Silnik indukcyjny jednofazowy

Silnik fazowy podzielony, inaczej nazywany silnikiem odbiornikowym, ma rotor jednoklatkowy. Jego stator wyposażony jest w dwie różne cewki: cewkę główną i cewkę startową. Te dwie cewki są przestrzennie przesunięte o 90 stopni, co odgrywa kluczową rolę w działaniu silnika.

Cewka główna charakteryzuje się bardzo niskim oporem i wysoką indukcyjną reaktancją, podczas gdy cewka startowa ma przeciwne cechy, tj. wysoki opór i niską indukcyjną reaktancję. Ta różnica właściwości elektrycznych między obiema cewkami jest kluczowa do generowania niezbędnej momentu obrotowego do uruchomienia silnika. Poniżej przedstawiono schemat połączeń tego silnika, ilustrujący, jak te komponenty oddziałują w obwodzie elektrycznym:

Rezystor jest podłączony szeregowo z cewką pomocniczą (startową). Dzięki temu ułożeniu prądy płynące przez dwie cewki różnią się. W rezultacie powstaje nieregularne pole magnetyczne obrotowe, co prowadzi do stosunkowo małego momentu obrotowego startowego. Zwykle ten moment obrotowy startowy mieści się w zakresie 1,5 do 2 razy określony moment obrotowy pracy. W momencie uruchamiania zarówno cewka główna, jak i cewka startowa są podłączone równolegle do źródła zasilania.

Gdy silnik przyspiesza do około 70-80% prędkości synchronicznej, cewka startowa jest automatycznie odłączana od źródła zasilania. Dla silników o mocy około 100 Watów lub wyższej, często stosowany jest przełącznik odśrodkowy do wykonania tego rozłączenia. Natomiast dla silników o niższej mocy, relé służy do odłączenia cewki startowej.

Relé jest podłączone szeregowo z cewką główną. W trakcie fazy startowej duży prąd przepływa przez obwód, co powoduje zamknięcie kontaktów relé. To działanie wprowadza cewkę startową do obwodu. Gdy silnik zbliża się do określonej prędkości pracy, prąd płynący przez relé zaczyna spadać. Ostatecznie, relé otwiera, odłączając cewkę pomocniczą od źródła zasilania. W tym momencie silnik działa tylko na cewce głównej.

Diagram wektorowy silnika indukcyjnego fazowego podzielonego, który wyjaśnia relacje elektryczne i różnice fazowe w silniku, przedstawiono poniżej:

Prąd w cewce głównej, oznaczony jako IM, opóźnia się względem napięcia zasilającego V o prawie 90 stopni. Z drugiej strony, prąd w cewce pomocniczej, IA, jest w przybliżeniu w fazie z napięciem sieciowym. Ta różnica w relacji fazowej między dwiema cewkami powoduje różnicę czasową między ich prądami. Choć różnica fazowa ϕ nie wynosi pełnych 90 stopni, zazwyczaj wynosi około 30 stopni, to wystarcza do generowania pola magnetycznego obrotowego. To pole magnetyczne obrotowe jest kluczowe do uruchomienia rotacji silnika i umożliwienia jego działania.

Charakterystyka momentu obrotowego prędkości silnika fazowego podzielonego, która pokazuje, jak zmienia się moment obrotowy silnika w zależności od jego prędkości obrotowej, przedstawiona jest poniżej. Ta krzywa charakterystyczna dostarcza cennych informacji o wydajności silnika w różnych warunkach pracy i jest niezbędna do zrozumienia jego zachowania oraz optymalizacji jego użytkowania w różnych zastosowaniach.

W charakterystyce momentu obrotowego prędkości silnika fazowego podzielonego, n0 oznacza prędkość obrotową, przy której aktywuje się przełącznik odśrodkowy. Moment obrotowy startowy silnika odbiornikowego zwykle wynosi około 1,5 razy jego moment obrotowy pełnego obciążenia. W okolicach 75% prędkości synchronicznej, silnik może osiągnąć maksymalny moment obrotowy, który wynosi około 2,5 razy moment obrotowy pełnego obciążenia. Należy jednak zauważyć, że podczas uruchamiania, silnik pobiera znaczny prąd, który wynosi około 7 do 8 razy wartość pełnego obciążenia.

Odwrócenie kierunku obrotu silnika odbiornikowego jest prostym procesem. Można go dokonać, odwracając połączenie linii albo cewki głównej, albo cewki startowej. Ważne jest podkreślić, że to odwrócenie można wykonać tylko, gdy silnik jest w stanie spoczynku; próba odwrócenia go podczas ruchu może prowadzić do uszkodzeń mechanicznych i elektrycznych.

Zastosowania silnika indukcyjnego fazowego podzielonego

Silniki indukcyjne fazowe podzielone są znane z taniej ceny. Są one dobrze przystosowane do zastosowań, które wymagają łatwego uruchomienia, zwłaszcza gdy częstotliwość operacji startowych jest stosunkowo niska. Ze względu na ograniczony moment obrotowy startowy, te silniki nie są odpowiednie do napędów wymagających więcej niż 1 kW mocy. Niemniej jednak znajdują szerokie zastosowanie w wielu popularnych urządzeniach domowych i przemysłowych:

• Urządzenia domowe: Napędzają komponenty takie jak pralki i wentylatory klimatyzatorów, umożliwiając płynne działanie tych niezbędnych urządzeń.

• Sprzęt kuchenny i czyszczący: W kuchni napędzają mikserki, a w zastosowaniach czyszczących są używane w polerowarkach podłog, co ułatwia codzienne obowiązki.

• Obsługa płynów i wentylacja: Wentylatory i pompy odśrodkowe, które są kluczowe dla wentylacji i transportu płynów w różnych systemach, często polegają na silnikach indukcyjnych fazowych podzielonych do swojej pracy.

• Narzędzia tokarskie: Te silniki również mają zastosowanie w maszynach do wiercenia i frezarek, przyczyniając się do precyzji i efektywności procesów tokarskich.

Podsumowując, silnik indukcyjny fazowy podzielony, ze swoimi unikalnymi cechami i praktycznymi zastosowaniami, pozostaje wartościowym elementem w świecie elektrotechniki.