В большинстве случаев источником питания для жилых домов является однофазная электрическая сеть с напряжением 220 Вольт. Поэтому в быту используются электроприборы, имеющие в своей конструкции асинхронный однофазный двигатель — механизм с мощностью не более 1500 Ватт.
Конструкция и принцип действия
По своему устройству однофазный электродвигатель похож на трёхфазный. Оба они имеют стартер и ротор. Основное отличие заключается в количестве обмоток (у однофазного их две).
Движение ротора начинается в тот момент, когда обмотка создаёт магнитное поле. Его особенность заключается в том, что оно не вращается как в трёхфазном двигателе, а пульсирует, поэтому может быть разложено на два:
Прямое. Движется с синхронной скоростью в том же направлении, что и ротор, образуя основной электромагнитный элемент.- Обратное. Вращается противоположно движению ротора, поэтому частота вращения ротора является отрицательной величиной относительно электромагнитного поля.
Благодаря возникновению электродвижущей силы через ротор начинают проходить токи с частотами, пропорциональными скольжению. При этом значение частоты тока обратного поля значительно превышает значение частоты тока в прямом поле.
Увеличение индуктивного сопротивления приводит к тому, что ток в обратном поле размагничивает магнитный поток. Из-за этого момент, направленный против вращения ротора, оказывается небольшим.
Невращающийся ротор сохраняет неподвижной ось между двумя магнитными полями, поэтому двигатель не работает. Чтобы его запустить, следует прокрутить ротор, заставив ось сместиться. Вращение ротора должно происходить в круглом магнитном поле, созданном двумя типами обмотки (пусковой и рабочей). Для того чтобы достичь максимального результирующего момента, магнитодвижущие силы должны быть:
- равны;
- перпендикулярны;
- смещены на 90 градусов.
При несоблюдении этих условий магнитное поле примет форму эллипса. Увеличившийся тормозной момент обратного поля спровоцирует уменьшение значения результирующего момента.
Необходимый фазовый сдвиг магнитодвижущих сил создаётся с помощью фазосмещающих элементов. В роли такого элемента может выступать катушка, конденсатор или активное сопротивление. Однофазный асинхронный электродвигатель с активным сопротивлением получил широкое распространение. Обмотка в нём отличается уменьшенной площадью сечения, которая даёт возможность увеличить сопротивление. За счёт того, что пусковая обмотка работает непродолжительное время, она не успевает выйти из строя.
Конденсаторное устройство
В двигателях, где фазосмещающим элементом служит конденсатор, обмотка функционирует постоянно. Подключение такого устройства может быть проведено по разным схемам. Первая, подразумевающая наличие конденсатора в цепи пусковой обмотки, гарантирует хороший запуск двигателя, но не обеспечивает достаточную мощность (она оказывается значительно меньше номинальной).
Конденсатор, расположенный в цепи рабочей обмотки, даёт противоположный результат. При хороших рабочих показателях двигатель запускается плохо. Подключение двух конденсаторов одновременно является самым эффективным, поскольку сочетает в себе преимущества первых двух схем. При этом используется нажимной пускатель, который включает конденсатор только в стартовый период. Для запуска двигателей с одним конденсатором подойдёт обычная кнопка, автомат либо тумблер.
Чтобы конденсаторный однофазный электродвигатель асинхронного типа показывал высокую эффективность работы, необходимо правильно рассчитать ёмкость конденсаторов. При подсчётах следует руководствоваться правилом, по которому 1 кВт мощности двигателя соответствует 0,7−0,8 мкФ ёмкости рабочего конденсатора. Для пускового показатели будут в 2−3 раза выше. Рабочее напряжение конденсаторов должно в 1,5 раза превышать напряжение в сети.
Бифилярный двигатель
Асинхронное устройство, работающее без конденсатора (только за счёт пусковой и рабочей обмотки), ещё называют бифилярным. Для его подключения необходимо воспользоваться нажимным пускателем, у которого находящийся в середине контакт замыкается на период удержания, а остальные находятся в замкнутом состоянии. При маркировке таких выключателей используется число, обозначающее силу тока, на которую они рассчитаны.
Перед тем как приступить к подключению устройства, следует определить тип обмотки путём измерения сопротивлений на каждой из них. Та катушка, показатель на которой будет больше, является пусковой, другая — рабочей.
После того как замеры будут проведены, необходимо соединить концы обмоток и подключить их к крайней клемме выключателя. Ко второй клемме присоединить свободный конец рабочей обмотки, среднюю клемму соединить с оставшимся проводом пусковой катушки. Подключение следует проводить только с клеммами, расположенными на одной стороне нажимного пускателя. Те, что расположены на другой стороне, предназначаются для сетевого шнура и перемычки, идущей от клеммы с рабочим проводом.
Когда все подключения будут осуществлены, нужно провести пробный запуск двигателя. Включив вилку в розетку, следует нажать кнопку пуск и удерживать её до момента, когда мотор наберёт обороты. Через несколько секунд кнопку необходимо выключить.
Направление вращения
В некоторых случаях при включении двигателя вал начинает вращаться не в том направлении. Чтобы решить эту проблему, придётся поменять положение выводов в том месте, где один соединялся с выключателем, а другой — с концом рабочей обмотки.
Вращение вала в обоих направлениях можно обеспечить путём установки тумблера реверса. Он должен иметь два или три рабочих положения и шесть выводов. В процессе установки такого тумблера на конденсаторный двигатель нужно предусмотреть возможность его переключения во время работы мотора. Центральные клеммы требуется соединить с проводами одной из обмоток, крайние подключить по диагонали и отвести два провода. Отведённые провода присоединить к местам, где находились концы обмотки. После этого мотор будет крутиться в обе стороны.
Коллекторные моторы
Помимо асинхронных, в некоторых электроприборах могут быть установлены коллекторные двигатели, имеющие конструктивные отличия. Обязательными элементами их конструкции являются специальные щётки и разделённый на секции медный барабан. Преимущество моторов такого типа заключается в большом количестве оборотов в момент старта и после разгона. Направление движение вала в них регулируется путём изменения полярности.
Также в таких электродвигателях может быть изменена скорость вращения. Это свойство позволяет применять коллекторные моторы в различной бытовой и строительной технике. Их недостатком считается сильный шум, издаваемый при работе. Асинхронные работают с меньшим уровнем шума.
