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 (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.