Однофазный двигатель с конденсатором — Советы электрику — Electro Genius

Они могут быть однофазными или трехфазными и различаются по принципу подключения. Чтобы узнать больше об этих конструкциях, посетите сайт http://ovk.dp.ua/odnofaznyye-elektrodvigateli/.

Содержание

Однофазный двигатель с конденсатором – совет электрика

В наше время трудно найти человека, который не знает, что такое однофазный электродвигатель. Однофазные двигатели 220 В серийно выпускаются уже много лет. Они пользуются большим спросом в сельском хозяйстве, домашних хозяйствах, промышленности, частных и государственных мастерских. Однофазные двигатели 220 В очень популярны.

Основные термины

Асинхронный двигатель 220 В, однофазный, требует питания переменным током; сеть для подключения такой машины должна быть однофазной. Однофазные двигатели 220 В работают при напряжении сети 220 В и частоте 50 Гц.

Эти электрические величины поддерживаются во всех бытовых электрических сетях, в домах, квартирах, коттеджах, дачах, по всей России, а в США напряжение в бытовой электрической сети составляет 110 В.

В нашей стране напряжение в производственных условиях бывает однофазным, трехфазным и другими типами сетей.

Применение однофазных двигателей

Этот тип двигателей используется для питания маломощного оборудования.

1. Бытовая техника.
2. Однофазные двигатели используются в приборах малой мощности.
3. Электрические насосы.
4. Станки для обработки сырья.

Заводы выпускают однофазные электродвигатели 220В малой мощности различных моделей, с разной скоростью и мощностью. Стоит отметить, что однофазные двигатели уступают трехфазным по многим параметрам.

1. КПД таких двигателей ниже.
2. Пусковой момент.
3. Мощность.
4. Перегрузочная способность трехфазных двигателей выше, чем у однофазных.

Эти параметры меньше, если трехфазные двигатели одинакового размера.

Конструкция электродвигателя

Однофазные двигатели 220 В имеют две фазы, но основную работу выполняет одна из них, поэтому такие двигатели называются однофазными. Двигатель состоит из следующих частей.

1. Статор, который является неподвижной частью двигателя.
2. Ротор, который является подвижной (вращающейся) частью двигателя.

Однофазный электродвигатель можно описать как асинхронный электродвигатель, имеющий рабочую обмотку на своей неподвижной части, которая подключена к однофазной сети переменного тока.

Пусковая катушка

Для того чтобы однофазный двигатель мог самостоятельно запускаться и вращаться, устанавливается вторая катушка. Он предназначен для запуска двигателя.

Пусковая катушка устанавливается под углом 90° к рабочей катушке. Чтобы добиться сдвига тока, в цепи необходимо установить переключатель для сдвига фаз.

Несколько мер могут действовать как переключатель фазы.

1. Активный резистор.
2. Конденсатор.
3. Индукционная катушка.

Ротор и статор двигателя металлические. Для ротора или статора требуется специальная электротехническая сталь класса 2212.

Двухфазные и трехфазные двигатели

Возможно подключение 2-фазного или 3-фазного двигателя к однофазному питанию. Такие двигатели иногда ошибочно называют однофазными. Это неправильное название – правильным термином является “двухфазный (или трехфазный) двигатель, подключенный к однофазной сети переменного тока”. Простое подключение двух- или трехфазного двигателя к однофазному источнику питания не даст результата. Необходима согласующая цепь.

Существует несколько таких схем, а согласование может быть выполнено с помощью конденсаторов. Когда конденсаторы подключены к двигателю, как показано на схеме, двигатель будет работать, и все фазы двигателя будут постоянно находиться под напряжением и совершать работу по вращению ротора.

Принцип работы

Переменный ток создает магнитное поле в статоре, которое имеет два поля, они равны по амплитуде и частоте, но противоположны по направлению.

Неподвижный ротор возбуждается этими полями, и поскольку поля меняются местами, ротор начинает вращаться. Если в двигателе нет пускового механизма, ротор будет стоять на месте.

Ротор, начав вращаться в одном направлении, будет продолжать вращаться в том же направлении.

Запуск двигателя

Двигатель запускается магнитным полем, магнитное поле, действующее на ротор, заставляет его вращаться. Основная и вспомогательная катушки создают магнитное поле, причем пусковая катушка меньше и соединена со вспомогательной катушкой через конденсатор, индуктор или активный резистор.

Если двигатель имеет низкую мощность, пусковая фаза замыкается накоротко. Для запуска такого двигателя электрический ток может быть подключен к соленоиду стартера только временно, максимум на три секунды. Для этого используется кнопка пуска. Кнопка вставляется в стартер.

