Схема однофазного двигателя

Как подключить однофазный электродвигатель — схема с конденсатором

Функционирование однофазного электродвигателя основано на использовании переменного электрического тока посредством подсоединения к сетям с одной фазой. Напряжение в такой сети должно соответствовать стандартному значению 220 Вольт, частота — 50 Герц. Преимущественное применение моторы данного типа находят в бытовых устройствах, помпах, небольших вентиляторах и т.п.

Мощности однофазных моторов достаточно и для электрификации частных домов, гаражей или дачных участков. В этих условиях используется однофазная электрическая сеть с напряжением 220 В, что предъявляет некоторое требования к процессу подключения мотора. Здесь применяется специальная схема, предполагающая использование устройства с пусковой обмоткой.

Схема подключения однофазного двигателя через конденсатор

Однофазные электродвигатели 220в подключают к сети с применением конденсатора. Это обусловлено некоторыми конструктивными особенностями агрегата. Так, на статоре мотора обмотка с переменным током создает магнитное поле, импульсы которого компенсируются лишь при условии смены полярности с частотой 50 Гц. Несмотря на характерные звуки, которые издает однофазный двигатель, вращение ротора при этом не происходит. Крутящий момент создается за счет применения дополнительных пусковых обмоток.

Чтобы понять, как подключить однофазный электродвигатель через конденсатор, достаточно рассмотреть 3 рабочие схемы с применением конденсатора:

• пускового;
• работающего;
• работающего и пускового (комбинированная).

Каждая из перечисленных схем подключения подходит для использования при эксплуатации асинхронных однофазных электродвигателей 220в. Однако каждый вариант имеет свои сильные и слабые стороны, поэтому они заслуживают более детального ознакомления.

Идея применения пускового конденсатора состоит в его включении в цепь лишь в момент запуска мотора. Для этого схемой предусматривается наличие специальной кнопки, предназначенной для размыкания контактов после выхода ротора на заданный уровень скорости. Его дальнейшее вращение происходит под воздействием инерционной силы.

Поддержание вращательных движений на протяжении длительного промежутка времени обеспечивается магнитным полем основной обмотки однофазного двигателя с конденсатором. Функции переключателя при этом может выполнять специально предусмотренное реле.

Схема подключения однофазного электродвигателя через конденсатор предполагает наличие нажимной пружинной кнопки, разрывающей контакты в момент размыкания. Такой подход обеспечивает возможность снизить количество используемых проводов (допускается применение более тонкой пусковой обмотки). Во избежание возникновения коротких замыканий между витками рекомендуется применять термореле.

При достижении критически высоких температур этот элемент деактивирует дополнительную обмотку. Аналогичную функцию может выполнять центробежный выключатель, устанавливаемый для размыкания контактов в случаях превышения допустимых значений скорости вращения.

Для автоматического контроля скорости вращения и защиты мотора от перегрузов разрабатываются соответствующие схемы, а в конструкции агрегатов вносятся различные корректировочные компоненты. Установку центробежного выключателя можно произвести непосредственно на роторном валу либо на сопряженных с ним (прямым или редукторным соединением) элементах.

Воздействующая на груз центробежная сила способствует натяжению пружины, соединенной с контактной пластиной. Если скорость вращения достигает заданного значения, происходит замыкание контактов, подача тока на двигатель прекращается. Возможна передача сигнала другому управляющему механизму.

Существуют варианты схем, при которых в одном элементе конструкции предусматривается наличие центробежного выключателя и теплового реле. Подобное решение позволяет деактивировать двигатель посредством теплового компонента (в случае достижения критических температур) либо под воздействием раздвигающегося элемента центробежного выключателя.

Пуск однофазного электродвигателя: инструкция для применения на практике

Главная страница » Пуск однофазного электродвигателя: инструкция для применения на практике

Характерная черта однофазных электродвигателей – эти аппараты не способны запускаться без сторонней поддержки (без наличия второстепенной обмотки). Как правило, однофазные моторы имеют только одну — основную обмотку статора. На практике используются разные способы, направленные на пуск однофазного электродвигателя и последующей работы.

Пуск однофазного двигателя вспомогательной фазой

Благодаря применяемым способам, удаётся вводить однофазные аппараты в нормальный режим эксплуатации. Рассмотрим существующие и часто применяемые варианты запуска однофазных электромоторов, дабы использовать при необходимости.

Структурное построение электрической основы двигателя, в данном случае, отмечается наличием на статорном кольце двух обмоток (основной и второстепенной), геометрически смещённых на 90°.

Когда происходит включение однофазного мотора, ток ( Т1 ) протекает по основной обмотке. Поскольку исполнение катушек статора разное, в контуре второстепенной обмотки циркулирует ток ( Т2 ), более слабый и заметно сдвинутый на ф/2.

Магнитные поля, генерируемые токами ( Т1) и ( Т2 ), сдвинуты по фазе относительно друг друга. Это смещение способствует образованию магнитного поля вращения, достаточно сильного, чтобы однофазный электродвигатель запустился в работу, правда, без учёта нагрузки.

Схема пуска однофазного мотора: 1 — второстепенная фаза; 2 — основная фаза; 3 — центробежная муфта сцепления; L1, L2 — линия питающего напряжения

Как только вал двигателя достигнет 80% номинального значения скорости вращения, вспомогательная фаза отключается центробежной муфтой сцепления или остаётся поддерживаемой в рабочем состоянии.

Таким образом, статор однофазного электродвигателя фактически представляет двухфазную организацию, как в режиме запуска, так и в рабочем режиме.

Соединения фазы допустимо инвертировать, получая таким способом изменение направления вращения. Поскольку значение начального крутящего момента низкое, рекомендуется поднимать этот параметр, увеличением смещения между полями катушек.

Пуск вспомогательной фазой с добавленным сопротивлением

Резистор, включенный с фазой вспомогательного толка последовательно, способствует увеличению импеданса этой фазы и увеличению разницы между токами ( Т1 ) и ( Т2 ). Рабочий режим однофазного электродвигателя после завершения пуска, в данном случае, ничем не отличается от первого схемного варианта.

