ОДНОФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
SINGLE-PHASE ASYNCHRONOUS MOTOR

Изобретение относится к электротехнике, а именно к однофазным асинхронным электродвигателям с пусковой обмоткой и может быть использовано в электроинструменте и бытовой технике, например, в холодильных компрессорах, имеющих существенную нагрузку на валу в момент пуска и нередко работающих в условиях пониженного напряжения питающей сети.
Известен однофазный асинхронный электродвигатель, в котором коротко-замкнутый ротор выполнен длиннее в сравнении с магнитопроводом статора с рабочей обмоткой, и в зоне, выступающей относительно статора, ротор охвачен двумя магнитопроводами, каждый из которых имеет Сообразную форму и полюсные наконечники (Абрамов А.Д., Куделько А.Р. Однофазный асинхронный электродвигатель с повышенным пусковым моментом // Электричество, 1990, №12, стр.67-69).
Известен однофазный асинхронный электродвигатель, выбранный в качестве прототипа, содержащий ротор 1 и статор 2 с пазами 3, 4 (фиг.1), в которых размещены основная 5 и вспомогательная 6 обмотки со смещением магнитных осей по отношению друг к другу на половину полюсного деления (Кацман М.М. Справочник по электрическим машинам: Учебное пособие для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования. М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 480 с.).
р
р
Магнитный поток поперечной реакции ротора Ф, создаваемый под действием ЭДС, наводимой в обмотке ротора 1 магнитным потоком основной обмотки 5, замыкается через воздушные зазоры в зонах расположения пазов 3 с основной обмоткой 5 и ярмо статора 2. Следовательно, величина магнитного потока Ф в прототипе ограничивается, в основном, магнитным сопротивлением воздушных зазоров в зонах расположения пазов 3 с основной обмоткой 5.
Недостатком этого устройства является невысокий пусковой момент, к величине которого предъявляются особые требования при работе с рядом типов нагрузок, например с компрессорами холодильных установок.
Задачей изобретения является повышение величины пускового момента однофазного асинхронного электродвигателя.
Поставленная задача достигается тем, что однофазный асинхронный электродвигатель, также как в прототипе, содержит ротор и статор с пазами, в которых размещены основная и вспомогательная обмотки со смещением магнитных осей по отношению друг к другу на половину полюсного деления.
Согласно изобретению в статоре в области пазов, расположенных в зонах магнитных осей основной обмотки, выполнены сквозные немагнитные зазоры или с воздушным заполнением или с немагнитными вставками.
Предлагаемое изобретение уменьшает индуктивное сопротивление фазы ротора вследствие увеличения магнитного сопротивления для магнитного потока, создаваемого токами ротора.
р
При выполнении в заявленной конструкции (фиг.2) сквозных немагнитных зазоров в статоре в области пазов, расположенных в зонах магнитных осей основной обмотки, магнитный поток поперечной реакции ротора представляет совокупность двух магнитных потоков  и . Причем каждый из указанных магнитных потоков почти в два раза меньше магнитного потока Ф (фиг.1) по сравнению с прототипом, поскольку они создаются уменьшенной (ориентировочно в два раза) МДС ротора. Соответственно, каждый из магнитных потоков  и  охватывает меньшее число проводников ротора в сравнении с прототипом (фиг.1). В результате величина индуктивности ротора в конструкции предлагаемого однофазного асинхронного электродвигателя (фиг.2) уменьшается почти в два раза по сравнению с однофазным электродвигателем, выполненным по конструкции прототипа.
Выполнение сквозных немагнитных зазоров (фиг.2) в статоре в заявленной конструкции однофазного асинхронного электродвигателя практически не влияет на величину основного магнитного потока, создаваемого основной обмоткой, и на электромагнитные параметры основной фазы статора.
Таким образом, уменьшение индуктивности обмотки ротора сопровождается снижением величины индуктивного сопротивления фазы ротора и, соответственно, повышением пускового момента электродвигателя, поскольку момент критический и скольжение критическое при этом возрастают (Москаленко В.В., Автоматизированный электропривод. М.: Энергоатомиздат, 1986, с.196).
Следовательно, заявленное изобретение позволяет улучшать пусковые характеристики однофазного асинхронного электродвигателя в сравнении с известными техническими решениями.
На фиг.1 изображена активная часть однофазного асинхронного электродвигателя, выбранного в качестве прототипа, с двумя основными и двумя вспомогательными неявновыраженными полюсами, с отображением силовых линий магнитного поля ротора.
На фиг.2 приведена активная часть однофазного асинхронного электродвигателя предлагаемой конструкции с вспомогательной обмоткой с отображением силовых линий магнитного поля ротора.
На фиг.3 приведены экспериментальные механические характеристики однофазных асинхронных электродвигателей, где кривая 1 - для электродвигателя, выбранного в качестве прототипа, а кривая 2 - для предлагаемого электродвигателя.
