Схема подключения синхронного двигателя переменного тока

Для того чтобы разобраться, как подключить электродвигатель конкретного типа, необходимо понимать принципы его работы и особенности конструкции. Существует множество электродвигателей разных типов. По способу подключения к сети переменного тока они бывают трехфазные, двухфазные или однофазные. По способу питания обмотки ротора делятся на синхронные и асинхронные.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Подсоединение к однофазной сети

Трехфазный двигатель можно включать в однофазную сеть, хотя и с потерей мощности, если одну из обмоток подключить через фазосдвигающий конденсатор. Однако при таком включении двигатель сильно теряет в своих параметрах, поэтому этот режим использовать не рекомендуется.

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.

Как включить однофазный асинхронный двигатель

Если не нужен автоматический запуск, асинхронный однофазный двигатель имеет самую простую схему включения. Особенностью этого типа является невозможность автоматического старта.

Для автоматического пуска используется вторая пусковая обмотка как в двухфазном электромоторе. Пусковая обмотка подключается через пусковой конденсатор только для старта и после этого должна быть отключена вручную или автоматически.

Здравствуйте, уважаемые читатели и гости сайта «Заметки электрика».

Несколько дней назад ко мне обратился один из моих читателей с просьбой о подключении однофазного двигателя серии АИРЕ 80С2. На самом деле этот двигатель является не совсем однофазным. Его будет точнее и правильнее отнести к двухфазным из категории асинхронных конденсаторных двигателей. Поэтому в данной статье речь пойдет о подключении именно таких двигателей.

Итак, у нас имеется асинхронный конденсаторный однофазный двигатель АИРЕ 80С2, который имеет следующие технические данные:

Этот двигатель установлен на малогабаритном буровом станке и его нам нужно подключить к электрической сети 220 (В).

В данной статье габаритные и установочные размеры однофазного двигателя АИРЕ 80С2 я приводить не буду. Их можно найти в паспорте на этот двигатель. Давайте лучше перейдем к его подключению.

Асинхронный конденсаторный однофазный двигатель состоит из двух одинаковых обмоток, которые сдвинуты в пространстве относительно друг друга на 90 электрических градусов:

Чаще всего роторы однофазных двигателей выполняются короткозамкнутыми. Более подробно о короткозамкнутых роторах я рассказывал в статье про .

Схема подключения однофазного двигателя (конденсаторного)

Ну вот мы добрались и до схемы подключения конденсаторного двигателя. На такого двигателя расположены 6 выводов:

Эти вывода подключены к в следующем порядке:

Вот так выглядит клеммник с выводами двигателя АИРЕ 80С2:

Чтобы подключить двигатель в прямом направлении, нужно подать переменное напряжение

220 (В) на клеммы W2 и V1, а перемычки поставить, как показано на картинке ниже, т.е. между клемм U1-W2 и V1-U2.

Чтобы подключить двигатель в обратном направлении, нужно подать переменное напряжение

220 (В) на те же клеммы W2 и V1, а перемычки поставить, как показано на картинке ниже, т.е. между клемм U1-V1 и W2-U2.

Думаю с этим все понятно. Устанавливаем перемычки для нужного вращения двигателя и подключаем однофазный двигатель к питающей сети, как показано на рисунках выше.

Но что делать когда нам необходимо дистанционно управлять направлением вращения? А для этого нам нужно собрать . Как это сделать Вы узнаете из следующей моей статьи.

Чтобы не пропустить выпуск новой статьи, подпишитесь (форма подписки находится в конце статьи и в правой колонке сайта), указав свой адрес электронной почты.

Спасибо за внимание.

Однофазный двигатель работает за счет переменного электрического тока и подключается к сетям с одной фазой. Сеть должна иметь напряжение 220 Вольт и частоту, равную 50 Герц.

Электромоторы этого типа находят применение в основном в маломощных устройствах:

1. Бытовой технике.
2. Вентиляторах низкой мощности.
3. Насосах.
4. Станках для обработки сырья и т. п.

Выпускаются модели с мощностью от 5 Вт до 10 кВт.

Значения КПД, мощности и пускового момента, у однофазных моторов существенно ниже, чем у трехфазных устройств тех же размеров. Перегрузочная способность также выше у двигателей с 3 фазами. Так, мощность однофазного механизма не превышает 70% мощности трехфазного того же размера.

1. Фактически имеет 2 фазы , но работу выполняет лишь одна из них, поэтому мотор называют однофазным.
2. Как и все электромашины , однофазный двигатель состоит из 2 частей: неподвижной (статор) и подвижной (ротор).
3. Представляет собой , на неподвижной составляющей которого имеется одна рабочая обмотка, подключаемая к источнику однофазного переменного тока.

К сильным сторонам двигателя данного типа можно отнести простоту конструкции, представляющую собой ротор с короткозамкнутой обмоткой. К недостаткам – низкие значения пускового момента и КПД.

Главный минус однофазного тока – невозможность генерирования им магнитного поля, выполняющего вращение. Поэтому однофазный электромотор не запустится сам по себе при подключении к сети.

В теории электрических машин, действует правило: чтобы возникло магнитное поле, вращающее ротор, на статоре должно быть по крайней мере 2 обмотки (фазы). Требуется также смещение одной обмотки на некоторый угол относительно другой.

Во время работы, происходит обтекание обмоток переменными электрическими полями:

1. В соответствии с этим , на неподвижном участке однофазного мотора расположена так называемая пусковая обмотка. Она смещена на 90 градусов по отношению к рабочей обмотке.
2. Сдвиг токов можно получить, включив в цепь фазосдвигающее звено. Для этого могут использоваться активные резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы.
3. В качестве основы для статора и ротора используется электротехническая сталь 2212.

Неверно, называть однофазными такие электродвигатели, которые по своему строению являются 2- и 3-фазными, но подключаются к однофазному источнику питания посредством схем согласования (конденсаторные электромоторы). Обе фазы таких устройств являются рабочими и включены все время.

Принцип действия и схема запуска

Принцип работы:

1. Электрическим током порождается пульсирующее магнитное поле на статоре мотора. Это поле можно рассматривать как 2 разных поля, которые вращаются разнонаправлено и имеют равные амплитуды и частоты.
2. Когда ротор находится в неподвижном состоянии , эти поля приводят к появлению равных по модулю, но разнонаправленных моментов.
3. Если у двигателя отсутствуют специальные пусковые механизмы , то при старте результирующий момент будет равен нулю, а значит – двигатель не будет вращаться.
4. Если же ротор приведен во вращение в какую-то сторону , то соответствующий момент начинает преобладать, а значит, вал двигателя продолжит вращаться в заданном направлении.

Схема запуска:

1. Запуск производится магнитным полем , которое вращает подвижную часть мотора. Оно создается 2 обмотками: главной и дополнительной. Последняя имеет меньший размер и является пусковой. Она подключается к основной электрической сети через ёмкость или индуктивность. Подключение осуществляется только на время пуска. В моторах с низкой мощностью, пусковая фаза замкнута накоротко.
2. Пуск двигателя осуществляют удержанием пусковой кнопки на несколько секунд, вследствие чего происходит разгон ротора.
3. Во время отпускания пусковой кнопки , электромотор из двухфазного режима переходит в однофазный, и его работа поддерживается соответствующей компонентой переменного магнитного поля.
4. Пусковая фаза рассчитана на кратковременную работу– как правило, до 3 с. Более длительное время нахождения под нагрузкой, может привести к перегреву, возгоранию изоляции и поломке механизма. Поэтому, важно своевременно отпустить пусковую кнопку.
5. С целью повышения надежности в корпус однофазных двигателей встраивают центробежный выключатель и тепловое реле.
6. Функция центробежного выключателя состоит в отключении пусковой фазы, когда ротор набирает номинальную скорость. Это происходит автоматически — без вмешательства пользователя.
7. Тепловое реле отключает обе фазы обмотки, если они нагреваются выше допустимого.

