Перед тем как приступать к работе, разберитесь с конструкцией АД (асинхронный двигатель).
Устройство состоит из двух элементов — ротора (подвижная часть) и статора (неподвижный узел).
Статор имеет специальные пазы (углубления), в которые и укладывается обмотка, распределенная таким образом, чтобы угловое расстояние составляло 120 градусов.
Обмотки устройства создают одно или несколько пар полюсов, от числа которых зависит частота, с которой может вращаться ротор, а также другие параметры электродвигателя — КПД, мощность и другие параметры.
При включении асинхронного мотора в сеть с тремя фазами, по обмоткам в различные временные промежутки протекает ток.
Создается магнитное поле, взаимодействующее с роторной обмоткой и заставляющее его вращаться.
Другими словами, появляется усилие, прокручивающее ротор в различные временные промежутки.
Если подключить АД в сеть с одной фазой (без выполнения подготовительных работ), ток появится только в одной обмотке.
Создаваемого момента будет недостаточно, чтобы сместить ротор и поддерживать его вращение.
Вот почему в большинстве случаев требуется применение пусковых и рабочих конденсаторов, обеспечивающих работу трехфазного мотора. Но существуют и другие варианты.
Варианты подключения
Трехфазные двигатели имеют отличные характеристики, довольно широкий модельный ряд и применяются в самых разнообразных устройствах. Поэтому их применяют как в промышленных устройствах с трехфазным питанием, так и в бытовых однофазных электроустановках. Далее разберем оба варианта подключения электрических машин.
В однофазную сеть
Конструктивная особенность трехфазного агрегата, в отличии от однофазных асинхронных двигателей, состоит в необходимости сдвига фаз в обмотках, иначе вращения вала не будет происходить. Чтобы изменить ситуацию одну фазу разделяют для всех трех обмоток, в две из которых включаются дополнительная индуктивность и пусковая емкость. Которые и обеспечивают сдвиг тока и напряжения относительно напряжения в сети. Индуктивность позволяет осуществить сдвиг напряжения в отрицательную область до -90°, а вот однофазный конденсатор, наоборот, в положительную до +90°.
Графически функция отставания напряжения от тока будет выглядеть следующим образом:
Изменение тока и напряжения на емкости и индуктивности
Однако на практике смещение обеспечивается только емкостными элементами, которые включаются в цепь электроснабжения одной из обмоток, а две другие запускаются между фазным и нулевым проводом. Схема подключения трехфазного двигателя в однофазной цепи приведена на рисунке ниже:
Схема включения в однофазную сеть
Как видите на рисунке, от фазного провода делается отпайка, содержащая конденсаторный однофазный магазин из двух элементов, один для пуска C2, второй для постоянной работы C1. При нажатии кнопки пуска происходит одновременное замыкание контактов SA1 и SA2, но после создания достаточного момента и начала вращения SA1 отбрасывается и выводит C1 из цепи, оставляя C2. Мощность, при такой схеме включения двигателя, снижается до 30 – 50%.
Расчет конденсаторного пуска производится по формуле:
Сраб = (2800*I)/U — для включения трехфазного двигателя звездой
Cраб = (4800*I)/U — для включения трехфазного двигателя треугольником
Пусковой конденсатор используется только в нагруженном пуске, поэтому в легком запуске его можно не применять. Тогда вместо емкости пускового будет задействоваться рабочий.
В трёхфазную сеть
В трехфазной сети, несмотря на наличие необходимого типа питающего напряжения, всегда используется магнитный пускатель для приведения двигателя во вращение. Производить запуск без пускателя или контактора довольно опасно, поэтому они являются неотъемлемым элементом.
Схема включения в трехфазную сеть
На рисунке выше приведена обычная схема подключения двигателя к трехфазной сети, которая работает по такому принципу:
подача напряжения на двигатель от сети производится через рубильник 1.
далее, при включении кнопки пуска 6 осуществляется питание катушки контактора 4, которая притягивает силовые контакты пускателя 3;
после чего двигатель начинает вращение, а пусковая кнопка 6 шунтируется через повторитель 5;
для остановки трехфазного двигателя используется кнопка Стоп – 7, находящаяся в нормально замкнутом положении;
защита двигателя от перегрузки контролирует токовую нагрузку в сети и при возникновении угрозы размыкает контакты 2.