При нажатии кнопки пуска ток подается одновременно на рабочую катушку и соленоид пускателя, двигатель работает как двухфазная система в течение этих первых секунд запуска, но через три секунды ротор уже набрал скорость, двигатель запустился, и кнопка отпускается. Питание соленоида стартера прекращается, но питание рабочего соленоида не прекращается, так устроен стартер, и тогда устройство работает как однофазная система.

Важно помнить, что не следует удерживать кнопку стартера слишком долго, так как соленоид стартера может перегреться и выйти из строя, он рассчитан на работу в течение нескольких секунд. Для обеспечения безопасности в корпус однофазного генератора может быть встроено тепловое реле или центробежный выключатель.

Конструкция центробежного выключателя такова, что когда ротор набирает скорость, центробежный выключатель отключается без вмешательства человека. Пусковой ток однофазного двигателя выше рабочего тока; после пуска ток уменьшается до значения рабочего тока.

Схему подключения однофазного двигателя можно найти здесь.

Тепловое реле

Тепловое реле работает следующим образом: когда обмотка нагревается до предельного значения, установленного на реле, реле отключает подачу питания на обе фазы, тем самым предотвращая перегрузку или другую причину повреждения и предотвращая возникновение пожара.

Преимущества

Из плюсов: двигатель прост, ротор компактен, а обмотка статора не очень сложная.

Недостатки

Наряду с преимуществами, этот двигатель имеет и некоторые недостатки.

1. Низкий пусковой момент двигателя.
2. Низкий КПД двигателя.
3. Двигатель не способен создать магнитное поле, которое совершает вращательное движение.

По этой причине такой двигатель не может вращаться сам по себе. Дело в том, что для того, чтобы двигатель начал вращаться, он должен иметь как минимум две обмотки и, следовательно, две фазы, но двигатель с самого начала имеет одну фазу, такова его конструкция. Помимо наличия двух фаз, также необходимо, чтобы одна обмотка была смещена под определенным углом относительно другой.

Подключение двигателя

Двигатель должен быть подключен к однофазной сети переменного тока 220 В, частота 50 Гц. Эти значения мощности имеются во всех домах в нашей стране, поэтому однофазные двигатели очень популярны. Они установлены во всех бытовых приборах, таких как.

1. Холодильник.
2. Гувер.
3. Соковыжималка.
4. Триммер.
5. Электрический кусторез.
6. Швейная машина.
7. Электрическая дрель.
8. Кухонный смеситель.
9. Вентилятор.
10. Водяной насос.

Типы соединений

1. Подключение к соленоиду стартера.
2. Соединение с рабочим конденсатором.

Небольшие однофазные двигатели 220 В с соленоидом стартера имеют конденсатор в цепи во время запуска. Когда ротор ускоряется, катушка отключается. Если двигатель выполнен с рабочим конденсатором, то пусковая цепь не прерывается и пусковая катушка работает непрерывно через конденсатор.

Один электродвигатель можно использовать для разных целей. Один и тот же двигатель может быть снят с одного устройства и установлен в другое. Однофазный двигатель может быть переключен тремя способами.

1. Электрический ток временно подается на обмотку стартера через конденсатор.
2. Напряжение временно подается на стартер через резистор, без конденсатора.
3. Электричество постоянно подается на пусковую обмотку через конденсатор, одновременно с работой рабочей обмотки.

Если в пусковой цепи используется резистор, обмотка будет иметь более высокое активное сопротивление. Для начала вращения будет достаточно сдвига фаз. Можно использовать пусковую обмотку с большим сопротивлением и меньшей индуктивностью. Обмотка должна иметь меньшее количество витков, более тонкий провод, чтобы соответствовать своим характеристикам.

Конденсаторный запуск подразумевает подключение конденсатора к обмотке стартера и временную подачу электричества.

Для достижения максимального пускового момента необходимо круговое магнитное поле, которое должно совершать вращательное движение. Для этого обмотки должны быть расположены под углом 90 градусов. Этого смещения невозможно достичь с помощью резистора.

Если емкость конденсатора рассчитана правильно, можно сместить обмотки на 90 градусов.

Расчет принадлежности проводника

Омметр или тестер необходим для расчета выводов, соединяющих пусковую обмотку с рабочей обмоткой. Необходимо измерить сопротивление обмоток.

Сопротивление рабочей обмотки должно быть меньше сопротивления пусковой обмотки. Например, если одна обмотка измерена при 12 Ом, а другая – при 30 Ом, то первая является рабочей, а вторая – пусковой.

Рабочая обмотка будет иметь большее поперечное сечение, чем пусковая обмотка.