На фиг.4 представлены расчетные механические характеристики однофазных асинхронных электродвигателей, где кривая 1 - для электродвигателя, выбранного в качестве прототипа, а кривая 2 - для предлагаемого электродвигателя.
Однофазный асинхронный электродвигатель (фиг.2) содержит ротор 1, статор 2 с пазами 3, в которых уложена основная обмотка 5, и пазами 4, в которых уложена вспомогательная обмотка 6. В области пазов 4 вспомогательной обмотки 6, расположенных в зонах магнитных осей основной обмотки 5 (магнитные оси совпадают с осью ординат), выполнены сквозные немагнитные зазоры 7.
Полюсное деление каждой из систем полюсов составляет 180°, соответственно сдвиг основной и вспомогательной систем полюсов выполнен на 90° относительно друг друга. Возможно выполнение предлагаемой конструкции электродвигателя с большим числом полюсов в каждой из фаз, например, с четырьмя полюсами.
Вспомогательные обмотки 6 имеют большее, по сравнению с основными обмотками 5, соотношение активного и индуктивного сопротивлений, либо включены последовательно с конденсатором.
Сквозные немагнитные зазоры 7 могут иметь воздушное заполнение. При этом позиционирование составных частей статора 2 относительно друг друга может быть обеспечено элементами крепления, либо конструкцией станины электродвигателя. При позиционировании составных частей статора 2 относительно друг друга могут быть использованы немагнитные вставки 8, геометрия которых обеспечивает взаимное позиционирование составных частей статора 2. В качестве материала немагнитной вставки может быть использован текстолит, гетинакс или другой диэлектрический материал.
При включении основной фазы с основными обмотками 5 и вспомогательной фазы с вспомогательными обмотками 6 в сеть переменного напряжения создаются два пульсирующих магнитных потока, сдвинутых в пространстве и во времени. Суммарное магнитное поле статора 2, действующее на ротор 1, будет вращаться в пространстве и наводить в короткозамкнутой обмотке ротора 1 ЭДС, под действием которых в короткозамкнутой обмотке ротора 1 будут протекать токи и создавать магнитный поток ротора 1. Взаимодействие магнитных потоков статора 2 и ротора 1 создает вращающий момент на роторе 1. Причем наличие сквозных немагнитных зазоров 7 в статоре в области пазов 4 вспомогательной обмотки 6, расположенных в зонах магнитных осей основной обмотки 5 приводит к уменьшению индуктивного сопротивления обмотки ротора 1, что сопровождается изменениями во взаимодействии магнитных потоков статора 2 и ротора 1 и увеличением пускового момента однофазного асинхронного электродвигателя. В результате пуск электродвигателя при заданной нагрузке осуществляется за более короткий промежуток времени, либо может быть выполнен с увеличенной нагрузкой на валу. После выхода электродвигателя в рабочий режим вспомогательная фаза с вспомогательными обмотками 6 может быть отключена, поскольку при рабочей скорости вращения может обеспечиваться достаточный вращающий электромагнитный момент при работе лишь основной фазы с основными обмотками 5 (для электродвигателя с пусковой обмоткой).
Работоспособность предлагаемой конструкции проверена экспериментально на однофазном асинхронном электродвигателе электроточила «Томск 1У4.2» с пусковой обмоткой ТУ 16-539.533-72, в конструкции статора которого были выполнены сквозные немагнитные зазоры. Из приведенных зависимостей момента М от скольжения S однофазных асинхронных электродвигателей (фиг.3) следует, что пусковой момент в электродвигателе предложенной конструкции повышен на 23% (кривая 2) в сравнении с конструкцией прототипа (кривая 1), а его частота вращения на рабочем участке механической характеристики несколько снижена.
Эффект увеличения пускового момента в предложенной конструкции однофазного электродвигателя также подтверждается сравнением расчетных механических характеристик испытуемого типа однофазного асинхронного электродвигателя (фиг.4). Исходные расчетные данные электродвигателя предлагаемой конструкции отличаются от конструкции прототипа, уменьшенным почти в 1,7 раза значением индуктивного сопротивления фазы ротора. Приведенные расчетные зависимости момента М от скольжения S подтверждают повышение пускового момента при снижении индуктивности ротора в электродвигателе предложенной конструкции (кривая 2) в сравнении с конструкцией прототипа (кривая 1), а также некоторое снижение частоты вращения на рабочем участке механической характеристики, что согласуется с экспериментальными данными (фиг.3).
Таким образом, применение предлагаемого однофазного асинхронного электродвигателя позволяет повысить пусковой момент, что может обеспечить надежный пуск электродвигателя при наличии нагрузки на валу, близкой по величине к номинальной или даже превышающей ее, а также при снижении напряжения питающей сети относительно номинального значения.