Однофазный двигатель с пусковой обмоткой схема подключения

Как определить рабочую и пусковую обмотки у однофазного двигателя

Однофазные двигатели — это электрические машины небольшой мощности. В магнитопроводе однофазных двигателей находится двухфазная обмотка, состоящая из основной и пусковой обмотки.

Две обмотки нужны для того, что бы вызвать вращение ротора однофазного двигателя. Самые распространенные двигатели такого типа можно разделить на две группы: однофазные двигатели с пусковой обмоткой и двигатели с рабочим конденсатором.

У двигателей первого типа пусковая обмотка включается через конденсатор только на момент пуска и после того как двигатель развил нормальную скорость вращения, она отключается от сети. Двигатель продолжает работать с одной рабочей обмоткой. Величина конденсатора обычно указывается на табличке-шильдике двигателя и зависит от его конструктивного исполнения.

У однофазных асинхронных двигателей переменного тока с рабочим конденсатором вспомогательная обмотка включена постоянно через конденсатор. Величина рабочей емкости конденсатора определяется конструктивным исполнением двигателя.

То есть если вспомогательная обмотка однофазного двигателя пусковая, ее подключение будет происходить только на время пуска, а если вспомогательная обмотка конденсаторная, то ее подключение будет происходить через конденсатор, который остается включенным в процессе работы двигателя.

Знать устройство пусковой и рабочей обмоток однофазного двигателя надо обязательно. Пусковая и рабочие обмотки однофазных двигателей отличаются и по сечению провода и по количеству витков. Рабочая обмотка однофазного двигателя всегда имеет сечение провода большее, а следовательно ее сопротивление будет меньше.

Посмотрите на фото наглядно видно, что сечение проводов разное. Обмотка с меньшим сечением и есть пусковая. Замерять сопротивление обмоток можно и стрелочным и цифровым тестерами, а также омметром. Обмотка, у которой сопротивление меньше – есть рабочая.

Рис. 1. Рабочая и пусковая обмотки однофазного двигателя

А теперь несколько примеров, с которыми вы можете столкнуться:

Если у двигателя 4 вывода, то найдя концы обмоток и после замера, вы теперь легко разберетесь в этих четырех проводах, сопротивление меньше – рабочая, сопротивление больше – пусковая. Подключается все просто, на толстые провода подается 220в. И один кончик пусковой обмотки, на один из рабочих. На какой из них разницы нет, направление вращения от этого не зависит. Так же и от того как вы вставите вилку в розетку. Вращение, будет изменятся, от подключения пусковой обмотки, а именно – меняя концы пусковой обмотки.

Следующий пример. Это когда двигатель имеет 3 вывода. Здесь замеры будут выглядеть следующим образом, например – 10 ом, 25 ом, 15 ом. После нескольких измерений найдите кончик, от которого показания, с двумя другими, будут 15 ом и 10 ом. Это и будет, один из сетевых проводов. Кончик, который показывает 10 ом, это тоже сетевой и третий 15 ом будет пусковым, который подключается ко второму сетевому через конденсатор. В этом примере направление вращения, вы уже не измените, какое есть такое и будет. Здесь, чтобы поменять вращение, надо будет добираться до схемы обмотки.

Еще один пример, когда замеры могут показывать 10 ом, 10 ом, 20 ом. Это тоже одна из разновидностей обмоток. Такие, шли на некоторых моделях стиральных машин, да и не только. В этих двигателях, рабочая и пусковая – одинаковые обмотки (по конструкции трехфазных обмоток). Здесь разницы нет, какой у вас будет рабочая, а какая пусковая обмотка. Подключение пусковой обмотки однофазного двигателя, также осуществляется через конденсатор.

