מנוע אסינכרוני חד-פאזי: איך הוא עובד

עצם שמו של מכשיר חשמלי זה מעיד על כך שהאנרגיה החשמלית המסופקת אליו מומרת לתנועה סיבובית של הרוטור. יתר על כן, שם התואר "אסינכרוני" מאפיין את חוסר ההתאמה, את הפיגור של מהירות הסיבוב של הארמטורה מהשדה המגנטי של הסטטור.

המילה "חד פאזי" גורמת להגדרה מעורפלת. זה נובע מהעובדה ש המונח "שלב" באלקטרוניקה מגדירה כמה תופעות:

• שינוי, הפרש זוויות בין כמויות וקטוריות;

• מוליך פוטנציאלי של מעגל חשמלי AC שניים, שלושה או ארבעה חוטים;

• אחד מתפתולי הסטטור או הרוטור של מנוע או גנרטור תלת פאזי.

לכן אנו מייד מבהירים כי נהוג לקרוא למנוע חשמלי חד פאזי המופעל על רשת AC דו דו חוטית המיוצגת על ידי פוטנציאל שלב ואפס. מספר הפיתולים המותקנים בעיצובים שונים של סטאסטורים אינו משפיע על הגדרה זו.

תכנון מוטורי

על פי המכשיר הטכני שלו, מנוע אינדוקציה מורכב מ:

1. סטטור - חלק סטטי וקבוע, שנעשה על ידי בית ובתוכו נמצאים אלמנטים חשמליים שונים;

2. רוטור שמסתובב על ידי כוחות השדה האלקטרומגנטי של הסטטור.

החיבור המכני של שני חלקים אלה נעשה על ידי מיסבי סיבוב, שהטבעות הפנימיות שלהן מורכבות על השקעים המותאמים של פיר הרוטור, והטבעות החיצוניות מותקנות בכיסויי צד מגנים המותקנים לסטטור.

רוטור

המכשיר שלה לדגמים אלה זהה לכל מנועי האינדוקציה: ליבת מגנטית מלוחות עמוסים המבוססים על סגסוגות ברזל רכות מותקנת על מוט פלדה. על פני השטח החיצוניים שלה עשויים חריצים לתוכם מורכבים מוטות האלומיניום או הנחושת המתפתלים בקצוות לטבעות הסגירה.

זרם חשמלי נוצר במפתל הרוטור, המושרה על ידי השדה המגנטי של הסטטור, והמעגל המגנטי משמש למעבר טוב של השטף המגנטי שנוצר כאן.

תכנון רוטור נפרד למנועים חד פאזיים יכול להיות עשוי מחומרים לא מגנטיים או פרומגנטיים בצורת גליל.

סטטור

עיצוב הסטטור מוצג גם:

• גוף;

• מעגל מגנטי;

• מתפתל.

מטרתו העיקרית היא לייצר שדה אלקטרומגנטי קבוע או מסתובב.

מתפתל הסטטור מורכב בדרך כלל משני מעגלים:

1. עובד;

2. משגר.

בעיצובים הפשוטים ביותר, המיועדים לסיבוב ידני של העוגן, ניתן לבצע רק פיתול אחד.

עקרון הפעולה של מנוע חשמלי חד פאזי אסינכרוני

על מנת לפשט את הצגת החומר, בואו נדמיין כי סלילת הסטטור נעשית רק עם לולאת לולאה אחת. חוטיו בתוך הסטטור מופצים במעגל ב -180 מעלות זוויתיות. זרם סינוסואידי מתחלף עובר דרכו, בעל חצי גלים חיוביים ושליליים. זה לא יוצר מסתובב, אלא שדה מגנטי פועם.

כיצד מתרחשות פעימות של שדות מגנטיים

בואו לנתח תהליך זה באמצעות הדוגמא של חצי גל זרם חיובי הזורם ברגעים t1, t2, t3.

הוא עובר לאורך החלק העליון של השביל הנוכחי לעברנו, ולאורך החלק התחתון - מאיתנו. במישור הניצב המיוצג על ידי המעגל המגנטי, מופיעים שטפים מגנטיים סביב המוליך.