Схема пуска однофазного электродвигателя с резисторами: 1 — основная обмотка; 2 — резистор 1; 3 — второстепенная обмотка; 4 — резистор 2; 5 — центробежная муфта сцепления; 6 — мотор

На основе этого решения возможна к применению также несколько иная схема, где сопротивление заменяется индуктивностью. Существенной разницы между этими двумя решениями не наблюдается. Однако посредством применения индуктивности значительно проще выстраивать смещение между токами Т1 и Т2 .

Пуск однофазного электродвигателя вспомогательной фазой с конденсатором

Конденсаторная схема считается наиболее распространенной для практики управления работой однофазных электромоторов. Отличительная особенность такой схемы – конденсатор, установленный на второстепенной обмотке.

Для постоянного конденсатора рабочее значение составляет около 8 мкФ с расчётом установки на однофазный электродвигатель до 200 Вт мощности. В режиме пуска однофазного электродвигателя больше указанной мощности, потребуется дополнительный конденсатор ёмкостью не менее 16 мкФ.

Включение дополнительной ёмкости в цепь обмотки электромотора потребуется только при пуске, после чего этот конденсатор выключается из схемы автоматически с помощью реле или ручным переключателем.

Результат работы схемы конденсаторного пуска

Поскольку конденсатор пусковой формирует фазовый сдвиг, противоположный одной индуктивности в режиме пуска и последующей работы, двигатель функционирует подобно двухфазному мотору с вращающимся полем.

Схема — пуск мотора с конденсатором: 1 — вспомогательная фаза; 2 — основная фаза; 3 — центробежная муфта сцепления; 4 — конденсатор; L1, L2 — линия питающего напряжения

Коэффициент крутящего момента и мощности здесь достигает высоких значений. Стартовый момент ( СМ ) примерно в три раза превышает номинальный крутящий момент ( КМ ) электродвигателя, а максимальный крутящий момент ( КМ max ) достигает удвоенного значения ( КМ ).

После выхода из режима пуска электромотора, рекомендуется поддерживать фазовый токовый сдвиг независимо от уменьшения общего значения ёмкости, поскольку импеданс статора увеличивается.

Конструкции электромоторов с расщеплёнными кольцами

Конструкции однофазных электродвигателей мощностью до 100 Вт нередко выполняются с полюсами статора, расщеплёнными медными кольцами. Каждый полюс такой конструкции имеет специальные выемки под короткозамкнутые проводящие кольца.

Схема на пуск однофазного электродвигателя с расщеплёнными полюсами: 1 — ротор; 2 — статор; 3 — магнитное поле статора; 4 — магнитное поле кольца; L1, L2 — линия питающего напряжения

Наведённый в теле проводящих колец электрический ток, вызывает искажение вращающегося магнитного поля. Благодаря такому эффекту осуществляется процесс пуска однофазного электродвигателя. Эффективность схем подобного рода невысокая, но вполне достаточная для электродвигателей до 100 Вт мощности.

Пуск электродвигателя на три фазы в однофазном режиме

Трехфазный электродвигатель (230/400 В) допустимо использовать на однофазном питании 220-230В, при условии оснащения стартовым конденсатором и дополнительным конденсатором для рабочего режима.

Следует отметить: такой подход снижает рабочую мощность электродвигателя (снижение порядка 0,7), пусковой момент и тепловой резерв. Как правило, под такую схему пуска подходят только маломощные 4-полюсные электродвигатели мощностью не более 4 кВт.

Видео пример подключения электрического мотора

Ниже представлен видеоролик, где популярно поясняется практически вся «подноготная» электрических моторов с однофазным построением обмоток статора. Кроме того, затрагиваются другие вопросы, тесно связанные с эксплуатацией электрических двигателей в целом. Рекомендуется к просмотру этот видеоматериал, как дополнение к материалу, представленному выше:

Обе инструкции, как текстовая, так и видео-инструкция, непременно помогут правильно запускать, эксплуатировать и обслуживать электрические однофазные (и другие) электромоторы.

Однофазный асинхронный двигатель, схема подключения и запуска

Работа асинхронных электрических двигателей основывается на создании вращающегося магнитного поля, приводящего в движение вал. Ключевым моментом является пространственное и временное смещение обмоток статора по отношению друг к другу. В однофазных асинхронных электродвигателях для создания необходимого сдвига по фазе используется последовательное включение в цепь фазозамещающего элемента, такого как, например, конденсатор.

Отличие от трехфазных двигателей

Использование асинхронных электродвигателей в чистом виде при стандартном подключении возможно только в трехфазных сетях с напряжением в 380 вольт, которые используются, как правило, в промышленности, производственных цехах и других помещениях с мощным оборудованием и большим энергопотреблением. В конструкции таких машин питающие фазы создают на каждой обмотке магнитные поля со смещением по времени и расположению (120˚ относительно друг друга), в результате чего возникает результирующее магнитное поле. Его вращение приводит в движение ротор.

Однако нередко возникает необходимость подключения асинхронного двигателя в однофазную бытовую сеть с напряжением в 220 вольт (например в стиральных машинах). Если для подключения асинхронного двигателя будет использована не трехфазная сеть, а бытовая однофазная (то есть запитать через одну обмотку), он не заработает. Причиной тому переменный синусоидальный ток, протекающий через цепь. Он создает на обмотке пульсирующее поле, которое никак не может вращаться и, соответственно, двигать ротор. Для того, чтобы включить однофазный асинхронный двигатель необходимо:

1. добавить на статор еще одну обмотку, расположив ее под 90˚ углом от той, к которой подключена фаза.
2. для фазового смещения включить в цепь дополнительной обмотки фазосдвигающий элемент, которым чаще всего служит конденсатор.

Редко для сдвига по фазе создается бифилярная катушка. Для этого несколько витков пусковой обмотки мотаются в обратную сторону. Это лишь один из вариантов бифиляров, которые имеют несколько другую сферу применения, поэтому, чтобы изучить их принцип действия, следует обратиться к отдельной статье.

После подключения двух обмоток такой двигатель с конструкционной точки зрения является двухфазным, однако его принято называть однофазным из-за того что в качестве рабочей выступает лишь одна из них.

Как это работает

Пуск двигателя с двумя расположенными подобным образом обмотками приведет к созданию токов на короткозамкнутом роторе и кругового магнитного поля в пространстве двигателя. В результате их взаимодействия между собой ротор приводится в движение. Контроль показателей пускового тока в таких двигателях осуществляется частотным преобразователем.

Несмотря на то, что функцию фаз определяет схема присоединения двигателя к сети, дополнительную обмотку нередко называют пусковой. Это обусловлено особенностью, на которой основывается действие однофазных асинхронных машин – крутящийся вал, имеющий вращающее магнитное поле, находясь во взаимодействии с пульсирующим магнитным полем может работать от одной рабочей фазы. Проще говоря, при некоторых условиях, не подсоединяя вторую фазу через конденсатор, мы могли бы запустить двигатель, раскрутив ротор вручную и поместив в статор. В реальных условиях для этого необходимо запустить двигатель с помощью пусковой обмотки (для смещения по фазе), а потом разорвать цепь, идущую через конденсатор. Несмотря на то, что поле на рабочей фазе пульсирующее, оно движется относительно ротора и, следовательно, наводит электродвижущую силу, свой магнитный поток и силу тока.

Основные схемы подключения

В качестве фазозамещающего элемента для подключения однофазного асинхронного двигателя можно использовать разные электромеханические элементы (катушка индуктивности, активный резистор и др.), однако конденсатор обеспечивает наилучший пусковой эффект, благодаря чему и применяется для этого чаще всего.

Различают три основные способа запуска однофазного асинхронного двигателя через:

• рабочий;
• пусковой;
• рабочий и пусковой конденсатор.

В большинстве случаев применяется схема с пусковым конденсатором. Это связано с тем, что она используется как пускатель и работает только во время включения двигателя. Дальнейшее вращение ротора обеспечивается за счет пульсирующего магнитного поля рабочей фазы, как уже было описано в предыдущем абзаце. Для замыкания цепи пусковой цепи зачастую используют реле или кнопку.

Поскольку обмотка пусковой фазы используется кратковременно, она не рассчитана на большие нагрузки, и изготавливается из более тонкой проволоки. Для предотвращения выхода её из строя в конструкцию двигателей включают термореле (размыкает цепь после нагрева до установленной температуры) или центробежный выключатель (отключает пусковую обмотку после разгона вала двигателя).

Таким путем достигаются отличные пусковые характеристики. Однако данная схема обладает одним существенным недостатком – магнитное поле внутри двигателя, подключенного к однофазной сети, имеет не круговую, а эллиптическую форму. Это увеличивает потери при преобразовании электрической энергии в механическую и, как следствие, снижает КПД.

Схема с рабочим конденсатором не предусматривает отключение дополнительной обмотки после запуска и разгона двигателя. В данном случае конденсатор позволяет компенсировать потери энергии, что приводит к закономерному увеличению КПД. Однако в пользу эффективности проходится жертвовать пусковыми характеристиками.

Для работы схемы необходимо подбирать элемент с определенной ёмкостью, рассчитанной с учетом тока нагрузки. Неподходящий по емкости конденсатор приведет к тому, что вращающееся магнитное поле будет принимать эллиптическую форму.

Своеобразной «золотой серединой» является схема подключения с использованием обоих конденсаторов – и пускового, и рабочего. При подключении двигателя таким способом его пусковые и рабочие характеристики принимают средние значения относительно описанных выше схем.

На практике для приборов, требующих создания сильного пускового момента используется первая схема с соответствующим конденсатором, а в обратной ситуации – вторая, с рабочим.

Другие способы

При рассмотрении методов подключения однофазных асинхронных двигателей нельзя обойти внимание два способа, конструктивно отличающихся от схем для подключения через конденсатор.

С экранированными полюсами и расщепленной фазой

В конструкции такого двигателя используется короткозамкнутая дополнительная обмотка, а на статоре присутствуют два полюса. Аксиальный паз делит каждый из них на две несимметричные половины, на меньшей из которых располагается короткозамкнутый виток.

После включения двигателя в электрическую сеть пульсирующий магнитный поток разделяется на 2 части. Одна из них движется через экранированную часть полюса. В результате получается два разнонаправленных потока с отличной от основного поля скоростью вращения. Благодаря индуктивности появляется электродвижущая сила и сдвиг магнитных потоков по фазе и времени.

Витки короткозамкнутой обмотки приводят к существенным потерям энергии, что и является главным недостатком схемы, однако она относительно часто используется в климатических и нагревательных приборах с вентилятором.

С асимметричным магнитопроводом статора

Особенностью двигателей с данной конструкцией заключается в несимметричной форме сердечника, из-за чего появляются явно выраженные полюса. Для работы схемы необходим короткозамкнутый ротор и обмотка в виде беличьей клетки. Характерным отличием этой конструкции является отсутствие необходимости в фазовом смещении. Улучшенный пуск двигателя осуществляется благодаря оснащению его магнитными шунтами.

Среди недостатков этих моделей асинхронных электродвигателей выделяют низкий КПД, слабый пусковой момент, отсутствие реверса и сложность обслуживания магнитных шунтов. Но, несмотря на это, они имеют широкое применение в производстве бытовой техники.

Подбор конденсатора

Перед тем как подключить однофазный электродвигатель, необходимо произвести расчет необходимой ёмкости конденсатора. Это можно сделать самостоятельно или воспользоваться онлайн-калькуляторами. Как правило, для рабочего конденсатора на 1 кВт мощности должно приходиться примерно 0,7-0,8 мкФ емкости, и около 1,7-2 мкФ – для пускового. Стоит отметить, что напряжение последнего должно составлять не менее 400 В. Эта необходимость обусловлена возникновением 300-600 вольтного всплеска напряжения при старте и останове двигателя.

Ввиду своих функциональных особенностей однофазные электродвигатели находят широкое применение в бытовой технике: пылесосах, холодильниках, газонокосилках и других приборов, для работы которых достаточно частоты вращения двигателя до 3000 об/мин. Большей скорости, при подключении к стандартной сети с частотой тока в 50 Гц, невозможно. Для развития большей скорости используют коллекторные однофазные двигатели.

Как подключить однофазный двигатель

Чаще всего к нашим домам, участкам, гаражам подведена однофазная сеть 220 В. Поэтому оборудование и все самоделки делают так, чтобы они работали от этого источника питания. В этой статье рассмотрим, как правильно сделать подключение однофазного двигателя.

Асинхронный или коллекторный: как отличить

Вообще, отличить тип двигателя можно по табличке — шильдику — на которой написаны его данные и тип. Но это только в том случае, если его не ремонтировали. Ведь под кожухом может быть что угодно. Так что если вы не уверены, лучше определить тип самостоятельно.

Так выглядит новый однофазный конденсаторный двигатель

Как устроены коллекторные движки

Отличить асинхронный и коллекторный двигатели можно по строению. У коллекторных обязательно есть щетки. Они расположены возле коллектора. Еще обязательный атрибут движка этого типа — наличие медного барабана, разделенного на секции.

Такие двигатели выпускаются только однофазные, они часто устанавливаются в бытовой технике, так как позволяют получить большое число оборотов на старте и после разгона. Также они удобны тем, что легко позволяют менять направление вращения — необходимо только поменять полярность. Несложно также организовать изменение скорости вращения — изменением амплитуды питающего напряжения или угла его отсечки. Потому и используются подобные двигатели в большей части бытовой и строительной техники.

Строение коллекторного двигателя

Недостатки коллекторных двигателей — высокая шумность работы на больших оборотах. Вспомните дрель, болгарку, пылесос, стиральную машину и т.д.. Шум при их работе стоит приличный. На малых оборотах коллекторные двигатели не так шумят (стиральная машина), но не все инструменты работают в таком режиме.

Второй неприятный момент — наличие щеток и постоянного трения приводит к необходимости регулярного технического обслуживания. Если токосъемник не чистить, загрязнение графитом (от стирающихся щеток) может привести к тому, что соседние секции в барабане соединятся, мотор попросту перестанет работать.

Асинхронные

Асинхронный двигатель имеет статор и ротор, может быть одно и трёхфазным. В данной статье рассматриваем подключение однофазных двигателей, потому речь пойдет только о них.

Асинхронные двигатели отличаются невысоким уровнем шумов при работе, потому устанавливаются в технике, шум работы которой критичен. Это кондиционеры, сплит-системы, холодильники.

Строение асинхронного двигателя

Есть два типа однофазных асинхронных двигателей — бифилярные (с пусковой обмоткой) и конденсаторные. Вся разница состоит в том, что в бифилярных однофазных двигателях пусковая обмотка работает только до разгона мотора. После она выключается специальным устройством — центробежным выключателем или пускозащитным реле (в холодильниках). Это необходимо, так как после разгона она только снижает КПД.

В конденсаторных однофазных двигателях конденсаторная обмотка работает все время. Две обмотки — основная и вспомогательная — смещены относительно друг друга на 90°. Благодаря этому можно менять направление вращения. Конденсатор на таких двигателях обычно крепится к корпусу и по этому признаку его несложно опознать.

Более точно определить бифилярный или конденсаторный двигатель перед вами, можно при помощи измерений сопротивления обмоток. Если сопротивление вспомогательной обмотки больше в два раза (разница может быть еще более значительная), скорее всего, это бифилярный двигатель и эта вспомогательная обмотка пусковая, а значит, в схеме должен присутствовать выключатель или пусковое реле. В конденсаторных двигателях обе обмотки постоянно находятся в работе и подключение однофазного двигателя возможно через обычную кнопку, тумблер, автомат.

Схемы подключения однофазных асинхронных двигателей

С пусковой обмоткой

Для подключения двигателя с пусковой обмоткой потребуется кнопка, у которой один из контактов после включения размыкается. Эти размыкающиеся контакты надо будет подключить к пусковой обмотке. В магазинах есть такая кнопка — это ПНВС. У нее средний контакт замыкается на время удержания, а два крайних остаются в замкнутом состоянии.

Внешний вид кнопки ПНВС и состояние контактов после того как кнопка «пуск» отпущена»

Сначала при помощи измерений определяем какая обмотка рабочая, какая — пусковая. Обычно вывод от мотора имеет три или четыре провода.

Рассмотрим вариант с тремя проводами. В этом случае две обмотки уже объединены, то есть один из проводов — общий. Берем тестер, измеряем сопротивление между всеми тремя парами. Рабочая имеет самое меньшее сопротивление, среднее значение — пусковая обмотка, а наибольшее — это общий выход (меряется сопротивление двух последовательно включенных обмоток).

Если выводов четыре, они звонятся попарно. Находите две пары. Та, в которой сопротивление меньше — рабочая, в которой больше — пусковая. После этого соединяем один провод от пусковой и рабочей обмотки, выводим общий провод. Итого остается три провода (как и в первом варианте):

• один с рабочей обмотки — рабочий;
• с пусковой обмотки;
• общий.

С этими тремя проводами и работаем дальше — используем для подключения однофазного двигателя.

Со всеми этими

Подключение однофазного двигателя с пусковой обмоткой через кнопку ПНВС

подключение однофазного двигателя

Все три провода подключаем к кнопке. В ней тоже имеется три контакта. Обязательно пусковой провод «сажаем на средний контакт (который замыкается только на время пуска), остальные два — на крайние (произвольно). К крайним входным контактам ПНВС подключаем силовой кабель (от 220 В), средний контакт соединяем перемычкой с рабочим (обратите внимание! не с общим). Вот и вся схема включения однофазного двигателя с пусковой обмоткой (бифилярного) через кнопку.

Конденсаторный

При подключении однофазного конденсаторного двигателя есть варианты: есть три схемы подключения и все с конденсаторами. Без них мотор гудит, но не запускается (если подключить его по схеме, описанной выше).

Схемы подключения однофазного конденсаторного двигателя

Первая схема — с конденсатором в цепи питания пусковой обмотки — хорошо запускаются, но при работе мощность выдают далеко не номинальную, а намного ниже. Схема включения с конденсатором в цепи подключения рабочей обмотки дает обратный эффект: не очень хорошие показатели при пуске, но хорошие рабочие характеристики. Соответственно, первую схему используют в устройствах с тяжелым пуском (бетономешалки, например), а с рабочим конденсором — если нужны хорошие рабочие характеристики.

