При малых мощностях установок и наличии только однофазных сетей часто применяют однофазные асинхронные двигатели. Они используются для привода стиральных машин, холодильных установок и других бытовых механизмов, а также в качестве исполнительных двигателей. Их мощность относительно невелика
(до 5 кВт).
Двигатель имеет короткозамкнутый ротор и статор с однофазной обмоткой, которая расположена в пазах и занимает примерно две трети окружности статора (рис. 9.1, а).
При включении обмотки статора в однофазную сеть в ней создается не вращающийся магнитный поток, а пульсирующий ф= Ф мsin ωt. Его можно разложить на два одинаковых, вращающихся навстречу друг другу потока: Ф пр (прямой) и Ф об (обратный). Их величины равны половине амплитудного значения результирующего потока (рис. 9.1, б). Они индуктируют в обмотке ротора э.д.с, которые создают токи в роторе. Активные составляющие токов будут взаимодействовать с потоками Ф пр и Ф об и создадут два равных, но противоположных друг другу электромагнитных вращающих момента. Таким образом, результирующий момент будет равен нулю, т. е. ротор такого двигателя вращаться не будет и поэтому пустить его прямым включением в сеть нельзя.
Рис. 9.1. Однофазный асинхронный двигатель: а – расположение обмотки статора; б – разложение пульсирующего потока на два вращающихся.
Отсутствие пускового момента - существенный недостаток однофазных асинхронных двигателей. В современных машинах его устраняют устройством на статоре вспомогательной обмотки, цепь которой имеет повышенное сопротивление.
Для получения кругового вращающегося ноля необходимо выполнить два условия:
1) сдвинуть в пространстве (на статоре) рабочую и пусковую обмотки на 90°;
2) включить в цепь пусковой обмотки фазосдвигающий элемент (индуктивную катушку, резистор или конденсатор), который должен обеспечить сдвиг по фазе на 90° между токами рабочей I1 и пусковой I2 обмоток.
Конденсаторные двигатели (рис. 9.2) находят широкое применение. Они имеют на статоре две обмотки, занимающие одинаковое число пазов. Обмотки сдвинуты в пространстве на 90°. Ротор у этой машины короткозамкнутый. Одна из обмоток рабочая, а вторая вспомогательная, в цепь которой включен конденсатор С, создающий сдвиг по фазе между токами I1 и I2. В отличие от однофазного двигателя, вспомогательная обмотка после пуска остается включенной в течение всего времени работы двигателя.
Рис. 9.2. Конденсаторный асинхронный двигатель
Конденсатор С обеспечивает получение кругового вращающегося ноля при нормальном режиме работы двигателя. Для получения кругового вращающегося поля при пуске кроме конденсатора С включают еще конденсатор Сп (пусковой). По окончании разгона Сп должен быть отключен.
В отличие от однофазного двигателя, работающего с пульсирующей намагничивающей силой статора, конденсаторные двигатели по свойствам приближаются к трехфазным. Они имеют по сравнению с однофазными высокие к.п.д., коэффициент мощности (cosφ=0,8-0,95), пусковой и максимальный моменты.
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
1. По конспекту лекций изучите устройство, принцип действия и характеристики однофазного асинхронного двигателя.
2. Ознакомьтесь с лабораторной установкой, принципиальная электрическая схема которой приведена на рисунке.
При нажатии кнопки ПУСК трехфазное напряжение поступает к выводам С1, С2 рабочей обмотки статора двигателя, и выводам П1, П2 пусковой обмотки. Для измерения необходимых параметров двигателя включены соответственно вольтметр, миллиамперметр и ваттметр.
Вал 1 двигателя муфтой 2 соединен с валом 3 измерительно-нагрузочного устройства, состоящего из электромагнитного тормоза и моментомера.
Электромагнитный тормоз состоит из алюминиевого диска 4, жестко закрепленного на валу 3, обмоток возбуждения 5, установленных на диске 6. Обмотки возбуждения 5 подключаются к источнику постоянного напряжения 7, величину которого можно изменять с помощью автотрансформатора 8.
Моментомер конструктивно совмещен с электромагнитным тормозом. К нижней части диска 6 прикреплен груз 9. К верхней части диска 6 прикреплена стрелка, которая при повороте диска 6 перемещается около неподвижной шкалы 10 моментомера. Моментомер предназначен для измерения вращающего момента M 2 асинхронного двигателя.
Для измерения частоты вращения вала двигателя n 2 служит строботахометр 11.
Он представляет собой ламповый генератор регулируемой частоты, питающий осветительную лампу, и имеющий шкалу, градуированную в числах оборотов в минуту. Частота вращения вала измеряется бесконтактным способом, для чего алюминиевый диск 4 освещается прерывистым светом лампы. Если число оборотов диска (вала двигателя) и число вспышек лампы равны между собой, то диск кажется неподвижным. Если частота вспышек лампы больше или меньше, чем число оборотов диска, то диск представляется наблюдателю вращающимся в ту или иную сторону. Для удобства отсчета на диске наносится точка или черта.