Выбор емкости конденсатора

Чтобы выбрать емкость конденсатора, необходимо знать потребляемый электродвигателем ток. Если он потребляет 1,4 ампера, необходим конденсатор на 6 микрофарад.

Проверка работоспособности

Первым шагом к проверке функциональности является визуальный осмотр.

1. Если у устройства поврежден кронштейн, это также может стать причиной его неисправности.
2. Если корпус потемнел посередине, это означает, что произошел чрезмерный перегрев.
3. Возможно попадание различных инородных тел в пазы корпуса, это замедляет работу и способствует перегреву.
4. Если подшипники загрязнены, происходит перегрев.
5. Износ подшипников вызывает перегрев.
6. Если к пусковой обмотке 220 В подключен конденсатор, это приведет к перегреву. Если есть подозрение на конденсатор, отсоедините конденсатор от обмотки стартера, подключите двигатель, вручную надавите на вал, запустите двигатель, и он начнет вращаться. Запустите двигатель примерно на пятнадцать минут, а затем проверьте, не горячий ли он. Если двигатель не нагревается, значит, емкость конденсатора была слишком большой. Следует установить конденсатор с меньшей емкостью.

Однофазные малогабаритные двигатели 220 В выпускаются во множестве различных моделей и для различных целей, и перед покупкой изделия необходимо четко понимать требуемую мощность, тип крепления, число оборотов в минуту и другие характеристики.

Если двигатель имеет пусковую обмотку, она может иметь 3 или 4 провода. Измерив их сопротивление, можно определить, какая клемма или какие 2 клеммы связаны с обмоткой стартера.

Как определить тип двигателя

Если двигатель новый, это не будет представлять особой проблемы, поскольку тип двигателя и другие данные указаны на заводской табличке двигателя. Если двигатель был отремонтирован, трудно определить его тип: заводская табличка могла быть утеряна или механически повреждена. Поэтому в таких случаях лучше знать, как самостоятельно определить тип двигателя.

Коллекторные двигатели

Коллекторный двигатель

Определить, является ли двигатель коммутаторным или асинхронным, несложно, поскольку они устроены по-разному. Отличительной особенностью коммутаторного двигателя является наличие щеток, которые неподвижны, от коллекторного двигателя, который вращается и состоит из набора медных пластин. Щетки прижимаются к этим пластинам, которые передают электрический ток на обмотку якоря двигателя.

Преимущество таких двигателей в том, что они быстро разгоняются и позволяют развивать высокую скорость. Кроме того, направление вращения может быть изменено на противоположное путем изменения полярности. Не менее важным фактором можно считать возможность легкой организации регулирования скорости вращения двигателя с ее регулировкой в широких пределах.

Существенным недостатком коллекторных двигателей является их высокий уровень шума, особенно на высоких оборотах. Что касается низких скоростей, то работу этих двигателей можно считать вполне приемлемой. Следует также отметить, что трение между щетками и коллектором приводит к износу как щеток, так и коллектора. В результате возникает необходимость замены щеток или переточки коллектора. Если щетки и коммутатор не проверяются постоянно, велика вероятность того, что устройство придется ремонтировать.

Асинхронные двигатели

Конструкция асинхронных двигателей

Конструкция асинхронного двигателя несколько отличается от конструкции коллекторного двигателя, хотя этот двигатель также имеет статор и ротор (якорь). Бытовые электроприборы обычно оснащаются однофазными асинхронными двигателями.

Преимуществом асинхронных двигателей является их более тихая работа, поэтому они устанавливаются в бытовых приборах, где при длительной работе возникают критические уровни шума.

Существует два типа асинхронных двигателей – конденсаторные и двигатели с пусковой обмоткой (бифилярные). Пусковая обмотка нужна только для запуска двигателя, после чего она отключается и не участвует в работе двигателя.

Конденсаторные двигатели характеризуются тем, что дополнительная обмотка конденсатора постоянно находится в режиме ожидания. Эта обмотка смещена на 90 градусов относительно рабочей обмотки. Благодаря такой конструкции можно изменить направление вращения двигателя на противоположное. Наличие конденсатора на двигателе указывает на то, что это конденсаторный двигатель.

Измерив сопротивление пусковой и рабочей обмоток, легко определить тип асинхронного двигателя. Как правило, пусковая обмотка изготавливается из более тонкого провода, и ее сопротивление в несколько раз выше, чем у рабочей обмотки. Нормальная работа таких двигателей обеспечивается специальным переключающим устройством. Двигатели конденсаторов запускаются простым выключателем, тумблером или кнопкой.

Основная обмотка, которая подключена к сетевому напряжению без конденсатора, имеет меньшее сопротивление.

