Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором схема включения 220в

Подключение однофазного асинхронного двигателя и принцип его работы

асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором схема включения 220в

Используемые в настоящее время бытовые приборы в своем подавляющем большинстве работают при помощи однофазного асинхронного двигателя. Максимальная мощность такого двигателя не превышает 500 Вт.

Однофазный асинхронный двигатель: принцип работы

Однофазный двигатель работает за счет вращающегося магнитного поля, которое возникает при смещении в пространстве двух обмоток статора, соединенных параллельно, относительно друг друга. Важным условием работы однофазного двигателя является сдвиг по фазе токов обмоток. Для этого в конструкции двигателя предусмотрен фазосмещающий элемент (как правило, это конденсатор), он подключен последовательно одной из статорных обмоток. Роль фазосмещающего сетевого элемента может выполнять активное сопротивление или индуктивность.

В том случае если при работе двигателя цепь обмотки разрывается, прекращается движение магнитного потока (Ф) статора. Происходит инерционное вращение ротора, поэтому, поток остается вращающимся по отношению к обмотке ротора и наводит ЭДС, силу тока (I) и собственный магнитный поток (Ф), при этом движение магнитного потока (Ф) ротора совпадает со статорным магнитным потоком.

Магнитный поток ротора изменяется. Данное действие основывается на синусоидальном законе согласно которому, изменяя направление на противоположное, ротор остается в состоянии вращения. В связи с этим запуск мотора возможен в том случае если наличествует внешний фактор, который способен осуществить возвратное вращательное движение ротора в первоначальное направление.

Так как при запуске однофазного двигателя применяется пусковая катушка с применением фазосмещающего элемента. Сопротивление активного типа используется в этом роде очень часто, в связи с дешевизной.

После запуска двигателя возникает отключение обмотки действующей для запуска. Обмотка пуска работает в кратковременном режиме, и для ее изготовления применяется более тонкий провод, чем идет на изготовление рабочей обмотки.

Подключение однофазного асинхронного двигателя

асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором схема включения 220в

Рис. №1.Схемы подключения асинхронного двигателя к однофазной сети

Для подключения однофазного асинхронного двигателя к однофазной сети прибегают к помощи резистора, используемого для запуска, и присоединенного к пусковой катушке (обмотке) последовательным методом, таким образом, между токами, которые присутствуют в обмотке двигателя, наблюдается сдвиг фаз на 30 о. этого хватает для запуска асинхронной машины в работу. В конструкции двигателя, в котором присутствует сопротивление пуска, наличие фазового угла объясняется неодинаковым комплексным сопротивлением в электрических цепях двигателя.

асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором схема включения 220в

Рис. №2. Схема включения асинхронного однофазного двигателя с распределенной статорной обмоткой, используемой в качестве привода активатора стиральных машин бытового назначения.

Кроме, использования сопротивления пуска применяется подключение однофазного двигателя к однофазной цепи с конденсаторным пуском. Двигатель, выполняющий эту операцию, будет использовать расщепленную фазу. Особенность этого способа в том, что вспомогательная катушка, в которую встроен конденсатор используется в момент времени запуска. Чтобы достигнуть максимально возможного эффекта сдвиг токов относительно обмоток должен достигать максимально высокого значения угла – 90 о .

Среди разнообразия элементов, используемых для сдвига фаз, только использование конденсатора дает возможность получения максимально лучшего пускового эффекта однофазного асинхронного двигателя .

Однофазный двигатель с расщепленной фазой и экранированными полюсами

При рассмотрении однофазных электродвигателей нельзя забыть о моделях двигателей в конструкции, которых применяются экранированные полюса, в такой машине присутствует расщепленная фаза и короткозамкнутая вспомогательная обмотка. Статор такого двигателя имеет явно выраженные полюса, каждый из которых разделен аксиальным пазом на две неодинаковые части, на меньшей части находится короткозамкнутый виток.

При присоединении статора двигателя в электрическую сеть, магнитный поток, для которого характерно пульсирующее действие и созданный в магнитопроводе машины, делится на 2 части. Движение одной из них идет по части полюса без экрана, вторая следует по части полюса покрытой экраном. Индуктивность витка приводит к отставанию тока по фазе от наведенной магнитным потоком ЭДС. Магнитный поток короткозамкнутой обмотки создает результирующий поток, который движется в экранированной части полюса. В разноименных частях полюсов наблюдается сдвиг разных магнитных потоков на определенное значение угла, а также на разницу во времени.

Недостаток этих моделей заключается в значительных электрических потерях, которые присутствуют в витках обмотки замкнутой накоротко.

Используется в конструкции тепловентиляторов и вентиляторов.

Однофазный двигатель с ассиметричным магнитопроводом статора

Особенность конструкции заключается в наличии явно выраженных полюсов, расположенных на несимметричном сердечнике, изготовленным шихтованным способом. Конструкция ротора короткозамкнутая, тип обмотки – «беличья клетка». В конструкции такого двигателя характерно отсутствие элементов для сдвига по фазе. Улучшение пусковой характеристики достигается добавление в конструкцию магнитных шунтов.

асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором схема включения 220в

Рис. №3. Чертеж асимметричного статора асинхронной машины.

Недостатки этих машин.

  1. Малый КПД.
  2. Невозможность реверсирования.
  3. Невысокий пусковой момент.
  4. Сложность операций по изготовлению магнитных шунтов.

Несмотря на наличие недостатков, однофазные асинхронные машины широко используются для конструирования бытовой техники, причина в невысокой мощности бытовой электрической сети, которой соответствует мощность однофазных асинхронных двигателей.

Еще материалы по теме:

Самостоятельное проектирование и изготовление вертикального ветряка на основе асинхронного двигателя Экономитель воды – аэратор: примеры использования и принцип работы Вольтметр. Устройство, принцип работы, виды и характеристики Все условия параллельной работы трансформаторов

Однофазный асинхронный двигатель, схема подключения и запуска

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

асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором схема включения 220в

Отличие от трехфазных двигателей

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

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

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

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

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

асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором схема включения 220в

Схема подключения коллекторного электродвигателя в 220В

Схема подключения однофазного асинхронного двигателя (схема звезда)

Как это работает

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

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

Основные схемы подключения

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

однофазный асинхронный двигатель и конденсатор

Различают три основные способа запуска однофазного асинхронного двигателя через:

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

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

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

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

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

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

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

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

Другие способы

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

С экранированными полюсами и расщепленной фазой

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

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

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

С асимметричным магнитопроводом статора

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

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

Подбор конденсатора

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

Керамический и электролитический конденсатор

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