Как подключить однофазный двигатель

Принцип работы однофазного электродвигателя 220 В.

В статоре однофазного электродвигателя 220 В вырабатывается магнитное поле. Именно оно является импульсом, который приводит в работу ротор. Чтобы представить, как функционирует электродвигатель, стоит смоделировать следующую ситуацию.

Например, в пусковой обмотке напряжения нет. Образование магнитного поля можно запустить, подключив основную обмотку к сети. Его работа основывается на пульсировании, при этом пространство остаётся в состоянии покоя. Магнитное поле разделяется на две части, каждая из которых вращается в стороны, противоположные друг другу, при одинаковой частоте. При задании ротору начального вращения двигатель со временем будет его наращивать. При этом частота элемента и самого магнитного поля различается. Разницу показателей определяют как скольжение.

Из магнитных потоков возникает движущая сила. Это закон электромагнитной индукции. Движущая сила формирует два типа тока. Один из них обратный, второй – прямой. Частота вращения ротора прямо пропорциональна показателю скольжения. По закону Ампера, магнитное поле при взаимодействии с обратным током создаёт вращение.

Подготовительный этап проверки

Замкните щупы мультиметра

Перед проведением диагностики нужно выполнить следующие действия:

Отключить машину от питания. Если сопротивление обмотки измеряется с включенной в электросеть цепью, агрегат сломается.
Замкните щупы мультиметра, выставите нулевые значения. Это называется калибровкой аппарата.
Внимательно проведите осмотр двигателя. Его могло затопить, некоторые детали могут отломаться, возможно, слышен запах горелого. В таком случае прозванивать агрегат бессмысленно, ведь поломка очевидна.

Асинхронные, однофазные и трехфазные, коллекторные – прозвон всех двигателей происходит одинаково. Методика не отличается в зависимости от разницы конструкций агрегатов, так как все различия столь основательны. Тем не менее в диагностике присутствуют некоторые детали, игнорировать которые нельзя.

Использование конденсаторов

При использовании мотора мощностью до 1500 Вт можно устанавливать только один конденсатор – рабочий. Чтобы вычислить его мощность, воспользуйтесь формулой:

I – рабочий ток, U – напряжение, Р – мощность двигателя.

Чтобы упростить расчет, можно поступить иначе – на каждые 100 Вт мощности необходимо 7 мкФ емкости. Следовательно, для двигателя 750 Вт нужно 52-55 мкФ (нужно поэкспериментировать немного, чтобы добиться нужного смещения фазы).

В том случае, если нет в наличии конденсатора нужной емкости, нужно соединить параллельно те, которые имеются, при этом используется такая формула:

Читать также: Особенности черной металлургии россии

Пусковой конденсатор необходим при использовании двигателей, мощность которых свыше 1,5 кВт. Пусковой конденсатор работает только в первые секунды включения, чтобы дать «толчок» ротору. Он включается через кнопку параллельно рабочему. Другими словами, с его помощью сильнее сдвигается фаза. Только таким образом можно подключить двигатель 380 на 220 через конденсаторы.

Суть использования рабочего конденсатора – это получение третьей фазы. В качестве первых двух используются ноль и фаза, которая уже есть в сети. Проблем с подключением двигателя возникнуть не должно, самое главное – прячьте конденсаторы подальше, желательно в герметичный крепкий корпус. Если элемент выйдет из строя, он может взорваться и нанести вред окружающим. Напряжение конденсаторов должно быть не менее 400 В.

Как работает

Однофазный двигатель на 220В с конденсатором может обладать мощностью от 5 Вт до 10 кВт. Все зависит от конструктивных особенностей машины. Ротор такого привода, как правило, представляет собой короткозамкнутую обмотку по типу «беличьей клетки». Это алюминиевые стержни, залитые в пазы и замкнутые накоротко.

Обмотки в таком приводе две, несмотря на его название. Они всегда смещены относительно друг друга на 90°. При этом больше места в статоре занимает так называемая главная обмотка.

Однофазный двигатель получил такое имя из-за того, что вместе с двигателем работает только одна, главная (или рабочая), обмотка. По ней протекает переменный ток, создающий магнитное поле, которое время от времени меняется. Можно сказать, что оно состоит из двух полей, которые вращаются навстречу друг другу, а их амплитуда при этом одинаковая.

Схематическое расположение обмоток

Закон электромагнитной индукции говорит о том, что магнитные потоки в замкнутых роторных витках вызывают появление индукционного тока. Последний, в свою очередь, взаимодействует с тем полем, которое его порождает. Если все моменты сил, которые действуют на ротор равны нулю, деталь не двигается.

А с началом вращения описанное равенство будет тут же нарушено. Это связано со скольжением витков ротора. Оно будет отличным относительно вращающегося магнитного поля. Следовательно, сила Ампера, которая действует на замкнутые роторные витки со стороны прямого магнитного поля станет больше, чем со стороны обратного магнитного поля.

Возникновение индукционного тока в замкнутых роторных витках возможно только в случае, когда витки пересекают силовые линии поля. Чтобы это произошло, скорость вращения витков должна быть немного меньше той, с которой вращается поле.

