Если однофазное питание не может создать вращающийся MMF, как асинхронный двигатель создает крутящий момент?

Магнитный поток статора можно визуализировать и математически описать как две волны потока, вращающиеся в противоположных направлениях. Из-за формы кривых крутящего момента в зависимости от скорости и влияния магнитного потока ротора, как только направление движения установлено, крутящий момент в прямом направлении выше, чем крутящий момент в обратном направлении, как показано ниже. Сплошная линия представляет собой сумму прямого и обратного крутящих моментов.

Приведенная выше иллюстрация взята из Fitzgerald, Kingsley Umans, Electric Machinery , 4-е изд., а приведенный выше абзац представляет собой краткое изложение пояснений на 1-1/2 страницы в этом тексте. Также в этом тексте делается ссылка на другой текст, посвященный «обширному рассмотрению двигателей с дробной мощностью».

Прямой и обратный крутящий момент

Крутящий момент, создаваемый магнитными полями прямого вращения, выше, чем для обратного, из-за формы кривых. Характеристики крутящего момента в зависимости от скорости можно определить путем анализа эквивалентной схемы двигателя. Эта схема для однофазного двигателя, который был запущен, показана ниже. Для точного определения характеристик может потребоваться более сложный вариант схемы.

Фицджеральд, Кингсли Уманс, Электрические машины, 4-е изд.

Запуск и работа с разделенной фазой

Однофазный двигатель имеет две обмотки статора с разными сопротивлениями и индуктивностями или с включенным последовательно с одной из них конденсатором. Двигатели с расщепленной фазой имеют сдвиг фаз между токами основной и вспомогательной обмоток. Это создает приближение двухфазного двигателя. Анализ двигателя с расщепленной фазой по-прежнему использует теорию двух вращающихся полей. Другой используемой концепцией является концепция симметричных компонентов. Каждая из двух концепций имеет преимущества и недостатки.

Это немного похоже на качели. Как только вы запустите его, вам нужно только «подтолкнуть его» в нужное время каждого цикла, чтобы он продолжал качаться.

То же самое касается однофазного двигателя. Как только катушка стартера начинает работать, «толчки» от сети переменного тока заставляют ее вращаться в фазе с мощностью, подаваемой с задержкой, соответствующей крутящему моменту, потребляемому двигателем.

Слишком большой крутящий момент приведет к тому, что запаздывание достигнет точки, когда толчок находится в неправильной точке цикла, и остановит двигатель, если он не включает механизм перезапуска.

Кроме того, несмотря на то, что часто изображают в учебниках, если вы посмотрите на клетку ротора асинхронного двигателя, вы увидите, что ориентация стержней ротора перекошена/наклонена. Это делается для того, чтобы магнитные поля вокруг стержней ротора находились в постоянном контакте с полями в статоре, а пульсации крутящего момента были сведены к минимуму.

В более крупных трехфазных двигателях в этом, как правило, нет необходимости, потому что масса ротора несет небольшую пульсацию, поэтому стержни ротора часто бывают прямыми.

После запуска двигателя вспомогательная обмотка отключается, и теперь у нас есть только пульсирующее поле в статоре, которое не может создавать крутящий момент. Тогда как двигатель продолжает создавать крутящий момент и вращается?

Рис. 1. Однопоршневая паровая машина. Источник: Киддл .

Эта проблема характерна не только для электродвигателей. У паровых двигателей была эта проблема, и некоторые локомотивы, если бы они стартовали неправильно, должны были бы быстро переключаться приводом, чтобы двигаться в заданном направлении. (Элементы управления, вероятно, были отмечены как «В одну сторону» и «В другую сторону», а не вперед и назад.

Велосипеды тоже, по сути, однофазные со слабой тягой вперед/назад, доступной от ног гонщика. Большая часть доступной силы направлена ​​вертикально.

Хитрость как в вышеперечисленном, так и в случае с асинхронным двигателем заключается в том, чтобы каким-то образом запустить цикл, позволить инерции переместить вас через верхнюю мертвую точку, а затем резко нажать.

Как только двигатель начинает вращаться (с помощью конденсатора и дополнительной обмотки), чисто инерция поддерживает его вращение под механическими нагрузками, и если нагрузка слишком велика, двигатель остановится, и он останется остановленным, даже если механическая нагрузка будет удаленный.

Если «пусковой переключатель» автоматически повторно активируется при скорости ниже определенного порога, он снова запустится.

Это похоже на схему мостового выпрямителя и накопительный конденсатор — конденсатор заряжается только в течение короткого периода времени в каждом цикле, а в промежутках между зарядными процессами он фактически работает в свободном режиме. Нагрузка снижает напряжение на конденсаторе до тех пор, пока не произойдет новое событие зарядки. Это не проблема, и это не должно быть проблемой для двигателя при легких механических нагрузках.

Да.. Однофазный асинхронный двигатель не является самозапускающимся двигателем. Но, однако, когда ротор получает начальное вращение в любом направлении, он продолжает вращаться в этом направлении. Поэтому для запуска двигателя необходимо подать внешнее требование. Но двигатель должен быть спроектирован таким образом, чтобы он мог запускаться самостоятельно.

Это хороший вопрос. Он основан на том, что ротор удерживает поток через себя между 1/2 циклами (как закороченный индуктор), поэтому после того, как он проходит через полюс и полюс меняет полярность, он затем отталкивается и притягивается к следующему полюсу, как постоянный магнит в магните. синхронный двигатель, но с проскальзыванием. Если сопротивление ротора слишком велико, он не будет продолжать работать, как двигатели с конденсатором в самописцах. Они были оптимизированы для максимального крутящего момента при минимальном токе почти в состоянии покоя. Пусковая обмотка была постоянно подключена, а рабочая обмотка питалась от прерывателя-усилителя. Входящий сигнал +- постоянного тока прерывался на +- фазу переменного тока с помощью реле прерывателя, усиливался и подавался на рабочую обмотку. Если вы отсоедините пусковую обмотку, двигатель остановится выбегом. Сопротивление ротора было настолько велико, что поток сразу же затухал, и ротор отталкивался и притягивался практически одинаково в обоих направлениях. Для этого требовалось вращающееся поле.