Схема подключения электродвигателя к сети 220 вольт

Среди разнообразия выпускаемых на сегодняшний день типов электрических моторов большое распространение получили асинхронные двигатели. Их мощность и эффективность обеспечивает использование в деревообрабатывающей и металлообрабатывающей промышленности, в насосных агрегатах, на фабриках, в станках и ручном электрическом инструменте.

Функциональные и эксплуатационные особенности

Как производятся расчеты

Принцип действия

Принцип действия электродвигателя демонстрирует простейший опыт, который всем нам показывали в школе — вращение рамки с током в поле постоянного магнита.

Рамка с током — это аналог ротора, неподвижный магнит — статор. Если в рамку подать ток, она повернется перпендикулярно направлению магнитного поля и застынет в этом положении. Если заставить магнит крутиться, рамка будет вращаться с той же скоростью, то есть синхронно с магнитом. У нас получился синхронный электродвигатель. Но у нас магнит — это статор, а он по определению неподвижен. Как заставить вращаться магнитное поле неподвижного статора?

Для начала заменим постоянный магнит катушкой с током. Это обмотка нашего статора. Как известно из той же школьной физики, катушка с током создает магнитное поле. Последнее пропорционально величине тока, а полярность зависит от направления тока в катушке. Если подать в катушку переменный ток, получим переменное поле.

Магнитное поле — векторная величина. Переменный ток в питающей сети имеет синусоидальную форму.

Нам поможет очень наглядная аналогия с часами. Какие векторы вращаются постоянно перед нашими глазами? Это часовые стрелки. Представим, что в углу комнаты висят часы. Секундная стрелка вращается, делая один полный оборот в минуту. Стрелка — вектор единичной длины.

Тень, которую стрелка отбрасывает на стену, меняется как синус с периодом в 1 минуту, а тень, отбрасываемая на пол — как косинус. Или синус, сдвинутый по фазе на 90 градусов. Но вектор равен сумме своих проекций. Другими словами, стрелка равна векторной сумме своих теней.

Назначение, устройство и принцип действия однофазных асинхронных двигателей

Однофазные асинхронные двигатели — машины небольшой мощности, которые по конструктивному исполнению напоминают аналогичные трехфазные электродвигатели с короткозамкнутым ротором.

Однофазные асинхронные двигатели отличаются от трехфазных двигателей устройством статора, где в пазах магнитопровода находится двухфазная обмотка, состоящая из основной, или рабочей, фазы с фазной зоной 120 эл. град и выводами к зажимам с обозначениями С1 и С2, и вспомогательной, или пусковой, фазы с фазной зоной 60 эл. град и выводами к зажимам с обозначениями В1 и В2 (рис. 1).

Магнитные оси этих фаз обмотки смещены относительно друг друга па угол 0 = 90 эл. град. Одна рабочая фаза, присоединенная к питающей сети переменного напряжения, не может вызвать вращения ротора, так как ток ее возбуждает переменное магнитное поле с неподвижной осью симметрии, характеризуемое гармонически изменяющейся во времени магнитной индукцией.

Рис. 1. Схема включения однофазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Это поле можно представить двумя составляющими — одинаковыми круговыми магнитными полями прямой и обратной последовательностей, вращающимися с магнитными индукциями, вращающимися в противоположные стороны с одной и той же скоростью. Однако при предварительном разгоне ротора в необходимом направлении он при включенной рабочей фазе продолжает вращаться в том же направлении.

По этой причине пуск однофазного двигателя начинают с разгона ротора путем нажатия пусковой кнопки, вызывающего возбуждение токов в обеих фазах обмотки статора, которые сдвинуты по фазе на величину, зависящую от параметров фазосдвигающего устройства Z, выполненного в виде резистора, индуктивной катушки или конденсатора, и элементов электрических цепей, в которые входят рабочая и пусковая фазы обмотки статора. Эти токи побуждают в машине вращающееся магнитное поле с магнитной индукцией в воздушном зазоре, которая периодически и монотонно изменяется в пределах максимального и минимального значений, а конец ее вектора описывает эллипс.

Это. эллиптическое вращающееся магнитное поле находит в проводниках короткозамкнутой обмотки ротора ЭДС и токи, которые, взаимодействуя с этим полем, обеспечивают разгон ротора однофазного двигателя в направлении вращения поля, и он в.течение нескольких секунд достигает почти номинальной скорости.

Отпускание пусковой кнопки переводит электродвигатель с двухфазного режима на однофазный, поддерживаемый в дальнейшем соответствующей составляющей переменного магнитного поля, которая при своем вращении несколько опережает вращающийся ротор из-за скольжения.

Своевременное отключение пусковой фазы обмотки статора однофазного асинхронного двигателя от питающей сети необходимо в связи с ее конструктивным исполнением, предусматривающим кратковременный режим работы — обычно до 3 с, что исключает длительное пребывание ее под нагрузкой в связи с недопустимым перегревом, сгоранием изоляции и выходом из строя.

Повышение надежности эксплуатации однофазных асинхронных двигателей обеспечивают встраиванием в корпус машин центробежного выключателя с размыкающими контактами, присоединенными к зажимам с обозначениями ВЦ и В2, и теплового реле с аналогичными контактами, имеющими выводы с обозначениями РТ и С1 (рис. 2, в, г).

