Основні положення. У тих випадках, коли споживання електричної енергії невелика (житлові будинки, торговельні підприємства і т. Д.) Або коли виконання трифазних мереж важко (наприклад, залізні дороги, де проводиться електрифікація на змінному струмі), застосовуються однофазні електричні мережі. При цьому виникає необхідність використання однофазних двигунів змінного струму. Потужності однофазних двигунів зазвичай відносно невеликі (до 5-10 кет).
Однофазний асинхронний двигун має на статорі однофазну обмотку, а на роторі - обмотку у вигляді білячої клітини, як і у трифазного короткозамк-нутого двигуна. Можна уявити собі, що однофазний асинхронний двигун виходить з трифазного шляхом відключення однієї фази статора (рис. 30-1, а). Решта дві фази статора з фазною зоною 60 ° становлять тоді разом однофазную обмотку з фазною зоною 120 °. Така однофазная обмотка має ту перевагу, що вона не створює в повітряному проміжку третьої гармоніки магнітного поля і має досить великий обмотувальний коефіцієнт (див. § 21-4).
Однофазний струм / г статора однофазного двигуна створює пульсуюче магнітне поле, яке можна розкласти на два поля, що мають рівні амплітуди і обертаються в протилежні боки з однаковою швидкістю
При нерухомому роторі (п - 0, s - 1) ці поля створюють однакові за величиною, але різні за знаком моменти Mi і Мг (рис. 30-2). Тому при пуску результуючий момент
двигуна, що не має спеціальних пускових пристосувань, дорівнює нулю і двигун не може прийти в обертання. Якщо, проте, ротор наведено в обертання в ту чи іншу сторону, то один з моментів М.Х або М% переважатиме. Якщо при цьому М> МСТ. то двигун досягне певної сталої швидкості обертання. Обидва напрямки обертання двигуна рівноцінні, і гальмівний режцм роботи відсутній.
За своїм робочим властивостями однофазний двигун близький до трифазного, що працює при сильному спотворенні симетрії напруг живлення
Рис 30-1. Схема (а) і діаграма струмів статора (б) однофазного асинхронного двигуна, що розглядається як трифазний з відключенням однієї фази
§ 2§- £). Тому енергетичні показники однофазного двигуна гірше, ніж<у трехфазного, использование материалов у однофазного двигателя также хуже. При одинаковых габаритах номинальная мощность однофазного двигатели составляет не более 60—-60% от номинальной мощности трехфазного двигателя. Это связано с тем, что обмотка статора однофазного двигателя занимает не все пазы и имеется обратное поле, которое уменьшает вращающий Момент, увеличивает потери двигателя и вызывает его дополнительный нагрев.
Трифазний двигун буде працювати в режимі однофазного двигуна, якщо станеться обрив однієї фази ланцюга статора (наприклад, перегорання захисного запобіжника в одній фазі). При цьому настає небезпечний для двигуна режим роботи.
Дійсно, корисна потужність двигуна в трифазному режимі
При переході трифазного двигуна в однофазний режим швидкість обертання практично не зміниться, і тому потужність на валу Рх «Р3. Якби к. П. Д. І cos ф не змінилися, то струм в однофазному режимі / г був би в] Аз рази більше струму в трифазному режимі / 3. Насправді ц і cos ф зменшуються і збільшення струму буде більше. Якщо двигун ніс велике навантаження, то при переході в однофазний режим струм буде значно більше номінального, і якщо двигун при цьому не буде відключений, то в результаті перегріву він вийде з ладу. Робота «на двох фазах» є частою причиною пошкодження трифазних двигунів при їх захисту плавкими запобіжниками, так як струм перегорання плавкої вставки доводиться вибирати рівним близько 2,5 / і. щоб плавкахвставка не перегорають при пуску двигуна.
Основи теорії однофазного двигуна. Режим роботи однофазного двигуна доцільно досліджувати як несиметричний режим роботи трифазного двигуна.
Відповідно до рис. 30-1, а
Мал. 30-2. Криві моментів однофазного двигуна
Вектйрная діаграма .токов статора на підставі наведених співвідношень представлена на рис. 30-1, б.
