på 2024/08/9 394

Enfasinduktionsmotorer

Enfasinduktionsmotorer spelar en stor roll i moderna elektriska system eftersom de är enkla att använda, pålitliga och kostnadseffektiva.De körs på enfasväxlingsström (AC) och används allmänt i hushålls- och kommersiella apparater som fläktar, tvättmaskiner och dammsugare.Dessa motorer förändrar elektrisk energi till mekanisk energi genom elektromagnetisk induktion.Även om deras design är enkel, står de inför utmaningar som oförmågan att starta på egen hand, vilket är löst med mekanismer som kondensatorer och hjälplindningar.Den här artikeln tittar på konstruktion, arbetsprinciper, fördelar, nackdelar och tillämpningar av enfasinduktionsmotorer, vilket ger en fullständig förståelse för deras drift och betydelse.

Katalog

Bild 1: Enfasinduktionsmotoröversikt

Vad är enfasinduktionsmotorer

En enfasinduktionsmotor är en elmotor som körs på enfas växelström (AC).Dessa motorer omvandlar elektrisk energi till mekanisk energi med hjälp av elektromagnetiska interaktioner.De är vanliga i hushållsapparater som fans, tvättmaskiner, dammsugare och mer för att de är enkla att bygga och enkla att underhålla.

En enfasinduktionsmotor fungerar på ett enfase strömförsörjningssystem, vilket är vanligare i hem och företag än trefas-system.Dessa system är mer prisvärda och uppfyller de lägre kraftbehoven typiska i hus, butiker och kontor.Utformningen av enfasinduktionsmotorer är enkel, vilket gör dem kostnadseffektiva, pålitliga och enkla att underhålla.På grund av dessa fördelar används de allmänt i apparater som dammsugare, fläktar och tvättmaskiner, liksom i enheter som centrifugalpumpar och blåsare.

När den startar en enfasinduktionsmotor är den ansluten till en enfas strömförsörjning.Eftersom enfasmotorer inte kan starta på egen hand, behöver de en startmekanism, som en kondensator eller hjälplindning.Denna mekanism skapar en fasförskjutning, vilket gör ett roterande magnetfält som inducerar ström i rotorn.När motorn startas kopplas startmekanismen, ofta en kondensator eller hjälplindning, vanligtvis av en centrifugalomkopplare eller elektronisk relä.Motorn körs sedan bara på huvudlindningen.Under driften följer rotorn det roterande magnetfältet som skapas av statorn, vilket får motorn att svänga.

Bild 2: Enfasinduktionsmotordiagram

Konstruktion av enfasinduktionsmotorer

Konstruktionen av en enfasinduktionsmotor inkluderar två huvuddelar: statorn och rotorn.Varje del spelar en nyckelroll i motorns funktionalitet.

Stator

Statorn är den icke-rörliga delen av motorn och har spolar som får nätströmförsörjningen.Statorn för en enfasinduktionsmotor är tillverkad av tunna stålplåtar för att minska energiförlusten.Dessa ark har platser som håller statorn eller huvudspolen.Kiselstål används vanligtvis för dessa ark för att minska energiförlusten på grund av magnetism.

Statorn har två spolar: huvudspolen och hjälpspolen.Huvudspolen skapar magnetfältet som inducerar ström i rotorn, medan hjälpspolen hjälper till att skapa en fasförskjutning i magnetfältet och hjälper till att starta motorn.Denna spole placeras i en 90-graders vinkel mot huvudspolen.

Rotor

Rotorn är den del av motorn som snurrar och rör den mekaniska belastningen genom axeln.I enfasinduktionsmotorer är rotorn vanligtvis av ekorrburstypen.Denna typ har aluminium- eller kopparstänger placerade i en rund kärna.Dessa staplar är anslutna i båda ändarna efter ändringar och bildar en slinga, varför den kallas en "ekorrebur."Rotorn är byggd med dessa staplar som fungerar som ledare, och ändringarna ansluter dem i båda ändarna.Spåren som håller staplarna är lutade för att sänka brus och förhindra magnetisk låsning.

Bild 3: Squirrel Cage Rotor Design

Arbetsprincip för enfasinduktionsmotorer

Enfasinduktionsmotorer arbetar genom elektromagnetisk induktion.När den är ansluten till en enfasströmförsörjning skapar statorlindningen ett förändrat magnetfält.Detta fält inducerar en ström i rotorn, som sedan bildar sitt eget magnetfält.Interaktionen mellan dessa magnetfält producerar den kraft som behövs för att rotera rotorn.