Центробежный выключатель автоматически отключает пусковую фазу обмотки статора, присоединенную к зажимам с обозначениями В1 и В2 при достижении ротором скорости, близкой к номинальной, а тепловое реле — обе фазы обмотки статора от питающей сети, когда нагрев их окажется выше допустимого.

Перемена направления вращения ротора достигается изменением направления тока в одной из фаз обмотки статора при пуске путем переключения пусковой кнопки и перестановки металлической пластины на зажимах электродвигателя (рис. 2, а, б) или только перестановкой двух аналогичных пластин (рис. 2, в, г).

Рис. 2. Маркировка зажимов фаз обмотки статора однофазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и их соединение для вращения ротороа: а, в — правого, б, г — левого.

Сравнение технических характеристик однофазных и трехфазных асинхронных двигателей

Однофазные асинхронные двигатели отличаются от аналогичных по номинальной мощности трехфазных машин пониженной кратностью начального пускового момента kп = Mп / Mном и повышенной кратностью пускового тока ki = Mi / Mном которые для однофазных электродвигателей с пусковой фазой обмотки статора, имеющей повышенное сопротивление постоянному току и. меньшую индуктивность, чем рабочая фаза, имеют значения kп — 1,0 — 1,5 и ki = 5 — 9.

Пусковые характеристики однофазных асинхронных двигателей хуже аналогичных характеристик трехфазных асинхронных двигателей в связи с тем, что возбуждаемое при пуске однофазных машин с пусковой фазой обмотки статора эллиптическое вращающееся магнитное поле, эквивалентное двум неодинаковым круговым вращающимся магнитным полям — прямому и обратному, вызывает появление тормозного эффекта.

Подбором параметров элементов электрических цепей рабочей и пусковой фаз обмотки статора можно обеспечить при пуске возбуждение кругового вращающегося магнитного поля, что возможно при фазосдвигающем элементе, выполненном в виде конденсатора соответствующей емкости.

Так как разгон ротора вызывает изменение параметров цепей машины, вращающееся магнитное поле из кругового переходит в эллиптическое, ухудшая этим пусковые характеристики двигателя. Поэтому при скорости около 0,8 номинальной пусковую фазу обмотки статора электродвигателя отключают вручную или автоматически, в результате чего двигатель переходит на однофазный режим работы.

Однофазные асинхронные двигатели с пусковым конденсатором имеют кратность начального пускового момента kп = 1,7 — 2,4 и кратность начального пускового тока ki = 3 — 5.

Двухфазные асинхронные двигатели

В двухфазных асинхронных двигателях обе фазы обмотки статора с фазными зонами по 90 эл. град являются рабочими. Они расположены в пазах магнитопровода статора так, что их магнитные оси образуют угол 90 эл. град. Эти фазы обмотки статора отличаются друг от друга не только числом витков, но и номинальными напряжениями и токами, хотя при номинальном режиме двигателя полные мощности их одинаковы.

В одной из фаз обмотки статора постоянно находится конденсатор Ср (рис. 3, а), который в условиях номинального режима двигателя обеспечивает возбуждение кругового вращающегося магнитного поля. Емкость этого конденсатора определяют по формуле:

Cр = I1sinφ1 / 2πfUn2

где I1 и φ1- соответственно ток и сдвиг фаз между напряжением и током цепи фазы обмотки статора без конденсатора при круговом вращающемся магнитном поле, I и U — соответственно частота переменного тока и напряжение питающей сети, n- коэффициент трансформации — отношение эффективных чисел витков фаз обмотки статора соответственно с конденсатором и без него, определяемое по формуле

n = kоб2 w2 / kоб1 w1

где kоб2 и kоб1 — обмоточные коэффициенты соответствующих фаз обмотки статора с числом витков w2 и w1.

Напряжение на зажимах конденсатора Uc, включенного последовательно с фазой обмотки статора двухфазного асинхронного двигателя, при круговом вращающемся магнитном поле выше напряжения сети U и определяется так:

Uc = U √1 + n2

Переход к нагрузке двигателя, отличной от номинальной, сопровождается изменением вращающегося магнитного поля, которое вместо кругового становится эллиптическим. Это ухудшает рабочие свойства двигателя, а при пуске снижает начальный пусковой момент до Мп Mном, ограничивая этим применение двигателей с постоянно включенным конденсатором только в установках с легкими условиями пуска.

Для повышения начального пускового момента параллельно рабочему конденсатору Ср включают пусковой конденсатор Сп (рис. 3, б), емкость которого намного больше емкости рабочего конденсатора и зависит от кратности начального пускового момента, которая может быть доведена до двух и более.

Рис. 3. Схемы включения двухфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором: а — спостоянно присоединенным конденсатором, б — с рабочим и пусковым конденсаторами.

После разгона ротора до скорости 0,6 — 0,7 номинальной пусковой конденсатор отключают для избежания перехода кругового вращающегося магнитного поля в эллиптическое, ухудшающее рабочие характеристики двигателя.

Пусковой режим таких конденсаторных двигателей характеризуется такими показателями: kп = 1,7 — 2,4 и ki = 4 — 6.

