Схема однофазного двигателя

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.

Схема однофазного двигателя

25. СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ОДНОФАЗНЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Однофазные двигатели имеют на статоре две обмотки: рабочую и вспомогательную. Последняя включается только на время пуска и поэтому называется пусковой. Рабочую обмотку называют также главной фазой, а пусковую — вспомогательной. Питание однофазных двигателей осуществляется от однофазной сети.

Широкое распространение имеют однофазные двигатели, у которых постоянно включены две обмотки (две фазы). Такие двигатели по принципу действия относятся к двухфазным, но поскольку их включают в однофазную сеть, а во вспомогательной фазе таких двигателей имеется обычно постоянно включенный конденсатор, то они и называются однофазными конденсаторными двигателями в отличие от однофазных двигателей с пусковой обмоткой.

Роторы однофазных двигателей, в том числе и конденсаторных, выполняют в большинстве случаев короткозамкнутыми.

Пусковая обмотка однофазного двигателя имеет большую плотность тока, включается только на период пуска и по достижении скорости, близкой к номинальной, должна быть отключена. Время нахождения её под током ограничено. Так, например, для микродвигателей единой серии типа АОЛБ, АОЛГ это время во избежание перегрева обмотки не должно превышать 3 с. Частые пуски могут привести к перегреву пусковой обмотки.

Для микродвигателей единой серии допускается три пуска подряд из холодного и один из горячего состояния при условии соблюдения времени нахождения обмотки при пуске 3 с.

Пусковая обмотка отключается центробежным или кнопочным выключателем, реле максимального тока, биметаллическим тепловым реле и другими устройствами.

Для изменения направления вращения однофазного двигателя надо переключить выводы одной из фаз статора.

В зависимости от вида пускового элемента, включаемого во вспомогательную фазу, различают однофазные двигатели с пусковым сопротивлением (рис. 58, а) и с пусковой емкостью (рис. 58, б).

Пусковое сопротивление может быть внешним, т. е. расположенным вне обмотки и включенным с нею последовательно, или внесенным. Двигатели с внесенным во вспомогательную обмотку сопротивлением называются также двигателями с повышенным сопротивлением пусковой фазы. В этом случае пусковая обмотка обычно выполняется с бифилярными катушками проводом уменьшенного сечения. Двигатели с пусковой емкостью или внешним сопротивлением называются однофазными двигателями с пусковыми элементами.

Однофазные конденсаторные двигатели имеют или две емкости — пусковую и рабочую (рис. 58, в), или только одну — рабочую (рис. 58, г). Пусковой конденсатор включается только на период пуска и служит для увеличения пускового момента.

В последние годы выпускаются универсальные асинхронные микродвигатели, предназначенные для работы как от трехфазной, так и от однофазной сети. При включении в трехфазную сеть фазы обмотки двигателя включаются треугольником или звездой в зависимости от номинального напряжения сети. В однофазную сеть двигатели включаются по одной из схем (рис. 59). При таких схемах однофазная сеть должна соответствовать большему номинальному напряжению двигателя. Так, например, если двигатель имеет номи-

Рис. 58. Схемы однофазных асинхронных двигателей: а — с пусковым сопротивлением, б — с пусковой емкостью, в — с пусковой и рабочей емкостями (конденсаторный двигатель), г — с рабочей емкостью: А — главная обмотка, В — вспомогательная обмотка, R_п—пусковое сопротивление, С_п —пусковая емкость, С_р — рабочая емкость

Рис. 59. Схемы включения трехфазной обмотки в однофазную сеть: а — при соединении обмоток в звезду с параллельно включенной емкостью, б — при параллельном соединении главной и вспомогательной обмоток

нальные напряжения 127/220 В, то в однофазном режиме он должен работать при напряжении 220 В.

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 со₀ = 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 р₀= 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 р₀ и р_к меньше;

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

Как определить рабочую и пусковую обмотки у однофазного двигателя

Однофазные двигатели — это электрические машины небольшой мощности. В магнитопроводе однофазных двигателей находится двухфазная обмотка, состоящая из основной и пусковой обмотки.

Две обмотки нужны для того, что бы вызвать вращение ротора однофазного двигателя. Самые распространенные двигатели такого типа можно разделить на две группы: однофазные двигатели с пусковой обмоткой и двигатели с рабочим конденсатором.

У двигателей первого типа пусковая обмотка включается через конденсатор только на момент пуска и после того как двигатель развил нормальную скорость вращения, она отключается от сети. Двигатель продолжает работать с одной рабочей обмоткой. Величина конденсатора обычно указывается на табличке-шильдике двигателя и зависит от его конструктивного исполнения.

У однофазных асинхронных двигателей переменного тока с рабочим конденсатором вспомогательная обмотка включена постоянно через конденсатор. Величина рабочей емкости конденсатора определяется конструктивным исполнением двигателя.

То есть если вспомогательная обмотка однофазного двигателя пусковая, ее подключение будет происходить только на время пуска, а если вспомогательная обмотка конденсаторная, то ее подключение будет происходить через конденсатор, который остается включенным в процессе работы двигателя.

Знать устройство пусковой и рабочей обмоток однофазного двигателя надо обязательно. Пусковая и рабочие обмотки однофазных двигателей отличаются и по сечению провода и по количеству витков. Рабочая обмотка однофазного двигателя всегда имеет сечение провода большее, а следовательно ее сопротивление будет меньше.

Посмотрите на фото наглядно видно, что сечение проводов разное. Обмотка с меньшим сечением и есть пусковая. Замерять сопротивление обмоток можно и стрелочным и цифровым тестерами, а также омметром. Обмотка, у которой сопротивление меньше – есть рабочая.

Рис. 1. Рабочая и пусковая обмотки однофазного двигателя

А теперь несколько примеров, с которыми вы можете столкнуться:

Если у двигателя 4 вывода, то найдя концы обмоток и после замера, вы теперь легко разберетесь в этих четырех проводах, сопротивление меньше – рабочая, сопротивление больше – пусковая.

Подключается все просто, на толстые провода подается 220в. И один кончик пусковой обмотки, на один из рабочих. На какой из них разницы нет, направление вращения от этого не зависит. Так же и от того как вы вставите вилку в розетку. Вращение, будет изменятся, от подключения пусковой обмотки, а именно – меняя концы пусковой обмотки.

Следующий пример. Это когда двигатель имеет 3 вывода. Здесь замеры будут выглядеть следующим образом, например – 10 ом, 25 ом, 15 ом. После нескольких измерений найдите кончик, от которого показания, с двумя другими, будут 15 ом и 10 ом.

Это и будет, один из сетевых проводов. Кончик, который показывает 10 ом, это тоже сетевой и третий 15 ом будет пусковым, который подключается ко второму сетевому через конденсатор.

В этом примере направление вращения, вы уже не измените, какое есть такое и будет. Здесь, чтобы поменять вращение, надо будет добираться до схемы обмотки.

Еще один пример, когда замеры могут показывать 10 ом, 10 ом, 20 ом. Это тоже одна из разновидностей обмоток. Такие, шли на некоторых моделях стиральных машин, да и не только.

В этих двигателях, рабочая и пусковая – одинаковые обмотки (по конструкции трехфазных обмоток). Здесь разницы нет, какой у вас будет рабочая, а какая пусковая обмотка. Подключение пусковой обмотки однофазного двигателя, также осуществляется через конденсатор.

Как работает конденсаторный электродвигатель и для чего он нужен

В современном оборудовании используется несколько разные виды электродвигателей. Разные по конструкции, характеристиками и принципу работы все эти двигатели подбираются для каждого конкретного случая по своим параметрам. Вместе с тем, довольно часто в приборах и оборудовании необходимы электродвигатели с возможностью подключения к однофазной сети. Одним из подходящих вариантов выступает конденсаторный электродвигатель, устройство и принцип работы которого мы рассмотрим в пределах данной статьи.

• Устройство и принцип работы
• Виды конденсаторных двигателей
• Как подобрать емкость для пускового конденсатора
• Сфера практического применения

Устройство и принцип работы

Говоря о конденсаторных асинхронных двигателях, речь в первую очередь будет идти об электромоторах, изначально рассчитанных для подключения к однофазной сети. Это несколько перекликается с двухфазными или трехфазными двигателями, переделанными для подключения в обычную однофазную сеть на 220 Вольт. Но существенным отличием этих электродвигателей выступает то, что здесь конденсатор выступает как обязательное условие электрической схемы и включение в трёхфазную сеть 380 Вольт такого асинхронного двигателя просто невозможно.

Устройство и принцип работы конденсаторного двигателя основаны на физических свойствах асинхронного двигателя, но для создания движущей силы и вращения магнитного поля в цепь обмоток включен пусковой конденсатор.

По своему устройству он не отличается от обычного асинхронника и в составе имеет:

1. Неподвижный статор в массивном корпусе с рабочей и пусковой обмотками.
2. Закрепленный на валу ротор, приводимый в движение силой электромагнитного поля, создаваемого обмотками статора.

Обе части электродвигателя соединены между собой на подшипниках качения или скольжения (втулки), закрепленных в крышках корпуса статора.

По принципу работы конденсаторный электродвигатель, как отмечалось выше, относится к асинхронным – движение осуществляется за счет создания электромагнитного поля обмотками статора, сдвинутыми относительно друг друга на 90 градусов. Единственное отличие от трехфазных асинхронных электродвигателей заключается во включенном в цепь конденсаторе, через который включаются вторая обмотка электродвигателя.

Обычный асинхронный двигатель при включении в сеть начинает работу с пусковой обмоткой. После того как ротор набрал обороты, пусковая обмотка отключается и работу продолжает только рабочая обмотка. Минусом такого электромотора с пусковой обмоткой выступает момент пуска, когда ротор начинает набор оборотов. Для электродвигателя важно чтобы в этот момент не было нагрузки, или нагрузка была небольшой. Пусковой момент получается ниже, чем у аналогичных по мощности трёхфазных моторов.

В схеме подключения конденсаторного асинхронного двигателя есть фазосдвигающий конденсатор. При подключении в сеть через конденсатор во второй обмотке возникает сдвиг фаз, равный 90 градусам (на практике немного меньше). Это способствует тому, что в работу ротор включается с максимально возможным крутящим моментом.

Такой запуск обеспечивает включение двигателя как на холостом ходу, так и под нагрузкой. Это очень важно для подключения двигателя под нагрузкой. На практике по такой схеме подключается мотор от стиральной машины старых моделей. В момент пуска двигатель должен начать вращать воду в баке, а это существенная нагрузка на электродвигатель. При отсутствии пускового конденсатора двигатель не будет запускаться, он будет гудеть, греться, но работать не будет.

Виды конденсаторных двигателей

Схема подключения, при которой конденсаторный асинхронный двигатель запускается только от пускового конденсатора, имеет один существенный минус. Во время работы магнитное поле не остается круговым или эллиптическим, показатели работы падают, а электродвигатель греется. В таком случае для оптимального режима в цепь включается рабочий конденсатор, обеспечивающий постоянный сдвиг фаз, а не только в момент пуска.

Отметим, что можно выделить две группы конденсаторных двигателей:

1. Конденсатор нужен только для пуска, тогда его называют пусковым. Обычно это маломощные приборы.
2. Конденсатор нужен для постоянной работы, в этом случае его называют рабочим. В машинах большой мощности (несколько кВт) для пуска под нагрузкой может не хватать момента, и тогда подключают дополнительно еще один пусковой конденсатор. Чаще всего это делают с помощью кнопки ПНВС.

Подробнее со схемой подключения и тем как отличить эти типы однофазных двигателей вы можете ознакомиться в следующем видео ролике:

В международной классификации применяются обозначения для типов конденсаторных асинхронных двигателей:

• двигатель с пуском через конденсатор/работа через обмотку (индуктивность) (CSIR);
• двигатель с пуском через конденсатор/работа через конденсатор (CSCR);
• двигатель с постоянным разделением емкости (PSC).

Как работает такая схема представить несложно: пусковой конденсатор большой емкости обеспечивает пуск двигателя, а после набора мощности рабочий меньшей емкости обеспечивает максимально подходящий режим работы и скорости вращения ротора.

Для особых случаев, когда необходимо поддерживать необходимую скорость вращения ротора при разных нагрузках для рабочих конденсаторов, подбирают разные емкости с возможностью их переключения.

Чтобы изменить направление вращение, иначе говоря, включить реверс, нужно поменять местами концы одной из обмоток. Для этого удобно использовать 6 контактный тумблер.

Как подобрать емкость для пускового конденсатора

Сразу стоит сказать, что на шильдике двигателя обычно указывается ёмкость пускового и рабочего конденсатора (или только рабочего, если пусковой не нужен). При этом указываются точные данные характерные для конкретно этого электродвигателя с его особенностями устройства и работы.

Если шильдик затёрт или отсутствует, то рассчитать ёмкость рабочего и пускового конденсатора для однофазного можно скорее не по формуле, а по мнемоническому правилу:

Сумма рабочего и пускового конденсатора должна составлять 100 мкФ на 1 кВт мощности (70% пусковой и 30% рабочий). Если двигатель 1 кВт, то рабочий конденсатор нужен на 30 мкФ, а пусковой – на 70. А сами конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение больше чем в питающей сети. Обычно выбирают порядка 400 Вольт.

Но в литературе можно встретить и рекомендации о том, что, что ёмкость пускового конденсатора должна быть больше, чем емкость рабочего в 2 раза.

Как проверить работоспособность конденсатора подскажет статья, выложенная на нашем сайте ранее — https://samelectrik.ru/kak-pravilno-proverit-rabotaet-li-kondensator.html

Сфера практического применения

Конденсаторные асинхронные электродвигатели используются в бытовых электровентиляторах, холодильниках, некоторых современных стиральных машинах, практически во всех стиральных машинах производства СССР. Но в вытяжках чаще применяются двигатели с расщепленными полюсами без конденсатора, тем не менее, можно встретить модели и с рассматриваемым типом электродвигателя.

Кроме бытовой техники их сфера применения распространяется и на насосы мощностью до 2-3 кВт, компрессоры и различные станки с однофазным питанием, в общем, на все, что должно вращаться и работать от 220 Вольт.

Вот мы и рассмотрели, что такое конденсаторный двигатель, как он устроен и для чего нужен. Надеемся, предоставленная информация помогла вам разобраться в вопросе!

2 Схемы

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Схема подключения двигателя через конденсатор

Есть 2 типа однофазных асинхронных двигателей — бифилярные (с пусковой обмоткой) и конденсаторные. Их различие 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 нужно потому, что после разгона она снижает КПД.

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

Схема подключения однофазного двигателя через конденсатор

При подключении однофазного конденсаторного двигателя есть несколько вариантов схем подключения. Без конденсаторов электромотор гудит, но не запускается.

• 1 схема — с конденсатором в цепи питания пусковой обмотки — хорошо запускаются, но при работе мощность выдают далеко не номинальную, а намного ниже.
• 3 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, а с рабочим конденсором — если нужны хорошие рабочие характеристики.
• 2 схема — подключения однофазного двигателя — установить оба конденсатора. Получается нечто среднее между описанными выше вариантами. Эта схема и используется чаще всего. Она на втором рисунке. 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.

Схема подключения трёхфазного двигателя через конденсатор

Здесь напряжение 220 вольт распределяется на 2 последовательно соединенные обмотки, где каждая рассчитана на такое напряжение. Поэтому теряется мощность почти в два раза, но использовать такой двигатель можно во многих маломощных устройствах.

Максимальной мощности двигателя на 380 В в сети 220 В можно достичь используя соединение типа треугольник. Кроме минимальных потерь по мощности, неизменным остается и число оборотов двигателя. Здесь каждая обмотка используется на свое рабочее напряжение, отсюда и мощность.

Важно помнить: трехфазные электродвигатели обладают более высокой эффективностью, чем однофазные на 220 В. Поэтому если есть ввод на 380 В — обязательно подключайте к нему — это обеспечит более стабильную и экономичную работу устройств. Для пуска мотора не понадобятся различные пусковики и обмотки, потому что вращающееся магнитное поле возникает в статоре сразу после подключения к сети 380 В.

Онлайн расчет емкости конденсатора мотора

Введите данные для расчёта конденсаторов — мощность двигателя и его КПД

Есть специальная формула, по которой можно высчитать требуемую емкость точно, но вполне можно обойтись онлайн калькулятором или рекомендациями, которые выведены на основании многих опытов:

Рабочий конденсатор берут из расчета 0,8 мкФ на 0,1 кВт мощности двигателя;
Пусковой подбирается в 2-3 раза больше.

Конденсаторы должны быть неполярными, то есть не электролитическими. Рабочее напряжение этих конденсаторов должно быть минимум в 1,5 раза выше, чем напряжение сети, то есть, для сети 220 В берем емкости с рабочим напряжением 350 В и выше. А чтобы пуск проходил проще, в пусковую цепь ищите специальный конденсатор. У них в маркировке присутствует слова Start или Starting.

Пусковые конденсаторы для моторов

Эти конденсаторы можно подбирать методом от меньшего к большему. Так подобрав среднюю емкость, можно постепенно добавлять и следить за режимом работы двигателя, чтобы он не перегревался и имел достаточно мощности на валу. Также и пусковой конденсатор подбирают добавляя, пока он не будет запускаться плавно без задержек.

При нормальной работе трехфазных асинхронных электродвигателей с конденсаторным пуском, включенных в однофазную сеть предполагается изменение (уменьшение) емкости конденсатора с увеличением частоты вращения вала. В момент пуска асинхронных двигателей (особенно, с нагрузкой на валу) в сети 220 В требуется повышенная емкость фазосдвигающего конденсатора.

Реверс направления движения двигателя

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. Такую операцию может делать двухпозиционный переключатель, на центральный контакт которого подключается вывод от конденсатора, а на два крайних вывода от «фазы» и «нуля».

Подключение электродвигателя на 220 Вольт

Для работы любого асинхронного двигателя необходимо наличие вращающегося электромагнитного поля. При включении в трехфазную электрическую сеть это условие легко соблюдается: три фазы, сдвинутые относительно друг друга на 120°, создают поле, напряженность которого в пределах пространства статора изменяется именно циклически.

Однако, бытовые сети в подавляющем большинстве однофазные — с напряжением 220 вольт. Создать вращающееся электромагнитное поле в такой сети уже не так просто, поэтому однофазные асинхронные двигатели не так распространены в использовании как их трехфазные аналоги.

Тем не менее, однофазные «асинхронники» довольно успешно применяются в бытовых вентиляторных, насосных и прочих установках. Так как мощность бытовой однофазной сети обычно совсем не велика, а энергетические показатели и характеристики однофазных двигателей в целом существенно отстают от характеристик двигателей трехфазных, то однофазный асинхронный двигатель редко имеет мощность, превышающую один киловатт.

Ротор однофазных асинхронных двигателей выполняется короткозамкнутым, так как в силу маломощности этих машин отсутствует необходимость регулирования по роторной цепи.

Цепь статора представляет собой две обмотки, включаемые в сеть параллельно. Одна из них является рабочей и она обеспечивает работу двигателя в сети 220 вольт, а вторую можно считать вспомогательной, или пусковой.

В цепь второй обмотки включается элемент, обеспечивающий разность токов в обмотках, необходимую для создания вращающегося поля. В подавляющем большинстве случаев этот элемент является конденсатором, но существуют однофазные двигатели, имеющие в своем составе для этих целей индуктивность или резистор.

Конденсаторные электродвигатели конструктивно делятся на следующие двигатели:

1) с пусковым; 2) с пусковым и рабочим; 3) с рабочим конденсатором.

В первом и наиболее распространенном случае дополнительная обмотка и конденсатор включаются в сеть только на время пуска, а по его окончании выводятся из работы.

Реализуется такая схема при помощи реле или просто кнопкой, зажимаемой оператором на время пуска. В случае с рабочим конденсатором он вместе со своей обмоткой постоянно включен в цепь.

Электрические машины с пусковым конденсатором имеют хороший пусковой момент при небольших бросках тока во время пуска. Однако, во время работы в номинальном режиме показатели таких двигателей резко снижаются из-за того, что поле одной рабочей обмотки является не круговым, а эллиптическим.

Двигатели с рабочим конденсатором, напротив, обеспечивают хорошие рабочие номинальные параметры при посредственных пусковых. Двигатели, имеющие в конструкции пусковой и рабочий конденсатор, являются компромиссом между двумя предыдущими решениями и имеют средние показатели, как во время пуска, так и во время работы.

В целом, схемам с пусковым конденсатором отдается предпочтение при тяжелом пуске, а схемам с рабочим конденсатором – если нет потребности в хорошем пусковом моменте.

Стоит отметить, что при подключении однофазного двигателя, у пользователя почти всегда есть выбор, какой из схем отдать предпочтение, поскольку все выводы двигателя: от конденсатора, от вспомогательной обмотки и от главной обмотки собираются в клеммной коробке (барно).

При отсутствии конденсатора, или при необходимости переделать схему можно подобрать рабочий конденсатор из расчета 0,7-0,8 мкФ на киловатт мощности, а пусковой – в 2,5 раза больше.

Определить рабочую и пусковую обмотку статора в коробке можно по сечению проводов: у пусковой оно будет меньше. Зачастую, пусковая и рабочая обмотка соединяются прямо в корпусе двигателя и выводятся наружу одним общим выводом.

Возможность осуществления реверсирования при управлении такой электрической машины не представляется возможной, поскольку нельзя поменять местами концы пусковой обмотки.

А определить, какой из трех силовых выводов является общим, какой пусковым и какой рабочим, можно, только, прозвонив их относительно друг друга. Наибольшое сопротивление будет между пусковым и рабочим выводом, а сопротивление между общим и пусковым выводом будет больше сопротивления между рабочим и общим выводом.