Это и послужило источником названия электроприводов такого типа. Их именовали асинхронными.

Механическая нагрузка обратно пропорциональна скорости вращения. Это значит, что если увеличивается величина нагрузки, уменьшается скорость вращения. Величина индукционного тока в роторных витках при этом увеличивается. Из этого следует увеличение и механической мощности привода, а также мощности переменного тока, который он потребляет.

Внешний вид обмотки

Подведем небольшой промежуточный итог:

Электроток – причина возникновения пульсирующего магнитного поля в статоре двигателя. Его можно рассматривать как два отдельных поля, которые вращаются навстречу с равной амплитудой.
Если ротор не двигается, оба поля становятся причиной появления моментов, равных нулю, но разнонаправленных.
Когда ротор начинает вращаться в одну из сторон, один из моментов будет преобладать над другим, то есть, вращение двигателя будет происходить только в заданную сторону.
При отсутствии специальных механизмов пуска в двигателе, во время старта соответствующий момент будет нулевым, то есть привод не начнет вращаться.

Как производятся расчеты

Для того чтобы вычислить частоту вращения двигателя следует воспользоваться определенной нам ранее формулой скольжения:

И выразить из нее скорость вращения ротора:

В качестве примера возьмем двигатель модели АИР71А4У2 мощностью в 550 Вт с 4 парами полюсов и частотой вращения ротора 1360 об/мин.

При питании от сети с частотой 50 Гц статор будет вращаться со скоростью:

Таким образом, величина скольжения электродвигателя составляет:

И, наконец, прекрасное, хотя и устаревшее, видео рекомендуемое всем для одноразового просмотра.

Источник

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Сравнение технических характеристик однофазных и трехфазных асинхронных двигателей

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

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

Схемы подключения однофазных асинхронных двигателей

С пусковой обмоткой

Для подключения двигателя с пусковой обмоткой потребуется кнопка, у которой один из контактов после включения размыкается. Эти размыкающиеся контакты надо будет подключить к пусковой обмотке. В магазинах есть такая кнопка — это ПНВС. У нее средний контакт замыкается на время удержания, а два крайних остаются в замкнутом состоянии.

Внешний вид кнопки ПНВС и состояние контактов после того как кнопка «пуск» отпущена»

Сначала при помощи измерений определяем какая обмотка рабочая, какая — пусковая. Обычно вывод от мотора имеет три или четыре провода.

Рассмотрим вариант с тремя проводами. В этом случае две обмотки уже объединены, то есть один из проводов — общий. Берем тестер, измеряем сопротивление между всеми тремя парами. Рабочая имеет самое меньшее сопротивление, среднее значение — пусковая обмотка, а наибольшее — это общий выход (меряется сопротивление двух последовательно включенных обмоток).

Если выводов четыре, они звонятся попарно. Находите две пары. Та, в которой сопротивление меньше — рабочая, в которой больше — пусковая. После этого соединяем один провод от пусковой и рабочей обмотки, выводим общий провод. Итого остается три провода (как и в первом варианте):

один с рабочей обмотки — рабочий;
с пусковой обмотки;
общий.

С этими тремя проводами и работаем дальше — используем для подключения однофазного двигателя.

Со всеми этими

Подключение однофазного двигателя с пусковой обмоткой через кнопку ПНВС

подключение однофазного двигателя

Все три провода подключаем к кнопке. В ней тоже имеется три контакта. Обязательно пусковой провод «сажаем на средний контакт (который замыкается только на время пуска), остальные два — на крайние (произвольно)

К крайним входным контактам ПНВС подключаем силовой кабель (от 220 В), средний контакт соединяем перемычкой с рабочим (обратите внимание! не с общим). Вот и вся схема включения однофазного двигателя с пусковой обмоткой (бифилярного) через кнопку

Конденсаторный

При подключении однофазного конденсаторного двигателя есть варианты: есть три схемы подключения и все с конденсаторами. Без них мотор гудит, но не запускается (если подключить его по схеме, описанной выше).

Схемы подключения однофазного конденсаторного двигателя

Первая схема — с конденсатором в цепи питания пусковой обмотки — хорошо запускаются, но при работе мощность выдают далеко не номинальную, а намного ниже. Схема включения с конденсатором в цепи подключения рабочей обмотки дает обратный эффект: не очень хорошие показатели при пуске, но хорошие рабочие характеристики. Соответственно, первую схему используют в устройствах с тяжелым пуском (бетономешалки, например), а с рабочим конденсором — если нужны хорошие рабочие характеристики.

Схема с двумя конденсаторами

Есть еще третий вариант подключение однофазного двигателя (асинхронного) — установить оба конденсатора. Получается нечто среднее между описанными выше вариантами. Эта схема и реализуется чаще всего. Она на рисунке выше в середине или на фото ниже более детально. При организации данной схемы тоже нужна кнопка типа ПНВС, которая будет подключать конденсатор только не время старта, пока мотор «разгонится». Потом подключенными останутся две обмотки, причем вспомогательная через конденсатор.

Подключение однофазного двигателя: схема с двумя конденсаторами — рабочим и пусковым

При реализации других схем — с одним конденсатором — понадобится обычная кнопка, автомат или тумблер. Там все соединяется просто.

Подбор конденсаторов

Есть довольно сложная формула, по которой можно высчитать требуемую емкость точно, но вполне можно обойтись рекомендациями, которые выведены на основании многих опытов:

рабочий конденсатор берут из расчета 70-80 мкФ на 1 кВт мощности двигателя;
пусковой — в 2-3 раза больше.

Рабочее напряжение этих конденсаторов должно быть в 1,5 раза выше, чем напряжение сети, то есть, для сети 220 вольт берем емкости с рабочим напряжением 330 В и выше. А чтобы пуск проходил проще, для пусковой цепи ищите специальный конденсатор. У них в маркировке присутствует слова Start или Starting, но можно взять и обычные.

Изменение направления движения мотора

Если после подключения мотор работает, но вал крутится не в том направлении, которое вам надо, можно поменять это направление. Это делают поменяв обмотки вспомогательной обмотки. Когда собирали схему, один из проводов подали на кнопку, второй соединили с проводом от рабочей обмотки и вывели общий. Вот тут и надо перекинуть проводники.

Ремонт асинхронных двигателей

Наиболее распространены асинхронные силовые агрегаты на две и на три фазы. Порядок их диагностики не совсем одинаков, поэтому следует остановиться на этом более подробно.

Трехфазный мотор

Существует два вида неисправностей электрических агрегатов, причем независимо от их сложности: наличие контакта в неположенном месте или его отсутствие.

В состав трехфазного мотора, работающего от переменного тока, входит три катушки, которые могут быть соединены в форме треугольника или звезды. Имеется три фактора, определяющих работоспособность этой силовой установки:

Правильность намотки.
Качество изоляции.
Надежность контактов.

Замыкание на корпус обычно проверяется при помощи мегомметра, но если его нет, можно обойтись обычным тестером, выставив на нем максимальное значение сопротивлений – мегаомы. Говорить о высокой точности измерений в этом случае не приходится, но получить приблизительные данные возможно.

Перед тем, как измерить сопротивление, убедитесь, что двигатель не подключен к электросети, иначе мультиметр придет в негодность. Затем нужно произвести калибровку, поставив стрелку на ноль (щупы при этом должны быть замкнуты). Проверять исправность тестера и правильность настроек, кратковременно касаясь одним щупом другого, необходимо каждый раз перед измерением величины сопротивление.

Приложите один щуп к корпусу электромотора и убедитесь, что контакт имеется. После этого снимите показания прибора, касаясь двигателя вторым щупом. Если данные в пределах нормы, соединяйте второй щуп с выводом каждой фазы поочередно. Высокий показатель сопротивления (500-1000 и более МОм) свидетельствует о хорошей изоляции.

Как проверить изоляцию обмоток показано в этом видео:

Затем необходимо убедиться, что все три обмотки целы. Проверить это можно, прозвонив концы, которые выходят в коробку выводов электродвигателя. Если обнаружен обрыв какой-либо обмотки, диагностику следует прекратить до устранения неисправности.

Следующий пункт проверки – определение короткозамкнутых витков. Довольно часто это можно увидеть при визуальном осмотре, но если внешне обмотки выглядят нормально, то установить факт короткого замыкания можно по неодинаковому потреблению электротока.

Двухфазный электрический двигатель

Диагностика силовых агрегатов этого типа несколько отличается от вышеописанной процедуры. При проверке мотора, оснащенного двумя катушками и запитывающегося от обычной электросети, его обмотки нужно прозвонить при помощи омметра. Показатель сопротивления рабочей обмотки должен быть на 50% меньше, чем у пусковой.

Обязательно должно измеряться сопротивление на корпус – в норме оно должно быть очень большим, как и в предыдущем случае. Низкий показатель сопротивления говорит о необходимости перемотки статора. Конечно, для получения точных данных такие измерения лучше проводить при помощи мегомметра, но такая возможность в домашних условиях имеется редко.

Проверка коллекторных электромоторов

Разобравшись с диагностикой асинхронных моторов, перейдем к вопросу о том, как прозвонить электродвигатель мультиметром, если силовой агрегат относится к коллекторному типу, и каковы особенности таких проверок.

Чтобы правильно проверить работоспособность этих двигателей при помощи мультиметра, нужно действовать в следующем порядке:

Включить тестер на Ом и попарно замерить сопротивление коллекторных ламелей. В норме эти данные различаться не должны.
Измерить показатель сопротивления, приложив один щуп прибора к корпусу якоря, а другой – к коллектору. Этот показатель должен быть очень высоким, стремиться к бесконечности.
Проверить статор на целостность обмотки.
Измерить сопротивление, прикладывая один щуп к корпусу статора, а другой – к выводам. Чем выше будет полученный показатель, тем лучше.

Проверить электродвигатель при помощи мультиметра на межвитковое замыкание не получится. Для этого используется специальный аппарат, с помощью которого производится проверка якоря.

Подробно проверка двигателей электроинструмента показана в этом видео: