Однофазные двигатели. Механическая характеристика двигателя с однофазной обмоткой. Конденсаторные двигатели. Двигатель с экранированными полюсами

ОДНОФАЗНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Питание двигателей ручного электроинструмента, регистрирующих измерительных приборов, вычислительных приборов и т.п. удобнее осуществлять по двухпроводной, а не по трехпроводной линии. В этом случае экономия в расходе материалов на питающий кабель более важна, нежели уменьшение потерь энергии, так как мощность двигателей не превышает несколько сотен ватт. Ниже будут рассмотрены двигатели двухфазными статорными обмотками, которые питаются от одной фазы промышленной сети. Такие двигатели называются однофазными.

Механическая характеристика двигателя с однофазной обмоткой. Однофазная обмотка с синусоидальным током создает пульсирующее магнитное поле, которое можно разложить на два поля (В_приВ_об), вращающихся в противоположные стороны (рис. 1). Интенсивность обоих магнитных полей одинакова.  

Рис.1. Разложение пульсирующего магнитного поля однофазной обмотки (а) на два вращающихся.

Каждое поле индуцирует свое э.д.с. в короткозамкнутой обмотке ротора, и в обмотке возникают токи. Прямое поле воздействует на индуцированные им токи ротора и создается прямой элекромагнитный момент М_пр. Обратное поле, воздействуя на индуцированные им токи, создает обратный момент М_об (рис. 2). Моменты М_пр, М_об зависят от скольжения s_пр, s_об ротора относительно вращающихся прямого и обратного полей, и эти зависимости описываются уравнением :                                                    

На ротор двигателя действует результирующий момент

 М=М_пр-М_об.

Для графического расчета результирующего момента следует совместить на одной шкале характеристики М_пр(s) и М_об(s) . Найдем связь между величинами s_пр и s_об :

s_пр=()/;   s_об=.

Рис. 2. Действие прямого и обратного электромагнитных моментов на вал двигателя (а); построение                     результирующей зависимости М(S) двигателя с однофазной обмоткой (б).  

Выражение ₂=(1-s_пр)₁ для скорости ротора подставим в формулу s_об:

s_об==2-s_пр .

Значению s_пр=0 соответствуетs_об=2; при неподвижном роторе скольжения одинаковы s_пр=s_об=1; при s_пр=2 скольжение ротора относительно обратного поля s_об=0 . На рис. 2,б построены характеристики M_пр(s_пр), M_об(s_об), M(s_пр) . Перейдем к механической характеристике ₁(M), учитывая по-прежнему связь ₁=(1-s_пр)₁ (рис. 3).

Двигатель с однофазной обмоткой может вращаться в любую сторону, если его разогнать до скорости, близкой к синхронной скорости ₁ или -₁. Но на неподвижный ротор действуют два момента, равные по значению и направленные противоположно. Поэтому при s=1 результирующий момент M=0. Двигатель с однофазной обмоткой не пригоден для работы, так как у него нет пускового момента.

Рис. 3. Результирующая механическая характеристика двигателя с однофазной обмоткой.                                                            

Конденсаторные двигатели. Обратное поле можно частично или полностью уничтожить, если на статоре разместить катушки еще одной фазы. Двухфазная обмотка обеспечивает полную  компенсацию обратных полей, если катушки фаз сдвинуты на /2 , а токи имеют временной сдвиг фаз на /2. Кроме того, должны быть равны м.д.с. этих обмоток. Сдвиг фаз токов можно обеспечить, включив конденсатор последовательно с одной из обмоток (рис. 4, а). Емкость конденсатора обычно подбирают так, чтобы при номинальной нагрузке на валу сдвиг фаз токов  и  был равен /2 (рис. 4,б). При другой нагрузке и при пуске обратное поле уничтожить полностью не удается и тогда действует ослабленный обратный момент М_об (рис. 4, в). Механическая характеристика конденсаторного двигателя отличается от характеристики трехфазного двигателя, у которого всегда компенсируются обратные поля, меньшим пусковым моментом (рис. 4, г). Иногда для увеличения М_П на время пуска подключают дополнительный конденсатор С^/ (рис. 5). Емкости конденсаторов С и С^/ подбирают так, чтобы обеспечить сдвиг фаз токов ,  на /2 во время пуска и при номинальной нагрузке двигателя во время установившейся частоты вращения.