Схема с двумя конденсаторами

Есть еще третий вариант подключение однофазного двигателя (асинхронного) — установить оба конденсатора. Получается нечто среднее между описанными выше вариантами. Эта схема и реализуется чаще всего. Она на рисунке выше в середине или на фото ниже более детально. При организации данной схемы тоже нужна кнопка типа ПНВС, которая будет подключать конденсатор только не время старта, пока мотор «разгонится». Потом подключенными останутся две обмотки, причем вспомогательная через конденсатор.

Подключение однофазного двигателя: схема с двумя конденсаторами — рабочим и пусковым

При реализации других схем — с одним конденсатором — понадобится обычная кнопка, автомат или тумблер. Там все соединяется просто.

Подбор конденсаторов

Есть довольно сложная формула, по которой можно высчитать требуемую емкость точно, но вполне можно обойтись рекомендациями, которые выведены на основании многих опытов:

• рабочий конденсатор берут из расчета 70-80 мкФ на 1 кВт мощности двигателя;
• пусковой — в 2-3 раза больше.

Рабочее напряжение этих конденсаторов должно быть в 1,5 раза выше, чем напряжение сети, то есть, для сети 220 вольт берем емкости с рабочим напряжением 330 В и выше. А чтобы пуск проходил проще, для пусковой цепи ищите специальный конденсатор. У них в маркировке присутствует слова Start или Starting, но можно взять и обычные.

Изменение направления движения мотора

Если после подключения мотор работает, но вал крутится не в том направлении, которое вам надо, можно поменять это направление. Это делают поменяв обмотки вспомогательной обмотки. Когда собирали схему, один из проводов подали на кнопку, второй соединили с проводом от рабочей обмотки и вывели общий. Вот тут и надо перекинуть проводники.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ОДНОФАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ

После изучения данной главы студент должен:

• особенности и отличительные признаки устройства и принципы работы однофазного асинхронного двигателя;

• • решать задачи, связанные с выбором пускового устройства для однофазного двигателя;
• • применять теоретические знания при подключении трехфазного двигателя в однофазную сеть;
• • проводить расчеты по подбору емкости пускового конденсатора для работы двигателя в однофазной сети;

• • спецификой подбора однофазного двигателя для технологического процесса;
• • навыками разрешения проблем, возникающих при работе с однофазными двигателями.

Однофазный асинхронный двигатель

В тех случаях, когда потребление электрической энергии невелико (жилые дома, торговые предприятия и т.д.) или когда использование трехфазной сети затруднительно, применяются однофазные электрические сети. При этом возникает необходимость использования однофазных двигателей переменного тока. Их мощность, как правило, невелика (до 10 кВт) [8].

Конструктивно однофазный двигатель не отличается от трехфазного. Ротор выполнен подобно трехфазному — с короткозамкнутой обмоткой, а статор имеет однофазную обмотку (рис. 4.1). В ней создается пульсирующее переменное магнитное ноле Ф (рис. 4.2). Это магнитное поле, изменяющееся от +Ф до -Ф, можно заменить на два вращающихся в противоположные стороны с одинаковой скоростью Ф> и Ф₂ (рис. 4.3). Поля вращаются с частотой питающего тока со = 2nf_x/p = const.

Рис. 4.1. Схема однофазного двигателя только с рабочей обмоткой

Рис. 4.2. Изменение магнитного поля в обмотке однофазного ЭД

При неподвижном роторе (в момент пуска п = 0) эти поля создают одинаковые по величине, но разные по знаку моменты и -М₂; | М _<= |-М₂|.

Суммарный момент М = — М₂ при пуске равен нулю, и ротор не может

самостоятельно запуститься (начать вращаться).

Примем поле, вращающееся по часовой стрелке, за прямое, а против часовой стрелки — за обратное.

Рис. 4.3. Условное замещение магнитного поля статора на две составляющие

По абсолютной величине прямой момент М, равен обратный момент равен

где /₂ и Г₂ — токи в роторе от прямого и обратного магнитных полей; ср₂ и ср₂ — углы сдвига между током и ЭДС ротора от прямого и обратного магнитных полей, соответственно.

Если ротор привести во вращение в ту или иную сторону, то один из моментов будет больше другого. Допустим, ротор раскрутили по часовой стрелке, и скольжение от прямого вращения достигло величины $_пр = 0,05, т.е.

Так как /_{2 пр} =f • s, го частота тока в роторе от прямого магнитного ноля будет

Вследствие этого индуктивное сопротивление ротора от прямого поля

мало, а следовательно, ток ротора /₂ и cos(p₂ большие, значит, и прямой момент М, большой.

Обратное скольжение большое (почти в 40 раз больше прямого), следовательно, частота тока ротора от обратного поля будет большой:

Из этого следует, что индуктивное сопротивление (4.1) от обратного поля большое, а значит, ток ротора /₂ и cos(p₂ малы и обратный вращающий момент М₂ мал.

Возникают условия, при которых прямой момент больше обратного (М, > М₂), и двигатель начнет вращаться (работать). Это можно проследить и на графике моментов (рис. 4.4).

Как видно из графика, при s = 1 (ротор неподвижен) результирующий момент однофазного двигателя в момент пуска равен нулю. Но если ротор привести во вращение в любую сторону, то результирующий момент (М) отличен от нуля, и ротор начнет вращаться.

Рис. 4.4. График моментов от прямого (+Ф,) и обратного (-Ф₂) магнитных полей

Чтобы ротор начал вращение, необходимы дополнительные меры но созданию пускового момента. Эти меры направлены на усиление прямого поля при пуске и ослабление обратного, чтобы при s = 1 выполнялось условие

Наилучшие условия пуска достигаются при условии, когда обратное поле при пуске полностью отсутствует, т.е. М₂ = 0.

Разные виды однофазных двигателей различаются друг от друга способами создания пускового момента, отличного от нуля. Наиболее распространенным способом является устройство второй (пусковой) обмотки, сдвинутой в пространстве на 90° относительно рабочей (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Схема однофазного двигателя

Последовательно с пусковой обмоткой включается фазосдвигающий (фазосмещающий) элемент (сопротивление) Z,, для создания сдвига фаз (р между токами рабочей (/_р) и пусковой (/„) обмоток (рис. 4.6).