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.

Проверка работоспособности

Как проверить работоспособность двигателя путем визуального осмотра?

Ниже перечислены дефекты, которые сигнализируют о возможных проблемах с двигателем, их причиной могла стать неправильная эксплуатация или перегрузка:

1. Сломанная опора или монтажные щели.
2. В середине мотора потемнела краска (указывает на перегревание).
3. Через щели в корпусе внутрь устройства втянуты сторонние вещества.

Чтобы проверить работоспособность двигателя, следует включить его сначала на 1 минуту, а затем дать поработать около 15 минут.

Если после этого двигатель окажется горячим, то:

1. Возможно , подшипники загрязнились, зажались или просто износились.
2. Причина может быть в слишком высокой емкости конденсатора.

Отключите конденсатор, и запустите мотор вручную: если он перестанет нагреваться – необходимо уменьшить конденсаторную емкость.

Обзор моделей

Одними из наиболее популярных являются электродвигатели серии АИР. Существуют модели, исполненные на лапах 1081, и модели комбинированного исполнения — лапы + фланец 2081.

Электродвигатели в исполнении лапы+фланец обойдутся примерно на 5% дороже, чем аналогичные на лапах.

Как правило, производители предоставляют гарантию от 12 месяцев.

Для электродвигателей, имеющих высоту вращения 56-80 мм, исполнение станины алюминиевое. Двигатели с высотой вращения более 90 мм представлены в чугунном исполнении.

Модели различаются между собой по мощности, частоте вращения, высоте оси вращения, КПД.

Чем мощнее двигатель, тем выше его стоимость:

1. Двигатель с мощностью 0.18 кВт можно приобрести за 3 тыс. рублей (электродвигатель АИРЕ 56 B2).
2. Модель с мощностью 3 кВт будет стоить уже около 10 тыс. рублей (АИРЕ 90 LB2).

Что касается частоты вращения, то наиболее распространены модели с частотами 1500 и 3000 оборотов/минуту, хотя существуют двигатели и с другими значениями частот. При равных мощностях, стоимость двигателя с частотой вращения 1500 об/мин немного выше, чем имеющего частоту 3000 об/мин.

Высота оси вращения для моторов с 1 фазой варьируется от 56 мм до 90 мм и напрямую зависит от мощности: чем мощнее двигатель, тем больше высота оси вращения, а значит и цена.

Различные модели имеют разный КПД, обычно от 67% до 75%. Больший КПД соответствует большей стоимости модели.

Следует обратить внимание также на двигатели, выпускаемые итальянской компанией ААСО, основанной в 1982 году:

1. Так, электромотор ААСО серии 53 , рассчитан специально для применения в газовых горелках. Эти моторы также могут быть использованы в установках для мойки, генераторах теплого воздуха, системах централизованного обогрева.
2. Электромоторы серий 60, 63, 71 разработаны для использования в установках водоснабжения. Также, фирма предлагает универсальные двигатели серий 110 и 110 компакт, которые отличаются разнообразной сферой применения: горелки, вентиляторы, насосы, подъемные устройства и другое оборудование.

Купить моторы производства компании ААСО можно по цене от 4600 рублей.

Часто приходится искать схемы подключения электродвигателя к сети 220 или 380 вольт под собственные нужды, не согласующиеся с паспортными данными оборудования. Хотя такой подход и подразумевает уменьшение КПД, но иногда бывает оправданным. В этом блоке выложены самые доступные и технически обоснованные схемы подключения мотора к трёхфазной и однофазной сети.

Если в однофазных электромоторах разместить только одну обмотку (по числу фаз), то поле внутри статора будет не вращающимся, а пульсирующим, и пуска или толчка не произойдет, если не раскрутить вал рукой. Чтобы вращение происходило без ручного вмешательства, была добавлена вспомогательная — пусковая обмотка. Она является второй фазой, сдвинутой на 90 градусов, толкающей ротор в момент включения, но, так как мотор включается в однофазную сеть, он всё же называется однофазным. Теперь однофазные асинхронные электромоторы имеют две обмотки — рабочую и пусковую. Пусковая обмотка включается на короткое время лишь для запуска вала (не больше чем на 3 секунды). Рабочая включена постоянно. Определить выводы обмоток можно с помощью тестера. На рисунке показано соотношение между обмотками и общим выводом. Чтобы запустить мотор нужно подать 220 вольт на обе обмотки и после набора оборотов сразу отключить пусковую. Для сдвига фазы используют омические сопротивления, конденсаторы и индуктивности. Причем сопротивление может быть не в виде отдельного резистора, а частью пусковой обмотки, намотанной по бифилярной технологии, когда индуктивность катушки остаётся такой же, а её сопротивление увеличивается за счёт большей длины медного провода. Схема подключения однофазного электродвигателя показана на рисунке 1.

Есть двигатели, у которых рабочая и вспомогательная обмотки постоянно подключены к электросети. По сути, они являются двухфазными. Поле внутри статора вращается. Конденсатор в этом случае служит для сдвига фаз. В такой системе обе обмотки выполнены проводом одинакового сечения.

Подключение трёхфазного электродвигателя

Как известно, трёхфазные моторы имеют более высокую эффективность, чем однофазные и двухфазные. Вращающееся магнитное поле в статоре появляется сразу после включения в сеть 380 вольт без помощи пусковых устройств. Распространены две схемы подключения электродвигателя — звездой и треугольником, как показано на рисунке 2.

Следует отметить, что при подключении звездой пуск будет плавным, но так невозможно достичь максимальной мощности работы электромотора. При подключении треугольником двигатель выдаст полную паспортную мощность, а это в 1,5 раза больше чем при подключении звездой, но при запуске ток настолько высок, что может повредить изоляцию проводов. Поэтому для мощных двигателей применяют комбинированную схему подключения звезда-треугольник. Пуск происходит по схеме звезда (пусковые токи небольшие), а после вхождения электромотора в рабочее состояние происходит автоматическое или ручное переключение на схему треугольник (мощность возрастает в 1,5 раза и приближается к номинальной). Переключение делают с помощью магнитных пускателей, пускового реле времени или пакетного переключателя. Схема подключения к сети 380 вольт показана на рисунке 3. При замкнутых ключах К1 и К3 двигатель подключен по схеме звезда, а при замкнутых ключах К1 и К2 двигатель включен по схеме треугольник.

Включение трёхфазного двигателя в однофазную сеть через конденсатор (380 на 220)

На практике часто приходится подключать трёхфазный двигатель к сети 220 вольт. Хотя КПД при этом падает до 50 % (в лучшем случае до 70%), такая переделка бывает оправданной. Фактически мотор начинает работать как двухфазный. Делается это по схеме звезда или треугольник с применением рабочего и пускового конденсатора, служащих для сдвига фазы и разгона (рисунок 4). Кнопку разгона нужно удерживать до максимальной раскрутки вала, после чего отпустить.Рассчитываются конденсаторы по формулам.

Для звезды Ср = 2800 x I / U (мкФ);

Для треугольника Ср = 4800 х I / U (мкФ);

Где I — ток, потребляемый двигателем (промеряется вручную), U — напряжение питающей сети, равное 220В.

Сложность в том, что под нагрузкой и при холостом ходе ток через обмотки течёт разный, а значит, ёмкость нужно будет подбирать экспериментально, под конкретную нагрузку. Если ёмкость будет больше, чем нужно мотор будет перегреваться. Для приблизительного определения номиналов, исходя из мощности электромотора, служит эта таблица.