Det växlande magnetfältet i statorn, som drivs av växelströmsförsörjningen, inducerar en elektromotivkraft (EMF) i rotorledarna baserat på Faradays lag om elektromagnetisk induktion.Denna inducerade EMF genererar strömmar i rotorstängerna, vanligtvis gjorda av aluminium eller koppar.Dessa strömmar skapar ett sekundärt magnetfält runt rotorstängerna.Interaktionen mellan statorns och rotors magnetfält genererar en kraft, känd som Lorentz Force, som producerar vridmomentet för att snurra rotorn.

Motorn når ett stabilt tillstånd där rotorhastigheten är något mindre än den synkrona hastigheten för statorns magnetfält.Denna hastighetsskillnad, kallad slip, behövs för kontinuerlig induktion av strömmen i rotorn och håller motorn igång.Så länge strömförsörjningen är närvarande fortsätter denna process och driver motorns rotation.

För att starta motorn används mekanismer som kondensatorer eller hjälplindningar för att skapa en initial fasförskjutning, vilket genererar ett roterande magnetfält för att starta rotorn.När rotorn får tillräckligt med hastighet, är dessa starthjälpmedel vanligtvis kopplade bort, vilket gör att motorn kan rinna på huvudlindningen.Regelbundet underhåll, inklusive att kontrollera lasten och säkerställa korrekt ventilation, hjälper till att förhindra problem som överhettning och mekaniskt slitage, vilket säkerställer god prestanda och lång livslängd.

Figur 4: Elektromagnetisk induktion i enfasinduktionsmotorer

Varför enfasinduktionsmotorer inte är självstartande

Till skillnad från trefasmotorer kan enfasinduktionsmotorer inte börja med sig själva.Detta beror på att enfasväxlingsströmmen skapar ett skakande magnetfält istället för en snurrande.Detta skakningsfält fungerar som två magnetfält som snurrar i motsatta riktningar med lika styrka.När motorn försöker starta, avbryter dessa fält varandra, vilket inte får någon kraft att vrida rotorn.

Enligt det dubbla fältet roterande teori kan varje växelström delas upp i två delar.Varje del har halva styrkan hos den ursprungliga strömmen och de roterar i motsatta riktningar.Till exempel kan ett magnetflöde, φ, delas upp i två delar: en som går framåt och den andra rör sig bakåt.Vid start är dessa delar lika i styrka men rör sig i motsatta riktningar, avbryter varandra och skapar ingen kraft för att vrida rotorn.

Bygga en tvåfasmotor för att lösa enfasproblem

För att fixa enfasproblemet är ett bra sätt att skapa en tvåfasmotor som kan skapa tvåfaseffekt från en enfasförsörjning.Detta innebär att utforma en motor med två spolar som är placerade 90 grader från varandra.Dessa spolar ges sedan två faser av ström som också förskjuts med 90 grader i tid.

Denna typ av motor kallas en permanent delad kondensatormotor.Nyckeln till dess arbete är användningen av en kondensator, som skapar den nödvändiga fasförskjutningen mellan strömmarna i de två spolarna.Genom att göra denna fasförskjutning kan motorn producera ett roterande magnetfält, liknande vad som skulle göras av en riktig tvåfas kraftförsörjning.

Resultatet är en motor som kan starta och köra bra på en enfasförsörjning medan man kopierar prestandan för en tvåfasmotor.Denna metod fixar problemen med enfasmotorer, som ofta har problem med startkraft och smidig drift.Den permanenta delade kondensatormotorn blandar enkelhet och tillgänglighet av enfaseffekt med bättre prestanda för ett tvåfasmotorsystem.

Permanent-spitit kondensatormotorer

Bild 5: Permanent-split kondensatormotorer

Permanenta splittra kondensatormotorer använder en kondensator som alltid är ansluten i serie med hjälplindningen.Denna installation skapar en fasförskjutning för både start och körning, vilket gör att motorn kan starta och köra effektivt.Dessa motorer är enklare och mer pålitliga eftersom de inte har en switch.De har två lindningar (huvud- och hjälpmedel) med 90 grader från varandra.Kondensatorn tillhandahåller den nödvändiga fasförskjutningen för att skapa ett roterande magnetfält.

Men denna typ av motoriska upplevelser ökade ström- och bakåtriktad tidsskift när den påskyndas, vilket orsakar vridmomentpulsationer med full hastighet.För att lösa detta hålls kondensatorn liten för att minimera förluster.Förlusterna är mindre än för en skuggad polmotor, och denna konfiguration fungerar bra upp till 1/4 hästkrafter (200 watt).Motorns riktning vänds lätt genom att växla kondensatorn i serie med den andra lindningen.Dessa motorer används i takfläktar, fläktfläktar och kontorsmaskiner.

Startmetoder för enfasinduktionsmotorer

För att lösa problemet med självstart i motorer används olika tekniker för att skapa ett initialt roterande magnetfält.Dessa metoder inkluderar induktionsmotorer med splitfas, induktionsmotorer för kondensatorstart, kondensatorstart kondensatordrivna induktionsmotorer, permanenta splittra kondensatormotorer och skuggade poliga motorer.

Induktionsmotorer

Uppdelningsfasinduktionsmotorer använder två lindningar: en huvudlindning och en hjälplindning, placerade 90 grader från varandra.Hjälpslindningen har högre motstånd och lägre induktiv reaktans, vilket orsakar en fasförskjutning mellan strömmarna i de två lindningarna.Denna fasförskjutning skapar ett roterande magnetfält, vilket gör att motorn kan starta.

Under driften är båda lindningarna energiska för att starta motorn.När motorn når cirka 70-80% av sin fulla hastighet kopplar en centrifugalomkopplare bort hjälplindningen.Motorn fortsätter sedan att rinna på huvudlindningen.Dessa motorer används i fläktar, blåsare och små maskinverktyg.

Kondensatorstartinduktionsmotorer

I kondensatorstartmotorer är en kondensator ansluten i serie med hjälplindningen.Denna kondensator förbättrar fasförskjutningen mellan strömmarna i huvud- och hjälplindningarna, vilket ger högre startmoment.En centrifugalomkopplare kopplar bort hjälplindningen när motorn når en viss hastighet.Dessa motorer används i applikationer som kräver ett betydande initialt vridmoment, såsom luftkompressorer, pumpar och kylskåp.

Kondensatorstart kondensatorstyrd induktionsmotorer

Kondensatorstart kondensator-körmotorer använder två kondensatorer: en startkondensator för högt startmoment och en löpande kondensator för förbättrad prestanda.Startkondensatorn ger högt startmoment, medan den körkondensatorn förblir i kretsen för att förbättra löpeffektiviteten.Startkondensatorn kopplas bort av en centrifugalomkopplare när motorn når den önskade hastigheten.Dessa motorer används i kylskåp, luftkonditioneringsapparater och tunga pumpar.

Skuggade poliska motorer

Skuggade polmotorer använder kopparringar (skuggspolar) runt en del av polstycket.Dessa skuggspolar skapar ett försenat magnetfält som ger en roterande effekt som hjälper till att starta motorn.Dessa motorer är enkla och billiga men erbjuder lågt startmoment och effektivitet.Skuggade poliga motorer används i små enheter som fläktar, hårtorkare och små pumpar.

Jämförelse mellan enfas och trefasinduktionsmotorer

Bild 6: Enfas och trefasinduktionsmotorer

Enfasinduktionsmotorer skiljer sig helt från trefasinduktionsmotorer när det gäller byggnad, prestanda och effektivitet.Enfasmotorer har en enklare design med färre lindningar.Detta gör dem mindre och billigare, men de fungerar inte så bra och är mindre effektiva.Enfasmotorer har en lägre effektfaktor eftersom de inte har ett kontinuerligt roterande magnetfält.Detta innebär att de drar mer aktuell för att producera samma kraftuttag jämfört med trefasmotorer.Däremot använder trefasmotorer alla tre lindningarna kontinuerligt, vilket förbättrar effektfaktorn och minskar den nuvarande dragningen för samma effektutgång.

För samma storlek kan en trefasmotor producera mer kraft eftersom den använder alla tre lindningar på en gång, medan en enfasmotor bara använder en lindning åt gången.Denna ständiga användning av alla lindningar i trefasmotorer möjliggör en bättre omvandling av elektrisk kraft till mekanisk kraft.Trefasmotorer genererar högre startmoment på grund av det kontinuerliga roterande magnetfältet som skapas av trefasförsörjningen.Enfasmotorer behöver extra delar, som kondensatorer eller hjälplindningar, för att skapa tillräckligt med startmoment.Dessa startdelar skapar en inledande fasförskjutning för att producera ett roterande magnetfält som behövs för att starta rotorns rörelse.

Trefasmotorer är mer effektiva eftersom de delar den elektriska belastningen över tre lindningar.Denna delning minskar strömmen per lindning, sänker elektriska förluster och värmeuppbyggnad.Enfasmotorer har högre förluster på grund av det pulserande magnetfältet, vilket leder till mer elektrisk motstånd och värme i lindningarna.Praktiskt taget är trefasmotorer bättre för industriella och kommersiella användningar där hög kraft och effektivitet behövs.De går smidigare, har högre startmoment och presterar bättre totalt sett.Enfasmotorer är bra för mindre användningar med låg effekt men behöver noggrann uppmärksamhet på startmetoder och lasthantering för att köra pålitligt.Regelbundet underhåll behövs för att minimera de högre förlusterna och förhindra överhettningsproblem som kommer med enfasmotorer.

Motsvarande krets av enfasinduktionsmotorer

Den motsvarande kretsen för en enfasinduktionsmotor skapas med hjälp av dubbelfältets roterande teori eller tvärfältteori.Dessa teorier hjälper oss att förstå hur motorn fungerar under olika förhållanden.

Dubbelfält roterande teori

Denna teori säger att varje växlande mängd kan delas upp i två delar som roterar i motsatta riktningar.I en enfasinduktionsmotor kan huvudmagnetfältet delas upp i två komponenter som rör sig i motsatta riktningar.Dessa komponenter interagerar med rotorn för att producera det nödvändiga vridmomentet.De ekvivalenta kretsparametrarna inkluderar motståndet hos huvudlindningen (R1m), läckreaktansen för huvudlindningen (x1m), magnetiserande reaktans (xm), stillastående rotormotstånd som hänvisas till huvudlindningen (R2 ') och stillastående reaktans (xm)Rotorläckningsreaktans hänvisas till huvudlindningen (x2 ').

Tvärfältsteori

Tvärfältteori tittar på hur rotorns rörelse påverkar statorns magnetfält, vilket är viktigt för att förstå motoriskt beteende.Genom att studera denna interaktion kan vi ta reda på motsvarande kretsparametrar för att analysera och förutsäga motorisk prestanda.Den motsvarande kretsen inkluderar statorns motstånd (R1), statorreaktans (x1), rotormotstånd (R2 ') hänvisade till statorsidan, rotorreaktans (x2') hänvisade till statorsidan och magnetiserande reaktans (xm).

Denna krets gör det enklare att analysera ström, spänning, effektfaktor, effektivitet och vridmoment.Det hjälper oss att förstå hur motorn startar och går.Ingenjörer använder motsvarande krets för att förbättra designen, diagnostisera fel och utveckla kontrollstrategier för hastighets- och vridmomentreglering.Att förstå denna krets är viktigt för att utforma, drift och upprätthålla enfasinduktionsmotorer, vilket förbättrar deras prestanda i olika applikationer.

Applikationer, fördelar och nackdelar med enfasinduktionsmotorer

Enfasinduktionsmotorer är mycket populära i hem och företag eftersom de är enkla, pålitliga och inte för dyra.Att veta var de används, deras goda poäng och deras dåliga punkter kan hjälpa dig att välja rätt motor för vad du behöver.

Tillämpningar av enfasinduktionsmotorer

Enfasinduktionsmotorer används i många saker eftersom de är enkla och pålitliga.De finns i hushållsapparater som fläktar, tvättmaskiner, dammsugare och kylskåp.I pumpar används de i vattenpumpar och sumppumpar.Kompressorer använder dessa motorer i luftkompressorer och kylkompressorer.Blåsare som drivs av dessa motorer används i VVS -system.Matprocessorer som blandare, slipmaskiner och blandare använder också enfasinduktionsmotorer.Dessa motorer väljs för dessa applikationer eftersom de fungerar bra och håller länge.

Bild 7: Vanliga tillämpningar av enfasinduktionsmotorer

Fördelar med enfasinduktionsmotorer

Enfasinduktionsmotorer gillas av många skäl.De är enkelt byggda, vilket gör dem lätta att ta hand om och billigare att göra och köpa, vilket sparar pengar.Dessa motorer finns i olika storlekar och effektnivåer, vilket gör dem användbara för många jobb.De är byggda för att hålla länge och arbeta pålitligt, vilket innebär att de inte bryter ner ofta.Eftersom de är överkomliga, enkla att hitta och starka väljer många människor enfasinduktionsmotorer för olika användningsområden.

Nackdelar med enfasinduktionsmotorer

Enfasinduktionsmotorer har vissa nackdelar.De använder mer energi jämfört med trefasmotorer för att göra samma jobb, vilket gör dem mindre effektiva.De kämpar också med uppgifter som behöver hög startkraft såvida inte extra delar läggs till.För högeffektbehov är de inte det bästa valet eftersom de inte kan hantera så mycket kraft som trefasmotorer.

Slutsats

Enfasinduktionsmotorer används ofta i hem och företag eftersom de har en enkel design och fungerar bra.De är överkomliga och enkla att ta hand om, vilket gör dem bra för små uppgifter.Även om de behöver extra hjälp för att starta på egen hand, har förbättringar som permanenta splittra kondensatorer gjort dem bättre.När du jämför dem med trefasmotorer kan du se deras specifika användningsområden och gränser.Att använda ekvivalenta kretsmodeller hjälper till att förbättra hur de fungerar och hittar problem.När tekniken växer kommer dessa motorer att fungera mer med smarta system och Internet of Things (IoT), vilket gör dem mer användbara och pålitliga.Att veta om enfasinduktionsmotorer hjälper till att välja rätt motor för specifika uppgifter och se till att de går smidigt.

Vanliga frågor [FAQ]

1. Vilka är egenskaperna hos en enfasmotor?

Enfasmotorer används ofta i hem och småföretag eftersom de är enkla, enkla att använda och inte för dyra.De har mindre kraft jämfört med trefasmotorer, vilket gör dem bra för lätta uppgifter som att köra fläktar, kylskåp och tvättmaskiner.Dessa motorer behöver en startanordning eftersom de inte kan börja med sig själva.De är pålitliga och kan hålla länge när de används korrekt.

2. Vad är den grundläggande metoden för att starta en enfasinduktionsmotor?

För att starta en enfasinduktionsmotor ansluter du den till en enfaseffektkälla.Eftersom den inte kan starta på egen hand används en startanordning som en kondensator eller extra lindning.Den här enheten skapar en fasförskjutning, vilket gör ett roterande magnetfält som får rotorn att röra sig.När motorn når en viss hastighet stängs startenheten av med en omkopplare eller relä, och motorn går på huvudlindningen.

3. Vad är arbetsprincipen för en induktionsmotor?

En induktionsmotor fungerar genom elektromagnetisk induktion.När AC -effekt appliceras på statorlindningen skapar den ett förändrat magnetfält.Detta fält inducerar en elektromotivkraft (EMF) i rotorn, vilket får strömmar att strömma i rotorstängerna.Interaktionen mellan statorns magnetfält och strömmarna i rotorn skapar en kraft som gör att rotorn snurrar.Rotorn fortsätter att följa det roterande magnetfältet tillverkat av statorn.

4. Vad är den största skillnaden mellan trefasmotorer och enfasmotorer?

Huvudskillnaden är i deras strömförsörjning och användning.Trefasmotorer använder en trefas strömförsörjning, vilket ger mer kraft och effektivitet, vilket gör dem lämpliga för tunga industriella uppgifter som att köra transportband och stora maskiner.Enfasmotorer använder en enfas strömförsörjning och används för lättare uppgifter i hem och småföretag, som att driva hushållsapparater.Trefasmotorer kan börja av sig själva, medan enfasmotorer behöver en extra startmetod.

5. Vilka är försiktighetsåtgärderna för enfasinduktionsmotorer?

När du använder enfasinduktionsmotorer, se till att de är korrekt installerade med säkra elektriska anslutningar och korrekt jordning.Kontrollera regelbundet startenheten för att säkerställa att den fungerar pålitligt.Undvik överbelastning av motorn för att förhindra överhettning och skada.Se till att motorn har tillräckligt med ventilation för att hålla sig sval och göra regelbundet underhåll för att kontrollera för slitage.Anslut alltid motorn till rätt spänning och frekvens som anges av tillverkaren för att undvika elektriska problem.Dessa steg hjälper motorn att köra säkert och effektivt, vilket gör att den håller längre.