Конденсаторные двигатели отличаются лучшими энергетическими показателями, чем однофазные двигатели с пусковой фатой обмотки статора, я коэффициент мощности их, благодаря применению конденсаторов, выше, чем у трехфазных двигателей одинаковой мощности.

Универсальные асинхронные двигатели

В установках автоматического управления применяют универсальные асинхронные двигатели — трехфазные машины малой мощности, которые присоединяют к трехфазной или однофазной сети. При питании от однофазной сети пусковое и рабочие характеристики двигателей несколько хуже, чем при использовании их в трехфазном режиме.

Универсальные асинхронные двигатели серии УАД изготовляют двух- и четырехполюсными, которые при трехфазном режиме имеют номинальную мощность от 1,5 до 70 Вт, а при однофазном режиме — от 1 до 55 Вт и работают от сети переменного напряжения частотой 50 Гц с кпд η= 0,09 — 0.65.

Однофазные асинхронные двигатели с расщепленными или экранированными полюсами

В однофазных асинхронных двигателях с расщепленными или экранированными полюсами, каждый полюс расщеплен глубоким пазом па две неравные части и несет на себе однофазную обмотку, охватывающую весь магнитопровод полюса, и короткозамкнутые витки, расположенные на его меньшей части.

Ротор у этих двигателей имеет короткозамкнутую обмотку. Включение обмотки статора на синусоидальное напряжение сопровождается установлением в ней тока и возбуждением переменного магнитного поля с неподвижной осью симметрии, которое наводит в короткозамкнутых витках соответствующие эдс и токи.

Под влиянием токов короткозамкнутых витков соо тветствующая им м. д. с, возбуждает магнитное поле, препятствующее усилению и ослаблению основного магнитного поля в экранированных частых полюсов. Магнитные поля экранированных и неэкранированных частей полюсов не совпадают по фазе во времени и, будучи смещенными в пространстве, образуют результирующее эллиптическое вращающееся магнитное поле, перемещающее в направлении от магнитной оси неэранированной части полюса к магнитной оси его экранированной части.

Взаимодействие этого поля с токами, индуктированными в обмотке ротора, вызывает появление начального пускового момента Мп = (0,2 — 0,6) Мном и разгон ротора до номинальной скорости, если тормозной момент приложенный к валу двигателя, не превышает начальный пусковой момент.

С целью увеличения начального пускового и максимального моментов однофазных асинхронных двигателях с расщепленными или экранированными полюсами между их полюсами располагают магнитные шунты из листовой стали, что приближает вращающееся магнитное поле к круговому.

Двигатели с расщепленными полюсами являются нереверсивными устройствами, допускающими частые пуски, внезапную остановку и могут длительное время находиться в заторможенном состоянии. Их изготовляют двух- и четырехполюсными номинальной мощностью от 0,5 до 30 Вт, а при усовершенствованной конструкции до 300 Вт для работы от сети переменного напряжения частотой 50 Гц с кпд ηном = 0,20 — 0,40.

Двухфазный синхронный электродвигатель

Расположим на статоре две обмотки под углом в 90 градусов, то есть взаимно перпендикулярно. Подадим в них синусоидальный переменный ток. Фазы токов сдвинем на 90 градусов. Имеем два вектора взаимно перпендикулярных, меняющихся по синусоидальному закону со сдвигом фаз на 90 градусов. Суммарный вектор будет вращаться подобно часовой стрелке, делая один полный оборот за период частоты переменного тока.

У нас получился двухфазный синхронный электродвигатель. Откуда взять токи, сдвинутые по фазе для питания обмоток? Наверное, не всем известно, что вначале распределительные сети переменного тока были двухфазными. И лишь позднее, не без борьбы, уступили место трехфазным. Если бы не уступили, то наш двухфазный электромотор можно было подключить напрямую к двум фазам.

Но победили трехфазные сети, для которых были разработаны трехфазные электродвигатели. А двухфазные электромоторы нашли свое применение в однофазных сетях в виде конденсаторных двигателей.

Онлайн журнал электрика

Предназначение, устройство и принцип деяния однофазовых асинхронных движков

Однофазовые асинхронные движки — машины маленький мощности, которые по конструктивному выполнению напоминают подобные трехфазные электродвигатели с короткозамкнутым ротором.

Однофазовые асинхронные движки отличаются от трехфазных движков устройством статора, где в пазах магнитопровода находится двухфазная обмотка, состоящая из основной, либо рабочей, фазы с фазной зоной 120 эл. град и выводами к зажимам с обозначениями С1 и С2, и вспомогательной, либо пусковой, фазы с фазной зоной 60 эл. град и выводами к зажимам с обозначениями В1 и В2 (рис. 1).

Магнитные оси этих фаз обмотки сдвинуты относительно друг дружку па угол 0 = 90 эл. град. Одна рабочая фаза, присоединенная к питающей сети переменного напряжения, не может вызвать вращения ротора, потому что ток ее возбуждает переменное магнитное поле с недвижной осью симметрии, характеризуемое гармонически изменяющейся во времени магнитной индукцией.

Рис. 1. Схема включения однофазового асинхронного мотора с короткозамкнутым ротором.

Это поле можно представить 2-мя составляющими — схожими радиальными магнитными полями прямой и оборотной последовательностей, вращающимися с магнитными индукциями, вращающимися в обратные стороны с одной и той же скоростью. Но при подготовительном разгоне ротора в нужном направлении он при включенной рабочей фазе продолжает крутиться в том же направлении.