Путем построения векторных диаграмм можно определить, какой вид сопротивления (активное, индуктивное или емкостное) даст наибольший угол между токами и, следовательно, наибольший пусковой момент в рабочей и пусковой обмотках.

Учитывая, что сопротивления самих обмоток имеют активную и индуктивную составляющие, можно заключить, что при Z_n=R и Z_n = jwL не может быть получен максимально необходимый сдвиг между рабочим и пусковым токами |/ = 90° (рис. 4.7).

Для получения максимального пускового момента сдвиг токов в 90° может быть достигнут только при емкостном сопротивлении.

Обычно емкостное сопротивление включается в пусковую обмотку последовательно (рис. 4.8). После того как ротор наберет определенную скорость вращения, пусковая обмотка отключается. Двигатель продолжает работать только с рабочей обмоткой.

Пусковой конденсатор не должен быть включен постоянно. Большие токи могут сжечь рабочую обмотку, выполненную из более тонкого провода, чем пусковая, но с большим, чем у пусковой, числом витков.

Рис. 4.6. Смещение токов в пусковой и рабочей обмотках фазосдвигающим устройством

Рис. 4.7. Векторные диаграммы определения типа пускового сопротивления

Рис. 4.8. Схема включения пускового сопротивления и механическая характеристика однофазного двигателя:

а — с пусковым сопротивлением (конденсатором); б — после отключения пускового сопротивления

Обычно стремятся, чтобы М_п = (1,3-Н,4)М_Н.

Для создания больших пусковых моментов при тяжелых условиях пуска устанавливают конденсатор и в рабочую обмотку (рис. 4.9). После разгона двигателя пусковой конденсатор отключается и в работе остается только рабочий (рис. 4.10).

Рис. 4.9. Схема с пусковым и рабочим конденсаторами

Рис. 4.10. Механические характеристики запуска ЭД

Обычно С_п = (2,5-^3,0)С_р При этом достигается кратность пускового момента р= 1,3^ 1,4.

Рабочую емкость нельзя делать большой, так как она может вызвать перегрев обмоток, а, следовательно, обмотку пришлось бы делать из провода большого диаметра, что увеличивает габариты двигателя.

Частоту вращения однофазного асинхронного двигателя можно регулировать теми же способами, что и трехфазных асинхронных двигателей — частотой тока, числом пар полюсов, введением дополнительного сопротивления в цепь ротора, изменением напряжения и т.д.

Недостатки однофазного двигателя:

• — максимальный момент (М_тах) однофазного двигателя зависит от активного сопротивления ротора (г₂) — чем больше г₂, тем меньше М_тах;
• — КПД и coscp однофазного двигателя ниже, чем у трехфазных двигателей;
• — пусковой и максимальный моменты ниже, чем у трехфазных двигателей той же мощности. Следовательно, и кратности моментов р и р_к меньше;

хуже использование материалов — при одинаковых габаритах мощность однофазного двигателя составляет не более 50—60% от номинальной мощности трехфазного.

Подключение однофазного двигателя

Как правило, наши дома, гаражи и другие хозяйственные постройки подключены к источнику 220V, представляющую однофазную сеть. В связи с этим все потребители рассчитываются для работы от однофазной сети, выполненной двумя проводами, один из которых является нулевым, а другой фазным. В работе многих электрических приборов задействованы однофазные электрические двигатели, подключение которых связано с некоторыми тонкостями.

Как определиться с типом двигателя

Если двигатель новый, то особых проблем не будет, поскольку на его табличке указан тип двигателя и другие данные. Если двигатель подвергался ремонту, то определение его типа связано с некоторыми трудностями: табличку могли просто потерять или повредить ее механически. Поэтому в таких случаях лучше знать, как самостоятельно определить тип двигателя.

Коллекторные двигатели

Определить, двигатель коллекторный или асинхронный, совсем несложно, поскольку они имеют разное строение. Характерное отличие коллекторного двигателя – это наличие щеток, которые находятся неподвижно, а также коллектора, который вращается и представляет набор медных пластин. К этим пластинам прижимаются щетки, передающие электрический ток на обмотку якоря двигателя.

Достоинство таких двигателей заключается в том, что они быстро разгоняются и позволяют получить большие обороты. К тому же, поменяв полярность, допустимо сменить направление вращения устройства. Не менее важным можно считать тот фактор, что можно легко организовать контроль частоты вращения двигателя, с его регулировкой в широких пределах.

К существенному минусу коллекторных двигателей следует отнести их повышенную шумность в работе, особенно на повышенных оборотах. Что касается небольших оборотов, то работу этих двигателей можно считать вполне приемлемой. Следует учитывать также тот факт, что трение щеток и коллектора приводят к тому, что изнашиваются, как щетки, так и коллектор. В результате приходится менять щетки или протачивать коллектор. Если не осуществлять постоянного контроля за состоянием щеток и коллектора, то имеется высокая вероятность того, что устройство придется ремонтировать.

Асинхронные двигатели

Конструкция асинхронного двигателя несколько отличается от конструкции коллекторного двигателя несмотря на то, что у него также имеется статор и ротор (якорь), при этом асинхронные двигатели могут быть, как однофазными, так и трехфазными. Как правило, бытовые электроприборы оснащаются однофазными асинхронными двигателями.

Достоинство асинхронных двигателей заключается в том, что они более бесшумные, поэтому их устанавливают в бытовых приборах, работа которых связана с критическими уровнями шумов при длительной работе.

Различают два типа асинхронных двигателей – конденсаторные и с пусковой обмоткой (бифилярные). Пусковая обмотка необходима лишь для запуска двигателя, после чего она отключается и в работе двигателя никакого участия не принимает.

Конденсаторные двигатели отличаются тем, что дополнительная конденсаторная обмотка работает постоянно. Эта обмотка смещается по отношению к рабочей обмотке на 90 градусов. Благодаря такому построению, возможно менять направление вращения двигателя. Наличие конденсатора на двигателе свидетельствует о том, что это конденсаторный двигатель.

Если измерить сопротивление пусковой и рабочей обмоток, то можно легко определить тип асинхронного двигателя. Как правило, пусковая обмотка выполняется более тонким проводом и ее сопротивление больше в несколько раз, по сравнению с рабочей обмоткой. Нормальная работа таких двигателей обеспечивается за счет специального включающего устройства. Конденсаторные двигатели запускаются обычным выключателем, тумблером или кнопкой.

Варианты подключения однофазных асинхронных двигателей

Двигатели с пусковой обмоткой

Чтобы управлять работой асинхронным двигателем, имеющим пусковую обмотку, разработана специальная кнопка. Она состоит из трех контактов, один из которых отключается после включения устройства. Называется эта кнопка «ПНВС» и включает в себя средний контакт, который не фиксируется после включения и два крайних контакта с фиксацией.

Внешний вид кнопки ПНВС и состояние контактов после того как кнопка «пуск» отпущена

Если двигатель с пусковой обмоткой, то у него может быть 3 или 4 вывода. Измерив их сопротивление, можно узнать, какой из концов или каких 2 конца имеют отношение к пусковой обмотке.

У двигателя, имеющего 3 вывода, один из концов пусковой обмотки уже соединен с рабочей обмоткой. Как уже было сказано выше, рабочая обмотка всегда имеет меньшее сопротивление, по сравнению с пусковой. У двигателя с 4-мя выводами пусковую обмотку придется соединять с рабочей самостоятельно, на пусковой кнопке. В результате, получится также 3 вывода, которые принимают участие в работе двигателя:

• Один конец от рабочей обмотки.
• Другой конец от пусковой обмотки.
• Третий конец общий (соединение рабочей и пусковой обмотки).

Поэтому подключение таких двигателей ничем не отличается друг от друга, достаточно найти обмотки и соответствующим образом подключить их на реле ПНВС.

• Подключение однофазного двигателя с пусковой обмоткой посредством кнопки ПНВС.

Правильное подключение:

Три провода, выходящие из двигателя, подключаются так: провод, представляющий пусковую обмотку, крепится к среднему контакту (верхнему), а остальные два на крайние (тоже верхние) контакты. Питание 220 V подается на крайние контакты (нижние), при этом средний нижний контакт соединяется перемычкой с боковым контактом (нижним), который включает рабочую обмотку, но не общую, представляющую соединение рабочей и пусковой обмотки. В противном случае двигатель просто не запустится.

Конденсаторные двигатели

Существует три варианта (схемы) подключения конденсаторных двигателей к сети 220V. Без конденсаторов двигатель работать не будет. Он не запустится и будет гудеть. Такая длительная работа может привести к перегреву и выходу его из строя.

Первая схема связана с включением конденсатора в цепь питания конденсаторной обмотки. Подобная схема легко запускает двигатель, но его работа связана с низким К.П.Д. Схема, где конденсатор включен к цепи питания рабочей обмотки обладает лучшими показателями к.п.д., но при этом возникают проблемы с пуском двигателя. Поэтому первая схема используется для условий с тяжелым пуском, если при этом не требуются высокие рабочие характеристики.

Схема с двумя конденсаторами

Третий вариант подключения связан с установкой 2-х конденсаторов, поэтому схема представляет что-то среднее между вышеописанными двумя вариантами. Схема располагается в середине и более детально ее подключение представлено на фото ниже. Для реализации такой схемы включения потребуется кнопка ПНВС. Она необходима лишь для того, чтобы кратковременно подключать второй конденсатор, на время разгона двигателя. После отключения пускового конденсатора в работе останется две обмотки, причем пусковая обмотка должна быть подключена через конденсатор.

Подключение с двумя конденсаторами

Другие схемы подключения не требуют кнопки ПНВС, поскольку подключение конденсаторов фиксированное, на все время работы электродвигателя. Поэтому достаточно воспользоваться обычным автоматическим выключателем с фиксацией включенных контактов.

Однофазные асинхронные двигатели на службе человечества

Никто глубоко не задумывался о том, как бы жили люди без такого изобретения, как электродвигатель асинхронный однофазный. Казалось бы, что такое умное слово никого не касается и витает где-то в заоблачной дали. Но этот большой помощник в быту встречается на каждом шагу.

Скажите, как можно обходиться без холодильника или пылесоса. А ведь не будь двигателя, всего этого не было бы сейчас. Предлагаем в статье узнать все подробности об этом устройстве, а дочитавшим до конца будет бонус в виде полезного справочника по асинхронным двигателям

История возникновения

Более 60 лет понадобилось многим ученым, пока однофазный асинхронный двигатель начал покорять просторы земного шара. Началось все с 1820-х годов, когда Джозеф Генри и Майкл Фарадей – открыли явления индукции и начали первые эксперименты.

В 1889-1891годах русский электротехник, поляк по происхождению, Михаил Осипович Доливо-Добровольский придумал ротор в виде “беличьей клетки”. К этому изобретению его подтолкнул доклад Феррариса «О вращающемся магнитном поле». С началом ХХ века пришло широкое внедрение электромеханических устройств.

Применение однофазных асинхронных двигателей

Известно, что однофазные двигатели уступают трехфазным по некоторым характеристикам. Однофазные моторы имеют в основном бытовое назначение:

• пылесосы;
• вентиляторы;
• электронасосы;
• холодильники;
• машины для переработки сырья.

Для того, чтобы выполнить подключение асинхронного двигателя нужна однофазная сеть переменного тока. Такие двигатели работают при напряжении 220 Вольт и частоте 50 Гц. Прилагательное «асинхронный» указывает на то, что скорость вращения якоря отстает от магнитного поля статора.
Однофазные двигатели имеют две независимых цепи, но работают они в основном на одной, отсюда и название. Основные части двигателя:

1. Статор (неподвижный элемент).
2. Ротор (вращающаяся часть).
3. Механическое соединение этих двух частей.
4. Поворотные подшипники.

Соединение состоит из внутренних колец, установленных на закрепленных втулках вала ротора, наружных колец в защитных боковых крышках, прикрепленных к статору.

Для запуска однофазного асинхронного двигателя с пусковой обмоткой установлена ​​другая катушка. Обмотка стартера установлена ​​со смещением от рабочей катушки на 900 С. Для создания сдвига тока, в цепи однофазного двигателя имеется схема сдвига фаз. Сдвиг можно получить при помощи различных элементов. Это могут быть:

1. Активное сопротивление.
2. Емкостное.
3. Индуктивное.

В видео, представленном ниже, показан принцип работы однофазных асинхронных двигателей.

Принцип действия

Обмотки статора при помощи переменного тока образуют магнитные поля. Они имеют одинаковую амплитуду и частоту, но действуют в разных направлениях, поэтому статический ротор начинает вращаться.

Если в двигателе отсутствует пусковой механизм, ротор останавливается, потому что результирующий крутящий момент равен нулю. В случае, когда ротор начинает вращаться в одном направлении, соответствующий крутящий момент становится выше, когда вал двигателя продолжает вращаться в заданном направлении.

Момент запуска

Сигналом к запуску становится магнитное поле двух обмоток, вращающее подвижную часть двигателя. Оно создается 2 обмотками: главной и пусковой. Дополнительная обмотка меньшего размера является пусковой и подключается к основной схеме включения однофазного двигателя через ёмкостное или индуктивное сопротивление.

Пусковая обмотка может работать кратковременно. Более длительное время нахождения под нагрузкой может вызвать перегревание и воспламенение изолирующих элементов, что приведет к выходу из строя.

Надежность повышается за счет встраивания в схему однофазного асинхронного двигателя таких элементов как тепловое реле и центробежный выключатель. Последний отключает пусковую фазу в тот момент, когда ротор разгоняется до номинальной скорости. Отключение происходит автоматически.

Работа реле происходит следующим образом: когда обмотки нагреваются до предельного значения, установленного на реле, механизм прерывает подачу питания на обе фазы, предотвращая отказ из-за перегрузки или по любой другой причине. Это защищает от возгорания.

Возможно, вам будет интересно также почитать все, что нужно знать о шаговых электродвигателях в другой нашей статье.

Варианты подключения

Для того, чтобы мотор заработал необходимо иметь одну 220-вольтовую фазу. Это значит, что подойдет любая стандартная розетка. Благодаря этой простоте двигатели завоевали популярность в быту. Любой прибор, начиная от стиральной машины и до соковыжималки, имеет подобные механизмы в своем составе.

Известны два типа однофазных двигателей в зависимости от способа подключения:

1. Однофазный асинхронный двигатель с пусковой обмоткой.
2. Однофазный двигатель с конденсатором.

Схема подключения однофазного асинхронного двигателя с помощью конденсаторов изображена на рисунке.

Схема содержит пусковую обмотку с конденсатором. После ускорения ротора происходит выключение катушки. Рабочий конденсатор не позволяет размыкаться пусковой цепи, и запускающая обмотка работает через конденсатор в постоянном режиме.

Одновременно с рабочей обмоткой пусковая катушка снабжена током через конденсатор. При использовании в режиме пуска у катушки более высокое активное сопротивление. Фазовый сдвиг при этом имеет достаточную величину, чтобы началось вращение.

Допускается брать пусковую обмотку, с меньшей индуктивностью и большим сопротивлением. Запуск конденсатора осуществляется при подключении его к пусковой обмотке и временному источнику питания.

Чтобы достичь максимального значения пускового момента требуется вращающееся магнитное поле. Для этого нужно добиться положения обмоток под углом 900. При правильно рассчитанной емкости конденсатора обмотки могут быть смещены на 900 градусов. Расчет однофазного асинхронного двигателя зависит от схем подключения, которые приведены ниже.

Различные варианты подключения:

• временное включение электрического тока на стартовую обмотку через конденсатор;
• подача на пусковое устройство через резистор, без конденсатора;
• запуск через конденсатор на пусковую обмотку постоянно, одновременно с работой рабочей обмотки.

Расчет проводной принадлежности

Для расчета проводов, соединяющих рабочую и пусковую обмотки, понадобится омметр. Измеряется сопротивление обмоток. R рабочей обмотки должно быть ниже, чем у стартера. Например, если измерения составили 12 Ом для одной обмотки и 30 Ом для другой, то сработают обе. У рабочей обмотки поперечное сечение больше, чем у выходной.

Выбор емкости конденсатора

Чтобы определить емкость конденсатора, необходимо знать ток потребления электродвигателя. Если ток 1,4 А, то понадобится конденсатор емкостью 6 микрофарад. Также можно ориентироваться на таблицу расчета емкости конденсатора, приведенную ниже.

Проверка работоспособности

Тестирование начинается с визуального осмотра. Возможные неисправности:

1. Если опорная часть на устройстве была сломана, это может привести к неисправностям.
2. При потемнении корпуса в средней части идет перегрев. Бывает попадание в корпус различных посторонних предметов, это способствует перегреванию. При износе и загрязнении подшипников возможен перегрев.
3. Когда однофазный электродвигатель на 220 вольт имеет в схеме подключения конденсатор увеличенного размера, он начинает перегреваться.

Запустить двигатель минут на пятнадцать, а затем проверить, не прогрелся ли он. Если двигатель не греется, причиной являлась увеличенная емкость конденсатора. Необходимо установить конденсатор, имеющий меньшую емкость.

Для лучшего понимания механизма работы двигателей, рекомендуем также подробнее прочитать, что такое трехфазный двигатель и как он работает.

Достоинства и недостатки

Основными плюсами являются:

• простота конструкции;
• повсеместная доступность однофазных сетей переменного тока 220 В при частоте 50 Гц (практически во всех районах).

К минусам можно отнести следующие обстоятельства:

• невысокий пусковой момент двигателя;
• низкая эффективность.

Заключение

Маломощные однофазные электродвигатели выпускаются в разной модификации и для разного назначения. Перед приобретением необходимо точно знать некоторые характеристики. Подробно с устройством данного типа двигателей можно ознакомиться, скачав книгу Алиева И. И. Асинхронные двигатели в трехфазном и однофазном режимах.

Российские производители предлагают некоторые серии устройств, имеющие мощность от 18 до 600 Вт, частоту вращения 3000 и 1500 об/мин. Все они предназначены для подключения в сеть с напряжением 127, 220 или 380 Вольт и частотой 50 Гц.