הזרמים המשתנים במשרעת ברגעים הנחשבים יוצרים שדות אלקטרומגנטיים F1, F2, F3 בעוצמה שונה. מכיוון שהזרם במחצית העליונה והתחתונה זהה, אך הסליל כפוף, השטפים המגנטיים של כל חלק מכוונים לכיוון ההפוך והורסים את האפקט של זה.ניתן לקבוע זאת על ידי הכלל של ג'ימלט או יד ימין.

כפי שניתן לראות, עם חצי גל חיובי לא מסתכלים על סיבוב השדה המגנטי, אלא רק אדוותו מתרחשת בחלקים העליונים והתחתונים של החוט, שגם הוא מאוזן הדדית במעגל המגנטי. אותו תהליך מתרחש עם קטע שלילי בסינוסואיד, כאשר הזרמים הופכים כיוון.

מכיוון שאין שדה מגנטי מסתובב, הרוטור יישאר גם נייח, מכיוון שאין כוחות המופעלים עליו כדי להתחיל סיבוב.

כיצד נוצר סיבוב הרוטור בשדה פועם

אם אתה נותן לרוטור סיבוב, אפילו עם היד שלך, אז הוא ימשיך בתנועה זו. כדי להסביר תופעה זו אנו מראים כי השטף המגנטי הכולל משתנה בתדירות הסינוסואיד הנוכחי מאפס לערך המקסימלי בכל מחזור מחזור (עם שינוי כיוון) ומורכב משני חלקים הנוצרים בענפים העליונים והתחתונים, כפי שמוצג באיור.

שדה פעימת המגנטית של הסטטור מורכב משני מעגלים עם משרעת של Fmax / 2 ונעים בכיוונים מנוגדים באותה תדר.

npr = nbr = f60 / p = 1.

בנוסחה זו מצוין:

• תדר סיבוב npr ו- nobr של השדה המגנטי של הסטטור בכיוונים קדימה ואחורה;

• n1 הוא המהירות של השטף המגנטי המסתובב (r / min);

• p הוא מספר זוגות המוטות;

• f הוא תדר הזרם המתפתל בסטטור.

כעת, עם היד שלך, ניתן את סיבוב המנוע בכיוון אחד, והוא יאסוף מיד את התנועה עקב התרחשות מומנט שנגרם על ידי החלקה של הרוטור ביחס לשטפים מגנטיים שונים של כיוון קדימה ואחורה.

אנו מניחים כי השטף המגנטי של הכיוון קדימה עולה בקנה אחד עם סיבוב הרוטור, וההיפוך, בהתאמה, יהיה הפוך. אם n2 הוא תדר סיבוב העוגן בסל"ד, נוכל לכתוב את הביטוי n2

במקרה זה אנו מציינים את Spr = (n1-n2) / n1 = S.

כאן המדדים S ו- Spr מציינים את החלקה של מנוע אינדוקציה ורוטור של השטף המגנטי היחסי של הכיוון קדימה.

בזרימה ההפוכה הביטוי Sobr מתבטא בנוסחה דומה, אך עם שינוי השלט n2.

Sobr = (n1 - (-n2)) / n1 = 2-Sbr.

בהתאם לחוק האינדוקציה האלקטרומגנטית, תחת השפעת שטפים מגנטיים ישירים ואחוריים, יפעל כוח אלקטרומוטיבי המתפתל ברוטור, שייצור זרמים מאותם כיוונים I2pr ו- I2obr בתוכו.

התדירות שלהם (בהרץ) תהיה פרופורציונאלית ישירות לגודל החלקה.

f2pr = f1 ∙ Spr;

f2sample = f1 ∙ S

יתר על כן, התדר f2obr שנוצר על ידי הזרם המושרה I2obr עולה באופן משמעותי על התדר f2pr.

לדוגמא, מנוע חשמלי פועל ברשת 50 הרץ עם n1 = 1500, ו- n2 = 1440 סל"ד. לרוטור שלו יש החלקה יחסית לשטף המגנטי של כיוון קדימה Spr = 0.04 ולתדר הנוכחי f2pr = 2 Hz. החלקה ההפוכה Sobr = 1.96, והתדר הנוכחי f2obr = 98 הרץ.

בהתבסס על חוק אמפר, כאשר ה- I2pr הנוכחי והשדה המגנטי Фпр אינטראקציה, מופיע מומנט Мпр.

Mpr = cM ∙ Fpr ∙ I2pr ∙ cosφ2pr.

כאן, המקדם המתמיד SM תלוי בעיצוב המנוע.

במקרה זה, שטף המגנטי ההפוך Mobr פועל גם הוא, המחושב על ידי הביטוי:

Mobr = cM ∙ Phobr ∙ I2obr ∙ cosφ2obr.

כתוצאה מהאינטראקציה בין שני הזרמים הללו, התוצאה תופיע:

M = Mpr-Mobr.

תשומת לב! כאשר הרוטור מסתובב, נוצרים בו זרמים בעלי תדרים שונים שיוצרים רגעי כוחות בכיוונים שונים. לכן, הצבא המנוע יסתובב תחת פעולה של שדה מגנטי פועם בכיוון ממנו החל להסתובב.

במהלך התגברות על העומס המדורג על ידי מנוע חד פאזי נוצרת החלקה קלה עם החלק העיקרי של המומנט הישיר Mpr. פעולת הנגד של השדה המגנטי המעכב וההפוך של ה- Mobr משפיע מעט מאוד על רקע ההבדל בתדרי הזרמים של כיוון קדימה ואחורה.

f2obr של הזרם ההפוך עולה באופן משמעותי על f2pr, והשראות המושרה X2obr עולה בהרבה על המרכיב הפעיל ומספק אפקט דמגנטיזציה גדול של השטף המגנטי ההפוך Fobr, שבסופו של דבר פוחת.

מכיוון שגורם ההספק של המנוע הנמצא תחת עומס הוא קטן, לשטף המגנטי ההפוך לא יכול להיות השפעה חזקה על הרוטור המסתובב.

כאשר שלב אחד של הרשת מוחל על מנוע עם רוטור קבוע (n2 = 0), ואז החלק, קדימה ואחורה כאחד, שווים לאחדות, ושדות מגנטיים וכוחות של זרימה קדימה ואחורית מאוזנים והסיבוב אינו מתרחש. לפיכך, מאספקת שלב אחד אי אפשר להתיר את התיאוריה המנועית.

כיצד לקבוע במהירות את מהירות המנוע:

כיצד נוצר סיבוב הרוטור במנוע אסינכרוני חד-פאזי

בכל ההיסטוריה של הפעלת מכשירים כאלה פותחו פתרונות העיצוב הבאים:

1. הסרת ידנית של הפיר בעזרת יד או כבל;

2. שימוש בסלילה נוספת המחוברת במהלך ההפעלה עקב התנגדות אוהם, קיבולית או אינדוקטיבית;

3. פיצול על ידי סליל מגנטי קצר מעגלים של המעגל המגנטי של הסטטור.

השיטה הראשונה שימשה בפיתוח הראשוני ולא החלה ליישם אותה בעתיד בגלל הסיכונים האפשריים לפציעות בעת ההפעלה, אם כי אין היא מחייבת חיבור של שרשראות נוספות.

יישום מתפתל שלב מתפתל בסטטור

כדי לתת את הסיבוב הראשוני של הרוטור לסלילה של הסטטור, בזמן ההפעלה, מחובר חיבור עזר נוסף, אך רק 90 מעלות מוזזרים בזווית. זה מבוצע עם חוט עבה יותר כדי להעביר זרמים רבים יותר מאשר לזרום בזו העובדת.

תרשים החיבור של מנוע כזה מוצג באיור מימין.