Однофазный асинхронный двигатель, схема подключения и запуска

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

Отличие от трехфазных двигателей

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

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

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

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

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

Как это работает

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

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

Основные схемы подключения

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

Различают три основные способа запуска однофазного асинхронного двигателя через:

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

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

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

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

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

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

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

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

Другие способы

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

С экранированными полюсами и расщепленной фазой

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

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

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

С асимметричным магнитопроводом статора

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

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

Подбор конденсатора

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

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

Схемы подключения однофазных электродвигателей

Вопрос как подключить однофазный электродвигатель очень часто возникает на практике из-за высокой популярности применения подобных агрегатов для решения различных бытовых задач.

Схема подключения однофазного электродвигателя достаточно проста и требует учета всего одного принципиального момента: для обеспечения его работоспособности необходимо вращающееся магнитное поле. При наличии только однофазной сети переменного тока на момент запуска электродвигателя его приходится формировать искусственно через применение соответствующих схемных решений.

Обмотки электромотора

Укладка обмоток в статоре однофазного электродвигателя

Конструкция любого однофазного электродвигателя предполагает использование как минимум трех катушек. Две из них являются элементов конструкции статора,включены параллельно. Одна из них является рабочей, а вторая выполняет функции пусковой. Их клеммы выведены на корпус двигателя и используются для подключения к сети. Обмотка ротора выполнена короткозамкнутой. К сети подключатся две из них, остальные служат для коммутации.

Для изменения мощности рабочая катушка может формироваться из двух частей, которые включаются последовательно.

Визуально идентифицировать рабочую и пусковую обмотку можно по сечению провода: у первой из них оно заметно больше. Можно замерить сопротивление тестером подключением его к клеммам: у рабочей обмотки его величина будет меньше. Как правило, сопротивления обмоток будет составлять не более нескольких десятков Ом.

Особенности формирования вращающего момента

Магнитное поле, создаваемое катушками электродвигателя, имеет фазовый сдвиг на 90 градусов. Это обычно достигается через конденсатор, который последовательно включается в цепь запуска. Возможные варианты соединения показаны на рисунке ниже.

Варианты создания сдвига фаз

Пусковая катушка может работать постоянно. Допустима также схема, основанная на ее отключении после достижения номинальной частоты вращения ротора. Постоянное подключение пусковой обмотки усложняет конструкцию двигателя, но улучшает его характеристики. На особенностях подключения к сети эти различия не сказываются.

Для упрощения запуска двигателя с рабочим конденсатором, перед подачей на него тока от сети параллельно ему подключают вспомогательную емкость.

Однофазный электромотор позволяет простыми средствами изменить направление вращения вала на противоположное. Для этого производится сдвиг фазы тока, поступающего от сети и протекающего через цепи запуска, меняется на противоположный. Данная процедура реализуется простым изменением порядка включения пусковой обмотки при ее соединении с рабочей обмоткой.

Конденсаторы

Схема подключения однофазных конденсаторных двигателей: а – с рабочей емкостью Ср, б – с рабочей емкостью Ср и пусковой емкостью Сп.

Электродвигатель может комплектоваться двумя разновидностями конденсаторов. Наличие емкости, включаемой последовательно спусковой обмоткой и пропускающей через себя ток для сдвига фазы, является обязательным. Ее значение заимствуется из паспортных данных электродвигателя и дублируется на его шильдике.

При отсутствии конденсатора нужной емкости допустимо применять любой другой с близким номиналом. При слишком сильном отклонении в меньшую сторону двигатель может не начать вращаться без ручной прокрутки его вала, а затем не будет развивать нужную мощность. При значительном превышении емкости начнется сильный нагрев.

Емкость дополнительного пускового компонента выбирается в два-три раза выше по сравнению с основным. Такая величина обеспечивает максимальный стартовый момент.

Для включения пускового элемента может использоваться как обычная кнопка, так и более сложные схемы.

Косвенное включение

Подключение однофазного двигателя

Основным компонентом схемы косвенного включения является магнитный пускатель, который включается в разрыв между выходом силовой сети и электродвигателем.

