Types of Single Phase Induction Motors | Schemat podłączenia jednofazowego silnika indukcyjnego

Silnik prądu zmiennego (AC) jest urządzeniem elektromechanicznym, które przekształca energię elektryczną w ruch mechaniczny poprzez wykorzystanie elektromagnetyzmu i zmianę częstotliwości i napięć wytwarzanych przez zakład energetyczny lub sterownik silnika.

Silniki prądu przemiennego są w samym sercu zużycia energii elektrycznej na świecie, ponieważ robią tak wiele i przy bardzo niewielkiej interwencji człowieka. Silnik AC jest zdecydowanie najprostszym i najtańszym silnikiem stosowanym w przemyśle.

Fig.1: Stojan i wirnik silnika

Silnik prądu przemiennego składa się z bardzo niewielu części, tak długo, jak długo zachowują one swoje właściwości eksploatacyjne, mogą pracować nawet 100 lat przy bardzo niewielkiej konserwacji. Głównymi częściami silnika AC są wirnik i stojan, jak widać na rysunku 1.

Wirnik jest obracającą się częścią silnika AC, która jest wspierana przez zestaw łożysk umożliwiających bezbłędną rotację, umieszczonych wewnątrz dzwonów końcowych. Łożyska są wciśnięte w zestaw dzwonów końcowych, które są wypełnione smarem, aby umożliwić płynny ruch.

Stojan jest stałą lub nieruchomą częścią silnika, w której zamocowane są dzwonki końcowe, a uzwojenia są owinięte wokół laminatu arkuszy żelaza, który tworzy elektromagnetyczne pole wirujące, gdy cewka jest pod napięciem.

Silniki są bardzo uniwersalnymi komponentami elektromechanicznymi, ponieważ mogą być dopasowane wielkością, konfiguracją i konstrukcją do każdej sytuacji lub wykonywania dowolnego zadania. Duży procent silników wykorzystywanych w przemyśle to silniki jednofazowe i trójfazowe, jak widać na rysunku 2.

Fig.2.Trójfazowy silnik indukcyjny (Image Courtesy: Wikipedia)

Jednofazowe silniki indukcyjne

Jednofazowy silnik indukcyjny jest silnikiem elektrycznym, który działa na pojedynczej fali prądu zmiennego. Silniki indukcyjne jednofazowe są używane w zastosowaniach domowych do urządzeń z silnikami prądu przemiennego w pojedynczych lub wielu mieszkaniach. Istnieją trzy rodzaje jednofazowych silników indukcyjnych: z biegunem zacienionym, z podziałem fazowym i silniki kondensatorowe.

Silniki z biegunem zacienionym

Silniki z biegunem zacienionym, jak widać na rysunku 3, są jednofazowymi silnikami indukcyjnymi, które obsługują małe wentylatory chłodzące wewnątrz lodówek w komputerach. Należą one do rodziny indukcyjnych silników klatkowych, które są używane w ograniczonych zastosowaniach wymagających mniej niż 3/4 mocy, zwykle w zakresie od 1/20 do 1/6 mocy.

Najcięższe obciążenie silnika z biegunem cieniowanym może obracać komponentem, który jest bardzo lekki w wadze i zdolny do obracania się w niskiej gęstości, Zazwyczaj, gdy silniki z biegunem cieniowanym się psują, są wyrzucane do kosza i kupowany jest nowy.

Fig.3: Silnik o biegunie cieniowanym

Fig.4.Schemat połączeń silnika z cieniowanymi biegunami

Bieguny stojana są wyposażone w dodatkowe uzwojenie w każdym rogu zwane uzwojeniem cieniującym, jak pokazano na rys.4. Uzwojenia te nie mają połączenia elektrycznego do rozruchu, ale wykorzystują prąd indukowany do wytworzenia wirującego pola magnetycznego.

Struktura biegunowa silnika z zacienionymi biegunami umożliwia rozwój wirującego pola magnetycznego poprzez opóźnienie gromadzenia się strumienia magnetycznego. Przewód miedziany izoluje zacienioną część bieguna tworząc wokół niego pełny obrót. W części zacienionej strumień magnetyczny wzrasta, ale jest opóźniony przez prąd indukowany w osłonie miedzianej. Magnetic flux in the unshaded portion increases with the winding current forming a rotating field.

Split Phase Motor

A split phase induction motor is a single phase induction motor that has two windings called the run winding and a secondary start winding and a centrifugal switch as shown in figure 6. Split phase motors usually operates at 1/20 HP TO 1/3 HP.

These squirrel cage motors are a step above the shaded pole motors, because they can to a little more work with a heavier load attached to the shaft of the rotor.

Fig.5: Split Phase Motor

Fig.6: Schemat połączeń silnika dwufazowego

Silnik dwufazowy można znaleźć w zastosowaniach wymagających mocy od 1/20 HP do 1/3 HP, co oznacza, że może on obracać wszystkim, od łopatek wentylatora sufitowego, wanien pralek, silników dmuchaw pieców olejowych i małych pomp.