כאן משתמשים בכפתור מסוג PNVS להפעלה, אשר נוצר במיוחד עבור מנועים כאלה והיה בשימוש נרחב בהפעלת מכונות כביסה המיוצרות בברית המועצות. כפתור זה מדליק מייד 3 אנשי קשר בצורה כזו ששני הקיצוניים, לאחר לחיצה ושחרור, נשארים קבועים במצב דולק, והאמצעית נסגרת בקצרה ואז חוזרת למקומה המקורי תחת פעולת הקפיץ.

ניתן לנתק אנשי קשר קיצוניים סגורים על ידי לחיצה על כפתור העצירה הצמוד.

בנוסף למתג הכפתור, הבאים משמשים במצב אוטומטי כדי להשבית את התפתל הנוסף:

מתגי צנטריפוגלי;

2. ממסרי דיפרנציאל או זרם;

3. טיימרים מכניים.

כדי לשפר את התחלת המנוע תחת עומס משתמשים באלמנטים נוספים בסלילה המשתנה שלב.

חיבור של מנוע חד פאזי עם התנגדות התחלה

במעגל כזה, התנגדות אוחמית מותקנת ברצף על הסטטור מתפתל נוסף. במקרה זה, סלילת הפניות מתבצעת בצורה משתנה, ומספקת מקדם אינדוקציה עצמית של הסליל קרוב מאוד לאפס.

עקב הטמעת שתי טכניקות אלה, כאשר זרמים זורמים דרך פיתולים שונים, מתרחשת ביניהם מעבר שלב של כ- 30 מעלות, וזה די די. ההבדל בזוויות נוצר על ידי שינוי ההתנגדות המורכבת בכל מעגל.

בשיטה זו, עדיין ניתן למצוא פיתול מתחיל עם השראות נמוך והתנגדות מוגברת. לשם כך משתמשים בהתפתלות עם מספר קטן של סיבובים של חוט עם חתך מורד.

חיבור מנוע חד פאזי עם קבלים מתחילים

הסטת הזרם בשלב הקיבולי מאפשרת ליצור חיבור לטווח קצר של המתפתל בעזרת קבלים המחוברים לסדרה. שרשרת זו פועלת רק כאשר המנוע נכנס למצב ואז מכבה.

התחלת הקבל יוצרת את המומנט הגבוה ביותר ואת גורם ההספק הגבוה יותר מאשר בשיטת התחלה מתנגדת או אינדוקטיבית. זה יכול להגיע לערך של 45 ÷ 50% מהערך הנקוב.

במעגלים נפרדים מתווסף גם קיבול לשרשרת המתפתלת העובדת שנמצאת ללא הפסקה. בשל כך מושגות חריגות של זרמים בפיתולים בזווית בסדר גודל של π / 2. יחד עם זאת, בולטת הסטטוס, שמספק מומנט טוב על הפיר, מעבר של אמפליטודות מקסימליות.

בשל טכניקה זו המנוע מסוגל לייצר יותר כוח בעת ההפעלה. עם זאת, שיטה זו משמשת רק עם כונני התחלה כבדים, למשל, לספינינג תוף של מכונת כביסה מלאה בפשתן במים.

הדק קבלים מאפשר לשנות את כיוון הסיבוב של הצבייה. לשם כך, פשוט שנה את הקוטביות של החיבור של פיתול התחלה או עבודה.

חיבור מוטורי שלב יחיד מפוצל

מנועים אסינכרוניים בהספק קטן של כ- 100 וואט משתמשים בפיצול שטף המגנטי של הסטטור עקב הכללת סליל נחושת קצר מעגל בעמוד המעגל המגנטי.

חתך לשני חלקים, עמוד כזה יוצר שדה מגנטי נוסף, המוסט בזווית מהחלק העיקרי ומחליש אותו במקום המכוסה על ידי הסליל. בשל כך נוצר שדה מסתובב אליפטי, ויוצר רגע של סיבוב של כיוון קבוע.

בעיצובים כאלה ניתן למצוא תריסים מגנטיים העשויים מלוחות פלדה הסוגרים את קצוות קצות מוטות הסטטור.

מנועי עיצובים דומים ניתן למצוא במכשירי אוורור לנשירת אוויר. אין להם את היכולת להפוך.