По этой причине запуск однофазового мотора начинают с разгона ротора методом нажатия пусковой кнопки, вызывающего возбуждение токов в обеих фазах обмотки статора, которые смещены по фазе на величину, зависящую от характеристик фазосдвигающего устройства Z, выполненного в виде резистора, индуктивной катушки либо конденсатора, и частей электронных цепей, в которые входят рабочая и пусковая фазы обмотки статора. Эти токи побуждают в машине крутящееся магнитное поле с магнитной индукцией в воздушном зазоре, которая временами и однообразно меняется в границах наибольшего и малого значений, а конец ее вектора обрисовывает эллипс.

Это. эллиптическое крутящееся магнитное поле находит в проводниках короткозамкнутой обмотки ротора ЭДС и токи, которые, взаимодействуя с этим полем, обеспечивают разгон ротора однофазового мотора в направлении вращения поля, и он в.течение нескольких секунд добивается практически номинальной скорости.

Отпускание пусковой кнопки переводит электродвигатель с двухфазного режима на однофазовый, поддерживаемый в предстоящем соответственной составляющей переменного магнитного поля, которая при собственном вращении несколько опережает крутящийся ротор из-за скольжения.

Своевременное отключение пусковой фазы обмотки статора однофазового асинхронного мотора от питающей сети нужно в связи с ее конструктивным исполнением, предусматривающим краткосрочный режим работы — обычно до 3 с, что исключает долгое пребывание ее под нагрузкой в связи с недопустимым перегревом, сгоранием изоляции и выходом из строя.

Увеличение надежности эксплуатации однофазовых асинхронных движков обеспечивают встраиванием в корпус машин центробежного выключателя с размыкающими контактами, присоединенными к зажимам с обозначениями ВЦ и В2, и термического реле с подобными контактами, имеющими выводы с обозначениями РТ и С1 (рис. 2, в, г).

Центробежный выключатель автоматом отключает пусковую фазу обмотки статора, присоединенную к зажимам с обозначениями В1 и В2 при достижении ротором скорости, близкой к номинальной, а термическое реле — обе фазы обмотки статора от питающей сети, когда нагрев их окажется выше допустимого.

Перемена направления вращения ротора достигается конфигурацией направления тока в одной из фаз обмотки статора при пуске методом переключения пусковой кнопки и перестановки железной пластинки на зажимах электродвигателя (рис. 2, а, б) либо только перестановкой 2-ух подобных пластинок (рис. 2, в, г).

Рис. 2. Маркировка зажимов фаз обмотки статора однофазового асинхронного мотора с короткозамкнутым ротором и их соединение для вращения ротороа: а, в — правого, б, г — левого.

Сопоставление технических черт однофазовых и трехфазных асинхронных движков

Однофазовые асинхронные движки отличаются от подобных по номинальной мощности трехфазных машин пониженной кратностью исходного пускового момента kп = Mп / Mном и завышенной кратностью пускового тока ki = Mi / Mном которые для однофазовых электродвигателей с пусковой фазой обмотки статора, имеющей завышенное сопротивление неизменному току и. наименьшую индуктивность, чем рабочая фаза, имеют значения kп — 1,0 — 1,5 и ki = 5 — 9.

Пусковые свойства однофазовых асинхронных движков ужаснее подобных черт трехфазных асинхронных движков в связи с тем, что возбуждаемое при пуске однофазовых машин с пусковой фазой обмотки статора эллиптическое крутящееся магнитное поле, эквивалентное двум неодинаковым радиальным вращающимся магнитным полям — прямому и оборотному, вызывает возникновение тормозного эффекта.

Подбором характеристик частей электронных цепей рабочей и пусковой фаз обмотки статора можно обеспечить при пуске возбуждение радиального вращающегося магнитного поля, что может быть при фазосдвигающем элементе, выполненном в виде конденсатора соответственной емкости.

Потому что разгон ротора вызывает изменение характеристик цепей машины, крутящееся магнитное поле из радиального перебегает в эллиптическое, ухудшая этим пусковые свойства мотора. Потому при скорости около 0,8 номинальной пусковую фазу обмотки статора электродвигателя отключают вручную либо автоматом, в итоге чего движок перебегает на однофазовый режим работы.

Однофазовые асинхронные движки с пусковым конденсатором имеют кратность исходного пускового момента kп = 1,7 — 2,4 и кратность исходного пускового тока ki = 3 — 5.

Двухфазные асинхронные движки

В двухфазных асинхронных движках обе фазы обмотки статора с фазными зонами по 90 эл. град являются рабочими. Они размещены в пазах магнитопровода статора так, что их магнитные оси образуют угол 90 эл. град. Эти фазы обмотки статора отличаются друг от друга не только лишь числом витков, да и номинальными напряжениями и токами, хотя при номинальном режиме мотора полные мощности их схожи.

В одной из фаз обмотки статора повсевременно находится конденсатор Ср (рис. 3, а), который в критериях номинального режима мотора обеспечивает возбуждение радиального вращающегося магнитного поля. Емкость этого конденсатора определяют по формуле:

Cр = I1sinφ1 / 2πfUn2

где I1 и φ1— соответственно ток и сдвиг фаз меж напряжением и током цепи фазы обмотки статора без конденсатора при радиальном вращающемся магнитном поле, I и U — соответственно частота переменного тока и напряжение питающей сети, n— коэффициент трансформации — отношение действенных чисел витков фаз обмотки статора соответственно с конденсатором и без него, определяемое по формуле

n = kоб2 w2 / kоб1 w1

где kоб2 и kоб1 — обмоточные коэффициенты соответственных фаз обмотки статора с числом витков w2 и w1.

Напряжение на зажимах конденсатора Uc, включенного поочередно с фазой обмотки статорадвухфазного асинхронного мотора, при радиальном вращающемся магнитном поле выше напряжения сети U и определяется так:

Uc = U √1 + n2

Переход к нагрузке мотора, хорошей от номинальной, сопровождается конфигурацией вращающегося магнитного поля, которое заместо радиального становится эллиптическим. Это усугубляет рабочие характеристики мотора, а при пуске понижает исходный пусковой момент до Мп Mном, ограничивая этим применение движков с повсевременно включенным конденсатором исключительно в установках с легкими критериями запуска.

Для увеличения исходного пускового момента параллельно рабочему конденсатору Ср включают пусковой конденсатор Сп (рис. 3, б), емкость которого намного больше емкости рабочего конденсатора и находится в зависимости от кратности исходного пускового момента, которая может быть доведена до 2-ух и поболее.

Рис. 3. Схемы включения двухфазных асинхронных движков с короткозамкнутым ротором: а — спостоянно присоединенным конденсатором, б — с рабочим и пусковым конденсаторами.

После разгона ротора до скорости 0,6 — 0,7 номинальной пусковой конденсатор отключают для избежания перехода радиального вращающегося магнитного поля в эллиптическое, ухудшающее рабочие свойства мотора.

Пусковой режим таких конденсаторных движков характеризуется такими показателями: kп = 1,7 — 2,4 и ki = 4 — 6.

Конденсаторные движки отличаются наилучшими энергетическими показателями, чем однофазовые движки с пусковой фатой обмотки статора, я коэффициент мощности их, благодаря применению конденсаторов, выше, чем у трехфазных движков схожей мощности.

Универсальные асинхронные движки

В установках автоматического управления используют универсальные асинхронные движки — трехфазные машины малой мощности, которые присоединяют к трехфазной либо однофазовой сети. При питании от однофазовой сети пусковое и рабочие свойства движков несколько ужаснее, чем при использовании их в трехфазном режиме.

Универсальные асинхронные движки серии УАД изготовляют двух- и четырехполюсными, которые при трехфазном режиме имеют номинальную мощность от 1,5 до 70 Вт, а при однофазовом режиме — от 1 до 55 Вт и работают от сети переменного напряжения частотой 50 Гц с кпд η= 0,09 — 0.65.

Однофазовые асинхронные движки с расщепленными либо экранированными полюсами

В однофазовых асинхронных движках с расщепленными либо экранированными полюсами, каждый полюс расщеплен глубочайшим пазом па две неравные части и несет на для себя однофазовую обмотку, охватывающую весь магнитопровод полюса, и короткозамкнутые витки, расположенные на его наименьшей части.

Ротор у этих движков имеет короткозамкнутую обмотку. Включение обмотки статора на синусоидальное напряжение сопровождается установлением в ней тока и возбуждением переменного магнитного поля с недвижной осью симметрии, которое наводит в короткозамкнутых витках надлежащие эдс и токи.

Под воздействием токов короткозамкнутых витков соответственная им м. д. с, возбуждает магнитное поле, препятствующее усилению и ослаблению основного магнитного поля в экранированных нередких полюсов. Магнитные поля экранированных и неэкранированных частей полюсов не совпадают по фазе во времени и, будучи смещенными в пространстве, образуют результирующее эллиптическое крутящееся магнитное поле, перемещающее в направлении от магнитной оси неэранированной части полюса к магнитной оси его экранированной части.

Взаимодействие этого поля с токами, индуктированными в обмотке ротора, вызывает возникновение исходного пускового момента Мп = (0,2 — 0,6) Мном и разгон ротора до номинальной скорости, если тормозной момент приложенный к валу мотора, не превосходит исходный пусковой момент.

С целью роста исходного пускового и наибольшего моментов однофазовых асинхронных движках с расщепленными либо экранированными полюсами меж их полюсами располагают магнитные шунты из листовой стали, что приближает крутящееся магнитное поле к радиальному.

Движки с расщепленными полюсами являются нереверсивными устройствами, допускающими нередкие запуски, неожиданную остановку и могут долгое время находиться в заторможенном состоянии. Их изготовляют двух- и четырехполюсными номинальной мощностью от 0,5 до 30 Вт, а при улучшенной конструкции до 300 Вт для работы от сети переменного напряжения частотой 50 Гц с кпд ηном = 0,20 — 0,40.

Трехфазный синхронный двигатель

Современные распределительные сети переменного тока выполнены по трехфазной схеме.

• По сети передаются сразу три синусоиды со сдвигом фаз на треть периода или на 120 градусов относительно друг друга.
• Трехфазный двигатель отличается от двухфазного тем, что у него не две, а три обмотки на статоре, повернутых на 120 градусов.
• Три катушки, подключенные к трем фазам, создают в сумме вращающееся магнитное поле, которое поворачивает ротор.

Как определить схему подключения обмоток?

Распознать метод обмотки довольно просто. Это можно сделать двумя способами:

Посмотреть номерную табличку на двигателе. Обычно на ней отображены все технические данные, касающиеся работы двигателя. Среди прочего можно встретить два символа:

• геометрическую фигуру треугольника;
• звезду из трех лучей.

Необходимо сопоставить, какой из символов в таблице находится под значением 380В. Это может выглядеть следующим образом: 220/380В и рядом с ними символы «треугольник»/«звезда». Данное обозначение говорит, что на моторе, подсоединенном в сеть 380В, работает обмотка звезда.

Однако не всегда на моторе есть подобная табличка. Она может отсутствовать или быть затертой. Данный способ определения больше подходит для новых двигателей, которые никто не ремонтировал и не обслуживал. Старый агрегат лучше проверить самостоятельно. Для этого потребуется второй способ распознания типа обмотки.

Раскрутить блок управления и посмотреть на клеммник. На нем можно увидеть 6 выводов проводов. Соответственно – 3 начала и три конца обмотки. В зависимость от типа коммутации, этих выходов можно говорить о методе обмотки:

• Метод «звезда». В этом случае три выхода соединены одной перемычкой. Три оставшихся входа подключены к отдельной фазе друг за другом.
• Метод «треугольник». Каждые два вывода проводов последовательно соединены перемычками. Таким образом обмотки переходят друг в друга. При этом провода питания подведены к каждому входу индивидуально.

Данный способ дает полную картину того, как работает двигатель и по какой схеме он подключен. Зная это, можно подключить мотор к сети 220В.

ИНФОРМАЦИЯ: в редких случаях, раскрутив блок управления, можно обнаружить в нем не 6 контактов, а только 3. Это говорит о том, что схема коммутации находится в самом двигателе – под защитным кожухом со стороны торца.

Трехфазный асинхронный двигатель

Ток в ротор синхронного двигателя подается от источника питания. Но мы знаем из той же школьной физики, что ток в катушке можно создать переменным магнитным полем. Можно просто замкнуть концы катушки на роторе. Можно даже оставить всего один виток, как в рамке. А ток пусть индуцирует вращающееся магнитное поле статора.

1. В момент старта ротор неподвижен, а поле статора вращается.
2. Поле в контуре ротора меняется, наводя электрический ток.
3. Ротор начнет догонять поле статора. Но никогда не догонит, так как в этом случае ток в нем перестанет наводиться.
4. В асинхронном двигателе ротор всегда вращается медленнее магнитного поля.
5. Разница скоростей называется скольжением. Подключение асинхронного двигателя не требует подачи тока в обмотку ротора.

У синхронных и асинхронных электродвигателей есть свои достоинства и недостатки, но факт состоит в том, что большинство двигателей, применяемых в промышленности на сегодняшний день — это асинхронные трехфазные двигатели.

Что представляет собой асинхронный двигатель

Асинхронным двигателем называется электрическая машина, способная переводить электрическую энергию в механическую. Получая электроток, она приходит в движение, которое используют непосредственно агрегаты — станки, автомобили и прочее. Асинхронным же двигатель называется, поскольку его магнитное поле всегда вращается быстрее, чем ротор. Для функционирования такого типа электродвигателя используется переменный ток.

Таким образом асинхронный двигатель состоит из двух основных узлов — ротора и статора. Будучи отделёнными друг от друга, они формируют магнитное поле между собой, которое и приходит в движение.

Статор в свою очередь состоит из:

• корпуса, скрепляющего все механизмы мотора. Как правило, они цельнолитые благодаря простоте изготовления и прочности;
• сердечника, состоящего из пластин из электрической стали. Он увеличивает магнитные и индукционные свойства аппарата;
• обмотки, устанавливается в пазы сердечника. Это катушки из медной проволоки, которая подключается непосредственно к самой сети.

Ротор устроен немного проще и имеет вентиляционную крыльчатку, которая передаёт механическую энергию от статора. Существует два вида роторов:

• массивный — использует цельную схему и ферромагнитного соединения;
• короткозамкнутый — на основе колец проводников.

Несмотря на различия в структуре, работают такие асинхронные двигатели по одному принципу.

Однофазный асинхронный электродвигатель

Если оставить на роторе короткозамкнутый виток, а на статоре одну катушку, то мы получим удивительную конструкцию — асинхронный однофазный двигатель.

На первый взгляд кажется, что такой двигатель работать не должен. Ведь в роторе нет тока, а магнитное поле статора не вращается. Но если ротор рукой толкнуть в любую сторону, двигатель заработает! И вращаться он будет в ту сторону, в которую его подтолкнули при пуске.

Объяснить работу этого двигателя можно, представив неподвижное переменное магнитное поле статора как сумму двух полей, вращающихся навстречу друг другу. Пока ротор неподвижен, эти поля уравновешивают друг друга, поэтому однофазный асинхронный двигатель не может стартовать самостоятельно. Если же ротор внешним усилием привести в движение, он будет вращаться попутно с одним вектором и навстречу другому.

Попутный вектор будет тянуть ротор за собой, встречный — тормозить.

Можно показать, что из-за разности встречной и попутной скоростей влияние попутного вектора будет сильнее, и двигатель будет работать в асинхронном режиме.

§82. Однофазные и двухфазные асинхронные двигатели

Однофазные и двухфазные асинхронные двигатели.

Принцип действия однофазного двигателя. В однофазном асинхронном двигателе обмотка статора расположена в пазах, занимающих примерно 2/3 окружности, соответствующей паре полюсов (рис. 270, а). По этой причине мощность однофазного двигателя также составляет около 2/3 мощности трехфазного двигателя с теми же габаритными размерами.

Однофазная обмотка статора 2 создает пульсирующее магнитное поле, которое можно представить в виде двух полей, вращающихся в разные стороны с частотой n1 (рис. 270,б). Поле 5, которое вращается в том же направлении, что и ротор 3, называется прямым полем; поле 6, вращающееся в противоположном направлении,— обратным полем. Эти поля, воздействуя на ротор, создают два противоположно направленных электромагнитных момента Мпр и Мобр. Следовательно однофазный асинхронный

двигатель может быть представлен в виде двух совершенно одинаковых трехфазных двигателей, роторы которых тесно связаны друг с другом, а обмотки подключены к трехфазной сети так, что их магнитные поля вращаются в противоположных направлениях.

Однако если ротор раскрутить в каком-либо направлении, то моменты Мпр и Мобр не будут равны. В этом случае на вал двигателя будет действовать некоторый результирующий момент Mрез, который обеспечит его дальнейшее вращение в заданном направлении. Объясняется это тем, что ток в обмотке ротора, созданный обратным полем, оказывает сильное размагничивающее действие и существенно ослабляет обратное поле.

Из анализа кривых М (s), показанных на рис. 271, следует, что:

однофазный двигатель не имеет начального пускового момента так как при s=1, т. е. при неподвижном роторе, результирующий момент Мрeз = 0;

частота вращения однофазного двигателя при холостом ходе меньше, чем у трехфазного двигателя, из-за наличия тормозящего момента Мобр. По этой же причине однофазный двигатель имеет худшие рабочие характеристики: меньший к. п. д., меньшую перегрузочную способность, повышенное скольжение при номинальной нагрузке.

Пусковые устройства. Чтобы получить пусковой момент, однофазные двигатели снабжают пусковой обмоткой Я, расположенной со сдвигом на 90° по отношению к основной рабочей обмотке Р (рис. 272,а и б). На период пуска пусковую обмотку присоединяют к сети через фазосдвигающие элементы — конденсатор или резистор. После окончания разгона двигателя пусковую обмотку отключают, и двигатель продолжает работать как однофазный. Поскольку пусковая обмотка работает лишь короткое время, ее изготовляют из провода меньшего сечения по сравнению с рабочей обмоткой и укладывают в меньшее число пазов.

Если использовать в качестве фазосдвигающего элемента конденсатор С (рис. 273, а), то можно получить режим работы при пуске, близкий к симметричному, т. е. получить круговое вращающееся поле.

При легких условиях пуска (небольшой нагрузочный момент в пусковой период) применяют двигатели с пусковым резистором R (рис. 273,б). Наличие резистора в цепи пусковой обмотки обеспечивает меньший сдвиг фаз ?1 между напряжением и током в этой обмотке, чем сдвиг фаз ?2 в рабочей обмотке. В связи с этим

токи в рабочей и пусковой обмотках оказываются сдвинутыми по фазе на угол ?1 – ?2 и образуют несимметричное (эллиптическое) вращающееся поле, благодаря чему и возникает пусковой момент. Однофазные двигатели с конденсаторным пуском и двигатели с пусковым резистором имеют высокую эксплуатационную надежность.

Поскольку включение второй обмотки существенно улучшает характеристики двигателя, в некоторых случаях применяют двухфазные двигатели, в которых обе обмотки включены постоянно. Если сдвиг по фазе 90° между токами в фазах А и В (рис. 274) осуществляется путем включения в одну из них конденсаторов, то такие двигатели называются конденсаторными.

В двухфазных двигателях обе обмотки А и В занимают, как правило, одинаковое число пазов и имеют равную мощность. При пуске конденсаторного двигателя рационально иметь увеличенную емкость Ср + Сп. После разгона двигателя и уменьшения тока часть конденсаторов Сп отключают, чтобы увеличить емкостное сопротивление и при номинальном режиме (когда ток двигателя становится меньшим, чем при пуске) обеспечить режим работы дви-

Рис. 274. Схема конденсаторного асинхронного двигателя

гателя в условиях, близких условиям работы при круговом вращающемся поле.

Устройство. Однофазные и двухфазные асинхронные двигатели устроены также, как и трехфазные: в них имеются однофазные или двухфазные обмотки статора и короткозамкнутый ротор с беличьей клеткой (рис. 275, а). Широкое распространение получили однофазные двигатели с полым немагнитным ротором (рис. 275, б) и внешним статором, на котором расположены две обмотки, сдвинутые в пространстве на 90°. Ротор выполнен в виде тонкостенного полого цилиндра из алюминия. Для уменьшения магнитного сопротивления магнитопровода двигателя имеется внутренний статор, набираемый из листов электротехнической стали, так же, как и внешний статор.

Полый ротор можно представить в виде совокупности элементарных проводников. Вращающееся магнитное поле, создаваемое обмоткой статора, индуцирует в каждом элементарном проводнике полого ротора э. д. с, под действием которой по ним протекают вихревые токи. В результате взаимодействия этих токов с вращающимся полем возникают электромагнитные силы и вращающий момент.

Схема включения

Возможно подключение нагрузок к трехфазной сети по двум схемам — звездой и треугольником. При подключении звездой начала обмоток соединяются между собой, а концы подключаются к фазам. При включении треугольником конец одной обмотки подключается к началу другой.

В схеме включения звездой обмотки оказываются под фазным напряжением 220 В., при включении треугольником — под линейным 380 В.

При включении треугольником двигатель развивает не только большую мощность, но и большие пусковые токи. Поэтому иногда используют комбинированную схему — старт звездой, затем переключение в треугольник.

Направление вращения определяется порядком подключения фаз. Для изменения направления достаточно поменять местами любые две фазы.

Подключение

Для работы устройства требуется 1 фаза с напряжением 220 Вольт. Это означает, что подключить его можно в бытовую розетку. Именно в этом причина популярности двигателя среди населения. На всех бытовых приборах, от соковыжималки до шлифовальной машины, установлены механизмы этого типа.

аподключение с пусковым и рабочим кондсенсаторами

Существует 2 типа электромоторов: с пусковой обмоткой и с рабочим конденсатором:

1. В первом типе устройств, пусковая обмотка работает посредством конденсатора только во время старта. После достижения машиной нормальной скорости, она отключается, и работа продолжается с одной обмоткой.
2. Во втором случае, для моторов с рабочим конденсатором, дополнительная обмотка подключена через конденсатор постоянно.

Электродвигатель может быть взят от одного прибора и подключен к другому. Например, исправный однофазный мотор от стиральной машины или пылесоса может использоваться для работы газонокосилки, обрабатывающего станка и т.п.

Существует 3 схемы включения однофазного двигателя:

1. В 1 схеме, работа пусковой обмотки выполняется посредством конденсатора и только на период запуска.
2. 2 схема также предусматривает кратковременное подключение, однако оно происходит через сопротивление, а не через конденсатор.
3. 3 схема является самой распространенной. В рамках этой схемы конденсатор постоянно подключен к источнику электричества, а не только во время старта.

Подключение электромотора с пусковым сопротивлением:

1. Вспомогательная обмотка таких устройств имеет повышенное активное сопротивление.
2. Для запуска электромашины этого типа, может быть использован пусковой резистор. Его следует последовательно подключить к пусковой обмотке. Таким образом, можно получить сдвиг фаз 30° между токами обмоток, чего будет вполне достаточно для старта механизма.
3. Кроме того, сдвиг фаз может быть получен путем использования пусковой фазы с большим значением сопротивления и меньшей индуктивностью. У такой обмотки меньшее количество витков и тоньше провод.

Подключение мотора с конденсаторным пуском:

1. У данных электромашин пусковая цепь содержит конденсатор и включается только на период старта.
2. Для достижения максимального значения пускового момента, требуется круговое магнитное поле, которое выполняет вращение. Чтобы оно возникло, токи обмоток должны быть повернуты на 90° относительно друг друга. Такие фазосдвигающие элементы, как резистор и дроссель не обеспечивают необходимый сдвиг фаз. Только включение в цепь конденсатора позволяет получить сдвиг фаз 90°, если правильно подобрать емкость.
3. Вычислить, какие провода к какой обмотке относятся, можно путем измерения сопротивления. У рабочей обмотки его значение всегда меньше (около 12 Ом), чем у пусковой (обычно около 30 Ом). Соответственно, сечение провода рабочей обмотки больше, чем у пусковой.
4. Конденсатор подбирается по потребляемому двигателем току. Например, если ток равен 1.4 А, то необходим конденсатор емкостью 6 мкФ.

Подключение на 220 вольт

В отличие от трехфазного, двухфазный мотор изначально предназначен для включения в однофазную сеть. Для получения сдвига фаз между обмотками включается рабочий конденсатор, поэтому двухфазные двигатели называют еще конденсаторными.

Емкость рабочего конденсатора рассчитывается по формулам для номинального рабочего режима. Но при отличии режима от номинального, например, при пуске баланс обмоток нарушается. Для обеспечения пускового режима на время старта и разгона параллельно рабочему подключается дополнительный пусковой конденсатор, который должен отключаться при выходе на номинальные обороты.

Многофазные двигатели

Многофазные двигатели не получили широкого распространения. Возможность применения данного типа оборудования актуальна при необходимости получения более высокой синхронной скорости вращения вала при начале работы двигателя. Но такой тип потребует усложнения системы управления работой. При этом возрастает возможность динамических и статических ошибок при пуске.

В заключение несколько основных моментов. Электродвигатели – это незаменимое оборудование, предназначенное для работы бытовых приборов и промышленных станков. Наиболее распространен асинхронный тип агрегатов для трехфазной сети. Но это оборудование при необходимости может устанавливаться в однофазную сеть с небольшой потерей мощности.