Шкала частоты импульсов в приборе имеет три диапазона:
300-1200, 1200-6000, 6000-30000 об/мин. Отсчет следует производить на втором диапазоне. Переход с одного диапазона на другой осуществляется переключателем (справа). Точность измерения ±1 %.
Запишите технические данные приборов, используемых в работе в табл. 9.1.
Таблица 9.1
Технические характеристики приборов
| Наименование прибора | Система прибора | Класс точности | Пределы измерений | Цена деления |
Рис. 9.3. Схема лабораторной установки
3. Соберите схему для испытания асинхронного двигателя
(см. рис. 9.3) и дайте проверить ее преподавателю.
4. Осуществить запуск электродвигателя, нажав кнопку «ПУСК». При выключенных тумблерах Т1 и Т2 (режим холостого хода) снять показания приборов, включенных в цепь двигателя и записать их в табл. 9.2.
Таблица 9.2
Результаты исследований двигателя с отключенной пусковой обмоткой
| Опытные данные | Расчетные данные | |||||||||
 ,
А
|  ,
В
|  ,
Вт
|  ,
дел.
|  ,
об/мин
|  ,
В
|  ,
Н  м
|  ,
В
|  ,
%
| 
|  ,
%
|
Примечание. В табл. 9.2. I1, U1 - линейные ток и напряжение;
Pф - активная мощность одной фазы (показания ваттметра); m - число делений тормоза моментомера.
5. Исследуйте работу двигателя при различной нагрузке. При включении тумблеров Т1 и Т2 электромагнитный тормоз развивает тормозной момент, противодействующий моменту электродвигателя, чем и осуществляет его нагрузку. Плавно с помощью автотрансформатора изменить режим работы тормоза моментомера (от 1 до 7 делений). Данные опыта записать в табл. 9.2.
Измерьте критический момент двигателя Mkp, для этого продолжайте плавно увеличивать нагрузку до тех пор, пока двигатель не остановится. Максимальное число делений, на которое отклонится стрелка моментомера, будет соответствовать критическому моменту. Запишите величину критического момента в ньютонах под табл. 9.2, в виде примечания.
6. Исследуйте работу двигателя при различной нагрузке с включенной пусковой обмоткой (тумблер Т3 замкнут) по методике, описанной в п. 5. Данные опытов записать в табл. 9.3.
Таблица 9.3
Результаты исследований двигателя с включенной пусковой обмоткой
| Опытные данные | Расчетные данные | |||||||||
| ,
А
| ,
В
| ,
Вт
| ,
дел.
| ,
об/мин
| ,
В
| ,
Н м
| ,
В
| ,
%
|
| ,
%
|
Измерьте критический момент двигателя Mkp, величину которого запишите в виде примечания под табл. 9.3. Измерьте пусковой момент двигателя MП. Для этого совместите отверстие в алюминиевом диске с одним из отверстий в полюсных наконечниках и вставьте в них проволочный штифт. Придерживая одной рукой диск электромагнитного тормоза с обмоткой возбуждения от резких поворотов, включите второй рукой двигатель нажатием кнопки ПУСК. Показания стрелки моментомера после успокоения ее колебаний и будут соответствовать величине пускового момента. Величину пускового момента MП запишите в виде примечания под табл. 9.3.
7. Произведите обработку результатов измерений, используя следующие расчетные формулы:
а) активная мощность, потребляемая электродвигателем
;
б) момент, развиваемый двигателем
;
в) полезная мощность двигателя, развиваемая на валу
;
г) частота вращения поля статора
;
где f =50 Гц - частота сети; p=2 - число пар полюсов обмотки статора;
д) скольжение
;
е) коэффициент полезного действия
;
ж) коэффициент мощности
.
7. Покажите руководителю результаты опытов и расчетов. По указанию руководителя, если не требуется повторение опытов, разберите схему, приведите в порядок рабочее место.
8. Составьте отчет по работе. Отчет должен содержать следующие основные разделы:
- цели работы;
- схему испытаний (рис. 9.3);
- технические характеристики приборов (табл. 9.1);
- таблицы измерений;
- расчетные формулы и таблицы расчетных данных;
- рабочие характеристики двигателя:
; 
; 
; 
; 
;
- выводы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Объясните устройство и принцип действия однофазного конденсаторного двигателя с короткозамкнутым ротором?
2. Какие электродвижущие силы индуктируются в обмотках статора и ротора?
3. Объясните схему замещения асинхронного двигателя.
4. Постройте энергетическую диаграмму конденсаторного двигателя.
5. Как изменить направление вращения двигателя?
6. Почему cos φ относительно больше у однофазного конденсаторного двигателя по сравнению с трехфазным?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10