Подключение

Ротор обычно представляет собой короткозамкнутую обмотку, которую также называют “беличьей клеткой” из-за ее сходства. Такие агрегаты описаны в литературе с середины прошлого века.

Недостатками этого решения являются низкий пусковой момент и низкий КПД. Это несложно исправить. Поскольку вращающий момент в трехфазном двигателе определяется расположением обмоток и смещением фаз трехфазной системы, однофазный двигатель запускается с дополнительной пусковой обмоткой, которая индуцирует диагональный вращающий момент в роторе.

Тепловое реле отключает обе фазы обмотки, если они перегреваются. Внутри концы катушек соединены звездой.

Рабочее напряжение для них должно быть в 1,5 раза больше напряжения сети, в нашем случае В. Чтобы схема работала, необходимо выбрать элемент с определенной емкостью, рассчитанной с учетом тока нагрузки.

Основным недостатком однофазного тока является невозможность создания магнитного поля, совершающего вращательное движение. Что касается двух других проводников, то сопротивление двух последовательно соединенных обмоток будет наибольшим. Обе фазы таких устройств работают и включены постоянно. Длительная работа под нагрузкой может привести к перегреву, возгоранию изоляции и повреждению механизма.

Конструкция и принцип работы

Вал со шпоночными пазами спереди и вентилятором сзади; герметичные крышки подшипников; клеммная коробка. Например, если ток равен 1.

Не имеет значения, какая у вас рабочая и какая пусковая обмотка. Его дальнейшее вращение происходит под действием силы инерции. После этого две обмотки остаются соединенными, а вспомогательная обмотка – через конденсатор. Именно по этой причине данный двигатель пользуется популярностью у населения.

Даже если вы не видите его снаружи, скрытые под крышкой, вы можете увидеть незаменимые графитовые щетки, прижатые пружинами. Следующие неисправности сигнализируют о возможных проблемах с двигателем, которые могли быть вызваны неправильной эксплуатацией или перегрузкой: Поврежденные кронштейны или монтажные пазы. Схема подключения коллекторного двигателя на В Схема подключения звездообразного однофазного асинхронного двигателя Как это работает Запуск двигателя с двумя обмотками, расположенными таким образом, приведет к появлению токов в закороченном роторе и кругового магнитного поля в пространстве двигателя. Схемы подключения Варианты подключения двигателя с конденсатором: Схема подключения однофазного двигателя с пусковым конденсатором; подключение двигателя с рабочим конденсатором; подключение однофазного двигателя с пусковым и рабочим конденсатором.
Подключение однофазного двигателя// как определить рабочую и пусковую обмотки

Двигатели, установленные на лапах и фланцах, стоят примерно на 5% дороже, чем аналогичные двигатели, установленные на лапах.

История происхождения

Прошло более 60 лет, прежде чем однофазный асинхронный двигатель начал завоевывать мир. Все началось в 1820-х годах, когда Джозеф Генри и Майкл Фарадей открыли явление индукции и начали первые эксперименты.

Принцип работы асинхронного двигателя (однофазного) основан на этих основных физических законах. В 1800-х годах многие умы разрабатывали трансформаторы и генераторы для переменного тока. В 1885 году Галилео Феррарис предложил идею первого многофазного двигателя с генератором переменного тока, а вскоре после этого Никола Тесла представил свой многофазный двигатель (1888).

В 1889-1891 годах русский электротехник польского происхождения Михал Осипович Доливо-Добровольский выдвинул идею ротора с “беличьей клеткой”. Толчком к его изобретению послужила работа Феррариса “О вращающемся магнитном поле”. С началом двадцатого века электромеханические устройства получили широкое распространение.

Поскольку для короткого замыкания однофазного двигателя конденсатором требуется подпружиненная кнопка, которая при отпускании размыкает контакты, это позволяет сэкономить средства за счет более тонких проводов обмотки пускателя. Для предотвращения межобмоточного короткого замыкания используется тепловое реле, которое отключает дополнительную обмотку при достижении критической температуры. Некоторые конструкции оснащены центробежным выключателем, который размыкает контакты при достижении определенной скорости.

Схема подключения трехфазного двигателя с конденсатором

В этом случае 220 В распределяется на 2 обмотки, соединенные последовательно, причем каждая обмотка адаптирована к этому напряжению. В результате теряется почти вдвое больше энергии, но такой двигатель можно использовать во многих приложениях с низким энергопотреблением.

Максимальная мощность двигателя 380 В в сети 220 В может быть достигнута при соединении треугольником. Помимо минимальных потерь мощности, скорость вращения двигателя остается неизменной. Здесь каждая обмотка используется для своего рабочего напряжения, отсюда и мощность.

Обратите внимание: трехфазные двигатели более эффективны, чем однофазные двигатели 220 В. . Поэтому, если есть вход 380 В – подключайтесь к нему – это обеспечит более стабильную и экономичную работу оборудования. Для запуска двигателя не требуется никаких других пускателей или обмоток, так как вращающееся магнитное поле создается в статоре сразу после подключения к сети 380 В.

Этот однофазный двигатель изготовлен с характерными полюсами на асимметричном ламинированном сердечнике.Ротор – тип с короткозамкнутым ротором.

Схема подключения однофазных двигателей с конденсатором

Во втором случае, для двигателей с рабочим конденсатором, дополнительная обмотка постоянно подключена через конденсатор.

По информации на заводской табличке двигателя можно определить, какая система была использована в двигателе. Сложность схемы заключается в том, что емкость выравнивающего магнитное поле конденсатора согласована с токовыми нагрузками.

Здесь каждая обмотка используется для своего рабочего напряжения, отсюда и мощность. Емкость рассчитывается исходя из рабочего напряжения и тока или номинала двигателя. При подключении пускового конденсатора на короткий промежуток времени на вал двигателя подается высокий пусковой момент, что значительно сокращает время запуска.

Ввиду сложности формул, обычно выбор конденсаторов осуществляется на основе вышеупомянутых соотношений. Расчет емкости конденсатора двигателя Существует сложная формула, которая используется для расчета точной емкости, необходимой для конденсатора. В этих двигателях рабочая и пусковая обмотки идентичны, что обусловлено конструкцией трехфазной обмотки. После утилизации устройства в большинстве случаев электродвигатели остаются в хорошем состоянии и могут служить довольно долго в виде самодельных электронасосов, токарных станков, машин, вентиляторов и газонокосилок.

Статья по теме: Виды электромонтажных работ

Заключение

Это приводит к образованию двух разнонаправленных токов, скорость которых отличается от скорости основного поля. Это схема обмотки звезды Красные стрелки показывают распределение напряжения по обмоткам двигателя, указывая на то, что на одной обмотке имеется однофазное напряжение В, а на двух других – линейное напряжение В.

При запуске двигателя конденсаторы содержат определенный заряд, поэтому к выводам нельзя прикасаться. В этой обмотке, которая также называется рабочей, магнитный поток изменяется с частотой, с которой ток протекает через обмотку. Вы можете определить, какие проводники относятся к той или иной обмотке, измерив сопротивление. Обмотка, имеющая меньшее сопротивление, является рабочей обмоткой. Однофазный двигатель имеет однофазную обмотку в статоре, что отличает его от трехфазного двигателя.

Двигатели с высотой вращения более 90 мм изготавливаются из чугуна. Такая схема исключает электронный блок, а следовательно, двигатель будет работать на полную мощность с самого начала – на максимальной скорости, буквально разрываясь от мощности пускового тока, что вызывает искрение в коллекторе; существуют электродвигатели с двумя скоростями. Это запас, необходимый для компенсации потери мощности при запуске – создания вращающего момента в магнитном поле. Затем он отключается специальным устройством – центробежным выключателем или пусковым реле в холодильниках.

Генератор может работать как двигатель, который, в свою очередь, работает как генератор переменного тока. Однофазный асинхронный электродвигатель должен иметь на корпусе электрическую схему с указанием выводов основной и вспомогательной обмоток и емкости конденсатора. В этом случае двигатель гудит, ротор остается на месте.
Подключение однофазного электродвигателя

Читайте далее:

• Шаговые двигатели: свойства и практические схемы управления. Часть 2.
• Рабочие характеристики асинхронного двигателя; Школа для электриков: электротехника и электроника.
• Асинхронный электродвигатель – конструкция, принцип работы, типы асинхронных двигателей.
• Как найти начало и конец обмотки электродвигателя – ООО «СЗЭМО Электродвигатель».
• Векторное и скалярное управление преобразователями частоты – принцип работы, система управления.
• Как запустить однофазный двигатель в обратном направлении – несколько примеров.
• Соленоид – это электромагнитная катушка. Что такое соленоид?.

Как подключить однофазный двигатель

Содержание

1. Подключение однофазного асинхронного двигателя
2. С пусковой емкостью
3. С рабочей емкостью
4. С обоими конденсаторами
5. Расчет емкостей
6. Подключение однофазного синхронного электродвигателя
7. Метод разгона
8. Асинхронный пуск синхронного мотора

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.

Электрические машины — однофазные асинхронные двигатели

Однофазные асинхронные двигатели обычно имеют конструкцию, подобную
трехфазного двигателя: на статоре размещены обмотки переменного тока, короткозамкнутые проводники
помещается в цилиндрический ротор. Существенная разница, конечно, в том, что есть только
однофазное питание статора.

Рассмотрим схему двигателя, показанную на рис. 1. Если к обмотке статора подключен источник переменного тока, плотность пульсирующего потока будет
быть изготовлены, которые будут связывать цепи ротора. Напряжение, индуцируемое в цепях ротора, будет
вызвать протекание тока, создающего плотность потока, противодействующую изменению потока статора, соединяющего
схема. На приведенной выше диаграмме плотности потока как статора, так и ротора будут действовать в направлении y.
то есть векторное произведение плотностей потоков будет равно нулю, двигатель не создает крутящего момента. Этот простой качественный анализ
указывает на проблему, однофазные источники производят
пульсирующие поля, невращающиеся поля и пульсирующие поля не создают крутящего момента.
Тем не менее, однофазные двигатели могут быть изготовлены, поэтому кажется, что существует противоречие в том, что
мы знаем работы, а не анализ.

Рис. 1. Иллюстрация поперечного сечения однофазного асинхронного двигателя

Двойной вращающийся полевой подход

Подход с двойным вращающимся полем разлагает пульсирующее магнитное поле на два магнитных поля, вращающихся в противоположных направлениях. Рассмотрим уравнение для пространственно синусоидально распределенной МДС с пульсирующей величиной:

\[
\mathcal{F} \left(\theta,t\right) = \hat{\mathcal{F}} \sin\left(\omega_e t\right) \sin\left(\frac{p}{2}\ тета_м\право)
\]

Произведение функций косинуса и синуса можно разложить, чтобы получить:

\[
\mathcal{F}\left(\theta,t\right) = \frac{\hat{\mathcal{F}}}{2} \left(\color{red}{\cos\left(\frac{p {2}\theta_m — \omega_e t \right)} — ​​\color{blue}{\cos\left(\frac{p}{2}\theta_m + \omega_e t \right) }\right)
\]

В приведенном выше уравнении красная часть \( \cos\left(\frac{p}{2}\theta_m — \omega_e t \right)\) представляет собой вращающуюся вперед (против часовой стрелки) синусоидально распределенную ммф. Синяя секция \(\cos\left(\frac{p}{2}\theta_m + \omega_e t \right) \) представляет собой вращающуюся назад (по часовой стрелке) синусоидально распределенную МДС. Эта идея анимирована на рис. 2.9.0003
Рис. 2. Анимация двух векторов МДС, вращающихся в противоположных направлениях, и суммирование векторов с пульсирующим вектором МДС

. Применяя теорию двойного вращающегося поля, можно представить однофазную асинхронную машину как сумму двух меньших асинхронных машин, каждая из которых пытается вращаться в противоположных направлениях. Кривая скорости крутящего момента для однофазной асинхронной машины может быть представлена ​​как сумма двух кривых скорости крутящего момента: одна связана с движением машины в прямом направлении, а другая пытается вести машину назад. Эта идея показана на рис. 3.9.0003

Можно видеть, что если есть два равных и противоположных вращающихся поля, то чистый крутящий момент в состоянии покоя
будет нулевым. Это случай, рассмотренный в качественном анализе, показанном ранее. Учитывая кривые крутящего момента, если
можно запустить однофазный асинхронный двигатель, создать крутящий момент и машина будет работать как двигатель.

Рис. 3. Компоненты крутящего момента однофазного асинхронного двигателя

Начиная с

Существует ряд различных типов однофазных асинхронных машин, подходы к созданию которых несколько различаются.
вращающееся поле при запуске. Большинство однофазных индукционных машин работают, подавая на двигатель двухфазные токи (две обмотки, подключенные к одному и тому же напряжению питания, с разными импедансами для создания разных фазовых углов для токов). в
4, на двигатель подается две фазы. Если питание фаз сбалансировано (одинаково на единицу mmf), с 90 ° электрического фазового угла между токами и 90 ° электрического пространственного угла между катушками, тогда в результате получается чисто вращательное поле без пульсаций. Если источники питания несбалансированы или фазовый угол не точно равен 90°, будет иметь место комбинация эффекта пульсации и вращения. Это можно увидеть на анимации на рис. 4.

Используя знания о трехфазных асинхронных машинах, мы знаем, что импеданс обмотки является функцией скольжения. Это добавляет дополнительную сложность, если два сбалансированных тока обмоток должны быть получены от однофазного источника питания — коэффициент мощности обмотки изменяется при скольжении.

В идеале мы хотим, чтобы ток во «вспомогательной обмотке» опережал ток основной обмотки, и для этого мы можем использовать конденсатор. Но емкость, необходимая для создания идеального фазового сдвига тока, будет разной для каждого значения скольжения. Мы должны выбрать значения емкости, которые либо оптимально уравновешивают магнитные поля при заданной скорости (например, при запуске или при номинальной нагрузке), либо емкость, обеспечивающую компромисс между пусковыми и рабочими характеристиками.

Рис. 4. Анимация двух фаз, способных создавать вращающееся поле

Пуск конденсатора — двигатели с пусковым конденсатором

Рис. 5. Схема цепи пускового конденсатора

. Схематическая диаграмма выше показывает основную и вспомогательную обмотки, расположенные под углом 90°.
разделение вокруг ротора. Два параллельных конденсатора включены последовательно со вспомогательной обмоткой.
При запуске общая емкость определяется как

\[
C_{tot}=C_{бег}+C_{старт}
\
]

Как только ротор достигнет заданной скорости, переключатель разомкнется, и будет работать только рабочая емкость.
использоваться. Этот тип переключения достигается с помощью механического подпружиненного центробежного переключателя. Комбинированный крутящий момент
Кривая скорости для двигателя с пусковым конденсатором показана ниже.

Рис.6 Кривая крутящего момента при работе от конденсатора при пуске с конденсатором Иллюстрация

Двигатель с запуском от конденсатора

Основным недостатком двигателя с запуском от конденсатора является стоимость. Там два конденсатора
переключатель. Совокупная стоимость этих компонентов и их производства значительна по сравнению с остальной частью двигателя.
Если требуется высокий пусковой крутящий момент, но приемлем режим работы с более низким КПД, можно исключить рабочий конденсатор.
как показано ниже.

Рис.7. Схема цепи запуска конденсатора

. В этом случае рабочий момент отрицателен при синхронной скорости из-за обратного вращения поля.
обратное поле также вызовет пульсации крутящего момента и вибрацию. Комбинированная кривая крутящий момент-скорость в установившемся режиме показана ниже.

Рис. 8 Иллюстрация кривой пусковой момент конденсатор-скорость

Двигатель с постоянно разделенным конденсатором

Если важны эффективность работы и вибрация, но пусковой момент может быть нарушен, конденсатор можно оставить в
вспомогательный контур на всех скоростях. Размер конденсатора для обеспечения баланса в конкретной точке нагрузки, обратное поле
можно устранить, повысив эффективность и устранив пульсации крутящего момента.

Рис.9. Схема постоянно разделяемого конденсатора

. Устранение центробежного переключателя может значительно снизить стоимость производства. Компромисс ниже, начиная
крутящего момента, так как размер конденсатора рассчитан не для обеспечения баланса при пуске, а для условий работы

Рис. 10. Кривая зависимости крутящего момента от скорости постоянного раздельного конденсатора Иллюстрация

Двухфазный двигатель

Двухфазный двигатель не имеет емкости во вспомогательной цепи. Сдвиг фаз по отношению к основному току равен
достигается за счет использования узких проводников для достижения высокого отношения сопротивления к реактивному сопротивлению. Увеличение сопротивления означает, что вспомогательный
обмотку можно использовать только во время пуска, иначе она перегреется.

Рис.11 Схема цепи с расщепленной фазой

Двигатель с расщепленной фазой имеет значительно меньший пусковой момент, чем любой из конденсаторных двигателей из-за
уменьшен фазовый угол между токами основной и вспомогательной обмотки.

Рис. 12 Иллюстрация двухфазной кривой крутящий момент-скорость

Резюме

Каждый из вышеперечисленных типов двигателей имеет разные характеристики, но по разной цене — конденсаторы требуют дополнительных расходов, как и центробежные выключатели; переключателям может потребоваться техническое обслуживание. На самом деле многие решения, в которых требуется производительность, основаны на компромиссе между эффективностью работы и капитальными затратами, если конструкция способна довести нагрузку до нужной скорости.

Двигатели с экранированными полюсами

Однофазный асинхронный двигатель одного класса, который дешевле любого из
двухобмоточная (или «расщепленная фаза») конструкция представляет собой двигатель с экранированными полюсами. Как правило, эти двигатели используются в
небольшие размеры, а наиболее привычным применением может быть вентилятор для ванной комнаты.

Схема простого двигателя с экранированными полюсами показана на рис. 13.

