Однофазний асинхронний двигун та схеми живлення трифазних асинхронних двигунів від джерела однофазного змінного струму.

Однофазні асинхронні двигуни (ОАД) потужністю (15...600) Вт використовують в автоматичних пристроях і електропобутових приладах. Зовні і за конструктивним виконанням більшості елементів вони практично не відрізняються від трифазного АД. Основна різниця полягає у виконанні статорної обмотки.

Обмотка статора ОАД розташована у пазах осердя, які займають приблизно 2/3 кола статора і відповідає одній парі полюсів. На відміну від трифазного АД, де в результаті дії статорного струму утворюється круговий обертовий магнітний потік в ОАД маємо потік нерухомий у просторі, але змінний у часі.

Принципово, фізичні процеси в ОАД схожі з тими, що мають місце у системі, складеної з двох однакових трифазних двигунів, поля статорів яких обертаються зустрічно, а ротори жорстко зв’язані між собою. Зрозуміло, що за таких умов ОАД не може мати пускового моменту і ротор двигуна буде обертатися у той бік, в який його “штовхне” зовнішня сила.

Зі збільшенням обертів момент, протидіючий обертальному, зменшується, але не зникає повністю. Це підвищує значення номінального ковзання (зменшення номінальних обертів), погіршує перевантажувальну здібність і ККД ОАД у порівнянні з трифазним двигуном.

Оскільки у ОАД всього 2/3 осердя статора заповнені пазами з обмоткою, то його потужність складає приблизно 2/3 від потужності трифазного двигуна таких же габаритів. Разом з тим, заповнювати всю поверхню осердя статора пазами із статорною обмоткою нераціонально, оскільки при збільшенні витрат міді приблизно в 1,5 рази потужність двигуна збільшується всього на 15%.

Для отримання пускового моменту в осерді статора двигуна розташовують пускову обмотку. Ця обмотка зсунута на 90 електричних градусів відносно робочої і на час пуску її підключають до мережі через фазозсуваючий елемент – ємність або резистор.

Електрична схема ОАД з робочою Р і пусковою П обмотками показана на рис. 4.27, а. На рис. 4.27, б показана механічна характеристика ОАД з пусковою обмоткою 1 і при її відсутності – крива 2.

.

При підведенні напруги до робочої і пускової обмоток двигуна його ротор розганяється по кривій А-В. При досягненні М_maх (точка В) пускову обмотку відключають. Це призводить до стрибкоподібного зменшення обертального моменту двигуна (ділянка В-С), він переходить на характеристику 2 і далі працює на ділянці С-0.

Оскільки наявність другої обмотки суттєво покращує механічну характеристику ОАД, то в окремих конструкціях двигунів вони працюють постійно. Це так звані конденсаторні двигуни КД.

В КД обмотки А і В займають однакову кількість пазів і мають однакову потужність. Завдяки постійно ввімкненій робочій ємності С_р ці двигуни мають кращій cosj, але більші габарити і масу порівняно з ОАД з пусковою обмоткою. Пуск КД здійснюють з використанням пускової ємності С_п або без неї. Електрична схема і механічна характеристика КД приведені на рис. 4.28.

У ряді випадків замість ОАД використовують трифазний АД, живлення якого здійснюється від джерела однофазної напруги. Для цього статорні обмотки двигуна вмикають за спеціальною схемою (рис. 4. 29) з використанням робочих ємностей С_р. Відразу же зауважимо, що навантаження на включений таким чином трифазний АД не повинно перебільшувати (65-75)% його номінальної потужності. Схему увімкнення статорних обмоток трифазного АД і конденсаторів обирають з урахуванням напруги мережі і номінальної напруги двигуна. Так, якщо статорні обмотки двигуна з’єднані у зірку і на щиток виведені тільки три затискачі (рис. 4.29, а), то напруга однофазної мережі повинна дорівнювати номінальній напрузі двигуна. Двигуни, де на щиток виведені шість затискачів статорних обмоток мають дві номінальні напруги, наприклад, 380/220 – Y/D. У такому випадку, якщо напруга однофазної мережі дорівнює 380 В, тобто більшій з номінальних напруг двигуна, то потрібно використовувати схему наведену на рис. 4.29, б. Якщо напруга однофазної мережі дорівнює меншій з номінальних напруг двигуна, тобто 220 В,то можна застосувати схему, наведену рис. 4.29, в чи рис. 4.29, г.

При частоті струму у однофазній мережі f = 50 Гц робочу ємність С_р мкФконденсаторів і їх номінальну напругу U_Сн розраховують, виходячи з напруги мережі U_0м і номінального струму у фазі трифазного двигуна I_1н за формулами:

,

.

Значення коефіцієнтів K і K_С залежно від схеми включення двигуна наведені і дорівнюють:

Рис. 4.29	а	б	в	Г
K
КС	1,15	2,2	1,0	1,3

При пуску двигуна під навантаженням використовують пускові ємності С_п. На час пуску їх вмикають паралельно з робочою ємністю і після розгону ротора відключають. За величиною пускова ємність, як правило, в 1,5...2 рази перебільшує робочу.

На практиці інколи трапляється, що ротор трифазного двигуна, включеного у однофазну мережу, не розвиває номінальних і працює на малих обертах. Усунути таке можна збільшивши опір кола ротора. Для цього достатньо трошки проточити замикаюче кільце “білячого колеса” КЗР або шляхом шліфовки бокової поверхні ротора на (10...20)% збільшити зазор між ним і осердям статора.