Як підключити однофазний електродвигун, схема запуску

Робота асинхронних електричних двигунів ґрунтується на створенні магнітного поля, що приводить в рух вал. Ключовим моментом є просторове і тимчасове зміщення обмоток статора по відношенню один до одного. В однофазних асинхронних електродвигунах для створення необхідного зсуву по фазі використовується послідовне включення в ланцюг фазозамещающего елемента, такого як, наприклад, конденсатор.

Відмінність від трифазних двигунів

Використання асинхронних електродвигунів в чистому вигляді при стандартному підключенні можливо тільки в трифазних мережах з напругою в 380 вольт, які використовуються, як правило, в промисловості, виробничих цехах та інших приміщеннях з потужним обладнанням і великим енергоспоживанням. У конструкції таких машин фази живлення створюють на кожній обмотці магнітні поля зі зміщенням по часу і розташуванню (120˚ щодо один одного), в результаті чого виникає результуючий магнітне поле. Його обертання приводить в рух ротор.

Однак нерідко виникає необхідність підключення асинхронного двигуна в однофазну побутову мережу з напругою в 220 вольт (наприклад в пральних машинах). Якщо для підключення асинхронного двигуна буде використана не трифазна мережа, а побутова однофазная (тобто живити через одну обмотку), він не запрацює. Причиною тому змінний синусоїдальний струм, що протікає через ланцюг. Він створює на обмотці пульсуюче поле, яке ніяк не може обертатися і, відповідно, рухати ротор. Для того, щоб включити однофазний асинхронний двигун необхідно:

1. додати на статор ще одну обмотку, розташувавши її під 90˚ кутом від тієї, до якої підключена фаза.
2. для фазового зсуву включити в ланцюг додаткової обмотки фазосдвігающій елемент, яким найчастіше служить конденсатор.

Рідко для зсуву по фазі створюється біфілярна котушка. Для цього кілька витків пускової обмотки мотаються в зворотну сторону. Це лише один з варіантів біфіляров, які мають дещо іншу сферу застосування, тому, щоб вивчити їх принцип дії, слід звернутися до окремої статті.

Після підключення двох обмоток такий двигун з конструкційної точки зору є двофазним, проте його прийнято називати однофазним через те що в якості робочої виступає лише одна з них.

Схема підключення колекторного електродвигуна в 220В

Схема підключення однофазного асинхронного двигуна (схема зірка)

Як це працює

Пуск двигуна з двома розташованими подібним чином обмотками призведе до створення струмів на короткозамкненим роторі і кругового магнітного поля в просторі двигуна. В результаті їх взаємодії між собою ротор приводиться в рух. Контроль показників пускового струму в таких двигунах здійснюється частотним перетворювачем.

Незважаючи на те, що функцію фаз визначає схема приєднання двигуна до мережі, додаткову обмотку нерідко називають пусковий. Це обумовлено особливістю, на якій грунтується дію однофазних асинхронних машин - крутиться вал, який має вращающее магнітне поле, перебуваючи у взаємодії з пульсуючим магнітним полем може працювати від однієї робочої фази. Простіше кажучи, при деяких умовах, що не під'єднуючи другу фазу через конденсатор, ми могли б запустити двигун, розкрутивши ротор вручну і помістивши в статор. У реальних умовах для цього необхідно запустити двигун за допомогою пускової обмотки (для зміщення по фазі), а потім розірвати ланцюг, що йде через конденсатор. Незважаючи на те, що поле на робочій фазі пульсуюче, воно рухається відносно ротора і, отже, наводить електрорушійну силу, свій магнітний потік і силу струму.

Основні схеми підключення

Як фазозамещающего елемента для підключення однофазного асинхронного двигуна можна використовувати різні електромеханічні елементи (котушка індуктивності, активний резистор і ін.), Проте конденсатор забезпечує найкращий пусковий ефект, завдяки чому і застосовується для цього найчастіше.

однофазний асинхронний двигун і конденсатор

Розрізняють три основні способи запуску однофазного асинхронного двигуна через:

• робітник;
• пусковий;
• робочий і пусковий конденсатор.

У більшості випадків застосовується схема з пусковим конденсатором. Це пов'язано з тим, що вона використовується як пускач і працює тільки під час включення двигуна. Подальше обертання ротора забезпечується за рахунок пульсуючого магнітного поля робочої фази, як вже було описано в попередньому абзаці. Для замикання ланцюга пусковий ланцюга часто використовують реле або кнопку.

Оскільки обмотка пусковий фази використовується короткочасно, вона не розрахована на великі навантаження, і виготовляється з більш тонкого дроту. Для запобігання виходу її з ладу в конструкцію двигунів включають термореле (розмикає ланцюг після нагрівання до встановленої температури) або відцентровий вимикач (відключає пускову обмотку після розгону вала двигуна).

Таким шляхом досягаються відмінні пускові характеристики. Однак дана схема має один суттєвий недолік - магнітне поле всередині двигуна, підключеного до однофазної мережі, має не кругову, а еліптичну форму. Це збільшує втрати при перетворенні електричної енергії в механічну і, як наслідок, знижує ККД.

Схема з робочим конденсатором не передбачає відключення додаткової обмотки після запуску і розгону двигуна. В даному випадку конденсатор дозволяє компенсувати втрати енергії, що призводить до закономірного збільшення ККД. Однак на користь ефективності проходиться жертвувати пусковими характеристиками.

Для роботи схеми необхідно підбирати елемент з певної ємністю, розрахованої з урахуванням струму навантаження. Невідповідний по ємності конденсатор приведе до того, що обертається магнітне поле буде приймати еліптичну форму.

Своєрідною «золотою серединою» є схема підключення з використанням обох конденсаторів - і пускового, і робітника. При підключенні двигуна таким способом його пускові і робочі характеристики приймають середні значення щодо описаних вище схем.

На практиці для приладів, що вимагають створення сильного пускового моменту використовується перша схема з відповідним конденсатором, а в зворотній ситуації - друга, з робочим.

інші способи

При розгляді методів підключення однофазних асинхронних двигунів можна обійти увагою два способи, конструктивно відрізняються від схем для підключення через конденсатор.

З екранованими полюсами і розщепленої фазою

У конструкції такого двигуна використовується короткозамкнутая додаткова обмотка, а на статорі присутні два полюси. Аксіальний паз ділить кожен з них на дві несиметричні половини, на меншій з яких розташовується короткозамкнений виток.

Після включення двигуна в електричну мережу пульсуючий магнітний потік розділяється на 2 частини. Одна з них рухається через екрановану частина полюса. В результаті виходить два різноспрямовані потоки з відмінною від основного поля швидкістю обертання. Завдяки індуктивності з'являється електрорушійна сила і зрушення магнітних потоків по фазі і часу.

Витки короткозамкненою обмотки призводять до суттєвих втрат енергії, що і є головним недоліком схеми, однак вона відносно часто використовується в кліматичних і нагрівальних приладах з вентилятором.

З асиметричним магнитопроводом статора

Особливістю двигунів з цією конструкцією полягає в несиметричною формі сердечника, через що з'являються явно виражені полюса. Для роботи схеми необхідний короткозамкнений ротор і обмотка у вигляді білячої клітини. Характерною відмінністю цієї конструкції є відсутність необхідності в фазовому зсуві. Покращений пуск двигуна здійснюється завдяки оснащенню його магнітними шунтами.

Серед недоліків цих моделей асинхронних електродвигунів виділяють низький ККД, слабкий пусковий момент, відсутність реверсу і складність обслуговування магнітних шунтів. Але, незважаючи на це, вони мають широке застосування у виробництві побутової техніки.

Підбір конденсатора

Перед тим як підключити однофазний електродвигун, необхідно провести розрахунок необхідної ємності конденсатора. Це можна зробити самостійно або скористатися онлайн-калькуляторами. Як правило, для робочого конденсатора на 1 кВт потужності має припадати приблизно 0,7-0,8 мкФ ємності, і близько 1,7-2 мкФ - для пускового. Варто зазначити, що напруга останнього повинна становити не менше 400 В. Ця необхідність обумовлена ​​виникненням 300-600 вольтного сплеску напруги при старті і зупинці двигуна.

Керамічний і електролітичний конденсатор

З огляду на своїх функціональних особливостей однофазні електродвигуни знаходять широке застосування в побутовій техніці: пилососах, холодильниках, газонокосарках та інших приладів, для роботи яких достатньо частоти обертання двигуна до 3000 об / хв. Більшої швидкості, при підключенні до стандартної мережі з частотою струму в 50 Гц, неможливо. Для розвитку більшої швидкості використовують колекторні однофазні двигуни.

Поділитися з друзями: