Alles, was Sie über einphasige Motoren wissen müssen

Elektromotoren haben die Industrie und den Alltag verwandelt, indem sie die elektrische Energie effizient in mechanische Bewegung umwandeln.Sie betreiben Haushaltsgeräte, industrielle Instrumente und vieles mehr.Unter diesen zeichnen sich die Wechselstrommotoren für ihre Anpassungsfähigkeit und die zuverlässige Leistung aus, wobei einphasige Motoren besonders für mittelschwere Stromversorgungsanwendungen häufig sind.Dieser Artikel bietet einen detaillierten Einblick in das Design, den Betrieb und die Anwendungen von einphasigen Motoren, mit denen Sie den richtigen Motor für ihre Anforderungen auswählen können.

Katalog

Abbildung 1. einphasigen Motor

Einphasenmotoren verstehen

Einphasenmotoren sind eine Art Wechselstrommotor, um die elektrische Energie durch elektromagnetische Prinzipien in mechanische Rotation umzuwandeln.Während sie Schlüsselkomponenten mit anderen Wechselstrommotoren wie Eichhörnchen-Käfig- und Wundrotordesigns teilen, sind Einphasenmotoren einfacher, wodurch sie ideal für bestimmte Anwendungsfälle sind.

Das definierende Merkmal von einphasigen Motoren ist ihre Abhängigkeit von einer einphasigen Wechselstromleistung.Diese Kategorie umfasst verschiedene Typen, wobei Induktionsmotoren die häufigsten und synchronen Motoren sind, die weniger häufig verwendet werden.Diese Motoren bestehen aus zwei Hauptkomponenten: dem Stator, das ein Magnetfeld erzeugt, und den Rotor, der mit diesem Feld interagiert, um Bewegung zu erzeugen.

Der Stator eines einphasigen Motors enthält eine einzelne Wicklung, durch die abwechselnde Strom fließt und das für den Betrieb benötigte Magnetfeld erzeugt.Der Rotor, der typischerweise einfacher im Design ist als die in dreiphasigen Motoren, basiert auf diesem Feld, um Bewegung zu erzeugen.Ein-Phasen-Motoren fehlt jedoch das natürliche Startdrehmoment von Dreiphasenmotoren, was bedeutet, dass sie bei stationärer Station nicht alleine rotieren können.

Um diese Einschränkung zu überwinden, verwenden einphasige Motoren Hilfsstartmechanismen wie zusätzliche Wicklungen oder Kondensatoren.Diese Komponenten liefern das anfängliche Drehmoment, um den Rotor in Bewegung einzustellen.Sobald der Rotor eine ausreichende Geschwindigkeit erreicht hat, übergeht der Motor zum Standardbetrieb und wird ohne weitere Unterstützung effizient ausgeführt.

Komponenten von einphasigen Motoren

Abbildung 2. Komponenten von einphasigen Motoren

Ein einphasige Induktionsmotor umfasst drei Hauptkomponenten: Stator, Rotor und Wicklungen.Der Stator, der stationäre Teil des Motors, verbindet sich mit der Wechselstromversorgung und beherbergt zwei Wicklungen.Die Hauptwicklung ermöglicht den kontinuierlichen Betrieb, während die Hilfswicklung, die senkrecht zu ihm positioniert ist, den Start erleichtert.Ein Kondensator ist in der Regel parallel zur Hilfswicklung angeschlossen, um die für die anfängliche Drehung erforderliche Phasenverschiebung bereitzustellen.

Diese Motoren erleben Energieverluste, die bei AC -Systemen gemeinsam sind, die durch nachdenkliche Konstruktion berücksichtigt werden.Laminierte Stempel im Statorkern reduzieren Wirbelstromverluste, während Siliziumstahllaminationen Hystereseverluste minimieren und die Effizienz und Haltbarkeit verbessern.

Der für die Bewegung verantwortliche Rotor ist ähnlich wie ein Eichhörnchenkäfigrotor ausgelegt.Seine zylindrische Form hat Slots, die anstelle von parallel verzerrt sind, wodurch die magnetische Verriegelung zwischen Stator und Rotor verhindern und einen glatten, ruhigen Betrieb gewährleistet.Aluminium- oder Kupferstäbe wirken als Rotorleiter, die an beiden Enden elektrisch mit den Endringen aus demselben Material verkürzt sind.

Ein-Phasen-Induktionsmotoren lassen Schlupfringe und Kommutatoren aus, vereinfachen ihre Konstruktion und verringern die Wartung.Dieses einfache Design verbessert die Zuverlässigkeit und macht diese Motoren für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet.

Einphasige-Induktionsmotorschaltungsmodell

Der äquivalente Schaltkreis eines einphasigen Induktionsmotors stammt aus der doppelten Drehfeldtheorie, die seine operativen Eigenschaften unter verschiedenen Bedingungen wie dem Standstill- und blockierten Rotorzustände erklärt.Diese Darstellung hilft bei der Analyse des Verhaltens und der Leistung des Motors.

Abbildung 3. Blockiertes Rotorzustandsdiagramm

Im blockierten Rotorzustand bleibt der Rotor stationär, und der Motor funktioniert wie ein Transformator mit einer kurzfristigen sekundären Wicklung.Die Statorwicklung wirkt als primäre Wicklung und überträgt die Energie an die Rotorwicklung, die als Sekundär dient.Die Energieübertragung erfolgt durch elektromagnetische Induktion, ähnlich wie ein Transformator, wobei Verluste durch Widerstand und Leckreaktanz erfolgen.

Abbildung 4. Zustandsschaltung des Stillstandsrotors

Im Stillstill-Rotorzustand erzeugt die einphasige Wechselstromversorgung zwei rotierende Magnetfelder gleicher Größe, jedoch in entgegengesetzte Richtungen.Diese Felder teilen die Eingangsenergie gleichmäßig und interagieren mit dem Rotor, um Bewegung zu erstellen.In der äquivalenten Schaltung werden diese entgegengesetzten Magnetfelder als in Reihe verbunden dargestellt, was ihre entgegenwirkende Natur widerspiegelt.Diese Interaktion beeinflusst das Drehmoment und die Gesamtleistung des Motors.

Wie funktionieren einphasige Motoren?

Abbildung 5. Einphasige-Motorenbetrieb

Einphasige Motoren teilen grundlegende Komponenten mit anderen Wechselstrommotoren wie Statoren und Rotoren, aber deren Betrieb ist unterschiedlich.Im Gegensatz zu dreiphasigen Motoren, die aufgrund der 120-Grad-Phasentrennung ihrer Statorströme ein echtes rotierendes Magnetfeld erzeugen, arbeiten Einzelphasenmotoren auf einem einphasigen Wechselstromeingang.Diese Eingabe erzeugt ein Magnetfeld, das sich in einem "Up-Down" -Mustern zwischen zwei Polen abwechselt.Während dieses pulsierende Feld die Wirkung eines rotierenden Feldes nachahmt, erzeugt es keine echte Rotation.

Wenn der Rotor stationär ist, übt das alternierende "nach unten" -Magnetfeld gleiche und entgegengesetzte Kräfte auf den Rotor aus, wodurch effektiv abgebrochen wird und kein Netto-Drehmoment erzeugt wird.Dieser Mangel an selbststartem Drehmoment unterscheidet einphasige Motoren von dreiphasigen Motoren, die natürlich das Drehmoment aus ihrem rotierenden Magnetfeld erzeugen.

Um diese Einschränkung anzugehen, benötigen einphasige Motoren einen Hilfsmechanismus, um die Bewegung des Rotors zu starten.Motorstarter, die Hilfswicklungen, Kondensatoren oder andere Komponenten verwenden, erzeugen eine Phasenverschiebung, die ein rotierendes Magnetfeld simuliert.Dieser Einfluss außerhalb der Phase liefert das anfängliche Drehmoment, das zur Überwindung der Trägheit des Rotors erforderlich ist und die Rotation einleitet.

Sobald sich der Rotor bewegt, interagiert das pulsierende Magnetfeld damit, um ein ausreichendes Drehmoment für den kontinuierlichen Betrieb zu erzeugen.Dieser glatte Übergang von einem simulierten Rotationsfeld zur anhaltenden Rotation definiert die Funktionalität von einphasigen Motoren.

Trotz ihrer inhärenten Einschränkungen erzielen einphasige Motoren durch dieses clevere Zusammenspiel von Komponenten und magnetischen Prinzipien zuverlässige Leistung, was sie zu einer praktischen Wahl für eine Vielzahl von Anwendungen macht.Weitere Informationen zu Motorstartern und ihrer Rolle in diesem Prozess finden Sie in unserem umfassenden Artikel zu diesem Thema.

Arten von einphasigen Motoren

Ein-Phasen-Motoren sind in mehreren Designs erhältlich, die jeweils für bestimmte Anwendungen geeignet sind.Zu den häufigen Typen gehören schattierte Polmotoren, Split-Phasen-Motoren, PSC-Motoren (Permanent Split Capacitor) und zweiwertige Kondensatormotoren.Der Hauptunterschied zwischen diesen Typen besteht darin, wie sie die für die Rotation erforderliche Phasenverschiebung erzeugen.

Split-Phase-Motoren

Abbildung 6. Motor mit geteiltem Phasen angetrieben

Split-Phasen-Motoren verwenden eine außerhalb der Statorspule platzierte Hilfswicklung, um die erforderliche Phasenverschiebung für die Rotation zu erzeugen.Diese Wicklung besteht aus einem kleineren Drahtdurchmesser und weniger Kurven als die Hauptwicklung, was zu einem höheren Widerstand führt.Der erhöhte Widerstand verzögert den Strom in der Hilfswicklung und erzeugt den erforderlichen Phasenunterschied.

Die Hilfswicklung erzeugt das anfängliche Drehmoment, um den Motor zu starten, während die Hauptwicklung für den kontinuierlichen Betrieb übernimmt.Um eine Überhitzung zu verhindern, trennt ein Zentrifugalschalter die Hilfswicklung, sobald der Motor ungefähr 75% seiner vollen Geschwindigkeit erreicht.Dies gewährleistet einen sicheren und effizienten Betrieb, indem die Startwicklung die Belastung verringert.

Kondensatorstart- und Kondensator -Laufmotoren

Abbildung 7. Kondensatorstart und Kondensatorlaufmotor

Kondensatorstart- und Kondensatorstart-Capacitor-Laufmotoren verbessern die Startleistung mithilfe von Kondensatoren, um eine Phasenverschiebung zu erstellen.Zu diesen Motoren gehören eine Hilfswicklung, die mit dem Kondensator zusammenarbeitet, um einen außerphasigen Strom zu erzeugen, der das anfängliche Drehmoment liefert, das für den Start des Rotors erforderlich ist.

Bei Kondensatorstartmotoren trennt ein Zentrifugalschalter den Startkondensator, wenn der Motor 75-80% seiner vollen Geschwindigkeit erreicht, das Startdrehmoment verbessert und die Effizienz aufrechterhält.Der Kondensator-Startkondensator-Laufmotoren enthalten zwei Kondensatoren-einen Startkondensator für das anfängliche Drehmoment und einen Laufkondensator für den kontinuierlichen Betrieb.Der Startkondensator wird ausgelöst, sobald der Motor seine Nenngeschwindigkeit erreicht hat, so dass der Laufkondensator die stabile Leistung während des Betriebs gewährleistet.

Motoren mit permanenten Split -Kondensatoren

Abbildung 8. Motoren mit permanenten Split -Kondensatoren

Permanente Motoren Split Calacitor (PSC) verwenden einen dauerhaft angeschlossenen Kondensator in Kombination mit der Hilfswicklung.Im Gegensatz zu Kondensatorstartmotoren benötigen PSC -Motoren keinen Zentrifugalschalter, da der Kondensator kontinuierlich arbeitet.

Obwohl das Fehlen eines Startkondensators das anfängliche Drehmoment reduziert, verbessert das einfachere Design die Zuverlässigkeit.PSC-Motoren sind ebenfalls reversibel und bieten eine konsistente Leistung. Damit ist sie ideal für Anwendungen mit mittlerer Leistung wie Garagentüren, Gate-Opener und Geräte, die häufige Umkehrungen erfordern.

Schattierte Stangenmotoren

Abbildung 9. Schattierter Stangenmotor

Schattierte Polmotoren arbeiten ohne Hilfswicklungen oder externe Startmechanismen und stützen sich stattdessen auf ein Pole-Shading-Design.Ihre Stangen sind in zwei Abschnitte unterteilt, wobei Schattierungsspulen auf einem Abschnitt.Diese Schattierungsspulen erzeugen eine Verzögerung im Magnetfeld und erzeugen eine Phasenverschiebung innerhalb des schattierten Bereichs.

Wenn der Wechselstrom durch die Statorwicklung fließt, induzieren die Schattierungsspulen ein entgegengesetztes Magnetfeld, das den Fluss im schattierten Bereich verzögert.Diese ungleichmäßige Verteilung der magnetischen Kräfte führt dazu, dass sich der Rotor dreht.

Schattierte Polmotoren sind einfach, kostengünstig und leicht zu warten, aber ihre geringe Effizienz und ihr Drehmoment machen sie nur für Anwendungen mit geringer Leistung geeignet.Sie werden üblicherweise in Geräten wie Badezimmerventilatoren, Haartrocknern, elektrischen Uhren und Spielzeug verwendet, bei denen bescheidene Leistung und niedrige Kosten Prioritäten sind.

Einphasenmotoren im Vergleich zu dreiphasigen Motoren

Abbildung 10. Unterschiede mit einphasigen Motoren und Dreiphasenmotoren

Einphasigemotoren sind weniger effizient als dreiphasige Motoren, da ihnen ein natürlich rotierendes Magnetfeld fehlt, was zu höheren Energieverlusten und weniger reibungslosen Betrieb führt.Hilfsstartmechanismen wie Kondensatoren oder Hilfswicklungen sind erforderlich, um die Bewegung zu initiieren, was die Gesamtwirkungsgrad weiter beeinflusst.Ein-Phasen-Motoren zeichnen sich jedoch in praktischen Szenarien aus, in denen eine moderate Leistung ausreicht, die Einfachheit der Installation von wesentlicher Bedeutung und dreiphasige Leistung nicht verfügbar ist.

Ein Hausbesitzer, der einen Garagentormotor ersetzt, profitiert beispielsweise von der einfachen Installation eines einphasigen Motors mit einem Standard-Haushaltsstromausgang.In kleinen Workshops, Einphasenmotoren Elektrowerkzeuge wie Bohrer oder Mahlen, ohne die komplexe Verkabelung eines dreiphasigen Systems zu erfordern.Trotz ihrer geringeren Effizienz machen ihre Zuverlässigkeit und einfache Integration in die vorhandene Infrastruktur sie bei leichten bis mittelschweren Aufgaben praktisch.

Wie wähle ich den richtigen einphasigen Motor aus?

Durch die Auswahl des richtigen einphasigen Motors werden die Spezifikationen mit den Anforderungen der Aufgabe ausgerichtet.Beginnen Sie mit der Bewertung der erforderlichen Leistung und Betriebslast.Beispielsweise kann ein schattierter Stangenmotor für einen Badezimmerventilator geeignet sein, der mit geringem Drehmoment betrieben wird und nur minimale Wartung erfordert.Diese Motoren sind einfach und kostengünstig, können jedoch aufgrund ihrer geringen Effizienz bei längerem Gebrauch überhitzen.