По напряжению конденсаторы должны быть больше минимум в 1,5 раза, иначе от скачков напряжения в момент включения и выключения они могут выйти из строя. Если проблематично достать металлобумажные конденсаторы нужной ёмкости некоторые применяют электролитические, спаянные по особой схеме с диодами. Но нужно соблюдать осторожность и закрыть их в корпус, чтобы в случае взрыва, электролит не попал в глаза. Также нужно учитывать, что соединяя схему, как показано на рисунке 5, емкость уменьшается вдвое. Нужно всё же понимать, что для работы мощных станков следует избегать замены металлобумажных конденсаторов электролитическими.

Довольно часто в промышленном и домашнем хозяйстве используются трехфазные асинхронные двигатели. Этот тип двигателей является достаточно распространенным, поэтому большинство привычных для нас устройств, работающих на двигательной тяге, работают именно на таких. Состоит данный двигатель всего из двух основных частей – подвижного ротора и статора (соответственно, неподвижного). В сердечнике статора укладываются обмотки под специальным угловым расстоянием, которое равно 120 электрическим градусам. Начала и концы этих обмоток выводятся в распределительную коробку, где закрепляются на специальных клеммах. Как правило, эти выводы обозначены буквой С – С1, С2 и до С6 соответственно. Обмотки могут, соединяются двумя типами электрических схем – «звезда» и «треугольник». В схеме звезда концы обмоток соединяются друг с другом, а начала обмоток подключаются к питающему напряжению. Схема треугольник заключается в последовательном соединении, то есть начало одной обмотки соединяется с концом каждой другой обмотки и так далее.

Так подключается трехфазный двигатель, согласно схеме треугольник

Внутренность распределительной коробки двигателя, с выставленным положением перемычек под соединение в треугольник

Обычно, в распределительной коробке, все выходы контактов и их клеммы располагаются в сдвинутом порядке напротив. То есть, напротив контакта С1 находиться С6, а напротив клеммы С2 располагается С4.

Вот по такой схеме располагаются контакты в распределительной коробке

Так подключается трехфазный двигатель, согласно схеме «звезда»

Вживую, распределительная коробка с подключением «звездой» выглядит таким вот образом

Подключая трехфазный двигатель, соответственно, к трехфазной сети, внутри обмоток статора в разные моменты времени начинает протекать электрический ток, который в свою очередь создает вращающее магнитное поле. Это вращающее магнитное поле посредством магнитной индукции приводит в движение ротор двигателя, вследствие чего он начинает вращаться. Если подключить трехфазный двигатель в однофазную сеть, в машине не возникнет достаточного вращающего момента, и он попросту не включится.

Естественно, он не запустится, если его запускать напрямую. Но, существуют способы, при помощи которых подключение «трехфазника» в сеть все-таки возможно. Одним из самых простых является подключение фазосдвигающего конденсатора в качестве третьего контакта.

Вот так подключается трехфазный двигатель в домашних условиях (однофазной сети)

Трехфазный двигатель, работающий в однофазной сети, имеет практически ту же частоту вращения, что и при работе в трехфазной. Но, при таком подключении мощность асинхронного двигателя в значительной степени уменьшается. Это обуславливается недостаточной мощностью в самой сети (в сравнении с трехфазной). Чтоб сказать, насколько точно теряется мощность при однофазном подключении, необходимо знать схему подключении, условия работы асинхронного двигателя, а также величину емкости конденсатора. Но, в среднем каждый трехфазный двигатель, подключенный в однофазную сеть, может потерять до 30-ти и даже 50% собственной мощности.

Заметим, что далеко не все трехфазные двигатели могут вести себя нормально в однофазной сети. Поэтому, если вы подключили его, и уверены в правильности подключения, но при этом он напрочь отказывается работать, не переживайте. С большой долей вероятности это значит что, что-то не в порядке с самим двигателем. Конечно, преимущественное большинство должно работать нормально, не учитывая потерю мощности. Поэтому, самыми надежными в работе с однофазной сетью, показали себя асинхронные двигатели с индексами «А» и «АОЛ», «АО2» и «АПН». Все они имеют короткозамкнутый ротор.

Как правило, трехфазные асинхронные двигатели имеют две категории по номинальному напряжению – это работа в сетях 220/127В и 380/220В. Двигатели на более низком напряжении используются при малых мощностях, поэтому распространение у них небольшое. Таким образом, именно категория 380/220В является более распространенной. Напряжение в 380В используется при соединении в «звезду», соответственно напряжение 220В используется при схеме «треугольник». В паспорте двигателя и на его бирке, обычно указывают все основные рабочие характеристики и величины, среди которых рабочее напряжение, частота сети, коэффициент мощности, а также приведены условными рисунками схема соединения обмоток и какая существует возможность ее изменения.

Так выглядят бирки на корпусах трехфазных электродвигателей

На рисунке «А» бирка свидетельствует о том, что обмотки могут соединяться в обе схемы, как говорилось выше. То есть, можно подключить как «треугольник» на напряжение 220В, так и «звезду» на 380В. Отметим, что подключая такой двигатель в однофазную сеть, используйте схему соединения «треугольник», так как при соединении в «звезду» потеря мощности будет в значительной степени выше.

На рисунке «Б» бирка говорит о том, что в двигателе применяется схема соединения «звезда». При этом ответствует возможность включение схемы «треугольник». Если вы видите такой значок, то знайте, что в распределительной коробке иметься лишь три вывода. Поэтому, чтоб выполнить соединение «треугольник», нужно будет проникнуть внутрь двигателя, найти и вывести остальные концы наружу. Сделать это не так уж просто, поэтому будьте предельно внимательными.

Важный момент! Если на бирке двигателя указано рабочее напряжение в виде 220/127В знайте, что при подключении к однофазной сети на рабочее напряжение 220В его можно лишь со схемой «звезда» и никак больше. При попытке подключить двигатель со схемой «треугольник» в сеть 220В, он попросту сгорит.

Как разобраться в началах и концах обмоток?

Одной из самых запутанных сложностей, при подключении трехфазного двигателя в бытовую сеть является неразбериха, возникающая с проводами, которые выходят в распределительную коробку. Более того, в некоторых случаях коробка может отсутствовать, и вам самостоятельно придется разбираться, где и какой провод.

Наиболее простым случаем является тот, в котором обмотки соединены в схему «треугольника» при рабочем напряжении двигателя 380/220В. Так, необходимо лишь подключить токопроводящие провода из сети, подсоединив рабочий и пусковой конденсаторы в распределительной коробке к клеммам, согласно пусковой схеме. Когда схема соединения двигателя замкнута на «звезду», но при этом есть возможность сделать переключение ее на «треугольник», необходимо воспользоваться этим, изменив схему используя контактные перемычки.

Теперь, что же касается определения начала и концов всех обмоток. Довольно трудно, когда в распределительной коробке попросту торчат 6 проводов без каких-либо обозначений. В таком случае сложно понять, какой из проводов обмоток является началом, а какой же все-таки концом. Поэтому придется несколько поднапрячься и решить эту задачу. Прежде чем производить какие-либо действия с двигателем, загляните в Интернет, указав марку двигателя. Быть может, в сети имеются какие-то документы, способны расшифровать имеющуюся проводку. Но, если никакой полезной информации так и не нашлось, действуем следующим образом

Определяем пары проводов, которые причастны к одной и той же обмотке;

И определяем, какой из выводов является началом, а какой концом.

Определение пар проводов производится «прозвонкой» при помощи тестера (устанавливается режим замера сопротивление). Если такого прибора под рукой нет, можно воспользоваться «дедовским» способом, и определить принадлежность концов обмоток с помощью лампочки и батарейки. Если же лампочка загорается (или прибор показывает наличие сопротивления), это значит, что два провода принадлежат одной и той же обмотке. Таким образом, определяются и остальные пары выводов обмоток (на рисунке ниже это показано на схеме).

Во второй задаче предстоит узнать, какой из выводов является началом, а который концом. Для этого нам потребуется взять батарейку и стрелочный вольтметр (электронный прибор для этого не подойдет). И затем, определяем начала и концы обмоток согласно схеме, приведенной ниже.

Итак, батарейка подключается к концам одной обмотки (пусть это будет А , как на рисунке), а к концам обмотки В подключим имеющийся вольтметр. При разрыве контактов проводом батарейки на обмотке А , стрелка вольтметра на В , должна отклониться в какую-либо из сторон. Запомните в какую, и проделайте то же действие на обмотке С , подключив к ней вольтметр. Теперь, добейтесь того чтоб стрелка вольтметра на обмотке С отклонялась в ту же сторону, что и на обмотке В . Это можно достичь путем изменения полярности (сменой концов С1 и С2 ). Аналогичным образом проверяется обмотка А . Тогда, батарейка будет подключена к С или В , а вольтметр, соответственно к А .

Таким образом, после «прозвонки» всех обмоток, вы должны получить некоторую закономерность. Разрывая контакты батарейки на какой-либо обмотке, остальные две должны показать отклонение стрелки вольтметра в одну и ту же сторону (это свидетельствует об одинаковой полярности). После чего, остается сделать отметки на выводах (начал) с одной стороны (А1, В1 и С1), и выводы (концы) с другой стороны А2, В2 и С2. На завершающем этапе, соединить концы в соответствующие схемы «звезда» или «треугольник».

Как извлечь недостающие концы обмотки?

Данный случай является, пожалуй, одним из самых трудных. Так, двигатель, соединенный в «звезду» не переключается в «треугольник». На практике же, открыв распределительную коробку, вы увидите лишь три вывода (С1, С2 и С3). Остальные три (С4, С5 иС6) придется доставать изнутри двигателя. На рисунке ниже наглядно показан именно такой случай.

Бирка электродвигателя с рассматриваемым случаем

А так будет выглядеть внутренность клеммной коробки

Во-первых, необходимо разобрать двигатель, чтоб получился свободный доступ к статору. Для этого нужно снять торцевую крышку двигателя, удерживающуюся на болтах, и извлечь его подвижную часть – ротор. Теперь, нужно отыскать место спайки остальных концов обмоток, и очистить его от изоляции. После, разъединить концы выводов и припаять к ним, заранее подготовленные, многожильные провода в гибкой изоляции. Место пайки изолировать дополнительно, и закрепить провода крепкой нитью на обмотках статора. В конечном итоге, дополнительно припаянные провода выводятся в распределительную коробку.

Теперь, нужно определить начала и концы обмоток вышеупомянутым способом, и обозначить все имеющиеся выводы С1, С2 и так далее. После идентификации всех проводов, можно смело выполнить соединение по схеме «треугольник». Отметим, что такие действия требуют определенного опыта и навыков. На словах, в этом нет ничего сложного, но на самом деле в спайках проводов внутри статора можно запутаться, и замкнуть обмотки накоротко (к примеру). Поэтому, если нет особой потребности в соединении треугольником, лучше оставить соединение как есть, то есть «звездой».

Статор трехфазного электродвигателя

Припайка дополнительных проводов

В такой способ провода крепко прикручиваются

Вывод проводников в распределительную коробку

Соединение проводников в схему «треугольник»

Схемы, которые используются при подключении трехфазного двигателя в бытовую сеть

Схема «треугольник».

Данная схема, является наиболее целесообразной и подходящей для бытовой сети, поскольку выходная мощность трехфазного двигателя в данном случае будет несколько большей, чем при других схемах. Так, мощность «треугольного» соединения может составлять 70% от ном. мощности двигателя. В распределительной коробке это выглядит следующим образом: два контакта подсоединяются в сеть, а третий подключается на рабочий конденсатор Ср, затем к любому из контактов сети.

Вот так изображается схема на бумаге

А таким образом это выглядит на практике

Осуществление пуска

Запуск трехфазного двигателя на холостом ходу возможно с использованием рабочего конденсатора. Но, в случае, если на нем будет хоть незначительная нагрузка, он может, не запустится, или же включиться и работать на малых, недостаточных оборотах. Поэтому, в таких случаях используется дополнительное оборудование, а именно пусковой конденсатор Сп. Расчеты по определения необходимой емкости конденсатора вы можете найти ниже. Для справки, такие конденсаторы (в других случаях это может быть группа конденсаторов), служат лишь для пуска двигателя. Следовательно, их время работы очень малое – как правило, миллисекунды, но может доходить и до 2х секунд. За такой короткий промежуток двигатель должен успеть набрать необходимую мощность.

Схема с пусковым конденсатором Сп

Для более удобного эксплуатирования двигателя, в схему пуска и работы можно добавить выключатель. Работает он по простому принципу, в котором одна пара контактов замыкается при нажатии на кнопку «Пуск». В таком режиме работает вся схема до тех самых пор, пока не нажмут кнопку «Стоп» и контакты разомкнутся.

Выключатель, сделанный в СССР

Применение реверса

Вращение ротора в ту или иную сторону зависит от того, к какой фазе подключена третья обмотка.

Реверсивная схема

Поэтому, подсоединив к третьей обмотке дополнительный конденсатор с переключателем (тумблером), который подключается к контактам первой и второй обмотки, мы сможем менять направление вращения ротора трехфазного электродвигателя. Ниже, наглядно продемонстрирована схема с применением всех трех вышеупомянутых способов, которая поможет сделать более удобным работу с трехфазным двигателем.

Включение со схемой «звезда»

Данная схема используется при подключении «трехфазников» в бытовую сеть, если их обмотки работают на напряжении 220/127В.

Подключение трехфазного электродвигателя «звездой»

Расчет необходимых емкостей конденсаторов. Итак, расчет емкости рабочих конденсаторов производится, исходи из схемы подключения двигателя и множества других параметров. В случае с соединением в «звезду» расчет проводится следующим образом:

Соединяя обмотки треугольником, рабочую емкость рассчитывайте так:

Здесь, рабочая емкость конденсатора обозначается Ср и измеряется в мкФ, а I и U – ток и напряжение соответственно. При этом U =220В, а то рассчитываем по выражению:

P – обозначает мощность двигателя;

N – КПД «трехфазника»;

Cosϕ – коэффициент мощности;

1,73 – показывает отношение между линейным и фазным током.

Величины КПД и коэффициента мощности можно посмотреть на бирке электродвигателя. Как правило, эти величины примерно колеблются в пределах 0,8-0,9.

Практика показывает, что величина емкости рабочих конденсаторов может рассчитываться по уравнению C =70∙ P н ; где в качестве Рн выступает номинальная мощность. Эта формула сообразна при подключении обмоток на «треугольник», и согласно ей, для каждых 100 Вт потребуется порядка 7 мкФ емкости. От того, насколько правильно подобран конденсатор, зависит стабильная работа электродвигателя. В случае если емкость подобрана несколько выше, чем нужно, двигатель будет испытывать перегрев. Если же пусковая емкость оказалась меньше чем это необходимо, мощность двигателя будет несколько заниженной. Конденсаторы можно выбирать методом подбора. Так, начиная с конденсаторов малой емкости, переходите к более мощным до оптимального выбора. Если же существует возможность измерить ток в сети и на рабочем конденсаторе, то есть вероятность подобрать наиболее точный конденсатор. Проводить данный замер нужно в рабочем режиме двигателя.

Пусковая емкость рассчитывается исходя из требования по созданию достаточного пускового момента. Не стоит путать емкость пускового конденсатора, с величиной пусковой емкости. К примеру, на схемах выше, пусковая емкость является суммой двух емкостей Ср и Сп.

Если же электродвигатель будет использоваться на холостом ходу, то за пусковую емкость можно принять рабочую, притом, что пусковой конденсатор уже не потребуется. В таких случаях схема во многом упрощается и удешевляется. Такие меры помогут отключить нагрузку, с возможностью быстрого и удобного изменения положения двигателя, к примеру, для ослабления ременной передачи, или же сделать прижимной ролик для нее.

Пример клиноременной передачи мотоблока

Запуск двигателя требует дополнительную емкость Сп, которая требуется только на пуск. Если же увеличить отключаемую емкость, это приведет к увеличению пускового момента, и при каком-то значении пусковой момент достигнет пикового значения. Но, с дальнейшим увеличением емкости пусковой момент будет лишь падать, и это нужно учесть.

Исходя из всех расчетов и условий запуска электродвигателя под нагрузкой, которая близка к номинальной, величина пусковой емкости должна превышать рабочую в 2 а то и 3 раз. К примеру, если емкость на рабочем конденсаторе равна 80 мкФ, то у пускового конденсатора эта емкость будет иметь 80-160 мкФ. Это в сумме даст пусковую емкость (которая как говорилось, является сумой Ср и Сп) в 160-240 мкФ. Однако, если же нагрузка во время запуска незначительна, емкость пускового конденсатора будет несколько меньшей, а то и вовсе отсутствовать. Конденсаторы, работающие на запуск двигателя, на самом деле работают миллисекунды, поэтому они долго эксплуатируются, и, как правило, вполне хватает бюджетных моделей.

Куда лучшим вариантом является применение не одного конденсатора, а группы, объединенной в конденсаторный мост. Это более удобно в том плане, что подключив группу, можно более точно настроить необходимую емкость, отключая или подключая конденсаторы. Мелкие конденсаторы, образующие мост, подключаются параллельно потому, что при таком соединении емкости слаживаются: Собщ=С 1 +С 2 +С 3 +…+С n .

Так выглядит параллельное соединение

В роли рабочих конденсаторов служат металлизированные бумажные, а также отлично подходят пленочные конденсаторы типа МБГО, К78-17, БГТ и т.д. Напряжение по допустимой величине должно превышать при работе электродвигателя напряжение сети не менее, чем в 1,5-2 раза.

Таким образом, подключение трехфазного двигателя к однофазной сети требует тщательного математического анализа и некоторого опыта работы с электротехническим оборудованием.

Еще кое-что об электрике:

Трехфазный асинхронный двигатель представляет собой устройство, состоящее из двух частей: статора и ротора, которые разделены воздушным зазором и не имеют никакой механической связи друг с другом.

На статоре расположены три обмотки, намотанные на специальном магнитопроводе, который набран из пластин специальной электротехнической стали. Обмотки намотаны в пазах статора и расположены под углом в 120 градусов друг к другу.

Ротор представляет собой конструкцию, опирающуюся на подшипники, имеющую крыльчатку для вентиляции. В целях электропривода ротор может иметь прямую связь с механизмом либо через редукторы или другие системы передачи механической энергии. Роторы в асинхронных машинах могут быть двух видов:

Главной движущей силой в трехфазном асинхронном двигателе является вращающееся магнитное поле, которое возникает, во-первых, благодаря трехфазному напряжению, а, во-вторых, взаимному расположению обмоток статора. Под его воздействием в роторе возникают токи, создающее поле, которое взаимодействует с полем статора.

Асинхронным двигатель называют из-за того, что частота вращения ротора отстает от частоты вращения магнитного поля, ротор постоянно пытается «догнать» поле, но его частота всегда меньше.

Главные преимущества асинхронных двигателей

Конечно, трехфазные машины не лишены недостатков

Различные схемы подключения асинхронных двигателей к сети 380 вольт

Для того чтобы заставить работать двигатель существует несколько различных схем подключения, наиболее используемые среди них — звезда и треугольник.

Как правильно подключить трехфазный двигатель «звездой»

Такой способ подключения применяется в основном в трехфазных сетях с линейным напряжением 380 вольт. Концы всех обмоток: C4, C5, C6 (U2, V2, W2), — соединяются в одной точке. К началам обмоток: C1, C2, C3 (U1, V1, W1), — через аппаратуру коммутации подключаются фазные проводники A, B, C (L1, L2, L3). При этом напряжение между началами обмоток будет 380 вольт, а между местом подключения фазного проводника и местом соединения обмоток буде составлять 220 вольт.

На табличке электродвигателя указывается возможность подключения по способу «звезда» в виде символа Y, а также может указываться и можно ли подключить по другой схеме. Соединение по такой схеме может быть с нейтралью, которая подключается к точке соединения всех обмоток.

Такой подход позволяет эффективно защитить электродвигатель от перегрузок при помощи четырехполюсного автоматического выключателя.

Соединение «звездой» не позволяет электродвигателю, приспособленному для сетей 380 вольт развить полную мощность в силу того, что на каждой отдельной обмотке будет напряжение в 220 вольт. Однако, такое соединение позволяет не допустить перегрузки по току, старт электродвигателя происходит плавно.

В клеммной коробке будет сразу видно, когда электродвигатель соединен по схеме «звезда». Если есть перемычка между тремя выводами обмоток, то это однозначно говорит о том, что применяется именно эта схема. В любых других случаях применяется другая схема.

Выполняем соединение по схеме «треугольник»

Для того чтобы трехфазный двигатель мог развить свою максимальную паспортную мощность используют подключение, которое получило название «треугольник». При этом конец каждой обмотки соединяют с началом последующей, что в действительности образует на принципиальной схеме треугольник.

Выводы обмоток соединяют следующим образом: C4 соединяют с C2, С5 с C3, а С6 с C1. При новой маркировке это выглядит так: U2 соединяется с V1, V2 с W1, а W2 cU1.

В трехфазных сетях между выводами обмоток будет линейное напряжение 380 вольт, а соединение с нейтралью (рабочим нулем) не требуется. Такая схема имеет особенность еще и в том, что возникают большие пусковые токи, которые может не выдержать проводка.

На практике иногда применяют комбинированное подключение, когда на этапе запуска и разгона используется подключение «звездой», а в рабочем режиме специальные контакторы переключают обмотки на схему «треугольник».

В клеммной коробке подключение треугольником определяется наличием трех перемычек между клеммами обмоток. На табличке двигателя возможность подключения треугольником обозначается символом?, а также может указываться мощность, развиваемая при схеме «звезда» и «треугольник».

Трехфазные асинхронные двигатели занимают значительную часть среди потребителей электроэнергии благодаря своим очевидным достоинствам.

Реверсивная и не реверсивная схема магнитного пускателя

Что такое магнитный пускатель – это коммутационный аппарат, предназначенный для автоматического включения и отключения потребителей электроэнергии многократно таких, как электрокотел, электра тэна, электродвигатель и т. п.

Магнитный пускатель позволяет осуществить дистанционное управление, включать и отключать потребителя на расстоянии с пульта управления. Самое распространенное применение магнитного пускателя получили асинхронные двигателя, при помощи его осуществляется пуск, стоп и реверс (смена направления вращение вала) двигателя.

Еще магнитный пускатель служит для разгрузки маломощных контактов. Например, возьмем простой выключатель, который стоит дома, он рассчитан включать и отключать нагрузку не более 10 Ампер, определяем мощность: ток умножаем на напряжение 10*220 = 2200 Вт. Это значит, что через этот выключатель, можно, включить не более двадцати двух лампочек мощностью 100Вт.

Разгрузим контакт простого выключателя с помощью магнитного пускателя третьей величины, у которого силовые контакты рассчитаны включать и отключать ток 40 Ампер, мощность, которую он сможет включать и отключать: 40*220 = 8800 Вт. В итоге сможем одним щелчком выключателя, включать и отключать всю алею уличного освещения через контакты магнитного пускателя.

Управляется магнитный пускатель третьей величины с помощью электромагнитной катушки, которая потребляет 200Вт в момент срабатывания, а в сработанном состоянии потребляет всего 25Вт, что получается 200/380 = 0,52 А — это ток которым необходим, чтобы пускатель сработал и включил основную силовую цепь. Теперь представьте, что можно поставить маленький компактный выключатель, который будет управлять магнитным пускателем, а он своими силовыми контактами будет включать и отключать большие мощности.