Рис. 13 Иллюстрация двигателя с экранированными полюсами

В двигателе с экранированными полюсами ротор помещен в простой с-образный сердечник. Половина каждого
полюс покрыт «затеняющей» катушкой. Когда переменный ток проходит через питающую катушку, возникает пульсирующий
производится флюс. При изменении потока через затеняющую катушку индуцируются напряжение и ток.
в затеняющей катушке, препятствуя изменению потока от питающей катушки. В результате
поток под затеняющей катушкой отстает от потока в остальной части катушки. Чистый эффект состоит в том, чтобы произвести
небольшое вращение в потоке через ротор, заставляющее ротор вращаться.

Этот эффект показан на линиях потока, полученных с помощью анализа методом конечных элементов, нанесенных на график
в анимации на рис. 14

Рис. 14 Анимация картины потока в двигателе с расщепленными полюсами

Однофазная асинхронная машина
— MATLAB и Simulink

Основное содержание

Открытая модель

В этом примере показана работа однофазного асинхронного двигателя в режимах «Конденсатор-Пуск» и «Конденсатор-Пуск-Работа».

H. Ouquelle и Louis-A.Dessaint (Ecole de technologie superieure, Монреаль)

Описание

В этой модели используются два однофазных асинхронных двигателя соответственно в режимах «Конденсатор-Пуск» и «Конденсатор-Пуск-Работа», чтобы сравнить их рабочие характеристики, такие как крутящий момент, пульсация крутящего момента, КПД и коэффициент мощности. Два двигателя мощностью 1/4 л.с., 110 В, 60 Гц, 1800 об/мин. питаются от однофазного источника питания 110 В. У них одинаковые обмотки статора (основная и вспомогательная) и короткозамкнутые роторы.

Двигатель 1 Двигатель работает в режиме пуска с конденсатором. Его вспомогательная обмотка, последовательно соединенная с пусковым конденсатором 255 мкФ, отключается при достижении скорости 75% от номинальной. Пусковой конденсатор используется для обеспечения высокого пускового момента.

Двигатель 2 работает в режиме пуск-пуск с конденсатором. В этом режиме работы используются два конденсатора: рабочий и пусковой конденсаторы. В начальный период вспомогательная обмотка также подключается последовательно с конденсатором 255 мкФ, но после достижения скорости отключения вспомогательная обмотка остается последовательно соединенной с рабочим конденсатором 21,1 мкФ. Это значение конденсатора оптимизировано для смягчения пульсаций крутящего момента. Двигатель работает эффективно с высоким коэффициентом мощности.

Два двигателя сначала запускаются без нагрузки, при t=0. Затем в момент времени t=2 с, как только двигатели достигли стационарного режима, на вал внезапно прикладывается крутящий момент 1 Н·м (номинальный крутящий момент).

Симуляция

Запустить симуляцию. В блоке Scope отображаются следующие сигналы для двигателя с конденсаторным пуском (желтые линии) и двигателя с конденсаторным пуском (пурпурные линии): общий ток (основная + вспомогательная обмотка), ток основной обмотки, ток вспомогательной обмотки, напряжение конденсатора, скорость вращения ротора и электромагнитный момент. Механическая мощность, коэффициент мощности и КПД двигателя 1 и двигателя 2 вычисляются внутри подсистемы обработки сигналов и отображаются в 3 блоках дисплея.

Во время пускового периода, пока разъединитель остается замкнутым (от t=0 до t=0,48 с), все сигналы идентичны. После размыкания переключателя наблюдаются различия, как описано ниже.

1. Пусковой конденсатор:

Обратите внимание на пульсации крутящего момента с частотой 120 Гц, которые вызывают механические вибрации ротора с частотой 120 Гц и снижают эффективность двигателя. Пульсация крутящего момента от пика до пика составляет около 3 Н, или 300 % от номинальной нагрузки, когда двигатель работает на холостом ходу. Обратите внимание, что пусковой конденсатор остается заряженным при пиковом напряжении, когда вспомогательная обмотка отключена.

2. Конденсатор-Пуск-Работа:

Обратите внимание, что пульсации крутящего момента значительно уменьшились. Значение рабочего конденсатора оптимизировано для минимизации пульсаций крутящего момента при полной нагрузке. Величина пульсаций крутящего момента составляет 2 Н·м от пика до пика (200 % номинального момента) на холостом ходу и всего 0,04 Н·м от пика до пика (4 % от номинального момента) при полной нагрузке. Коэффициент мощности и КПД при полной нагрузке (соответственно 90 % и 75 %) выше, чем у двигателя с конденсаторным пуском (соответственно 61 % и 74 %).

У вас есть модифицированная версия этого примера. Хотите открыть этот пример со своими правками?

Вы щелкнули ссылку, соответствующую этой команде MATLAB:

Запустите команду, введя ее в командном окне MATLAB.