то все струми і напруги схеми рис. 30-3 в У'рази більше їх симетричних складових. Необхідно підкреслити, що опору схеми рис. 30-3 є опорами фази трифазного двигуна і опору т \, х'аг при прояві ефекту витіснення струму для верхньої і нижньої-частин схеми розрізнені зважаючи на відмінність частот прямого і зворотного складових струмів ротора. Момент, що обертає _ однофазного двигуна
де вторинні струми 1'л і I'S3 відповідають схемі заміщення рис. 30-3.
При сталості параметрів двигуна для його струмів існує кругова діаграма, яка тут не розглядається.
§ 30-2. Різновиди однофазних асинхронних двигунів
Як було встановлено вище, однофазний двигун з однією обмоткою на статорі не розвиває пускового моменту і не здатний прийти в обертання У зв'язку з цим необхідні додаткові заходи для створення в двигуні пускового моменту. Ці заходи спрямовані на посилення при пуску прямого поля і ослаблення зворотного, щоб прл s = 1 було
Найкращі умови пуску досягаються в разі, коли зворотне поле під час пуску повністю знищується і тому М2 = 0. Різні види однофазних асинхронних двигунів відрізняються один від одного способами створення відмінного від нуля пускового моменту.
Двигуни з пусковою обмоткою (рис. 30-4) є найбільш поширеними однофазними двигунами. У них, крім робочої обмотки Р з фазною зоною
Мал. 30-4_Схема (а) і векторні діаграми (б) однофазного асинхронного двигуна з пусковою обмоткою
120 °, на статорі є також пускова обмотка П з фазною зоною 60 °, зрушена щодо робочої обмотки на 90 ° ел. Послідовно з пусковою обмоткою включається фазосмещающій елемент (опір) 2П для створення зсуву фаз -ф між струмами обмоток / р і / п. Н. с. двох обмоток
в загальному випадку, коли Fv Ф Fn і 'ф Ф 90 ° (рис. 30-5, о), складають несиметричну двухфазную систему векторів, яку можна розкласти на системи прямої (Fj) і зворотної (F2) послідовності. З огляду на, що замість оператора трьох Лячной глетеми
але одне з них буде сильніше, в результаті чого розвивається пусковий момент М і при Мп> Мст двигун піде в хід. При Zn = / ю L напрямок обертання буде зворотним в порівнянні з двома іншими випадками.
Пускові умови будуть кращими при включенні ємності в пускову фазу. Однак необхідна величина ємності С досить велика, внаслідок чого розміри і вартість конденсатора також великі. Тому конденсаторний пуск застосовується порівняно рідко, лише при необхідності великого пускового моменту. Пуск за допомогою індуктивного опору дає найгірші результати і в даний час майже не використовується. Найчастіше застосовується пуск за допомогою активного опору. При цьому зазвичай сама пускова обмотка виконується з підвищеним активним опором (зменшене перетин обмотувального дроту, а також намотування частини витків котушок в біфіляр). іноді
Мал. 30-6. Схеми включення і вид механічних характеристик однофазних асинхронних двигунів з пусковою обмоткою (а, 6) н конденсаторних (в, г)
застосовуються також схеми пуску, коли в одну фазу включається активне, 1 а в іншу - індуктівное- або ємнісний опір.
Після того як двигун при пуску досягне певної швидкості обертання, пускова обмотка відключиться за допомогою відцентрового вимикача, реле часу, токового реле або вручну. При цьому двигун буде працювати тільки з робочою обмоткою, і щодо режиму ЄДР роботи дійсно все сказане в | 30-1.
Типовий вид механічних характеристик однофазних двигунів показаний на рис. 30-6, а й б. Штрихова лин ^ ня в області 0
Для роботи від однофазної мережі можуть бути використані також трифазні двигател-й. До числа лучшіх- схем включення таких двигунів відносяться схеми рис. 30-7. Дві нижні схеми рис. ЗО 1. застосовуються в разі, коли виведені всі шість кінців обмотки. Двигуни з з'єднанням обмоток відповідно до схем рис. 30-7 практично рівноцінні двигунів, які спроектовані для роботи як однофазні. Номінальна потужність при цьому становить 40-50% від потужності в симетричному трифазному режимі. Після закінчення пуску фаза з пусковим опором 'відключається.
Асинхронний конденсаторний двигун (рис. 30-8) має на статорі дві обмотки, які обидві є робочими, і в одну з цих обмоток включається ємність Пор. величина якої розраховується так, що при номінальному навантаженні існує тільки обертається поле прямої послідовності Обидві обмотки
при цьому мають фазні зони по 90 ° ел. і зрушені відносно один одного в просторі також на 90 ° ел. Потужність обох обмоток при Р - Ря також однакова, але їх числа витків, струми і напруги різні. Конденсаторний двигун по суті являє собою двофазний двигун, який підключений за допомогою конденсатора Ср до однофазної мережі і при Р = Рп має симетричну навантаження фаз. При інших навантаженнях симетрія н. с. фаз порушується і з'являється також зворотне поле, так як при різних навантаженнях величини ємності; необхідні для досягнення симетричного навантаження, також різні.
Величина ємності Пор. підібрана по робочому режиму, недостатня для отримання високого пускового моменту (рис. 30-6, в). Тому в необхідних випадках паралельно Ср на час пуску включається додаткова, пускова місткість Сп (рис. 30-6, г).
Використання матеріалів в конденсаторному двигуні і його к. П. Д. Значно вище, ніж в однофазних двигунах з пусковою обмоткою, і майже такі ж, як у трифазних двигунів. Коефіцієнт потужності конденсаторного двигуна через наявність конденсатора вище, ніж у трифазних двигунів рівній потужності.
Мал. 30-7. Деякі схеми включення трифазних асинхронних двигунів для роботи від однофазної мережі
Мал. 30-8. Схема асинхронного конденсаторного двигуна (а) і його векторна діаграма при круговому полі (б)
В СРСР виготовляються однофазні двигуни єдиної серії з пусковим опором (АОЛБ), з пускової ємністю (БОРГ) і конденсаторні з робочою і пусковий ємністю (АОЛД) потужністю від 18 до 600 пн. Двигуни з пусковим активним опором застосовуються в пральних і холодильних маши-
нах, доїльних апаратах, машинах для стрижки овець, центрифугах, для приводу дрібних верстатів і т. д. Двигуни з конденсаторним пуском використовуються при підвищених вимогах до пускового моменту (установки для кондиціювання повітря, компресори та ін.).
Величина робочої ємності конденсаторного двигуна визначається з наступних умов (рис. 30-8).
Коефіцієнтом трансформації k називається відношення числа витків конденсаторної (Ь) і неконденсаторной (а) обмоток:
Звідси випливає, що потужність конденсатора 'повинна бути дорівнює повній потужності
двигуна при круговому полі. Таким чином, потужність конденсатора досить
Двигун з екранованими полюсами (рис. 30-9, а) має на статорі явно-
виражені полюси з однофазної обмотки О і ротор з обмоткою у вигляді білячої
клітини. Частина наконечника кожного полюса охоплена (екранована) короткозамкненим витком К Струм статора / а створює в неекра-лося раніше і екранованої частинах полюса пульсуючі потоки Ф; і Ф * (рис 30-9, б). Потік Ф "индуктирует в короткозамкненим витку е. Д. С. Ек, яка відстає від 
Мал. 30-9. Пристрій (а) і векторна діаграма потоків статора (б) однофазного асинхронного двигуна з екранованими полюсами
зрушать по фазі щодо потоку неекранованої частини полюса Ф ^ на деякий кут ф. Так як потоки Ф [і Ф9 зрушені також в просторі, то виникає обертове поле. Це полі не круговий, а еліптичне, т. Е. Містить також складову зворотній послідовності, так як потоки Ф<и Фэ не равны по величине, и сдвинуты в пространстве и во времени на недостаточно большие углы. Тем не менее, при пуске создается вращающий момент М„ = 10 2
Магнітне поле найпростішого екранованого двигуна містить значну третю просторову гармоніку, яка викликає великий провал кривої моменту (див § 25-3). Для поліпшення форми поля застосовують такі заходи: між наконечниками сусідніх полюсів j станавливаются магнітні гаунти Ш (рис. 30-9, а) з листової сталі, збільшують зазор під неекранованої частиною полюса, на кожному полюсі поміщають два-три короткозамкнутих витка різної ширини.
Внаслідок великих втрат в короткозамкненим витку двигун має низький до п. Д. (До 25-40%) Екрановані двигуни найпростішої конструкції будуються на потужності від часток вата до 20-30 нею, а при вдосконаленої конструкції - до 300 вт Область застосування цих двигунів - настільні та інші вентилятори, програвачі, магнітофони та ін.