Данная схема может упрощаться в связи с конструктивными особенностями применяемых пускателей. Так как некоторые из них изготавливаются без повторителей, могут иметь функцию реверсирования трехфазного двигателя или выпускаться без защиты.
Способы и схемы подключения
В зависимости от типа используемой нагрузки для электродвигателя, его конструктивных особенностей и характеристик, желаемого результата могут использоваться различные схемы подключения. Чаще всего, чтобы подключить трехфазный агрегат в качестве бытовой однофазной нагрузки используются конденсаторы, но их количество и способ введения в работу зависят от многих параметров. Поэтому далее мы рассмотрим различные варианты схем подключения электродвигателей.
Без конденсаторов
Схема подключения трехфазного электродвигателя к 220 В может обойтись и без емкостных элементов. Вместо них следует воспользоваться полупроводниковыми – транзисторными или динисторными ключами. Излишние потери мощности сокращаются до минимума. Конденсатор, используемый в схеме, обеспечивает работу пускового устройства, а не запуск самого двигателя.
Одна из таких схем – «треугольник» (рис. 1) – используется для запуска маломощных агрегатов с низкими оборотами, до 1500 в минуту. Порядок ее работы будет следующий:
На ввод подается напряжение и проводники соединяются с двумя точками двигателя.
Третья точка подключается к цепочке R-C, задающей время открытия ключа.
Бегунок сопротивлений R1 и R2 перемещается, выполняя тем самым, регулировку интервала сдвига.
После полной зарядки конденсатора сигнал с динистора VS1 открывает симистор VS
Более мощные агрегаты с высокими оборотами до 3000 в минуту используют такое же пусковое устройство, но подключаются по схеме «звезда» (рис. 2).
Данные схемы подключения трехфазного двигателя на 220 хотя и считаются рабочими, на практике почти не используются. Основными причинами являются значительные потери мощности агрегата и необходимость точных настроек транзисторного ключа. Более надежными вариантами считаются подключения на 220в через конденсатор или с помощью частотного преобразователя.
С реверсом
Подключение двигателя с реверсом пригодится, если вы собираете, например, токарный станок по дереву. Сделать обратный ход не сложно, нужно лишь поменять местами пары «фаза-сеть» и «фаза-конденсатор».
Справится с этим переключатель-пакетник однополюсного типа.
Используя пускатель
Если в работе электродвигатель создает большую пусковую и рабочую нагрузку, то лучше подключить его через магнитный пускатель или контактор. Который обеспечит надежную коммутацию и последующую защиту электрической машины от аварийных ситуаций.
Схема включения через магнитный пускатель
Как видите на схеме, включение осуществляется за счет нажатия кнопки Пуск, которая замыкает цепь управления катушкой пускателя и подает напряжение на пусковой конденсатор Спуск. При протекании тока по катушке пускателя К1 происходит замыкание ее контактов К1.1 и К1.2. Первые предназначены для замыкания питающей линии электродвигателя. Вторые шунтируют кнопку Пуск, которая возвращается в отключенное состояние и размыкает цепь питания пускового конденсатора.
Треугольник и звезда
Перед тем, как рассмотрим эти схемы, условимся:
У статора есть 3 обмотки, у каждой из которых – по 1 началу и по 1 концу. Они выведены наружу в виде контактов. Поэтому для каждой намотки их 2. Будем обозначать: обмотка – О, конец – К, начало – Н. На схеме ниже 6 контактов, пронумерованных от 1 до 6. Для первой обмотки начало – 1, конец – 4. Согласно принятым обозначениям это НО1 и КО4. Для второй обмотки – НО2 и КО5, для третьей – НО3 и КО6.
В электросети 380 Вольт 3 фазы: A, B и C. Их условные обозначения оставим прежними.
При соединении обмоток электродвигателя звездой сначала соединяют все начала: НО1, НО2 и НО3. Тогда к КО4, КО5 и КО6 соответственно подают питание от A, B и C.
При подключении асинхронного электродвигателя треугольником каждое начало соединяют с концом намотки последовательно. Выбор порядка номеров обмоток произвольный. Может получиться: НО1-КО5-НО2-КО6-НО3-КО2 .
Соединения звездой и треугольником выглядят так:
С конденсатором
Подключить трехфазный двигатель в однофазную сеть несложно и с этим справится даже электромонтер-любитель. Если возникают затруднения, следует обратиться к друзьям или знакомым. Рядом всегда найдется грамотный электрик.
Обмотки трехфазных двигателей с рабочим напряжением 380 на 220 для работы в сети на триста восемьдесят вольт соединены по схеме звезда. Это значит, что концы обмоток соединены между собой, а начала подсоединяются в сеть. Для возможности работы электродвигателя в однофазной сети 220 вольт необходимо для начала его обмотки переключить на схему треугольник. Т.е. конец первой соединить с началом второй, конец второй с началом третьей и конец третьей с началом первой.
Эти соединения и будут выводами двигателя для подключения к электропитанию. Два вывода необходимо через двухполюсной выключатель подсоединить к нулю и фазе сети в 220 вольт. Третий вывод через рабочие конденсаторы, соединить с каким либо из первых двух выводов из двигателя. Можно пробовать запускать.
Если запуск прошел успешно, двигатель работает с приемлемой мощностью и не сильно греется, то можно ничего не менять. Получилась работоспособная схема только с рабочими конденсаторами.
В случае запуска под нагрузкой или просто тяжелого пуска двигателя, он может раскручиваться долго и не достигать приемлемой мощности. Тогда потребуется включить в схему еще и пусковую емкость. Пусковые конденсаторы выбираются того же типа, что и рабочие. Одинаковой или в два раза превышающей ёмкость рабочих. И подключаются параллельно им. Используются только для пуска электродвигателя.
Очень удобно для такого пуска использовать своеобразный выключатель серии АП. Важно чтобы он был в исполнении с блок контактами. В нем при нажатии кнопки Пуск пара контактов остается замкнутыми до нажатия на кнопку Стоп. К ним подключают выводы двигателя и электросеть. Третий контакт замкнут только во время удержания кнопки Пуск, через него и подсоединяется пусковой конденсатор. Выключатели такого типа, только без предохранительной аппаратуры часто устанавливали на старые советские центрифуговые стиральные машинки.
Как правильно подобрать конденсаторы
Теоретически предполагается осуществлять расчет необходимой емкости путем деления силы тока на напряжение и полученную величину умножить на коэффициент. Для разного типа соединений обмоток коэффициент составляет:
звездой – 2800;
треугольником — 4800.
Недостатком этого метода является то, что не всегда на электродвигателе сохранилась табличка с данными. Невозможно точно знать коэффициент мощности и мощность двигателя, а следовательно и силу тока. К тому же на силу тока могут действовать такие факторы как отклонения напряжения в сети и величина нагрузки на двигатель.
Мощность электродвигателя, кВт
0,4
0,6
0,8
1,1
1,5
2,2
Ёмкость конденсатора C2 в номинальном режиме, мкФ
40
60
80
100
150
230
Ёмкость конденсатора C2 в недогруженном режиме, мкФ
25
40
60
80
130
200
Ёмкость пускового конденсатора C1 в номинальном режиме, мкФ
80
120
160
200
250
300
Ёмкость конденсатора C1 в недогруженном режиме, мкФ
20
35
45
60
80
100
Поэтому следует применять упрощенный расчет емкости рабочих конденсаторов. Просто учесть, что на каждые 100 ватт мощности необходимо 7 микрофарад емкости. Удобнее использовать несколько параллельно соединенных конденсаторов малой, желательно одинаковой емкости, чем один большой. Просто суммируя емкость собранных конденсаторов, можно легко определить и подобрать оптимальное значение. Для начала лучше процентов на десять занизить суммарную емкость.
Если двигатель легко запускается и мощности его достаточно для работы, то все подобрано правильно. Если нет – нужно еще подсоединять конденсаторы, пока двигатель не достигнет оптимальной мощности.
СПРАВКА. При подключении трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в однофазную сеть теряется не менее трети его мощности.
Следует помнить, что много не всегда хорошо, и при превышении оптимальной емкости рабочих конденсаторов двигатель будет перегреваться. Перегрев может привести к сгоранию обмоток и выходу электродвигателя из строя.
ВАЖНО! Конденсаторы следует соединять между собой параллельно.
Желательно выбирать конденсаторы с рабочим напряжением не менее 450 вольт. Самыми распространенными являются так называемые бумажные конденсаторы, с буквой Б в наименовании. В настоящее время выпускаются и специализированные, так называемые моторные конденсаторы, например К78-98.
ВНИМАНИЕ! Желательно выбирать конденсаторы для переменного тока. Использование иных тоже возможно, но связано с усложнением схемы и возможными нежелательными последствиями.
В случае, если запуск двигателя осуществляется под нагрузкой и происходит тяжело, необходим еще и пусковой конденсатор. Он включается параллельно рабочему на непродолжительное время пуска электродвигателя. Его емкость должна быть равной или не более чем в два раза превышать емкость рабочего.
Трехфазный асинхронный двигатель — на что обратить внимание до его подключения
Новые агрегаты стоят довольно дорого, поэтому многие предпочитают покупать их с рук, после того, как они побывали в эксплуатации. Чаще всего, документы отсутствуют, поэтому, перед тем как подключить электродвигатель с 380 В на 1 фазу, нужно проверить его состояние. Такая проверка поможет избежать дальнейших проблем, сократит время наладочных работ, предотвратит возможные аварии и травматизм.
Механическое состояние статора и ротора, что может мешать работе двигателя
В состав неподвижного статора входят три компонента: основной корпус и две боковые крышки, соединенные между собой шпильками. До того, как подключить асинхронный двигатель, следует проверить зазоры между деталями и затяжку гаек на шпильках.
Все детали статора должны как можно плотнее прилегать друг к другу. Внутри него установлены подшипники, в которых вращается вал ротора. Его следует покрутить вручную, проверить, чтобы не было биений в посадочных местах. Проверить наличие посторонних шумов, не задевает ли ротор за статор. Точно так же определяется явное заклинивание, не вызывающее сомнений.
Такую же проверку нужно сделать на холостом ходу после того как двигатель в однофазную сеть уже включен. Чтобы получить максимально полную картину внутреннего состояния, рекомендуется сделать полную разборку статора, выполнить промывку и смазку роторных подшипников.
Электрические характеристики статорных обмоток, как проверять схему сборки
Все показатели и основные значения указываются производителем в табличке, закрепленной на корпусе агрегата. Прежде чем включить двигатель в однофазной сети, нужно проверить, по какой схеме подключены обмотки. Иногда случается, что предыдущий владелец ее изменил, и она не совпадает с табличными данными.
В некоторых случаях отсутствует и сама табличка. В этом случае рекомендуется заглянуть в клеммник, и посмотреть, по какой схеме выполнено подключение движка. В нем сосредоточены шесть концов, подключенные к клеммам так, как изображено на рисунке. Ручное переключение со звезды на треугольник и обратно выполняется путем перестановки перемычек.
Асинхронный или коллекторный: как отличить
Вообще, отличить тип двигателя можно по табличке — шильдику — на которой написаны его данные и тип. Но это только в том случае, если его не ремонтировали. Ведь под кожухом может быть что угодно. Так что если вы не уверены, лучше определить тип самостоятельно.
Так выглядит новый однофазный конденсаторный двигатель
Как устроены коллекторные движки
Отличить асинхронный и коллекторный двигатели можно по строению. У коллекторных обязательно есть щетки. Они расположены возле коллектора. Еще обязательный атрибут движка этого типа — наличие медного барабана, разделенного на секции.
Такие двигатели выпускаются только однофазные, они часто устанавливаются в бытовой технике, так как позволяют получить большое число оборотов на старте и после разгона. Также они удобны тем, что легко позволяют менять направление вращения — необходимо только поменять полярность. Несложно также организовать изменение скорости вращения — изменением амплитуды питающего напряжения или угла его отсечки. Потому и используются подобные двигатели в большей части бытовой и строительной техники.
Строение коллекторного двигателя
Недостатки коллекторных двигателей — высокая шумность работы на больших оборотах. Вспомните дрель, болгарку, пылесос, стиральную машину и т.д.. Шум при их работе стоит приличный. На малых оборотах коллекторные двигатели не так шумят (стиральная машина), но не все инструменты работают в таком режиме.
Второй неприятный момент — наличие щеток и постоянного трения приводит к необходимости регулярного технического обслуживания. Если токосъемник не чистить, загрязнение графитом (от стирающихся щеток) может привести к тому, что соседние секции в барабане соединятся, мотор попросту перестанет работать.
Асинхронные
Асинхронный двигатель имеет статор и ротор, может быть одно и трёхфазным. В данной статье рассматриваем подключение однофазных двигателей, потому речь пойдет только о них.
Асинхронные двигатели отличаются невысоким уровнем шумов при работе, потому устанавливаются в технике, шум работы которой критичен. Это кондиционеры, сплит-системы, холодильники.
Строение асинхронного двигателя
Есть два типа однофазных асинхронных двигателей — бифилярные (с пусковой обмоткой) и конденсаторные. Вся разница состоит в том, что в бифилярных однофазных двигателях пусковая обмотка работает только до разгона мотора. После она выключается специальным устройством — центробежным выключателем или пускозащитным реле (в холодильниках). Это необходимо, так как после разгона она только снижает КПД.
В конденсаторных однофазных двигателях конденсаторная обмотка работает все время. Две обмотки — основная и вспомогательная — смещены относительно друг друга на 90°. Благодаря этому можно менять направление вращения. Конденсатор на таких двигателях обычно крепится к корпусу и по этому признаку его несложно опознать.
Более точно определить бифилярный или конденсаторный двигатель перед вами, можно при помощи измерений сопротивления обмоток. Если сопротивление вспомогательной обмотки больше в два раза (разница может быть еще более значительная), скорее всего, это бифилярный двигатель и эта вспомогательная обмотка пусковая, а значит, в схеме должен присутствовать выключатель или пусковое реле. В конденсаторных двигателях обе обмотки постоянно находятся в работе и подключение однофазного двигателя возможно через обычную кнопку, тумблер, автомат.
Как поменять направление вращения однофазного асинхронного двигателя: 2 схемы
Высока вероятность того, что АД запустили по одному из вышеперечисленных принципов, а он крутится не в ту сторону, что требуется для привода.
Другой вариант: на станке необходимо обязательно выполнять реверс для обработки деталей. Оба эти случаи поможет реализовать очередная разработка.
Возвращаю вас к начальной схеме, когда мы случайным образом объединяли концы главной и вспомогательной обмоток. Теперь нам надо сменить последовательность включения одной из них. Показываю на примере смены полярности пусковой обмотки.
В принципе так можно поступить и с главной. Тогда ток по этой последовательно собранной цепочке изменит направление одного из магнитных потоков и направление вращения ротора.
Для одноразового реверса этого переключения вполне достаточно. Но для станка с необходимостью периодической смены направления движения привода предлагается схема реверса с управлением тумблером.
Этот переключатель можно выбрать с двумя или тремя фиксированными положениями и шестью выводами. Подбирать его конструкцию необходимо по току нагрузки и допустимому напряжению.
Схема реверса однофазного АД с пусковой обмоткой через тумблер имеет такой вид.
Пускать токи через тумблер лучше от вспомогательной обмотки, ибо она работает кратковременно. Это позволит продлить ресурс ее контактов.
Реверс АД с конденсаторным запуском удобно выполнить по следующей схеме.
Для условий тяжелого запуска параллельно основному конденсатору через средний контакт с самовозвратом кнопки ПНВС подключают дополнительный конденсатор. Эту схему не рисую, она показана раньше.
Переключать положение тумблера реверса необходимо исключительно при остановленном роторе, а не во время его вращения. Случайная смена направления работы двигателя под напряжением связана с большими бросками токов, что ограничивает его ресурс.
Поэтому место расположения тумблера реверса на станке необходимо выбирать так, чтобы исключить случайное оперирование им во время работы. Устанавливайте его в углублениях конструкции.
Если у вас еще остались неясные моменты про однофазный асинхронный двигатель и схему подключения, то задавайте их в комментариях. Обязательно обсудим.
Полезные советы
Несколько полезных советов, как подключить электродвигатель, чтобы избежать проблемы во время эксплуатации:
Перед началом работы мотор рекомендуется испытать на холостом ходу, если он функционирует исправно – затем под нагрузкой.
При сильном нагреве корпуса даже без нагрузки необходимо понизить ёмкость рабочего конденсатора.
Если после пуска мотор просто гудит, но не вращает вал, то можно задать ему старт вручную – крутанув вал. Далее можно повысить ёмкость пускового конденсатора.
При остановке двигателя под рабочей нагрузкой, следует повысить ёмкость рабочего конденсатора.
Полезная информация! Правильно рассчитать ёмкость конденсатора можно только с учётом номинала мощности мотора. При недогрузке возникнет перегрев и ёмкость нужно будет снижать.
