Однофазный асинхронный двигатель — это тип электродвигателя, который работает от однофазной переменной электрической сети, что позволяет ему функционировать даже в бытовых условиях.
Как и другие электродвигатели, он состоит из статора (стационарной части) и ротора (вращающейся части). Ротор в этом типе двигателя используется короткозамкнутый («беличья клетка»). Он не имеет постоянного магнитного поля, как, например, у синхронных двигателей, и может вращаться под воздействием переменного магнитного поля, создаваемого в статоре.
Принцип работы
Принцип работы однофазного асинхронного двигателя основан на создании вращающегося магнитного поля в статоре, которое в свою очередь вызывает вращение ротора.
У однофазного асинхронного двигателя есть обмотка статора, которая подключена к однофазной переменной электрической сети. Подача переменного тока через эту обмотку создает переменное магнитное поле вокруг статора. Это магнитное поле, в свою очередь, взаимодействует с ротором, который обычно имеет проводящие элементы (проводники или закороченные обмотки), создавая электромагнитные взаимодействия.
Из-за вращающегося магнитного поля, созданного в статоре, в роторе возникает электромагнитная индукция, что заставляет его вращаться. Однако из-за отсутствия внутреннего магнитного поля, как у синхронных двигателей, ротор однофазного асинхронного двигателя не может повернуться точно с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле в статоре. В результате ротор начинает вращаться со скоростью, немного меньшей, чем скорость вращающегося поля. Это создает разность скоростей, называемую "скольжением". Скольжение необходимо для создания электромагнитного поля в роторе и для его вращения.
Поскольку ротор однофазного двигателя не может начать вращаться самостоятельно после подачи напряжения, ему необходим внешний пусковой толчок. Однофазный асинхронный двигатель обычно имеет встроенные пусковые элементы, такие как стартовые обмотки или конденсаторы, чтобы помочь ему преодолеть начальное сопротивление и начать вращаться.
Однофазный двигатель с пусковой обмоткой
Такой однофазный асинхронный двигатель использует дополнительную обмотку, называемую пусковой обмоткой, чтобы обеспечить начальный запуск двигателя.
Пусковая обмотка обычно имеет большее сопротивление, чем основная рабочая обмотка. Оси этих двух обмоток, как правило, смещены друг относительно друга на 90°. Чтобы запустить вал двигателя, необходим сдвиг тока по фазе в пусковой обмотке по отношению к току в рабочей обмотке также на угол в 90°.
Во время запуска этого типа двигателя пусковая обмотка подключается к источнику питания через стартовое реле или другое специальное устройство. Когда двигатель запускается, пусковая обмотка создает магнитное поле, помогающее преодолеть начальное сопротивление и обеспечить начальное вращение ротора. После достижения рабочей скорости вращения пусковая обмотка отключается от цепи, и мотор продолжает работать на основной обмотке. Это позволяет снизить потери энергии.
Такая конфигурация позволяет однофазному асинхронному двигателю с пусковой обмоткой эффективно запускаться и стабильно работать.
Конденсаторный асинхронный двигатель
Конденсаторный асинхронный двигатель (также известный как двухфазный асинхронный двигатель) использует конденсатор для создания фазового сдвига между основной и дополнительной (пусковой) обмотками статора. Этот сдвиг фаз помогает стартовать и обеспечивает начальное вращение ротора.
Стартовый конденсатор подключен параллельно к одной из обмоток статора (обычно к пусковой обмотке). Конденсатор создает фазовое смещение между током, проходящим через пусковую обмотку, и током, проходящим через рабочую обмотку, обеспечивая вращение ротора. Как и предыдущем описанном двигателе, после достижения определенной скорости ротора и пускового момента конденсатор отключается с помощью встроенного устройства (например, реле или коммутационного механизма).
Конденсаторный асинхронный двигатель обеспечивает более эффективный пуск и работу по сравнению с асинхронным двигателем без конденсатора.
Двигатель с экранированными полюсами
Двигатель с экранированными полюсами (ДЭП) – это асинхронный электродвигатель с расщепленной фазой и особым типом дополнительной обмотки.
В данном случае обмотка состоит из короткозамкнутых витков, которые делят статор на две части. Пазы полюсов статора разделяют сердечник напополам, но эти части неравны: есть большая и меньшая части. Короткозамкнутая обмотка полюса окружает его меньшую часть. Получается расщепленный полюс сердечника.
Когда однофазная обмотка статора подключается к источнику тока, в магнитопроводе двигателя возникает пульсирующий магнитный поток, который расщепляется на две части: одна часть идет по неэкранированной части полюса, а вторая – по экранированной, и эти потоки оказываются сдвинуты на некоторый угол во времени и пространстве. Этот сдвиг обеспечивает появление в двигателе вращающегося магнитного поля.
Из-за существенных потерь энергии на короткозамкнутом витке КПД двигателя с экранированными полюсами ниже, чем у конденсаторного двигателя аналогичной мощности.
В целом, однофазные асинхронные двигатели широко используются в бытовых устройствах. Ими комплектуют как вентиляторы, насосы, стиральные машины, компрессоры и другие устройства, где требуется простота конструкции и небольшая мощность. Они обладают простотой установки и надёжностью, что делает их популярным выбором для различных бытовых электроприборов.