3.11 Однофазные двигатели
В бытовых сетях, на транспорте применяются однофазные системы напряжений и токов. Для преобразования электрической энергии в механическую в этих сетях принимаются однофазные двигатели. Бытовые однофазные асинхронные двигатели выпускаются промышленностью. Основное применение: вентиляторы, холодильники, кондиционеры, центробежные насосы и др. бытовые приборы.
Однофазные асинхронные двигатели на статоре имеют однофазную обмотку и короткозамкнутый ротор. Конструктивно однофазный двигатель отличается от обычного трехфазного выполнением обмотки статора. Однофазный двигатель получается из трехфазного, когда используется одна или две его фазы (Рис.3.30).
Рисунок 3.30 Трехфазный асинхронный двигатель с подключением в однофазную сеть двух фаз а); одной фазы б).
В
однофазных двигателях ток статора 
создает пульсирующие поле, которое
может быть представлено двумя вращающимися
в противоположные стороны полями.
Прямое и обратное поле имеют одинаковые
амплитуды и вращаются в противоположные
стороны с одинаковой частотой. Эти поля
создают момент прямой 
и обратной
последовательностей, а результирующий
момент равен:
При пуске, когда S=1, однофазный двигатель не развивает пускового момента, так как моменты от прямого и обратного полей равны друг другу. Это основной недостаток однофазных двигателей.
Энергетические
характеристики однофазных двигателей
хуже характеристик трехфазных, так как
при том же моменте сопротивления
скольжения у них больше, чем у трехфазного.
Увеличения скольжения приводит к
возрастанию электрических потерь в
роторе, снижению КПД и cos
.
Максимальный момент однофазного а. д.
так же ниже, чем у трехфазного.
При
использовании трехфазного двигателя
в качестве однофазного нет необходимости
использовать три фазы обмотки. При
последовательном включение трех фаз
расход меди увеличивается на 50% по
сравнению с последовательном включением
двух фаз, однако это дает увеличение
МДС на 17% (лишь), что видно из сравнения
и 
(Рис. 3.32).
Рисунок 3.31 Моменты результирующий момент МЭК однофазного асинхронного двигателя
Рисунок
3.32 Сравнение МДС при соединении
последовательно двух и трех
фаз прямой (
)
и обратных полей (
)
Чтобы использовать три фазы при однофазном питание, необходимо на одной из фаз поменять начало и концы обмотки.
Трехфазный двигатель имеет мощность
а
мощность однофазного
При тех же габаритах мощность однофазного двигателя составляет 50-60% мощности трехфазного. Поэтому работа трехфазного двигателя с номинальной нагрузкой при обрыве одной фазы в однофазном режиме недопустима, так как ток в обмотках будет значительно больше номинального. Работа асинхронного двигателя при обрыве фазы является одной из причин преждевременного выхода из строя асинхронного двигателя.
Основной
недостатков однофазного двигателя–
отсутствие пускового момента. Чтобы
при однофазном питание двигатель
развивал пусковой момент, надо уменьшить
момент от обратного поля и увеличить
момент от прямого поля. Необходимо от
пульсирующего поля в воздушном зазоре
перейти к эллиптическому полю. Наилучшие
условие при пуске будут при круговом
поле, когда момент от обратного поля
.
Основные видоизменения конструкций
однофазных двигателей направлены к
обеспечению удовлетворительных пусковых
свойств. Однофазные конденсаторные
двигатели получили наибольшие
распространение (Рис. 3.33).
Рисунок 3.33 Электрическая схема однофазного конденсаторного двигателя
В
этом двигателе две обмотки на статоре
сдвинутые относительно друг друга на
геометрический угол 90˚. Чтобы обеспечить
сдвиг по времени между токами в обмотках,
включает рабочий конденсатор 
.
Конденсатор
является лучшим фазосдвигающим элементом
по сравнению с активным или индуктивным
сопротивлениями. Для одного из режимов
в конденсаторных двигателях при
постоянной емкости можно получить
круговое поле, уменьшив до нуля обратное.
Чтобы в воздушном зазоре поле было
близким круговому от режима пуска до
номинального режима, необходимо изменять
емкость. Поэтому в некоторых случаях
на время пуска дополнительно к рабочему
конденсатору 
подключают пусковой конденсатор 
,
который отключается после пуска
двигателя. Т. к. пусковой конденсатор
работает в коротковременном режиме,
его габариты небольшие. Емкость же
рабочего конденсатора рассчитывается
на продолжительный режим. Емкость
конденсатора, необходимое для получения
кругового поле, определяется из выражения
Емкость достаточно большая и занимает объем, близкий к объему самого двигателя, что является недостатком конденсаторных двигателей. Энергетические показатели конденсаторных двигателей благодаря круговому полю воздушном зазоре такие же, как и у трехфазных двигателей. Таким же оказывается и использование материалов. Эти двигатели выпускаются большими сериями при мощности 18 до 600 Вт.
Разновидность однофазного асинхронного двигателя является двигатели с экранированными полосами или как их называют однофазный двигатель с короткозамкнутыми витком на полюсе (Рис. 3.34). Такие двигатели на статоре имеют явно выраженные полосы, на которых располагается однофазная катушка обмотки (1). Каждый полюс продольным пазом (2) разделен на две неравные части. Меньшую часть полюсного наконечника обхватывает короткозамкнутый виток (2). Ротор двигателя (3) обычный с короткозамкнутой обмоткой. Из за пространственного сдвига обмоток статора и временного сдвига потоков ротора и полюсных наконечников, в пульсирующем поле составляющие полей прямой и обратной последовательности отличаются друг от друга.
Однофазный
двигатель с экранированными полосами
имеет при пуске момент (0,2 ÷ 0,5) 
.
Двигатель имеет низкое 
выпускается на мощность 20 – 50 Вт, а
иногда на 300Вт. Такие двигатели применяется
в вентиляторах, кондиционерах,
проигрывателях и др. установках с
вентиляторной характеристики момента
нагрузки. Эти двигатели нереверсивные.
Направление вращения в них определенное
– от широкой части полюсного наконечника
к короткозамкнутому витку. Причина
ухудшения энергетических характеристик
таких машин- имеющиеся магнитная и
электрическая несимметрия.
Рисунок 3.34 однофазный асинхронный двигатель
с экранированными полюсами
Двигатели трехфазного исполнения могут использоваться как однофазные. Наибольшие распространение получили следующие схемы включения (Рис. 3.35).
Рисунок 3.35 Включение трехфазного двигателя в однофазную сеть
При таком включении обмотки сдвинуты друг относительно друга на 90˚, а конденсатор обеспечивает сдвиг токов, по этому поле в зазоре близко к круговому.
Двигатели трехфазные используемые в однофазных цепях называются универсальными.