Однофазные электродвигателя предназначены для комплектации электроприводов бытового и промышленного назначения, различных механизмов. Питание электродвигателей осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В.
Однофазные электродвигателя выпускаются в тех же конструктивных исполнениях, что и трехфазные электродвигатели, и соответствуют им по своим размерам. Электродвигатели работают с конденсаторами, предназначенными для подключения в сеть.
На статоре однофазного электродвигателя имеется рабочая обмотка, подключенная к однофазной сети переменного тока, и вспомогательная (пусковую), которая чаще всего соединена с однофазной сетью переменного тока кратковременно только в период пуска. Ротор обмотки, как правило, выполняется короткозамкнутым в виде беличьей клетки.
Отличительной особенностью однофазных электродвигателей от трехфазных является создание статором не вращающегося, а пульсирующего поля и пульсирующего МДС. Это пульсирующее магнитное поле может быть условно разложено на два круговых поля, вращающихся в противоположные стороны с одинаковой скоростью. Амплитуда каждого из этих полей равна половине амплитуды пульсирующего поля Ф/2 (рисунок 1, а).
Рисунок 1 – Принцип работы однофазного электродвигателя
Для лучшего понимания принципов работы однофазного электродвигателя его можно заменить двумя одинаковыми трехфазными электродвигателями, роторы которых закреплены на одном валу, а обмотки статора а1, b1, c1, и a2, b2, c2 соединены последовательно с различным порядком следования фаз. Создаваемые ими магнитные поля при этом вращаются в противоположные стороны с одинаковыми амплитудами, равными Ф/2, и частотами вращения n1 (рисунок 1, б). В свою очередь эти два электродвигателя можно заменить одним, имеющим на статоре две последовательно соединенные трехфазные обмотки с различным чередование фаз и общий ротор, как показано на рисунке 1, в.
B рассматриваемых случаях индуктируемые в обмотках ротора c помощью двух вращающихся полей статopа токи вступают во взаимодействие c этими полями и создают при неподвижном двигателе равные и взаимно противоположные электромагнитные моменты М1, М2 (рисунок 2). При этом начальный результирующий суммарный момент M равен нулю, и однофазный электродвигатель при таком конструктивном исполнении и схеме соединения не может тронуться c места, даже в случае отсутствия тормозного момента на валу, т.е. пусковой момент однофазного асинхронного электродвигателя равен нулю.
При вращении ритора в каком-либо направлении и одна из вращающихся МДС перемещается в том же направлении, что и ротор. Она обеспечивает тот же характер изменения момента на валу М1 в зависимости от скольжения s, что и в трехфазном асинхронном электродвигателе, т.е. при разгоне двигателя, когда скольжение s уменьшается, момент М1 возрастает до некоторого значения Mmax, a при s=0 становится равным нулю.
Рисунок 2 – Зависимость электромагнитных вращающих моментов однофазного асинхронного электродвигателя под действием M1, обратно вращающего М2 магнитного поля и результирующего момента М от скольжения: s – скольжение ротора относительно прямого поля; 2-s – скольжение относительно обратного поля.
B то же время вращающаяся в обратном направлении относительно ротора МДС создает электромагнитный тормозной момент. При этом в роторе наводятся токи повышенной частоты, что обусловливает увеличение индуктивного сопротивления ротора. Соответственно момент М2, создаваемый обратновращающейся МДС, снижается от некоторой величины Мmax. и т, д.
Результирующий момент М = М1 – М2, направленный в сторону вращения ротора, считается положительным (на рисунке 2 изображен выше оси абсцисс). Тормозной момент M2 направлен в прoтивoположном направлении и является отрицательным (на рисунок 2 изображен ниже оси абсцисс). Как видно из приведенной характеристики, условия работы однофазного асинхронного электродвигателя при вращении ротора в ту иль другую сторону одинаковы. Как уже было отмечено, при s=1 M=0, т.e. электродвигатель не может самостоятельно начать вращать при наличии лишь одной рабочей обмотке на статоре.
Подобным образом ведет себя трехфазный электродвигатель при перегорании предохранителя или обрыве фазы питающей сети. Если это повреждение произошло y электродвигателя при неподвижном роторе, то при пуске электродвигателя ротор не придет во вращение; если повреждение произойдет при вращающемся роторе, электродвигатель будет продолжать работать, но во избежание недопустимого перегрева обмоток мощность нагрузки должна быть снижена на 40-50%. Иными словами, при обрыве фазы питающей сети (или перегорании предохранителя) при работающем электродвигателе он должен быть разгружен примерно в 2 раза по отношению к номинальной мощности.
Для того чтобы электродвигатель пришел во вращение, необходимо создать некоторый начальный вращающий момент. Направление вращения ротора при этом будет определяться направлением этого момента. Для пуска электродвигателя, в том числе и под нагрузкой, необходимо предусмотреть специальные меры, направленные на усиление прямого поля и ослабление обратного, чтобы при s= 1
М = М1 + М2> 0
Естественно, что наилучшие условия достигаются при отсутствии обратного поля, создающего тормозной момент на валу электродвигателя и препятствующего тем самым вращению электродвигателя. Разные виды однофазных электродвигателей отличаются друг от друга способами создания пускового момента. Различают электродвигатели с пусковой обмоткой, конденсаторные электродвигатели и с экранированными полюсами.