Przełącznik odśrodkowy jest normalnie zamkniętym urządzeniem kontrolnym, które jest podłączone do uzwojenia startowego. Celem tej konfiguracji jest to, że uzwojenie startowe silnika zostanie wyjęte z obwodu, gdy silnik osiągnie 75 do 80% swojej prędkości znamionowej. Pomimo tego, że silnik jest uważany za niezawodny, wyłącznik odśrodkowy jest częścią ruchomą, która czasami nie załącza się ponownie, gdy silnik przestaje się obracać.

Jak działają silniki dwufazowe

• Aby uruchomić silnik dwufazowy, uzwojenia startowe i robocze muszą być połączone równolegle
• Przy 75% pełnej prędkości wyłącznik odśrodkowy otwiera się, odłączając uzwojenie startowe.
• Ponieważ uzwojenie startowe jest odłączone od obwodu, silnik pracuje poprzez uzwojenie biegowe.
• Aby odłączyć zasilanie od silnika dwufazowego przy 40% prędkości pełnego obciążenia, wyłącznik odśrodkowy zamyka się. Wyłączając silnik.

Silniki kondensatorowe

Silniki kondensatorowe jednofazowe są kolejnym krokiem w rodzinie silników indukcyjnych jednofazowych. Silniki kondensatorowe zawierają takie samo uzwojenie startowe i biegowe jak silniki dwufazowe z wyjątkiem kondensatora, który nadaje silnikowi większy moment obrotowy przy rozruchu lub podczas pracy. Celem kondensatora jest powrót napięcia do systemu, gdy nie ma napięcia produkowanego i DAC sinusoida systemu jednofazowego.

W systemie jednofazowym AC jest tylko jedna forma fali napięcia i podczas jednego cyklu chorego 60 cps, że trwa do produkcji napięcia nie ma napięcia jest produkowany w dwóch punktach. Zadaniem kondensatora jest wypełnienie tej pustki, dzięki czemu silnik zawsze widzi napięcie, co oznacza, że podczas pracy silnika wytwarzany jest duży moment obrotowy.

Trzy rodzaje silników kondensatorowych to silniki z kondensatorem startowym, silniki z kondensatorem pracującym oraz silniki z kondensatorem startowym i pracującym.

Silnik indukcyjny ze startem kondensatora

Silniki indukcyjne ze startem kondensatora, jak widać na rysunku 7, to jednofazowe silniki indukcyjne, w których kondensator jest połączony szeregowo z uzwojeniem startowym i wyłącznikiem odśrodkowym silnika. Taka konfiguracja daje silnikowi wcześniejszą moc rozruchową, ale aplikacja nie wymaga dużej mocy w czasie pracy. Podczas runtime bezwładność obciążenia odgrywa dużą rolę w pracy silnika, gdy jest problem z silnikiem jest zwykle ze względu na zły kondensator. Silnik generalnie nie będzie się obracać, chyba że siła zewnętrzna obraca wał; po uruchomieniu będzie nadal działać dobrze, aż moc jest usuwana z silnika.

Silniki startowe kondensatora są zazwyczaj spotykane w jednostkach AC, dużych silników dmuchaw i wentylatorów skraplacza. Kondensator w tych silnikach jest czasami wbudowany w silnik lub umieszczony z dala od silnika, co ułatwia jego wymianę.

Fig.7: Capacitor Start Motor

Capacitor Motor Operation

• Has a start winding, run winding, and centrifugal switch that opens at 60 to 80% full load speed, as seen in figure 8.
• The start winding and the capacitor are no longer in use once the centrifugal switch opens, as seen in figure 9.
• The capacitor is only used for high torque starting.

Fig.8: Start Capacitor

Fig.9: Centrifugal Switch

Capacitor Run Induction Motor

Capacitor run induction motors, as seen in figures 10 and 11, are much like the capacitor start induction run with the exception of the start winding and run winding stay in the circuit at all times. This type of motor requires low starting torque but needs to keep a constant torque while running. This type of motor can sometimes be found in the air-conditioning compressor. The start winding is permanently connected to the capacitor in series.

Fig.10: Capacitor Run Motor

Fig.11: Capacitor Run Motor

Capacitor Run Operation

• Uses a lower rated capacitor because the capacitor is in the circuit at full load speed at all times.
• Used for higher running torque.

Capacitor Start-Capacitor Run Induction Motor

Capacitor start capacitor run induction motors are single phase induction motors that have a capacitor in the start winding and in the run winding as shown in figure 12 and 13 (wiring diagram). This type of motor is designed to provide strong starting torque and strong running for applications such as large water pumps.

Fig.12: Capacitor Start and Capacitor Run Motor

Fig.13: Capacitor Start-Capacitor Run Motor Wiring Diagram

Capacitor Start-Capacitor Run Motor Operation

• Consist of two capacitors
• One capacitor is connected in series with the start winding; the other capacitor is connected in series with the run winding.
• Both capacitors have different values.
• Capacitor start and run motor has the same starting torque and higher running torque because there is more capacitance.
• Larger value capacitor to start, and lesser value capacitor to run.