ДВУХФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в электромашиностроении при производстве двухфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутой обмоткой на роторе.
Известен однофазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутой обмоткой на роторе, содержащий статор, в пазах которого размещена одна рабочая обмотка [см. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины, ч.II. - М. - Л.: Энергия, 1965, 563 с., рис.25-1а].
Недостатком известного устройства является то, что в воздушном зазоре такого двигателя существует пульсирующее магнитное поле, что обуславливает отсутствие пускового момента и неудовлетворительные рабочие характеристики.
Известен однофазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, в пазах магнитопровода статора которого размещены две обмотки: рабочая и пусковая, оси которых сдвинуты в пространстве на 90 градусов. Причем рабочая обмотка подключена непосредственно к питающему напряжению, а пусковая обмотка подключена к тому же питающему напряжению через фазосдвигающий элемент с неизменными по величине параметрами [см. Вольдек А.И. Электрические машины. Изд. 2-е. - Л.: Энергия, 1974, 611 с., Рис.30-6а, б, в].
ном
Недостатками известного устройства являются сложность конструкции двигателя и высокая его стоимость, вследствие наличия фазосдвигающего элемента в цепи пусковой обмотки. Кроме того, параметры фазосдвигающего элемента подбираются исходя из условия получения кругового вращающегося магнитного поля в режиме пуска (скольжение s=1), или только в номинальном режиме (скольжение s=s). В режимах, при которых скольжение отличается или от единицы, или от номинального, магнитное поля является эллиптическим, что ухудшает рабочие характеристики двигателя.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является однофазный асинхронный электродвигатель, содержащий статор и ротор с короткозамкнутой обмоткой, установленный относительно статора с воздушным зазором. В пазах магнитопровода статора размещены рабочая и пусковая обмотки, оси которых смещены в пространстве на 90 электрических градусов. В качестве фазосдвигающего элемента в цепи пусковой обмотки используются две параллельно включенных емкости, из которых пусковая емкость после окончания процесса пуска может быть отключена выключателем. Величины рабочей и пусковой емкостей подбираются таким образом, чтобы при пуске и номинальном режиме работы в двигателе существовало круговое вращающееся магнитное поле, а характеристики двигателя в этих двух режимах были наилучшими [см. Кацман М.М., Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств.. 2-е изд. - М.: Высшая школа, 1979, 155 с., рис.9.15]. Данное устройство принято за прототип.
Признаки прототипа, являющиеся общими с заявленной полезной моделью: статор, в пазах шихтованного магнитопровода которого размещены рабочая и пусковая обмотки; ротор с короткозамкнутой обмоткой, установленный относительно статора с воздушным зазором; оси рабочей и пусковой обмоток статора смещены в пространстве относительно друг друга на 90 электрических градусов.
Недостатком известного электродвигателя, принятого за прототип, является наличие фазосдвигающего элемента в цепи пусковой обмотки и выключателя в цепи пусковой емкости, что приводит к усложнению конструкции двигателя, снижению его надежности и увеличению стоимости, возрастающей по мере роста мощности двигателя. Кроме того, при нагрузках на валу двигателя, отличных от номинальных, магнитное поле в двигателе является эллиптическим, что приводит к ухудшению рабочих характеристик двигателя.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции двигателя, повышение надежности его работы и снижение стоимости, а также улучшение его рабочих характеристик в диапазоне частоты вращения ротора большей нуля, но меньшей номинальной.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном устройстве, содержащем статор и ротор с короткозамкнутой обмоткой, установленный относительно статора с воздушным зазором, в пазах шихтованного магнитопровода статора размещены рабочая и пусковая обмотки, оси которых смещены в пространстве относительно друг друга на 90 электрических градусов, рабочая обмотка статора подключена к началу одной из фаз и нейтрали четырехпроводной трехфазной сети, а пусковая обмотка подключена к началам двух других фаз, при этом количество витков рабочей обмотки в  раз меньше количества витков пусковой обмотки, а сечение провода, из которого выполнена рабочая обмотка, в  больше сечения провода пусковой обмотки.
Отличительные признаки предлагаемого устройства от прототипа: связь рабочей обмотки с началом одной из фаз и нейтрали четырехпроводной трехфазной сети; связь пусковой обмотки с началами двух других фаз; количество витков рабочей обмотки в  раз меньше количества витков пусковой обмотки; сечение провода, из которого выполнена рабочая обмотка, в  больше сечения провода пусковой обмотки. Отличительные признаки в сочетании с известными позволяют упростить конструкцию двигателя, повысить надежность его работы и снизить стоимость, а также улучшить его рабочие характеристики в диапазоне частоты вращения ротора большей нуля, но меньшей номинальной.
Предлагаемый двухфазный асинхронный электродвигатель иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-4.
На фиг.1 изображена схема электродвигателя.
П
На фиг.2 показана векторная диаграмма напряжений на обмотках и их магнитодвижущих сил в пусковом режиме (скольжение s=1).
ном
На фиг.3 представлена векторная диаграмма напряжений на обмотках и их магнитодвижущих сил в номинальном режиме работы (скольжение s=0,01).
На фиг.4 приведена зависимость электромагнитного момента двигателя от скольжения.
Результаты, представленные на фиг.2-4 получены при моделировании электромагнитных процессов в опытном образце двухфазного асинхронного короткозамкнутого двигателя.
Предлагаемый двухфазный асинхронный электродвигатель (фиг.1) содержит статор, в пазах магнитопровода которого размещены рабочая обмотка 1 и пусковая обмотка 2, и короткозамкнутый ротор 3, отделенный от статора воздушным зазором. Ось рабочей обмотки 1 смещена в пространстве на 90 электрических градусов относительно оси пусковой обмотки 2.
Рабочая обмотка 1 подключена к фазе В и нейтрали N трехфазной четырехпроводной сети переменного напряжения. Пусковая обмотка 2 подключена к фазам С и А этой же питающей сети. Такая схема подключения рабочей обмотки 1 и пусковой обмотки 2 к четырехпроводной сети трехфазного переменного напряжения обеспечивает сдвиг приложенных к этим обмоткам напряжений во времени на 90 градусов. Равноценными являются схемы, в которых рабочая обмотка 1 подключена к фазе А и нейтрали N, а пусковая обмотка 2 подключена к фазам В и С, или же рабочая обмотка 1 подключена к фазе С и нейтрали N, а пусковая обмотка 2 - к фазам А и В.
Количество пазов магнитопровода, занимаемых рабочей обмоткой 1 и пусковой обмоткой 2, а также геометрические размеры и форма пазов одинаковы. Число витков рабочей обмотки 1 в  раз меньше числа витков пусковой обмотки 2, а сечение провода, из которого выполнена рабочая обмотка 1 в  больше сечения провода, из которого изготовлена пусковая обмотка 2.
Работа двигателя осуществляется следующим образом.
B
CA
При подключении рабочей обмотки 1 к напряжению U фазы B-N, а пусковой обмотки 2 к линейному напряжению U, между началами фаз С-N и A-N, в рабочей обмотке 1 и пусковой обмотке 2 протекают электрические токи, которые сдвинуты во времени по фазе вследствие временного сдвига по фазе приложенных к обмоткам напряжений. Так как ось рабочей обмотки 1 смещена в пространстве относительно оси пусковой обмотки 2 на 90 электрических градусов, то в двигателе возникают условия для создания электромагнитного момента, в том числе и пускового. Ротор 3 приходит во вращение, и в установившемся режиме будет вращаться с частотой, при которой электромагнитный момент и момент нагрузки на валу ротора 3 одинаковы по величине.
Работа предлагаемого двигателя происходит без использования в цепи пусковой обмотки 2 фазосдвигающего элемента и дополнительного выключателя, что упрощает конструкцию двигателя, повышает надежность его работы и способствует снижению стоимости.
Для создания кругового вращающегося магнитного поля двигателя в диапазоне изменения скольжения s от 1 до 0 рабочая обмотка 1 выполнена с числом витков в  раз меньшим количества витков пусковой обмотки 2, а сечение провода, из которого изготовлена рабочая обмотка 1, в  раз больше сечения провода пусковой обмотки 2. Количество пазов магнитопровода и размеры пазов, в которых размещены рабочая 1 и пусковая обмотка 2, выбраны одинаковыми. При этих условиях магнитодвижущие силы рабочей обмотки 1 и пусковой обмотки 2 равны по величине и сдвинуты по фазе во времени на 90 градусов во всем диапазоне скольжения.
B
CA
B
CA
П
ном
B
B
CA
CA
B
CA
На фиг.2 и фиг.3 представлены вектор напряжения U на рабочей обмотке 1, вектор напряжения U на пусковой обмотке 2, а также векторы магнитодвижущих сил F и F, создаваемые соответственно рабочей обмоткой 1 и пусковой обмоткой 2. Векторная диаграмма (фиг.2) соответствует режиму пуска (скольжение s=1), а векторная диаграмма (фиг.3) - номинальному режиму работы (скольжение s=0,01). Согласно фиг.2, вектор магнитодвижущей силы F отстает от напряжения U на угол, определяемый параметрами двигателя при s=1, вектор F  отстает от напряжения U на тот же угол, а угол между векторами магнитодвижущих сил F и F составляет 90 градусов. Такие же результаты получены на фиг.3 для скольжения s=0,01, когда углы между векторами напряжений сети и векторами соответствующих магнитодвижущих сил близки к 90 градусам.
Создание кругового вращающегося магнитного поля в диапазоне изменения скольжения s от 1 до 0 обеспечивает получение наилучших рабочих характеристик двигателя при его использовании в качестве привода механизмов как с постоянным моментом сопротивления на валу, так и изменяющимся моментом сопротивления, что расширяет область практического применения двигателя.
Зависимость электромагнитного момента от скольжения предлагаемого двигателя (фиг.4) имеет вид, аналогичный соответствующей характеристике трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутой обмоткой на роторе.
Предлагаемая полезная модель рекомендуется к использованию в качестве электропривода машин и механизмов мощностью от сотен ватт до десятка киловатт. Особенно эффективно ее применение в машинах и механизмах с низкой частотой вращения рабочих органов.