Еще у магнитного пускателя катушки управления бывают на напряжения 380В, 220В и 36В в целях безопасности человека от поражения электрическим током. На токарных станках устанавливают магнитные пускатели с катушками на 36В. Это необходимо, для того чтобы на пульте управление токарным станком было безопасное напряжение, на случай пробоя изоляции.

Для чего нужно тепловое реле в комплекте с магнитным пускателем. Тепловое реле защищает двигатель от перегруза и от неполнофазного режима работы. Что такое неполнофазный режим – это когда при работе электродвигателя исчезла одна из трех фаз.

Причины однофазного режима: перегорела плавкая вставка на одной фазе, подгорел контакт на клемме или выкрутился винт на клеммнике магнитного пускателя и выпал фазный провод от вибрации, плохой контакт на силовых контактах пускателя.

При перегрузке двигателя или работе в неполнофазном режиме увеличивается ток, проходящий через тепловое реле. В тепловом реле нагреваются токопроводящие биметаллические пластины, под действием тепла они выгибаются, и механически воздействует на размыкание контакта в тепловом реле, который отключает питание катушки магнитного пускателя, происходит отключение двигателя по средствам пускателя.

СЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ЧЕРЕЗ МАГНИТНЫЙ ПУСКАТЕЛЬ.

Схема состоит:
из QF — автоматического выключателя; KM1 — магнитного пускателя; P — теплового реле; M — асинхронного двигателя; ПР — предохранителя; кнопки управления (С-стоп, Пуск). Рассмотрим работу схемы в динамике.
Включаем питание QF — автоматическим выключателем, нажимаем кнопку «Пуск» своим нормально разомкнутым контактом подает напряжение на катушку КМ1 — магнитного пускателя.

КМ1 – магнитный пускатель срабатывает и своими нормально разомкнутыми, силовыми контактами подает напряжение на двигатель. Для того чтобы не удерживать кнопку «Пуск», чтобы двигатель работал, нужно ее зашунтировать, нормально разомкнутым блок контактом КМ1 – магнитного пускателя.
При срабатывании пускателя блок контакт замыкается и можно отпустить кнопку «Пуск» ток побежит через блок контакт на КМ1 — катушку.

Отключаем двигатель, нажимаем кнопу «С – стоп», нормально замкнутый контакт размыкается и прекращается подача напряжение к КМ1 – катушке, сердечник пускателя под действием пружин возвращается в исходное положение, соответственно контакты возвращаются в нормальное состояние, отключая двигатель. При срабатывании теплового реле — «Р», размыкается нормально замкнутый контакт «Р», отключение происходит аналогично.

Не реверсивная схема магнитного пускателя с катушкой 380В.

РЕВЕРСИВНАЯ СХЕМА МАГНИТНОГО ПУСКАТЕЛЯ.

Схема состоит аналогично, так же, как на не реверсивной схеме, единственно добавилась кнопка реверса и магнитный пускатель.

Принцип работы схемы немного сложнее, рассмотрим в динамике. Что требуется от схемы, реверс двигателя за счет переворачивания местами двух фаз. При этом нужна блокировка, которая не давала бы включиться второму пускателю, если первый находится в работе и наоборот. Если включить два пускателя одновременно то произойдет КЗ – короткое замыкание на силовых контактах пускателя.

Включаем QF – автоматический выключатель, давим кнопку «Пуск» подаем напряжение на КМ1 катушку пускателя, пускатель срабатывает. Силовыми контактами включает двигатель, при этом шунтируется пусковая кнопка «Пуск ».

Блокировка второго пускателя — КМ2 осуществляется, нормально замкнутым КМ1 — блок контактом. При срабатывании КМ1 — пускателя, размыкается КМ1 — блок контакт тем самым размыкает подготовленную цепочку катушки второго КМ2 — магнитного пускателя.

Чтобы осуществить реверс двигателя, его необходимо отключить. Отключаем двигатель, нажатием кнопку «С — стоп», снимается напряжение с катушки, которая находилась в работе. Пускатель и блок контакты под действием пружин возвращаются в исходное положение.

Схема готова к реверсу, нажимаем кнопку «Пуск», подаем напряжение на катушку — КМ2, пускатель — КМ2 срабатывает и включает двигатель в противоположном вращение. Кнопка «Пуск» шунтируется блок контактом — КМ2, а нормально замкнутый блок контакт КМ2 размыкается и блокирует готовность катушки магнитного пускателя — КМ1.
При срабатывании теплового реле — «Р», размыкается нормально замкнутый контакт «Р», отключение происходит аналогично.

Реверсивная схема магнитного пускателя с катушкой 380В.

Принцип работы схемы магнитного пускателя с катушкой на 220В тот же, что и с катушкой на 380В.

Не реверсивная схема магнитного пускателя с катушкой 220В.

Реверсивная схема магнитного пускателя с катушкой 220В.

Сегодня мы рассмотрим подключение однофазного двигателя переменного тока. К таким относят асинхронные и синхронные моторы, питающиеся от одной фазы, которая обычно имеет напряжение 220 Вольт. Они очень распространены в бытовой сфере и мелком производстве, частном предпринимательстве.

Подключение однофазного асинхронного двигателя

Для разгона асинхронного двигателя требуется создать вращающееся магнитное поле. С этим легко справляется трехфазный источник питания, где фазы сдвинуты друг относительно друга на 120 градусов. Но если речь идет о том, как подключить однофазный электродвигатель, то встает проблема: без сдвига фаз вал не начнет вращаться.

Внутри однофазного асинхронного мотора располагаются две обмотки: пусковая и рабочая. Если обеспечить сдвиг фаз в них, то магнитное поле станет вращающимся. А это главное условие для запуска электродвигателя. Сдвигать фазы можно путем добавочного сопротивления (резистора) или индуктивной катушки. Но чаще всего используют емкости – пусковой и/или рабочий конденсаторы.

С пусковой емкостью

В большинстве случаев схема включает в себя только пусковой конденсатор. Он активен только во время запуска мотора. Поэтому способ хорош, когда пуск обещает быть тяжелым, в противном случае вал не сможет разгоняться из-за небольшого начального момента. После разгона пусковой конденсатор отключается, и работа продолжается без него.

Схема подключения двигателя со вспомогательной емкостью представлена на рисунке выше. Для ее реализации вам потребуется реле или, как минимум, одна кнопка, которую вы будете зажимать на 3 секунды во время запуска мотора в ход. Вспомогательный конденсатор вместе со вспомогательной обмоткой включаются в цепь лишь на некоторое время.

Такая схема обеспечивает оптимальный начальный крутящий момент, если имеют место незначительные броски переменного тока во время пуска. Но есть и недостаток – при работе в номинальном режиме технические характеристики падают. Это обусловлено формой магнитного поля рабочей обмотки: оно у нее овальное, а не круговое.

С рабочей емкостью

Если пуск легкий, а работа тяжелая, то вместо пускового конденсатора понадобится рабочий. Схема подключения показана ниже. Особенность заключается в том, что рабочая емкость вместе с рабочей обмоткой включена в цепь постоянно.

Схема обеспечивает хорошие характеристики при работе в номинальном режиме.

С обоими конденсаторами

Компромиссное решение – использование вспомогательной и рабочей емкости одновременно. Этот способ идеален, если двигатель переменного тока пускается в ход уже с нагрузкой, и сама работа тяжела для него. Посмотрите, схема ниже – это словно две схемы (с рабочей и вспомогательной емкостью), наложенные друг на друга. При запуске на несколько секунд будет включаться пусковой механизм, а второй накопитель будет активен все время: от пуска до завершения работы.

Расчет емкостей

Наибольшую сложность для начинающих представляет расчет емкости конденсаторов. Профессионалы подбирают их опытным путем, прислушиваясь к мотору во время запуска и работы. Так они определяют, подходит накопитель, или нужно поискать другой. Но с небольшой погрешностью в большинстве случаев емкость можно рассчитать так:

• Для рабочего накопителя: 0,7-0,8 мкФ на 1000 Ватт мощности электрического двигателя;
• Для пускового конденсатора: больше в 2,5 раза.

Пример: у вас асинхронный однофазный электродвигатель на 2 кВт. Это 2000 Ватт. Значит, при подключении с рабочей емкостью нужно запастись накопителем 1,4-1,6 мкФ. Для пусковой потребуется 3,5-4 мкФ.

Подключение однофазного синхронного электродвигателя

Несмотря на сложность конструкции синхронных двигателей, они имеют много преимуществ перед асинхронными. Главное – это низкая чувствительность к скачкам напряжения, ведущих к резкому уменьшению или увеличению силы тока. Не менее значим и тот факт, что синхронные моторы могут работать даже с перегрузкой, не говоря уже об оптимальном режиме реактивной энергии и вращении вала с постоянной скоростью. Однако подключение – трудоемкий процесс, и это уже недостаток.

Метод разгона

Нельзя пустить в ход однофазный синхронный двигатель, просто подав питание на его обмотки. Потому что в момент включения направление питающего тока в статорных намотках соответствует рисунку (а). В это время на ротор, который еще находится в состоянии покоя, действует пара сил, которая будет пытаться крутить вал по часовой стрелке. Но через половину периода в статорных намотках ток поменяет свое направление. Поэтому пара сил будет уже действовать в обратном направлении, поворачивая вал против часов стрелки, как на рисунке (б). Поскольку ротор обладает большой инертностью, он так и не сдвинется с места.

Чтобы заставить ротор вращаться, необходимо, чтобы он успевал сделать хотя бы половину оборота, чтобы изменение направления тока не повиляло на его вращение. Это возможно, если разогнать вал при помощи посторонних сил. Это можно сделать двумя путями:

1. Вручную;
2. С использованием второго двигателя.

Собственной силой рук можно разогнать только маломощные синхронные электродвигатели. А для средне- и высокомощных агрегатов придется использовать другой мотор.

При разгоне с посторонней силой ротор начинает вращаться со скоростью, близкой к синхронной. Потом только включается обмотка возбуждения, и затем – статорная намотка.

Асинхронный пуск синхронного мотора

Если в наконечниках на полюсах ротора уложены стержни из металла, и они соединены между собой по бокам кольцами, то мотор должен запускаться асинхронным методом. Эти стержни играют роль вспомогательной обмотки, которая есть у асинхронного двигателя. При этом намотку возбуждения закорачивают с помощью разрядного резистора, а статорную обмотку подключают к сети. Только так можно обеспечить такой же разгон, как и у асинхронного электродвигателя. Но после того, как скорость вращения максимально приблизится к синхронной (достаточно 95% от нее), намотку возбуждения соединяют с источником постоянного тока. Скорость становится полностью синхронной, что влечет за собой снижение ЭДС индукции вспомогательной обмотки вплоть до нуля. И она отключается автоматически.

Важно! Вспомогательные металлические стержни должны обладать высоким активным сопротивлением. В противном случае пусковой момент будет недостаточным для разгона ротора. А закорачивать намотку возбуждения необходимо по одной простой причине: если этого не сделать, то у нее в момент пуска случится пробой, потому что она задает вращение в том же направление, что и пусковая обмотка.

Схема и способ подключения вашего двигателя будет зависеть от того, какой он у вас: синхронный или асинхронный. В учет идет также мощность мотора, а также способ пуска: с нагрузкой или без. Разобраться в рисунках вам поможет элементарное понимание механики и электромагнитных явлений.

Устройство синхронного двигателя

При желании синхронный генератор может исполнять роль электрического двигателя. Такой двигатель также будет носить название синхронного. Наиболее часто встречаются электродвигатели с тремя фазами. Устройство синхронного двигателя основано на том, что в его статоре обмотка запитана от трехфазного переменного тока, в то время, как обмотка ротора подключена к постоянному напряжению. Трехфазный переменный ток вызывает в обмотках статора вращающееся магнитное поле, скорость вращения которого находится в зависимости количества полюсов статора и частоты переменного тока.

Принцип работы

Если в обмотку ротора включен постоянный ток, то ротор не будет вращаться, поскольку он не может трогаться самостоятельно. Это связано с тем, что магнитное поле статора не может в одно мгновение обеспечить синхронную скорость ротора и привести его во вращающееся состояние. У любого ротора относительно большая масса и инерция, поэтому, он и не может самостоятельно тронуться с места. Для того, чтобы запустить синхронный электродвигатель, применяются специальные устройства.

Ценным качеством синхронного двигателя служит небольшое потребление реактивного тока, а в процессе работы он начинает отдавать реактивный ток в сеть. Таким образом, при механической нагрузке, двигатель одновременно становится генератором реактивной мощности или реактивного тока. Этот факт приобретает особое значение, когда рядом с синхронным электродвигателем расположен трансформатор или асинхронный двигатель, потребляющий реактивную мощность. В этом случае отпадает необходимость забирать реактивный ток с электростанции, отчего происходит уменьшение тока в проводах.

Пусковые устройства для синхронных двигателей

Следует отдельно остановиться на пусковом устройстве. В результате работы этого устройства значительно снижается пусковой ток и облегчается пуск агрегата. Само устройство пуска работает в общей связке двигатель-трансформатор. Необходимо учитывать отсутствие у синхронного двигателя пускового момента, связанного с изменением направления магнитного вращающего момента, воздействующего на неподвижный ротор. Повышенная инерционность не позволяет ротору сдвинуться с места и развить нужное количество оборотов.

В настоящее время запуск синхронного электродвигателя осуществляется с помощью асинхронного пуска. Для этого используется короткозамкнутая дополнительная обмотка, укладываемая в пазы полюсов ротора. В этой обмотке под воздействием вращающегося магнитного поля, происходит индукция вихревых токов, приводящая к образованию асинхронного электромагнитного момента, который и вызывает вращение ротора.

Само устройство синхронного двигателя позволяет использовать его в самых различных вариантах. Он используется в тех областях, где другие варианты просто неприемлемы.

Принцип работы синхронного двигателя: видео — Asutpp

В целом, электрический двигатель представляет собой электромеханическое устройство, которое преобразовывает электрическую энергию в механическую.

По типу подключения двигатели бывают однофазные и 3-х фазные. Среди 3-х фазных двигателей наиболее распространенными являются индукционные (асинхронные) и синхронные электродвигатели.

Когда в 3-х фазном двигателе электрические проводники располагаются в определенном геометрическом положении (под определенным углом относительно друг друга), возникает электрическое поле. Образованное электромагнитное поле вращается с определенной скоростью, которая называется синхронной скоростью.

Если в этом вращающемся магнитном поле присутствует электромагнит, он магнетически замыкается с этим вращающимся полем и вращается со скоростью этого поля. Фактически, это нерегулируемый двигатель, поскольку он имеет всего одну скорость, которая является синхронной, и никаких промежуточных скоростей там быть не может. Другими словами, он работает синхронно с частотой сети. Ниже дана формула синхронной скорости:

Строение синхронного двигателя

В принципе, его строение практически аналогично 3-фазному асинхронному двигателю, за исключением того факта, что на ротор подается источник постоянного тока (в этом мы разберёмся позже). А пока рассмотрим основное строение данного типа двигателя.

На рисунке показано устройство этого типа двигателя. На статор подается 3-х фазное напряжение, а на ротор – источник постоянного тока.