Силовые контакты этого блока выполнены как нормально разомкнутые. Магнитный пускатель по величине максимального протекающего через него тока относится к одной из семи нормированных групп. Из-за небольшой мощности однофазных электродвигателей обычно достаточно устройства первой группы, максимальное значение коммутируемого тока которого составляет 10 А.

Управляющая часть катушки предназначена для подключения к сетям с различным напряжением. Наиболее удобным является магнитный пускатель с управлением от 220в переменного тока.

Особенности применения магнитного пускателя

В управляющей части устройства предусмотрено несколько пар контактов, на которых собирается схема релейной автоматики. Один из них всегда является нормально замкнутым, а второй – нормально разомкнутым.

У кнопки «Пуск» рабочим считается нормально разомкнутый контакт, а у кнопки «Стоп» задействован нормально замкнутый элемент.

При выполнении подключения рассматриваемого устройства осуществляются соединения нескольких типов.

Схема подключения однофазного двигателя

Фаза, наряду с входной клеммой, подключается также к входу контакта кнопки «Стоп», а ноль соединяется с входной клеммой катушки, что обеспечивает протекание через нее управляющего тока.

Активный контакт кнопки «Пуск» при работающем двигателе шунтируется аналогичным элементом катушки. Для формирования этой цепи выполняются два дополнительных соединения, схема которых показана на рисунке выше:

• выход рабочего контакта кнопки «Стоп» параллельно соединяется с контактами выхода кнопки «Пуск» и входа управляющей катушки,
• выход нормально разомкнутого контакта управляющей катушки параллельно соединяется с ее выходной клеммой и с входом рабочего контакта кнопки «Пуск».

Заключение

Процесс подключения однофазного электромотора к сети 220в не отличается большой сложностью и фактически требует только желания, минимального набора простейших инструментов, наличия схемы соединений и аккуратности в работе. Из расходных материалов нужны только провода. Из-за опасности короткого замыкания и больших величин токов, протекающих через обмотки двигателя, необходимо обязательно выполнять требования техники безопасности и не забывать про старое, но очень действенное правило: «Семь раз отмерь, один раз отрежь».

Частотное регулирование однофазного асинхронного двигателя

Частотное управление электроприводами активно развивается и все чаще можно услышать о новом методе управления, или улучшенном частотнике, или о внедрении частотного электропривода в какой-то сфере, где ранее никто и подумать не мог что это возможно. Но это факт!

Если мы внимательно рассмотрим электродвигатели, к которым применяют частотное регулирование – то это асинхронные или синхронные трехфазные двигатели. Существует несколько разновидностей преобразователей частоты. Но ведь есть и однофазные асинхронные машины, почему прогресс не касается их? Почему частотное управление не применяют так активно к однофазным машинам? Давайте рассмотрим.
Содержание:

Принцип работы однофазной асинхронной машины

При однофазном питании асинхронника в нем вместо вращающегося магнитного поля возникает пульсирующее, которое можно разложить на два магнитных поля, которые будут вращаться в разные стороны с одинаковой частотой и амплитудой. При остановленном роторе электродвигателя данные поля создадут моменты одинаковой величины, но различного знака. В итоге результирующий пусковой момент будет равен нулю, что не позволит двигателю запустится. По своим свойствам однофазный электродвигатель похож на трехфазный, который работает при сильном искажении симметрии напряжений:

на рисунке а) показана схема асинхронной однофазной машины, а на б) векторная диаграмма

Основные виды однофазных электроприводов

Как упоминалось однофазный двигатель не может развивать пусковой момент, следствием чего становится невозможность его самостоятельного запуска. Для этого придумали несколько способов компенсации магнитного поля противоположного по знаку основному.

Двигатели с пусковой обмоткой

В данном способе пуска кроме основной обмотки Р, имеющей фазную зону 120 0 , на статор наматывают еще и пусковую П, которая имеет фазную зону 60 0 . Также пусковая обмотка сдвигается относительно рабочей на 90 0 электрических. Для того, чтоб создать фазовый сдвиг между токами обмоток I_р и I_п последовательно в пусковую обмотку подключают элемент, приводящий к сдвигу фаз ψ (фазосдвигающее сопротивление Z_п):

Где: а) схема подключения машины, б) векторные диаграммы при использовании различных сопротивлений.

