Выберите ваш город
Их ключевое достоинство - питание от обычной однофазной сети напряжением 220 В (а в ряде стран - 110/127 В).
Как это работает
Главная задача однофазного двигателя - компенсировать отсутствие естественного вращающегося магнитного поля, которое есть в трехфазных системах.
Конструкция и пуск
- Статор несет одну основную рабочую обмотку, подключаемую прямо к сети.
- Проблема самозапуска: при подаче однофазного переменного тока на единственную обмотку возникает не вращающееся, а пульсирующее магнитное поле. Его удобно рассматривать как сумму двух одинаковых по амплитуде полей, вращающихся в противоположные стороны. Их моменты взаимно гасят друг друга - двигатель сам не стартует.
- Решение - вспомогательная (пусковая) обмотка: на статоре размещают вторую обмотку, пространственно смещенную относительно основной (обычно на 90 электрических градусов).
- Имитация "второй фазы": в цепь пусковой обмотки включают фазосдвигающий элемент, чтобы ток в ней отставал/опережал ток в рабочей обмотке. Так при запуске формируется эквивалент двухфазного питания.
- Пуск: фазосдвиг токов в двух обмотках создает эллиптическое вращающееся поле, которое "подхватывает" ротор (обычно короткозамкнутый типа «беличье колесо»), и тот начинает вращаться.
- Переход в рабочий режим: когда скорость достигает примерно 70-80% номинальной, пусковую обмотку отключают. Далее двигатель работает на одной рабочей обмотке: взаимодействие вращающегося ротора с пульсирующим полем формирует устойчивый вращающий момент. Важно: пусковая обмотка не рассчитана на длительное включение - при постоянной работе перегреется и выйдет из строя.
Основные разновидности по способу запуска
С пусковым конденсатором (Capacitor Start)
Фазосдвиг - электролитический конденсатор в пусковой цепи.
Плюсы: высокий пусковой момент.
Минусы: конденсатор участвует только в пуске.
Где применяют: компрессоры, мощные насосы.
С рабочим конденсатором (Capacitor Run)
Конденсатор включен постоянно.
Плюсы: хороший КПД и плавность хода.
Минусы: невысокий пусковой момент.
Применение: вентиляторы, вытяжки.
С пусковым и рабочим конденсаторами
Используются два конденсатора.
Плюсы: одновременно высокий пусковой момент и достойный КПД.
Минусы: схема сложнее.
Применение: задачи с повышенными требованиями.
С расщепленной фазой (Split-Phase)
Фазосдвиг обеспечивается самой пусковой обмоткой.
Плюсы: простота и низкая стоимость.
Минусы: малый пусковой момент.
Применение: маломощные вентиляторы.
С экранированными полюсами (Shaded-Pole)
В конструкции - медные короткозамкнутые витки.
Плюсы: предельная простота, высокая надежность.
Минусы: очень низкий КПД.
Применение: устройства небольшой мощности.
Плюсы и минусы
Преимущества
- Питаются от стандартной бытовой сети - это главное.
- Конструктивно проще, чем трехфазные аналоги.
- Надежны (особенно исполнение с экранированными полюсами).
- Диапазон мощностей - от долей ватта до нескольких киловатт.
- Универсальны по сферам применения.
Недостатки
- КПД ниже, чем у трехфазных машин.
- Низкий коэффициент мощности (особенно у схем без конденсатора).
- Ограниченный пусковой момент для большинства исполнений.
- Реверс усложнен: требуется перекоммутация обмоток.
- Зависимость от исправности конденсатора: его отказ резко сказывается на работе.
Актуальные тренды
- Инверторные решения: питание трехфазных двигателей через частотный преобразователь от однофазной сети обеспечивает мягкий пуск, регулирование скорости и высокий КПД.
- Энергоэффективность: ужесточение требований к КПД стимулирует применение схем с рабочим конденсатором и инверторных приводов.
- Надежные конденсаторы: развитие пленочных технологий повышает долговечность и стабильность.
Вывод
Однофазные асинхронные двигатели - несмотря на конструктивные ограничения по сравнению с трехфазными - остаются базовым элементом повседневной техники. Возможность работать "из розетки" обеспечила им лидерство в бытовых и офисных устройствах, вентиляции и кондиционировании, ручном электроинструменте и многом другом.
Знание их принципов, типов, сильных и слабых сторон помогает правильно подбирать двигатель под задачу и продлевать срок его службы. И хотя инверторные технологии стремительно развиваются, классические однофазные машины еще долго будут обеспечивать наш ежедневный комфорт.