Строение синхронного двигателя

Основные свойства синхронных двигателей:

• Синхронные электродвигатели не являются самозапускающимся механизмом. Они требуют определенного внешнего воздействия, чтобы выработать определенную синхронную скорость.
• Двигатель работает синхронно с частотой электрической сети. Поэтому при обеспечении бесперебойного снабжения частоты он ведет себя так, как двигатель с постоянной скоростью.
• Этот двигатель имеет уникальные характеристики, функционируя под любым коэффициентом мощности. Поэтому они используются для увеличения фактора силы.

Видео: Строение и принцип работы синхронного двигателя

Принципы работы синхронного двигателя

Электронно-магнитное поле синхронного двигателя обеспечивается двумя электрическими вводами. Это обмотка статора, которая состоит из 3-х фаз и предусматривает 3 фазы источника питания и ротор, на который подается постоянный ток.

3 фазы обмотки статора обеспечивают вращение магнитного потока. Ротор принимает постоянный ток и производит постоянный поток. При частоте 50 Гц 3-х фазный поток вращается около 3000 оборотов в 1 минуту или 50 оборотов в 1 секунду. В определенный момент полюса ротора и статора могут быть одной полярности (++ или – – ), что вызывает отталкивания ротора. После этого полярность сразу же меняется (+–), что вызывает притягивание.

Но ротор по причине своей инерции не в состоянии вращаться в любом направлении из-за силы притяжения или силы отталкивания и не может оставаться в состоянии простоя. Он не самозапускающийся.

Чтобы преодолеть инерцию силы, необходимо определенное механическое воздействие, которое вращает ротор в том же направлении, что и магнитное поле, обеспечивая необходимую синхронную скорость. Через некоторое время происходит замыкание магнитного поля, и синхронный двигатель вращается с определенной скоростью.

Способы запуска

• Пуск синхронного двигателя при помощи вспомогательного двигателя. Синхронный двигатель механически соединяется с другим двигателем. Это может быть либо 3-х фазный индукционный двигатель, либо двигатель постоянного тока. Постоянный ток изначально не подается. Двигатель начинает вращаться со скоростью, близкой к синхронной скорости, после чего подается постоянный ток. После того, как магнитное поле замыкается, связь со вспомогательного двигателя прекращается.
• Асинхронный пуск. В полюсных наконечниках полюсов ротора устанавливается дополнительная короткозамкнутая обмотка. При включении напряжения в обмотку статора возникает вращающееся магнитное поле. Пересекая короткозамкнутую обмотку, которая заложена в полюсных наконечниках ротора, это вращающееся магнитное поле индуцирует в ней токи, который взаимодействуя с вращающимся полем статора, приводят ротор во вращение. Когда достигнута синхронная скорость, ЭДС и крутящийся момент уменьшается. И наконец, когда магнитное поле замыкается, крутящий момент также сводится к нулю. Таким образом, синхронность вначале запускается индукционным двигателем с использованием дополнительной обмотки.

Применение

• Синхронный двигатель используется для улучшения коэффициента мощности. Синхронные двигатели широко применяются в энергосистеме, поскольку они работают при любом коэффициенте мощности и имеют экономичные эксплуатационные показатели.
• Синхронные двигатели находят свое применение там, где рабочая скорость не превышает 500 об / мин и требуется увеличить мощность. Для энергетической потребности от 35 кВт до 2500 кВт, стоимость, размер, вес и соответствующего индукционного двигателя будет довольно высоким. Такие двигатели часто используются для работы поршневых насосов, компрессоров, прокатных станков и другого оборудования.

§89. Синхронный двигатель, принцип действия и устройство синхронного двигателя

Синхронный двигатель. Принцип действия и устройство. Синхронный двигатель может работать в качестве генератора и двигателя. Синхронный двигатель выполнен так же, как и синхронный генератор. Его обмотка якоря I (рис. 291, а) подключена к источнику трехфазного переменного тока; в обмотку возбуждения 2 подается от постороннего источника постоянный ток. Благодаря взаимодействию вращающегося магнитного поля 4, созданного трехфазной обмоткой якоря, и поля, созданного обмоткой возбуждения, возникает электромагнитный момент М (рис. 291,б), приводящий ротор 3 во вращение. Однако в синхронном двигателе в отличие от асинхронного ротор будет разгоняться до частоты вращения n = n1, с которой вращается магнитное поле (до синхронной частоты вращения). Объяс-

Рис. 291. Электрическая (а) и электромагнитная (б) схемы синхронного электродвигателя

няется это тем, что ток в обмотку ротора подается от постороннего источника, а не индуцируется в нем магнитным полем статора и, следовательно, не зависит от частоты вращения вала двигателя. Характерной особенностью синхронного двигателя является постоянная частота вращения его ротора независимо от нагрузки.

Электромагнитный момент. Электромагнитный момент в синхронном двигателе возникает в результате взаимодействия магнитного потока ротора (потока возбуждения Фв) с вращающимся магнитным полем, создаваемым трехфазным током, протекающим по обмотке якоря (потоком якоря Фв). При холостом ходе машины оси магнитных полей статора и ротора совпадают (рис. 292,а). Поэтому электромагнитные силы I, возникающие между «полюсами» статора и полюсами ротора, направлены радиально (рис. 292, б) и электромагнитный момент машины равен нулю. При работе машины в двигательном режиме (рис. 292, в и г) ее ротор под действием приложенного к валу внешнего нагрузочного момента Мвн смещается на некоторый угол 0 против направления вращения. В этом случае в результате электромагнитного взаимодействия между ротором и статором создаются электромагнитные силы I, направленные по направлению вращения, т. е. образуется вращающий электромагнитный момент М, который стремится преодолеть действие внешнего момента Мвн. Максимум момента Мmaxсоответствует углу ? = 90°, когда оси полюсов ротора расположены между осями «полюсов» статора.

Если нагрузочный момент Мвн, приложенный к валу электродвигателя, станет больше Мmax, то двигатель под действием внешнего момента Мвн останавливается; при этом по обмотке якоря неподвижного двигателя будет протекать очень большой ток. Этот режим называется выпаданием из синхронизма, он является аварийным и не должен допускаться.

При работе машины в генераторном режиме (рис. 292, д и е) ротор под действием приложенного к валу внешнего момента Мвн смещается на угол ? по направлению вращения. При этом создаются электромагнитные силы, направленные против вращения, т. е. образуется тормозной электромагнитный момент М. Таким образом, при изменении значения и направления внешнего момента на валу ротора Мвн изменяется лишь угол ? между осями полей статора и ротора, в то время как в асинхронной машине в этом случае изменяется частота вращения ротора.

Пуск в ход и регулирование частоты вращения. Синхронный двигатель не имеет начального пускового момента. Если подключить обмотку якоря к сети переменного тока, когда ротор неподвижен, а по обмотке возбуждения проходит постоянный ток, то за один период изменения тока электромагнитный момент будет дважды менять свое направление, т. е. средний момент за период будет равен нулю. Следовательно, для пуска в ход синхронного двигателя необходимо разогнать его ротор с помощью внешнего момента до частоты вращения, близкой к синхронной. Для этой цели применяют метод асинхронного пуска. Синхронный двигатель пускают в ход как асинхронный, для чего его снабжают специальной короткозамкнутой пусковой обмоткой 3 (рис. 293). В полюсные наконечники ротора 2 синхронного двигателя закладывают медные или латунные стержни, замкнутые накоротко двумя торцовыми кольцами. Пусковая обмотка выполнена подобно беличьей клетке асинхронной машины, но занимает лишь часть окружности ротора. В некоторых двигателях специальная короткозамкнутая обмотка

Рис. 292. Электромагнитный момент в синхронной машине, образующийся в различных режимах

Рис. 293. Схема асинхронного пуска синхронного двигателя;

Рис. 294 Устройство пусковой обмотки синхронного двигателя: 1 — ротор; 2 — стержни; 3 — кольцо; 4 — обмотка возбуждения