Наилучшими условиями для пуска будет включения конденсатора в пусковую обмотку. Но поскольку емкость конденсатора довольно велика, соответственно и его стоимость и габариты тоже возрастают. Зачастую его применяют для получения повышенного момента для пуска. Пуск с помощью индуктивности имеет наихудшие показатели и в настоящее время не используется. Довольно часто могут применять запуск с помощью активного сопротивления, при этом пусковую обмотку делают с повышенным активным сопротивлением. После запуска электродвигателя пусковая обмотка отключается. Ниже показаны схемы включений и их пусковые характеристики:

Где: а,б) двигатели с пусковой обмоткой, в,г) конденсаторные

Конденсаторный двигатель

Данный тип электродвигателя имеет две рабочие обмотки, в одну из которых подключают рабочую емкость С_р. Данные обмотки сдвинуты относительно друг друга на 90 0 электрических и имеют фазные зоны тоже 90 0 . При этом мощности обеих обмоток равны, но их токи и напряжения различны, также различны количества витков. Иногда величины конденсатора рабочего не достаточно для формирования нужного пускового момента, поэтому параллельно ему могут вешать пусковой, как это показано на рисунке выше. Схема приведена ниже:

Где: а) схема конденсаторного электродвигателя, б) его векторная диаграмма

В данном типе однофазных машин коэффициент мощности cosφ даже выше чем у трехфазных. Это объясняется наличием конденсатора. КПД такого электродвигателя выше, чем однофазного электродвигателя с пусковой обмоткой.

Частотное регулирование однофазных асинхронных электродвигателей

Итак, все чаще появляются предложения частотных преобразователей, которые могут управлять однофазными асинхронными машинами. В силу того что частотники предназначены для работы с трехфазными машинами, то для регулирования оборотов однофазной машинами необходим особый вид частотного преобразователя. Это обусловлено тем, что трехфазные и однофазные машины имеют немного разный принцип работы. Давайте рассмотрим схему включения, которую предоставляет один из официальных производителей частотных преобразователей для однофазных машин:

Это схема прямого подключения. Где: Ф-фаза питающего напряжения, N-нейтральный проводник, L1, L2 – обмотки двигателя, Ср – рабочий конденсатор.

А вот схема подключения преобразователя:

Как мы можем видеть, конденсатор при включении данной схемы отключается. Обмотка L1 переключается к выходу преобразователя фазы А, а L2 к В. Общий провод подключается к выходу С. Тем самым мы фактически получили двухфазную машину. Фазовый сдвиг теперь будет реализовывать частотный преобразователь, а не конденсатор. На выходе преобразователя будет обычное трехфазное напряжение.

Данный способ частотного регулирования трудно назвать однофазным, так как при питания двигателя от сети напрямую необходимо опять восстанавливать схему с конденсатором. Более того, этот способ регулирования частоты НЕ ПОДХОДИТ для машин с пусковой обмоткой, так как сопротивление рабочей и пусковой обмотки не равны, появится асимметрия.

Можем сделать вывод, что данный вид частотного регулирования подходит не всем электродвигателям, а только конденсаторным. Более того, при такой схеме подключения необходимо провести переподключение обмоток внутри электродвигателя (в коробке выводов электродвигателя), что после переподключения не позволит работать ему от сети напрямую. Поэтому если вы собираетесь питать электродвигатель от однофазной сети через частотник, то, может быть стоит купить преобразователь, который питается от однофазной сети, а двигатель обычный, трехфазный. Это лучше с точки зрения работы самой машины, также отсутствуют переделки внутри электрической машины. Если вы собираетесь таким образом модернизировать систему, то внимательно изучите характеристики электродвигателя, преобразователя, чтоб избежать пустой траты средств или выхода из строя элементов системы.