Für Vorgänge, die mehr Drehmoment erfordern, z. B. das Stromversorgungsgürtel in einer leichten industriellen Umgebung, bietet ein Kondensatorstartmotor eine bessere Option.Der Startkondensator liefert das anfängliche Drehmoment, das für schwere Belastungen erforderlich ist, um eine zuverlässige Leistung zu gewährleisten.Für Anwendungen, die einen kontinuierlichen Betrieb unter unterschiedlichen Geschwindigkeiten oder häufigen Umkehrungen erfordern, wie z. B. ein Gate -Opener oder automatische Schiebetüren, bieten permanente Motoren von Split Cononcacitor (PSC) einen reibungslosen Betrieb und Reversibilität.

Kondensator-Startkondensmotoren sind die bevorzugte Wahl für Hochleistungsaufgaben wie Luftkompressoren oder Hochdruckpumpen.Sie liefern während des kontinuierlichen Betriebs ein hohes Startdrehmoment und eine anhaltende Effizienz.Für diese Anwendungen sorgt der Zentrifugalschalter für einen nahtlosen Übergang zwischen den Start- und Laufphasen, wodurch die Haltbarkeit und die betriebliche Zuverlässigkeit verbessert werden.

Abschluss

Einphasenmotoren spielen eine wesentliche Rolle bei der Leistung alltäglicher Geräte und Industriewerkzeuge.Sie sind einfach, zuverlässig und vielseitig, was sie zu einer großartigen Wahl für eine Vielzahl von Anwendungen macht, von Fans und Garagentüren bis hin zu schweren Geräten.Wenn Sie verstehen, wie sie funktionieren und welche verschiedenen verfügbaren Typen verfügbar sind, können Sie problemlos den richtigen Motor auswählen, um Ihre Anforderungen zu erfüllen.Während sie möglicherweise nicht mit der Leistung von dreiphasigen Motoren übereinstimmen, machen sie Einfachheit und Effizienz sie sehr effektiv und einfach zu bedienen.

Häufig gestellte Fragen [FAQ]

1. Warum benötigen Einphasigemotoren Hilfsstartmechanismen?

Einphasigemotoren können nicht alleine beginnen, da das durch einen einphasigen Wechselstrom erzeugte pulsierende Magnetfeld gleiche und gegnerische Kräfte am Rotor erzeugt.Hilfsmechanismen wie Kondensatoren oder Hilfswicklungen bieten eine Phasenverschiebung, die ein Startdrehmoment erzeugt und ermöglicht, dass der Rotor mit dem Drehen beginnt.

2. Was sind die Vorteile von einphasigen Motoren?

Einphasenmotoren sind einfach, zuverlässig und einfach zu installieren.Sie arbeiten mit der Standard-AC-Leistung im Haushalt und machen sie für viele Anwendungen zugänglich und kostengünstig.Ihr unkompliziertes Design reduziert auch den Wartungsbedarf und macht sie für kleinere, weniger anspruchsvolle Aufgaben geeignet.

3. Was sind die Einschränkungen von einphasigen Motoren?

Ein-Phasen-Motoren fehlt das natürliche Startdrehmoment, wobei Hilfsmechanismen erforderlich sind, um die Bewegung zu initiieren.Sie sind weniger effizient und weniger leistungsstark als dreiphasige Motoren, was ihre Verwendung auf moderate Stromanwendungen einschränkt.Darüber hinaus können sie aufgrund der pulsierenden Natur ihres Magnetfeldes mehr Vibrationen erleben.

4. Wie lange dauern einphasige Motoren?

Die Lebensdauer eines einphasigen Motors hängt von Auslegung, Verwendung und Wartung ab.Gut gebaute Motoren, die innerhalb ihrer festgelegten Grenzen verwendet werden, können viele Jahre dauern und oft über ein Jahrzehnt hinausgehen.Eine regelmäßige Wartung wie Reinigung und Inspektion von Komponenten kann ihre betriebliche Lebensdauer verlängern.

5. Welche Wartung benötigen einphasige Motoren?

Ein-Phasen-Motoren erfordern minimale Wartung.Überprüfen Sie regelmäßig Schmutz und Trümmer, überprüfen Sie die Wicklungen und Verbindungen und stellen Sie sicher, dass die Lager geschmiert sind.Kondensatoren und Schalter sollten ebenfalls regelmäßig getestet werden, um einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten.