Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Однофазные электродвигатели

Однофазные электродвигатели. Виды, принцип действия, схемы включения однофазных электродвигателей.

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


Коллекторный двигатель
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


Строение асинхронного двигателя
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.

Схема подключения электродвигателя на 220В через конденсатор

Подключение электродвигателя к однофазной сети – это ситуация, которая встречается достаточно часто. Особенно такое подключение требуется на загородных участках, когда трехфазные электродвигатели используются под какие-то приспособления. К примеру, для изготовления наждака или самодельного сверлильного аппарата. Кстати, мотор стиральной машины через конденсатор производится. Но как это сделать правильно? Необходима схема подключения электродвигателя на 220В через конденсатор. Давайте разбираться в ней.

Начнем с того, что существует две стандартные схемы подключения электродвигателя к трехфазной сети: звезда и треугольник. Оба вида подключения создают условия, при которых в обмотках статора двигателя попеременно проходит ток. Он создает внутри вращающееся магнитное поле, которое действует на ротор, заставляя его вращаться. Если подключается трехфазный электродвигатель в однофазную сеть, то вот этот вращающийся момент не создается. Что делать? Вариантов несколько, но чаще всего электрики устанавливают в схему конденсатор.

Что при этом получается?

  • Скорость вращения не изменяется.
  • Мощность сильно падает. Конечно, говорить о конкретных цифрах здесь не приходиться, потому что падение мощности будет зависеть от разных факторов. К примеру, от условий эксплуатации самого двигателя, от схемы подключения, от конденсаторов, а, точнее, от их емкости. Но в любом случае потери будут составлять от 30 до 50 процентов.

Необходимо отметить, что не все электродвигатели могут работать от однофазной сети. Лучше всего работают асинхронные виды. У них даже на бирках указаны, что можно проводить подключение и на трехфазную сеть, и на однофазную. При этом обязательно указывается величина напряжения – 127/220 или 220/380В. Меньший показатель предназначен для схемы треугольник, больший для звезды. На картинке ниже показано обозначение.

Обратите внимание в рисунке на нижнюю бирку (Б). Она говорит о том, что двигатель можно подключить только через звезду

С этим придется смириться и получить аппарат с низкой мощностью. Если есть желание изменить ситуацию, то придется разобрать двигатель и вывести еще три конца обмоток, после чего провести подключение по треугольнику.

И еще один очень важный момент. Если вы устанавливаете в однофазную сеть электродвигатель с напряжением 127/220 вольт, то понятно, что к сети напряжением 220В можно подключиться через звезду. Потери мощности гарантированы. Но сделать в данном случае ничего нельзя. Если будет произведено подключение этого прибора через треугольник – мотор просто сгорит.



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.

Подключение однофазного двигателя.

Подбор емкости конденсаторов

Чтобы точно определить емкость конденсаторов для конкретного двигателя, придется заняться серьезными вычислениями и знаниями школьного уровня здесь не обойтись. При этом, на основании многолетних опытов установлено:

  • Рабочие конденсаторы подбирают по емкости из расчета 70-80 мкф на 1 кВт мощности двигателя.
  • Емкости пусковых конденсаторов должны быть, как минимум в 2 раза больше.

Очень важно позаботиться о том, чтобы их рабочее напряжение было, как минимум в полтора раза больше напряжения питающей сети. Для сети в 220V наиболее подходящими окажутся конденсаторы с рабочим напряжением в 400V. Пуск двигателя окажется менее проблемным, если применить специальные конденсаторы, хотя в основном применяются обычные конденсаторы. При этом следует знать, что для работы в сети переменного тока нельзя использовать электролитические конденсаторы.

Пусковые конденсаторы

Как изменить направление вращения двигателя

Двигатели с пусковой и конденсаторной обмотками характеризуются тем, что можно легко поменять их направление вращения. Для этого нужно взять и поменять подключение концов вспомогательной обмотки, сохранив схему подключения двигателя в целом.



Почему применяется запуск двигателя 220 В через конденсатор?

Для начала определимся с терминологией. Конденсатор (лат. condensatio — «накопление») – это электронный компонент, хранящий электрический заряд и состоящий из двух близкорасположенных проводников (обычно пластин), разделенных диэлектрическим материалом. Пластины накапливают электрический заряд от источника питания. Одна из них накапливает положительный заряд, а другая – отрицательный.

Читать еще:  Что такое коллектор двигателя внутреннего сгорания

Метод подключения двигателя через конденсатор – этот способ применяют для достижения мягкого пуска агрегата. На статоре однофазного движка с короткозамкнутым ротором размещают дополнительно к основной электрообмотке ещё одну. Две обмотки соотнесены между собой на угол 90. Одна из них является рабочей, её предназначение заставить работать мотор от сети 220 В, другая – вспомогательная, нужна для запуска.

Рассмотрим схемы подключения конденсаторов:

  • с выключателем,
  • напрямую, без выключателя;
  • параллельное включение двух электролитов.



Как подключить 3-х фазный двигатель от однофазной сети

Станки, насосы и другое оборудование обычно оснащается трехфазными электродвигателями. Что делать при отсутствии сети на 380 В? Рассмотрим способы подключения трехфазного двигателя в электросеть 220 В.

В домашнем хозяйстве часто применяют электрооборудование, бывшее в длительной эксплуатации. Рекомендуется начать с проверки технического состояния электродвигателя. Это поможет существенно сократить время работ, исключить ошибки, а также снизить риск возникновения аварий.

  • Осматривают корпус. Крышки с боков статора должны быть плотно притянуты к средней части, наличие зазоров, ослабление винтовых соединений не допускается.
  • Провернуть ротор рукой. При этом нужно обратить внимание на биение вала или заклинивание вращающейся части.

Если есть возможность, лучше запустить двигатель без нагрузки. При вращении ротора не должно быть биений, ударов, посторонних шумом. Ротор должен вращаться свободно. Также желательно разобрать статор, промыть подшипники, заменить смазку.

Далее следует проверить схему соединения обмоток статора. Характеристики указаны на металлической табличке или шильдике на корпусе. Параметры соответствуют фактическим характеристикам только в том случае, если схема электродвигателя не была изменена. Кроме того, шильдик может быть утрачен, а информация стерта за время длительной эксплуатации.

В этом случае требуется проверить схему сборки самому. В статоре расположены 3 обмотки, выводы которых выведены в клеммную коробку.

В ней находится 6 клемм, соединенных с началом и концом каждой обмотки.

Для их соединения применяют перемычки.

Обмотки асинхронных трехфазных электродвигателей могут быть соединены «звездой» или «треугольником». На рисунке ниже указано расположение перемычек при каждом типе соединений.

Существуют двигатели специального исполнения. Схема таких электрических машин уже собрана внутри корпуса, клеммник в этом случае имеет только 4 ввода для подключения 3 фазных и нулевой жилы.

Наконец у старых электродвигателей маркировка начал и концов обмоток может вовсе отсутствовать. Для правильного подключения к сети выводы необходимо определить и промаркировать.

Работа выполняется в 2 этапа:

  • Определение самих обмоток. Для этого используют универсальный мультиметр или тестер в режиме измерения сопротивления. Один из щупов ставится на любой вывод, вторым поочередно касаются остальных концов. При нулевых показаниях прибора маркируют выводы обмоток.
  • Определение и маркировка начал и концов обмоток. Для этого нужен вольтметр и источник переменного напряжения. Далее соединяют 2 вывода разных обмоток и подают на оставшиеся концы напряжение. При наличии напряжения на вольтметре соединенные выводы – начало одной и конец другой обмотки. При отсутствии напряжения подключены или 2 начала и 2 конца.

Далее выводы, где нет напряжения, предварительно маркируют как начала. Затем соединяют найденное начало одной из обмоток с любым выводом, на которое уже подавалось напряжение. Таким образом, выявляют все оставшиеся выводы.

Вместо источника низкого переменного напряжения можно использовать батарейку на 4,5 или 9 В и вольтметр постоянного тока. Плюс и минус источника питания подключается к выводам любой обмотки. К концам другой – вольтметр постоянного тока.

В момент разрыва контакта обмотки с батарейкой прибор покажет некоторое значение напряжения. Далее подключают вольтметр к другой обмотке и таким же способом фиксируют показания. При использовании универсального прибора устанавливают режим «измерение постоянного напряжения» необходимо, чтобы вольтметр показывал полярность. Можно выбрать стрелочный прибор с возможностью измерения полярности, то есть стрелка должна отклоняться в «+» или «-».

При разрыве контакта обмотки с батарейкой, прибор в цепи обмотки В и обмотке С должен давать одинаковые показания«+» или «-». Если полярность измерений отличается, нужно поменять местами концы B1 и B2 или C1 и C2.

При правильном определении выводов, при разрыве контакта источника постоянного напряжения с любой из обмоток на двух других должно возникать импульсное напряжение одинаковой полярности.

Для маркировки концов лучше применять бирки (кембри) из ПВХ трубки диаметром больше сечения проводов с изоляцией. Подписывать можно любым маркером.

Главное – не смазать надпись. В противном случае придется определять концы и начала обмоток заново.

Еще один важный момент при определении состояния двигателя – проверка изоляции обмоток. При снижении сопротивления покрытий проводов возникает избыточный нагрев, межвитковые замыкания.

Для измерения сопротивления изоляции нужен мегаомметр с напряжением на выходе 1 кВ. Сопротивление изоляции обмоток определяют относительно корпуса и друг друга. Мегаомметр должен показать величину не менее 0,5 МОм. При меньших значениях необходимо отдать электродвигатель на перемотку.

Выявить явные межвитковые замыкания можно обычным омметром. Для этого нужно измерить сопротивления обмоток и сравнить полученные значения. Результаты измерений должны совпадать для всех трех обмоток. Различные значения означают наличие замыканий. Таким способом невозможно определить ухудшение качества изоляции, которое приведет к пробою во время работы двигателя.

Измерение сопротивления изоляции – обязательное условие перед пуском электродвигателя под нагрузкой. Это поможет избежать серьезных аварий и связанных с ними травм.

Проверка состояния трехфазного двигателя перед включением в сеть 220 необходима. Это поможет отличить ошибки подключения от неисправностей самого силового агрегата и сэкономить время.

Работа трехфазного электродвигателя в однофазном режиме: схемы подключения

При включении трехфазного электродвигателя в однофазную сеть возникает пульсирующее магнитное поле. Для старта двигателя нужен сдвиг фаз относительно друг друга не менее чем на 900. Для этого применяют резистивные, емкостные, индуктивные пусковые элементы, включаемые в цепь одной из обмоток. При этом схема трехфазного электродвигателя становится эквивалентной однофазной электрической машине.

В схеме с пусковым резистором сдвиг фаз достигается более медленным намагничиванием одной из обмоток. Такой способ имеет значительные недостатки: большие потери мощности на сопротивление и перегрев электродвигателя при длительной работе. Схемы с индуктивными пусковыми элементами также обладают недостатками.

На практике для включения трехфазных электрических машин в однофазную сеть пусковые резисторы и катушки практически не используют.

Самая распространенная схема – включение через конденсатор. Емкостные элементы гораздо компактнее резисторов, не обладают активным сопротивлением. К недостаткам конденсаторного пуска относят значительный нагрев двигателя при длительной работе и низкий пусковой момент.

Для оборудования, которое запускается под нагрузкой и предназначено для длительной работы, например бетономешалки, применяют схему с 2 конденсаторами. При пуске оба емкостных элемента включены цепь, после разгона двигателя пусковой конденсатор отключается. Это позволяет устранить недостатки схемы с конденсаторным сдвигом фаз.

Емкость рабочего конденсатора для схемы включения «звезда» определяется исходя из выражения: Cр=2800 хP/(√3хU²х η х cosϕ). Параметры емкостного элемента при соединении в «треугольник» – по формуле Cр=4800 х P/(√3 х U² х η х cosϕ).

Конденсатор можно выбрать из расчета 70 микрофарад на 1 киловатт мощности двигателя. Емкость пускового конденсатора рассчитывается как Cп=2,5 х Cр.

При выборе схемы подключения, нужно учесть параметры двигателя. Если на табличке указаны значения 380/220 В, для включения в сеть 220 В обмотки соединять нужно только «треугольником». Если указано значение только 380 В, нужно разобрать двигатель, найти точку соединения обмоток и вывести все выводы на клеммник.

Для подключения электродвигателей применяют металлобумажные и электролитические конденсаторы. Первые рассчитаны на длительную работу, хорошо выдерживают коммутационные перенапряжения. К недостаткам металлобумажных конденсаторов относится небольшая емкость. Для запуска электродвигателя необходимо параллельно подключить несколько элементов в одну конденсаторную батарею.

Электролитические конденсаторы компакты и обладают значительной емкостью. При выборе устройств необходимо обратить внимание на номинальное напряжение. Для электродвигателей в сети 220 В применяют элементы не менее чем на 400-450 В. При коммутациях возникают импульсные броски, при заниженном напряжении, емкостные элементы быстро выходят из строя. Целесообразно использовать специальные конденсаторы для электродвигателей.

Работа трехфазного двигателя от однофазной сети имеет ряд недостатков. Потери мощности составляют 30-40%, то есть мощность электрической машины в таком режиме равна 60-70% от номинального значения, указанного производителем. При этом также наблюдается повышенный шум при работе, избыточный нагрев обмоток.

Подключение 3 фазного двигателя в однофазную сеть через частотный преобразователь

Преобразователи частоты (ПЧ) – устройства для управления электродвигателей переменного тока. Оборудование позволяет регулировать скорость вращения и момент на валу изменением частоты питающего напряжения. Однофазные ПЧ могут применяться для включения трехфазных двигателей к сети 220 В.

