия двух фаз перекрывают друг друга, каждая фаза создает поле по всей окружности зазора. Распределение поля каждой фазы может быть близким к синусоидальному и регулироваться за счет выбора конструктивных соотношений в магнитопроводе статора: ширины полюса, толщины кольцевой обоймы, толщины ее части под полюсом, ширины выступов обоймы, диаметра отверстий в них (под стяжные шпильки или заклепки). При распределении поля по закону, близкому к синусоидальному, уменьшается отрицательное влияние высших пространственных гармоник, улучшаются рабочие характеристики двигателя.Сопряжение взаимно перпендикулярных пластин полюсов 3-5 и магнитной обоймы 2 обеспечивает специальный эффект: магнитная проводимость поперек узкой полоски обоймы под полюсом для поля, силовые линии которого проходят по этому полюсу, и проводимость для поля, силовые линии которого стремятся пройти вдоль полоски, существенно различны: если поперек полоски поле проходит практически беспрепятственно, то поле, стремящееся пройти вдоль узкой «подполюсной» части вставки, насыщает ее вдоль этого направления» и, встречая большое магнитное сопротивление, вытесняется в ротор. Поперек же листов полюсов это поле также практически не проходит.В результате участки магнитной системы статора приобретают «избирательную» магнитную проводимость, способствующую получению требуемого закона распределения в зазоре машины магнитных полей двух фаз: там, где поле одной фазы максимально и созданы все условия для максимальной магнитной проводимости этому полю, силовые линии другой фазы встречают наибольшее магнитное сопротивление, вытесняется в ротор и кривая его распределения проходит через ноль. Это и требуется в двухфазных машинах, где кривые распределения полей разных фаз сдвинуты на четверть периода.При намотке катушек вокруг ярма существенно уменьшаются длина витка и расход меди по сравнению с двигателями, имеющими распределенные обмотки, и даже с явнополюсными двигателями, например по сравнению с прототипом. Экономия меди достигается несмотря на то, что катушки одной из фаз (9 и 10, 11 и 12) использованы лишь наполовину, так как с каждой из этих катушек сцеплена лишь половина потока фазы. Зато катушки другой фазы (7 и сцеплены со всем ее потоком и использованы полностью. Для уменьшения расхода как меди, так и электротехнической стали ярмо 1 может иметь ступенчатое сечение (как показано на чертеже), участки ярма с меньшим потоком можно выполнить с меньшей толщиной.

Формула изобретения

Двухфазный двигатель переменного тока, содержащий разъемный статор с явно выраженными полюсами и с двухфазной обмоткой, состоящей из вставных катушек, наматываемых и изолируемых отдельно, отличающийся тем, что статор содержит три полюса, шихтованные из пластин, плоскости которых параллельны радиальной плоскости, проходящей через ось данного полюса и ось двигателя, полюса установлены в пазах, выполненных на внешней поверхности цилиндрической обоймы, шихтованной из пластин, перпендикулярных пластинам полюсов, два полюса расположены диаметрально противоположно друг другу, третий расположен посередине между ними, в обойме диаметрально среднему полюсу выполнена прорезь, препятствующая замыканию потока мимо ротора, на внешней поверхности обоймы выполнены четыре выступа, радиальные оси которых расположены под углами 45o к осям полюсов, на выступы и полюсы напрессовано кольцевое ярмо, разомкнутое между двумя выступами обоймы, размещенными по обе стороны от прорези в ней, а катушка двухфазной обмотки расположена на ярме, причем одна из фаз состоит из двух катушек, расположенных по обе стороны от среднего полюса, а другая из двух полуфаз, каждая из которых включает в себя две катушки, расположенные по обе стороны каждого из двух других полюсов.

РИСУНКИ