Однофазные электродвигатели: типы, принцип работы, схема подключения

На протяжении многих лет лидерами в применении электродвигателей являются асинхронные моторы. Среди них широко распространены однофазные двигатели, которые активно применяются в промышленности и в бытовой технике. Они имеют сравнительно простую конструкцию, удобны в использовании, малозатратны при изготовлении и эксплуатации. Современные однофазные двигатели могут удивлять своей функциональностью. Они уступают трехфазным моделям в производительности, но превосходят их в стабильности и экономичности. Такие моторы обычно имеют мощность до 3 кВт, что достаточно для большинства бытовых приборов и электроинструментов, но могут достигать и десятков кВт.

Конструкция и типы однофазных двигателей

Асинхронный двигатель состоит из трех основных частей, которые разделены воздушным зазором и не соприкасаются в процессе работы.

В однофазных двигателях статор и ротор имеют по одной обмотке, расположенных на разных сторонах сердечников: внутренней (у статора) и внешней (у ротора). Обмотка статора изготовлена из изолированного провода и прочно закреплена, чтобы уменьшить вероятность повреждения от механических колебаний.

Выделяют четыре вида однофазных электродвигателей:

В зависимости от типа двигателя и его использования конструкция однофазного двигателя может включать дополнительные компоненты, такие как:

• конденсаторы,
• кожухи,
• крепежные элементы,
• вентиляторы,
• датчики и др.

Все эти компоненты спроектированы таким образом, чтобы обеспечить правильную работу привода, его долговечность и безопасность эксплуатации. Так, подшипники необходимы для обеспечения плавного движения ротора и снижения трения и механического износа. Щитки защищают от случайного доступа к ротору и другим опасным частям двигателя. Крепежные элементы используются для фиксации двигателя в правильном положении. Вентилятор стабилизирует температурный градиент.

Принцип работы однофазных асинхронных двигателей

Асинхронный электродвигатель относится к индукционным электрическим машинам, которые одновременно являются машинами переменного тока. В них происходит преобразование электрической энергии в механическую.

Переменный ток в симметричной многофазной обмотке статора создает пульсирующее магнитное поле. Пульсация возникает в результате разнонаправленного движения электротока и зависит от частоты электросети. При стандарте 50 Гц электроток меняет направление 50 раз в секунду. За счет этого возникает электромагнитная индукция, которая порождает электродвижущие силы в роторной обмотке. Магнитное поле статора не движется, но меняет положительный и отрицательный полюса при каждом скачке синусоидального напряжения. Аналогичные полюса магнитного поля статора и ротора отталкиваются друг от друга, а противоположные притягиваются, что приводит ротор в движение. Под воздействием электродинамической силы он вращается, сначала увеличивая обороты, а затем стабилизируя их на постоянном уровне. Разница между скоростью вращения ротора и магнитным полем статора увеличивается с ростом нагрузки на двигатель.

Механическая мощность электродвигателя является произведением крутящего момента и скорости вращения, поэтому высокоскоростные устройства меньше и легче, чем низкооборотные модели. Такие двигатели обычно используются там, где важны стабильность работы, небольшие габариты и высокая эффективность.

Функция конденсатора в однофазных двигателях

Такие моторы нуждаются в помощи при запуске из-за низкого коэффициента мощности. Обороты ротора строго зависят от частоты изменений поля статора. Вращение ротора делится на шесть фаз, в которых питание последующих обмоток переключается таким образом, что поле в магнитной цепи статора меняет свое положение на определенный постоянный угол, обусловленный количеством полюсов. Магнитодвижущая сила обеих обмоток должна быть одинаковой, а оптимальный угол между ними составляет 90°. Несоблюдение этих условий приводит к образованию поля эллиптической формы и снижению производительности двигателя из-за торможения.

Для однофазных электродвигателей используется электролитический конденсатор, который подключается к вспомогательной обмотке и сдвигает фазу напряжения относительно тока, что вызывает вращательное движение ротора. Положение магнитного поля определяется на основе сигналов, поступающих от магнитных датчиков, которые смещены относительно друг друга.

Конденсатор может использоваться для запуска электроприбора. В этом случае он отключается, как только обороты двигателя достигают определенного порога. Конденсатор также может подсоединяться к основной обмотке, если требуется поддерживать постоянное вращение ротора в процессе работы. Комбинированный конденсатор совмещает в себе обе функции. Он создает высокий пусковой крутящий и минимизирует пульсирующий крутящий момент при пиковых нагрузках двигателя.

Схема подключения

Однофазный двигатель питается от однофазной сети переменного тока с напряжением 220 В. Он используется там, где потребность в энергии относительно невелика, поскольку обеспечивает стабильную и эффективную работу без ненужных перерывов. Однако основным недостатком асинхронных двигателей являются большие пусковые токи при малом пусковом моменте. Это приводит к нагреву обмоток, повышенному потреблению тока и колебаниям напряжения в сети. Поэтому для более плавного запуска предусмотрена схема подключения «звезда-треугольник». Во время пуска в течение заданного времени двигатель работает с меньшим крутящим моментом, а напряжение на каждой из обмоток равно фазовому напряжению. После частичного разгона двигателя переключатель звезда-треугольник изменяет соединения обмоток на такие, в которых начало одной обмотки соединяется с концом другой, нейтральный провод не используется, и двигатель начинает работать с номинальной мощностью.

Резюме

Однофазные асинхронные двигатели являются основным компонентом многих электроприборов и машин. Они широко используются в различных областях благодаря своей простоте, низкой стоимости и возможности подключения к бытовой электросети. Вместе с тем существуют некоторые ограничения по их использованию. Однофазные двигатели не должны работать на холостом ходу из-за риска перегрева и при нагрузке менее 25% от полной.

Мы предлагаем широкий ассортимент моделей:

• для бытовой техники (холодильников, стиральных машин, вентиляторов);
• ручных электроинструментов (сверл, пил, дрелей, УШМ);
• станков (фрезерных, токарных);
• насосов (циркуляционных, для глубоководных скважин и бассейнов).

Однофазные моторы считают надежными и долговечными, поскольку они имеют относительно мало движущихся частей и не требуют частого обслуживания в отличие от ДВС. Такой электродвигатель может работать в течение многих лет без капитального ремонта или замены.

🞢