Оборудование создает симметричные токи во всех трех фазах и позволяет устранить такие недостатки пуска через конденсатор как:

  • Невысокий момент на валу при пуске.
  • Повышенный нагрев обмоток.
  • Избыточный шум при работе.
  • Низкий к.п.д.

Для подключения к сети 220 В выбирают однофазный ПЧ. Включать трехфазное устройство в однофазную сеть запрещено. Запас мощности преобразователя частоты должен составлять не меньше 2 кВт. При работе 3 фазного двигателя в однофазной сети наблюдаются значительные броски напряжения и тока, при недостатке мощности преобразователя работа привода будет нестабильна. Защита будет отключать устройство и выдавать сообщения об ошибках.

Подключение осуществляется в следующем порядке:

  • Проверка состояния двигателя. При этом определяют плотное прилегание крышек корпуса, исправность подшипников. Желательно измерить сопротивление обмоток. На этом же этапе определяют концы и начала обмоток статора.
  • Соединение обмоток по схеме «треугольник». Для подключения в однофазную сеть через ПЧ необходимо соединить обмотки так, чтобы межфазное напряжение составляло 220 В.
  • Подключение двигателя к частотному преобразователю. Для этого применяют экранированные кабели, рекомендованной производителем марок, сечением, отвечающем мощности выбранного ПЧ. Подключение осуществляется через емкостные входы преобразователя, внешние конденсаторы при этом не нужны.

Далее выполняют первый пуск. В процессе выявляют и устраняют ошибки подключения и настройки, проверяют корректность работы привода в разных режимах.

Преимущества подключения трехфазного двигателя к сети 220 В через ПЧ

Подключение через частотный преобразователь позволяет отказаться от внешних конденсаторов. Устройства позволяют задавать оптимальную емкость для старта и корректной работы привода. Преобразователи частоты:

  • Осуществляют регулирование скорости и момента. При этом конденсаторные схемы работают только в односкоростном режиме.
  • Обеспечивают оптимальный режим пуска, разгона и остановки. Преобразователь частоты огранивает пусковые токи, позволяет задавать время разгона и торможения.
  • Защищают двигатель от перегрева, перегрузок, коротких замыканий, заклинивания вала. ПЧ отключает привод при возникновении аварий и ненормальных режимов работы.
  • Позволяют подключать внешние датчики, а также удаленное оборудование. При помощи преобразователя частоты можно регулировать производительность насосов, другого оборудования по заданным программам.
  • Выводят сообщения с кодом ошибки. При аварии или отклонении режима работы привода от нормы, на дисплей ПЧ выводится код, позволяющий определить причину без диагностики двигателя.

К недостаткам подключения 3 фазного двигателя через преобразователь частоты относят завышенную мощность устройства и генерацию паразитных гармоник. Кроме того, при применении старых двигателей, длительно бывших в эксплуатации, сложно определить фактические параметры электрической машины и правильно выбрать ПЧ.

Заключение

При включении трехфазного двигателя в однофазную сеть существенно изменяются характеристики электрической машины. Из-за значительных недостатков такой метод в промышленном электроприводе не применяется, и допускается только как исключительная мера. Например, при необходимости экстренного восстановления работоспособности оборудования. Такое подключение допустимо только для маломощных электродвигателей.

Работа трехфазных устройств в сети 220 В широко применяется в приводе домашних станков и оборудования. Применение ПЧ частоты имеет неоспоримые преимущества перед пуском через емкостные элементы. Частотный преобразователь снижает нагрев и шум двигателей, повышает коэффициент мощности, позволяет регулировать частоту вращения вала. Кроме того, устройство обеспечивает защиту оборудования, позволяет осуществлять реверс двигателя, избавляет от необходимости сборки сложных схем управления.

Для исключения ошибок при выборе ПЧ лучше обратиться в службу технической поддержки производителя.

Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети

Асинхронные трехфазные двигатели, а именно их, из-за широкого распространения, часто приходится использовать, состоят из неподвижного статора и подвижного ротора. В пазах статора с угловым расстоянием в 120 электрических градусов уложены проводники обмоток, начала и концы которых (C1, C2, C3, C4, C5 и C6) выведены в распределительную коробку. Обмотки могут быть соединены по схеме «звезда» (концы обмоток соединены между собой, к их началам подводится питающее напряжение) или «треугольник» (концы одной обмотки соединены с началом другой).

В распределительной коробке контакты обычно сдвинуты — напротив С1 не С4, а С6, напротив С2 — С4.

При подключении трехфазного двигателя к трехфазной сети по его обмоткам в разный момент времени по очереди начинает идти ток, создающий вращающееся магнитное поле, которое взаимодействует с ротором, заставляя его вращаться. При включении двигателя в однофазную сеть, вращающий момент, способный сдвинуть ротор, не создается.

Среди разных способов подключения трехфазных электродвигателей в однофазную сеть наиболее простой — подключение третьего контакта через фазосдвигающий конденсатор.

Частота вращения трехфазного двигателя, работающего от однофазной сети, остается почти такой же, как и при его включении в трехфазную сеть. К сожалению, этого нельзя сказать о мощности, потери которой достигают значительных величин. Точные значения потери мощности зависят от схемы подключения, условий работы двигателя, величины емкости фазосдвигающего конденсатора. Ориентировочно, трехфазный двигатель в однофазной сети теряет около 30-50% своей мощности.

Не все трехфазные электродвигатели способны хорошо работать в однофазных сетях, однако большинство из них справляются с этой задачей вполне удовлетворительно — если не считать потери мощности. В основном для работы в однофазных сетях используются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (А, АО2, АОЛ, АПН и др.).

Асинхронные трехфазные двигатели рассчитаны на два номинальных напряжения сети — 220/127, 380/220 и т.д. Наиболее распространены электродвигатели с рабочим напряжением обмоток 380/220В (380В — для «звезды», 220 — для «треугольника). Большее напряжение для «звезды», меньшее — для «треугольника». В паспорте и на табличке двигателей кроме прочих параметров указывается рабочее напряжение обмоток, схема их соединения и возможность ее изменения.

Обозначение на табличке А говорит о том, что обмотки двигателя могут быть подключены как «треугольником» (на 220В), так и «звездой» (на 380В). При включении трехфазного двигателя в однофазную сеть желательно использовать схему «треугольник», поскольку в этом случае двигатель потеряет меньше мощности, чем при подключении «звездой».

Табличка Б информирует, что обмотки двигателя подсоединены по схеме «звезда», и в распределительной коробке не предусмотрена возможность переключить их на «треугольник» (имеется всего лишь три вывода). В этом случае остается или смириться с большой потерей мощности, подключив двигатель по схеме «звезда», или, проникнув в обмотку электродвигателя, попытаться вывести недостающие концы, чтобы соединить обмотки по схеме «треугольник».

Начала и концы обмоток (различные варианты)

Самый простой случай, когда в имеющемся двигателе на 380/220В обмотки уже подключены по схеме «треугольник». В этом случае нужно просто подсоединить токоподводящие провода и рабочий и пусковой конденсаторы к клеммам двигателя согласно схеме подключения.

Если в двигателе обмотки соединены «звездой», и имеется возможность изменить ее на «треугольник», то этот случай тоже нельзя отнести к сложным. Нужно просто изменить схему подключения обмоток на «треугольник», использовав для этого перемычки.

Определение начал и концов обмоток. Дело обстоит сложнее, если в распределительную коробку выведено 6 проводов без указания об их принадлежности к определенной обмотке и обозначения начал и концов. В этом случае дело сводится к решению двух задач (Но прежде чем этим заниматься, нужно попробовать найти в Интернете какую-либо документацию к электродвигателю. В ней может быть описано к чему относятся провода разных цветов.):

  • определению пар проводов, относящихся к одной обмотке;
  • нахождению начала и конца обмоток.

Первая задача решается «прозваниванием» всех проводов тестером (замером сопротивления). Если прибора нет, можно решить её с помощью лампочки от фонарика и батареек, подсоединяя имеющиеся провода в цепь последовательно с лампочкой. Если последняя загорается, значит, два проверяемых конца относятся к одной обмотке. Таким способом определяются три пары проводов (A, B и C на рисунке ниже) относящихся к трем обмоткам.

Вторая задача (определение начала и конца обмоток) несколько сложнее и требует наличия батарейки и стрелочного вольтметра. Цифровой не годится из-за инертности. Порядок определения концов и начал обмоток показан на схемах 1 и 2.

К концам одной обмотки (например, A) подключается батарейка, к концам другой (например, B) — стрелочный вольтметр. Теперь, если разорвать контакт проводов А с батарейкой, стрелка вольтметра качнется в ту или иную сторону. Затем необходимо подключить вольтметр к обмотке С и проделать ту же операцию с разрывом контактов батарейки. При необходимости меняя полярность обмотки С (меняя местами концы С1 и С2) нужно добиться того, чтобы стрелка вольтметра качнулась в ту же сторону, как и в случае с обмоткой В. Таким же образом проверяется и обмотка А — с батарейкой, подсоединенной к обмотке C или B.

В итоге всех манипуляций должно получиться следующее: при разрыве контактов батарейки с любой из обмоток на 2-х других должен появляться электрический потенциал одной и той же полярности (стрелка прибора качается в одну сторону). Теперь остается пометить выводы одного пучка как начала (А1, В1, С1), а выводы другого — как концы (А2, В2, С2) и соединить их по необходимой схеме — «треугольник» или «звезда» (если напряжение двигателя 220/127В).

Извлечение недостающих концов. Пожалуй, самый сложный случай — когда двигатель имеет соединение обмоток по схеме «звезда», и нет возможности переключить ее на «треугольник» (в распределительную коробку выведено всего лишь три провода — начала обмоток С1, С2, С3) (см. рисунок ниже). В этом случае для подключения двигателя по схеме «треугольник» необходимо вывести в коробку недостающие концы обмоток С4, С5, С6.

Чтобы сделать это, обеспечивают доступ к обмотке двигателя, сняв крышку и, возможно, удалив ротор. Отыскивают и освобождают от изоляции место спайки. Разъединяют концы и припаивают к ним гибкие многожильные изолированные провода. Все соединения надежно изолируют, крепят провода прочной нитью к обмотке и выводят концы на клеммный щиток электродвигателя. Определяют принадлежность концов началам обмоток и соединяют по схеме «треугольник», подсоединив начала одних обмоток к концам других (С1 к С6, С2 к С4, С3 к С5). Работа по выводу недостающих концов требует определенного навыка. Обмотки двигателя могут содержать не одну, а несколько спаек, разобраться в которых не так-то и просто. Поэтому если нет должной квалификацией, возможно, не останется ничего иного, как подключить трехфазный двигатель по схеме «звезда», смирившись со значительной потерей мощности.

Схемы подключения трехфазного двигателя в однофазную сеть

Обеспечение пуска. Пуск трехфазного двигателя без нагрузки можно осуществлять и от рабочего конденсатора (подробнее ниже), но если электродвигатель имеет какую-то нагрузку, он или не запустится, или будет набирать обороты очень медленно. Тогда для быстрого пуска необходим дополнительный пусковой конденсатор Сп (расчет емкости конденсаторов описан ниже). Пусковые конденсаторы включаются только на время пуска двигателя (2-3 сек, пока обороты не достигнут примерно 70% от номинальных), затем пусковой конденсатор нужно отключить и разрядить.

Удобен запуск трехфазного двигателя с помощью особого выключателя, одна пара контактов которого замыкается при нажатой кнопке. При ее отпускании одни контакты размыкаются, а другие остаются включенными — пока не будет нажата кнопка «стоп».

Реверс. Направление вращения двигателя зависит от того, к какому контакту («фазе») подсоединена третья фазная обмотка.

Направлением вращения можно управлять, подсоединив последнюю, через конденсатор, к двухпозиционному тумблеру, соединенному двумя своими контактами с первой и второй обмотками. В зависимости от положения тумблера двигатель будет вращаться в одну или другую сторону.

На рисунке ниже представлена схема с пусковым и рабочим конденсатором и кнопкой реверса, позволяющая осуществлять удобное управление трехфазным двигателем.

Подключение по схеме «звезда». Подобная схема подключения трехфазного двигателя в сеть с напряжением 220В используется для электродвигателей, у которых обмотки рассчитаны на напряжение 220/127В.

Конденсаторы. Необходимая емкость рабочих конденсаторов для работы трехфазного двигателя в однофазной сети зависит от схемы подключения обмоток двигателя и других параметров. Для соединения «звездой» емкость рассчитывается по формуле:

Для соединения «треугольником»:

Где Ср — емкость рабочего конденсатора в мкФ, I — ток в А, U — напряжение сети в В. Ток рассчитывается по формуле:

Где Р — мощность электродвигателя кВт; n — КПД двигателя; cosф — коэффициент мощности, 1.73 — коэффициент, характеризующий соотношение между линейным и фазным токами. КПД и коэффициент мощности указаны в паспорте и на табличке двигателя. Обычно их значение находится в диапазоне 0,8-0,9.

На практике величину емкости рабочего конденсатора при подсоединении «треугольником» можно посчитать по упрощенной формуле C = 70•Pн, где Pн — номинальная мощность электродвигателя в кВт. Согласно этой формуле на каждые 100 Вт мощности электродвигателя необходимо около 7 мкФ емкости рабочего конденсатора.

Правильность подбора емкости конденсатора проверяется результатами эксплуатации двигателя. Если её значение оказалось больше, чем требуется при данных условиях работы, двигатель будет перегреваться. Если емкость оказалась меньше требуемой, выходная мощность электродвигателя будет слишком низкой. Имеет резон подбирать конденсатор для трехфазного двигателя, начиная с малой емкости и постепенно увеличивая её значение до оптимального. Если есть возможность, лучше подобрать емкость измерением тока в проводах подключенных к сети и к рабочему конденсатору, например токоизмерительными клещами. Значение тока должно быть наиболее близким. Замеры следует производить при том режиме, в котором двигатель будет работать.

При определении пусковой емкости исходят, прежде всего, из требований создания необходимого пускового момента. Не путать пусковую емкость с емкостью пускового конденсатора. На приведенных выше схемах, пусковая емкость равна сумме емкостей рабочего (Ср) и пускового (Сп) конденсаторов.

Если по условиям работы пуск электродвигателя происходит без нагрузки, то пусковая емкость обычно принимается равной рабочей, то есть пусковой конденсатор не нужен. В этом случае схема включения упрощается и удешевляется. Для такого упрощения и главное удешевления схемы, можно организовать возможность отключения нагрузки, например, сделав возможность быстро и удобно изменять положение двигателя для ослабления ременной передачи, или сделав для ременной передачи прижимной ролик, например, как у ременного сцепления мотоблоков.

Пуск под нагрузкой требует наличия дополнительной емкости (Сп) подключаемой на время запуска двигателя. Увеличение отключаемой емкости приводит к возрастанию пускового момента, и при некотором определенном ее значении момент достигает своего наибольшего значения. Дальнейшее увеличение емкости приводит к обратному результату: пусковой момент начинает уменьшаться.

Исходя из условия запуска двигателя под нагрузкой близкой к номинальной, пусковая емкость должна быть в 2-3 раза больше рабочей, то есть, если емкость рабочего конденсатора 80 мкФ, то емкость пускового конденсатора должна быть 80-160 мкФ, что даст пусковую емкость (сумма емкости рабочего и пускового конденсаторов) 160-240 мкФ. Но если двигатель имеет небольшую нагрузку при запуске, емкость пускового конденсатора может быть меньше или, как писалось выше, его вообще может не быть.

Пусковые конденсаторы работают непродолжительное время (всего несколько секунд за весь период включения). Это позволяет использовать при запуске двигателя наиболее дешевые пусковые электролитические конденсаторы, специально предназначенные для этой цели (http://www.platan.ru/cgi-bin/qweryv.pl/0w10609.html).

Отметим, что у двигателя подключенного к однофазной сети через конденсатор, работающего без нагрузки, по обмотке, питаемой через конденсатор, идет ток на 20-30% превышающий номинальный. Поэтому, если двигатель используется в недогруженном режиме, то емкость рабочего конденсатора следует уменьшить. Но тогда, если двигатель запускался без пускового конденсатора, последний может потребоваться.

Лучше использовать не один большой конденсатор, а несколько поменьше, отчасти из-за возможности подбора оптимальной емкости, подсоединяя дополнительные или отключая ненужные, последние можно использовать в качестве пусковых. Необходимое количество микрофарад набирается параллельным соединением нескольких конденсаторов, исходя из того, что суммарная емкость при параллельном соединении подсчитывается по формуле: Cобщ = C1 + C1 + . + Сn.

В качестве рабочих используются обычно металлизированные бумажные или пленочные конденсаторы (МБГО, МБГ4, К75-12, К78-17 МБГП, КГБ, МБГЧ, БГТ, СВВ-60). Допустимое напряжение должно не менее чем в 1,5 раза превышать напряжение сети.

Частотное регулирование однофазного асинхронного двигателя

Частотное управление электроприводами активно развивается и все чаще можно услышать о новом методе управления, или улучшенном частотнике, или о внедрении частотного электропривода в какой-то сфере, где ранее никто и подумать не мог что это возможно. Но это факт!

Если мы внимательно рассмотрим электродвигатели, к которым применяют частотное регулирование – то это асинхронные или синхронные трехфазные двигатели. Существует несколько разновидностей преобразователей частоты. Но ведь есть и однофазные асинхронные машины, почему прогресс не касается их? Почему частотное управление не применяют так активно к однофазным машинам? Давайте рассмотрим.
Содержание:

Принцип работы однофазной асинхронной машины

При однофазном питании асинхронника в нем вместо вращающегося магнитного поля возникает пульсирующее, которое можно разложить на два магнитных поля, которые будут вращаться в разные стороны с одинаковой частотой и амплитудой. При остановленном роторе электродвигателя данные поля создадут моменты одинаковой величины, но различного знака. В итоге результирующий пусковой момент будет равен нулю, что не позволит двигателю запустится. По своим свойствам однофазный электродвигатель похож на трехфазный, который работает при сильном искажении симметрии напряжений:

на рисунке а) показана схема асинхронной однофазной машины, а на б) векторная диаграмма

Основные виды однофазных электроприводов

Как упоминалось однофазный двигатель не может развивать пусковой момент, следствием чего становится невозможность его самостоятельного запуска. Для этого придумали несколько способов компенсации магнитного поля противоположного по знаку основному.

Двигатели с пусковой обмоткой

В данном способе пуска кроме основной обмотки Р, имеющей фазную зону 120 0 , на статор наматывают еще и пусковую П, которая имеет фазную зону 60 0 . Также пусковая обмотка сдвигается относительно рабочей на 90 0 электрических. Для того, чтоб создать фазовый сдвиг между токами обмоток Iр и Iп последовательно в пусковую обмотку подключают элемент, приводящий к сдвигу фаз ψ (фазосдвигающее сопротивление Zп):

Где: а) схема подключения машины, б) векторные диаграммы при использовании различных сопротивлений.

Наилучшими условиями для пуска будет включения конденсатора в пусковую обмотку. Но поскольку емкость конденсатора довольно велика, соответственно и его стоимость и габариты тоже возрастают. Зачастую его применяют для получения повышенного момента для пуска. Пуск с помощью индуктивности имеет наихудшие показатели и в настоящее время не используется. Довольно часто могут применять запуск с помощью активного сопротивления, при этом пусковую обмотку делают с повышенным активным сопротивлением. После запуска электродвигателя пусковая обмотка отключается. Ниже показаны схемы включений и их пусковые характеристики:

Где: а,б) двигатели с пусковой обмоткой, в,г) конденсаторные

Конденсаторный двигатель

Данный тип электродвигателя имеет две рабочие обмотки, в одну из которых подключают рабочую емкость Ср. Данные обмотки сдвинуты относительно друг друга на 90 0 электрических и имеют фазные зоны тоже 90 0 . При этом мощности обеих обмоток равны, но их токи и напряжения различны, также различны количества витков. Иногда величины конденсатора рабочего не достаточно для формирования нужного пускового момента, поэтому параллельно ему могут вешать пусковой, как это показано на рисунке выше. Схема приведена ниже:

Где: а) схема конденсаторного электродвигателя, б) его векторная диаграмма

В данном типе однофазных машин коэффициент мощности cosφ даже выше чем у трехфазных. Это объясняется наличием конденсатора. КПД такого электродвигателя выше, чем однофазного электродвигателя с пусковой обмоткой.

Частотное регулирование однофазных асинхронных электродвигателей

Итак, все чаще появляются предложения частотных преобразователей, которые могут управлять однофазными асинхронными машинами. В силу того что частотники предназначены для работы с трехфазными машинами, то для регулирования оборотов однофазной машинами необходим особый вид частотного преобразователя. Это обусловлено тем, что трехфазные и однофазные машины имеют немного разный принцип работы. Давайте рассмотрим схему включения, которую предоставляет один из официальных производителей частотных преобразователей для однофазных машин:

Это схема прямого подключения. Где: Ф-фаза питающего напряжения, N-нейтральный проводник, L1, L2 – обмотки двигателя, Ср – рабочий конденсатор.

А вот схема подключения преобразователя:

Как мы можем видеть, конденсатор при включении данной схемы отключается. Обмотка L1 переключается к выходу преобразователя фазы А, а L2 к В. Общий провод подключается к выходу С. Тем самым мы фактически получили двухфазную машину. Фазовый сдвиг теперь будет реализовывать частотный преобразователь, а не конденсатор. На выходе преобразователя будет обычное трехфазное напряжение.

Данный способ частотного регулирования трудно назвать однофазным, так как при питания двигателя от сети напрямую необходимо опять восстанавливать схему с конденсатором. Более того, этот способ регулирования частоты НЕ ПОДХОДИТ для машин с пусковой обмоткой, так как сопротивление рабочей и пусковой обмотки не равны, появится асимметрия.

Можем сделать вывод, что данный вид частотного регулирования подходит не всем электродвигателям, а только конденсаторным. Более того, при такой схеме подключения необходимо провести переподключение обмоток внутри электродвигателя (в коробке выводов электродвигателя), что после переподключения не позволит работать ему от сети напрямую. Поэтому если вы собираетесь питать электродвигатель от однофазной сети через частотник, то, может быть стоит купить преобразователь, который питается от однофазной сети, а двигатель обычный, трехфазный. Это лучше с точки зрения работы самой машины, также отсутствуют переделки внутри электрической машины. Если вы собираетесь таким образом модернизировать систему, то внимательно изучите характеристики электродвигателя, преобразователя, чтоб избежать пустой траты средств или выхода из строя элементов системы.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector