Схемы подключения асинхронного и синхронного однофазных двигателей
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:
- Вручную;
- 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.
Подключение двигателя (звезда или треугольник)
Дорогие читатели, а вы знаете как подключить асинхронный двигатель?
Имею в виду, можете определить по шильдику, когда надо подключить обмотки электродвигателя звездой, а когда треугольником?
В этой статье я подробно расскажу как подключить асинхронный двигатель. А также Вы узнаете много разных нюансов при подключении электродвигателя.
А вы знали, что если двигатель рассчитан на напряжение 380/660В- треугольник/звезда, и если его подключить по схеме звезда на напряжение 380 вольт, то в определённых условиях он сгорит. Стало интереснее? Тогда советую ознакомиться со статьёй.
Как подключить асинхронный двигатель
Специалист перед подключением электродвигателя всегда поглядит на его шильдик и ознакомится со схемой подключения обмоток электродвигателя.
Шильдик асинхронного электродвигателя выглядит примерно вот так:
По информации на шильдике мы делаем вывод, что если у нас напряжение 380 вольт, то подключаем электродвигатель по схеме треугольник. Если у нас 660 вольт, то по схеме звезда.
Так же бывают двигатели на 220/380 вольт:
По шильдику видно, что если у нас напряжение в сети 220 вольт, то подключаем треугольником. Следовательно, если 380 вольт, то звездой.
Теперь Вы уже хотя бы понимаете, как подключить асинхронный двигатель, ориентируясь на шильдик.
Почему сгорит электродвигатель при неправильном соединении
Сейчас я вкратце расскажу, почему электродвигатель, у которого обмотки на 380/660 треугольник/звезда, нельзя подключать звездой на 380 вольт.
Давайте представим, что в данный момент у нас линейное напряжение равно 380 вольт.
Что такое линейное напряжение, а фазное? Не знаете? Сейчас расскажу!
Линейное напряжение – это напряжение между линейными проводами (фазами), а фазное между линейным проводом и нейтральным.
Дело в том, что при соединении обмоток треугольником, на каждую обмотку приходится линейное напряжение 380 вольт,
а при соединении звездой фазное — 220 вольт.
В итоге нам надо поддерживать требуемую мощность на валу двигателя, а напряжение упало с 380 вольт до 220 вольт (переключили обмотки с треугольника на звезду), что же делать? Ток всё сделает за нас. Он начнёт расти.
Это формула для однофазной сети, но для понимания сути пойдёт.
P=UI
Где, P- мощность, U-напряжение, I-ток.
Подставим в нашу формулу выдуманные значения и получим следующее: 440=220*2, а теперь уменьшим напряжение в два раза, 440=110*4. Увидели? Напряжение уменьшили в два раза, но, чтобы поддержать заданную мощность у нас вырос ток в два раза.
Почему при подключении звездой, ток не становится меньше (при неизменной нагрузке)
При соединении обмоток электродвигателя треугольником фазный ток в 1.73 раза меньше линейного.
Давайте приведу пример: На шильдике электродвигателя указан ток 30А при соединении обмоток треугольником и напряжением 380 вольт. 30 ампер — это линейный ток, значит, чтобы получить фазный, нам надо 30/1.73. В итоге фазный ток равен 17,3 Ампера. Т.е. номинальный ток для обмотки двигателя 17,3 Ампера.
А теперь мы переключим двигатель с треугольника на звезду, но нагрузка на валу двигателя остаётся таже самая.
При соединении электродвигателя звездой линейный ток будет равен фазному. Напряжение на обмотке уменьшится в 1.73 раза. Следовательно на обмотку будет подаваться уже не 380 вольт, а 220.
В результате по обмотке будет протекать не 17,3 А, а целых 30 Ампер. Почему?
Потому что ток будет компенсировать падение напряжения на обмотке, которое у нас упало в 1,73 раза. Значит ток вырастит в 1,73 раза. Двигатель греется и если отсутствует защита — сгорает. А двигатель стоит немалых денег, поэтому Вы должны знать как подключить асинхронный двигатель!
Еще один пример для понимания. Обратите внимание на следующий шильдик электродвигателя:
Электродвигатель треугольник/звезда: 220 вольт/380 вольт: 38,3/22,2 Ампера.
Соединяем двигатель треугольником и подаём напряжение 220 вольт. Ток (линейный) по шильдику равен 38,3 Ампер. Следовательно, фазный будет равен 38,3/1,73= 22,2 Ампер. Т.е мы определили, что фазный номинальный ток для обмотки = 22,2 Ампер. Поехали дальше…
А теперь соединяем обмотки электродвигателя звездой и подаём напряжение 380 Вольт. Ток будет равен 22,2 Ампер. В звезде линейный ток равен фазному току.
При треугольнике и питающем напряжении 220 вольт, фазный ток равен 22,2 Ампер.
При звезде и питающем напряжении 380 вольт, фазный ток равен 22,2 Ампер. Следовательно мощность у двигателя будет одинаковая при таких подключениях.
А, что если мы соединим этот двигатель звездой и подадим напряжение 220 вольт. На обмотку будет приходиться уже 127 Вольт. Поэтому ток будет компенсировать падение напряжение на обмотке в 1,73 раза и будет равен 38,3 Ампер. А обмотка у нас рассчитана на 22,2 Ампер. Двигатель сгорит.
Схема подключения обмоток электродвигателя звездой
Вот так выглядит борно электродвигателя и здесь обмотки соединены звездой. Т.е. концы обмоток соединены в одной точке.
Мои коллеги-инженеры сталкивались с такими случаями, когда перемычки кидали на начало обмоток, куда подключался питающий кабель. Сразу возникало короткое замыкание.
Фазное и линейное напряжение при соединении обмоток в звезду разное, а ток одинаковый.
А теперь давайте найдём полную мощность, развиваемую электродвигателем.
Полная мощность в трёхфазной системе равна сумме полных мощностей трёх фаз:
И теперь формула полной мощности будет выглядеть вот так:
А чтобы найти активную мощность применим следующую формулу:
где cosф- коэффициент мощности, n- КПД
Из формулы активной мощности выразим ток:
где cosф- коэффициент мощности, n- КПД
Схема подключения обмоток электродвигателя треугольником
Вот так выглядит борно электродвигателя и здесь обмотки соединены треугольником. Т.е. конец обмотки соединён с началом следующей обмотки.
Фазное и линейное напряжение равны. Линейный ток в 1,73 раза больше фазного.
Формула полной мощности будет выглядеть вот так:
Если обратить внимание на формулу полной мощности при подключении звездой, то мы заметим, что формулы полной мощности одинаковые.
А чтобы найти активную мощность применим следующую формулу:
где cosф- коэффициент мощности, n- КПД
Из формулы активной мощности выразим ток:
где cosф- коэффициент мощности, n- КПД
Внимательный читатель должен был заметить, что формула мощности одинаковая при подключении треугольником и при подключении звездой. Так и есть, просто, чтобы поддержать необходимую мощность, у нас будет меняться ток.
Но чтобы двигатель не сгорел при переключении с треугольника на звезду, надо уменьшить нагрузку на валу двигателя до тех пор, пока фазный ток не станет равный фазному току при подключении треугольником.
Поэтому и говорят, что мощность при подключении обмоток электродвигателя звездой меньше, чем при соединении треугольником.
Почему при пуске применяют схему звезда-треугольник
Формула мощности в момент пуска не действует, т.к. двигатель не вращается – ЭДС Самоиндукции отсутствует (индуктивное сопротивление).
По факту у нас есть обмотка с очень маленьким сопротивлением и напряжение, подаваемое на двигатель. И ток здесь рассчитывается по закону Ома. Чем меньше у нас подаваемое напряжение на обмотку электродвигателя, тем меньше будет ток в обмотке.
А мы помним, что при треугольнике у нас на обмотку подаётся линейное напряжение, а при звезде напряжение будет в 1.73 раза меньше чем на треугольнике. Следовательно, и пусковые токи будут меньше.
Но не забываем, что закон Ома действует только в момент пуска электродвигателя. Когда двигатель выходит на номинальные обороты, ему необходимо поддерживать мощность, которая присутствует на валу. А так как напряжение при звезде меньше в 1.73 раза, то начинает подниматься ток, чтобы компенсировать падение напряжения на обмотках электродвигателя.
Будьте внимательны.
Бывает попадаются шильдики электродвигателей, которые путают электриков, и они могут допустить ошибку при подключении. Например: Написана буква V, под ней нарисован треугольник, а внизу два напряжения 400 Вольт на 50 Герц и 460 Вольт на 60 Герц. Специалист думает, что буква V-это значок звезды, а так как у него напряжение 400 Вольт, то подключает звездой. А на самом деле этот движок рассчитан на одно лишь подключение- треугольником. А буква V обозначает напряжение.
Как подключить асинхронный двигатель на 220В
Так как питающие напряжения у различных потребителей могут различаться друг от друга, возникает необходимость переподключения электрооборудования. Сделать подключение асинхронного двигателя на 220 вольт безопасным для дальнейшей работы оборудования достаточно просто, если следовать предложенной инструкции.
На самом деле это не является невыполнимой задачей. Если сказать коротко, то все, что нам нужно, это правильно подключить обмотки. Существует два основных типа асинхронных двигателей: трехфазные с обмоткой звезда – треугольник, и двигатели с пусковой обмоткой (однофазные). Последние используются, например, в стиральных машинах советской конструкции. Их модель АВЕ-071-4С. Рассмотрим каждый вариант по очереди.
Асинхронный двигатель переменного тока имеет очень простую конструкцию по сравнению с другими видами электрических машин. Он довольно надежен, чем и объясняется его популярность. К сети переменного напряжения трехфазные модели включаются звездой или треугольником. Такие электродвигатели также различаются значением рабочего напряжения: 220–380 в, 380–660 в, 127–220 в.
Такие электродвигатели применяются на производстве, так как трехфазное напряжение чаще всего используется именно там. И в некоторых случаях бывает, что вместо 380 в есть трехфазное 220. Как их включить в сеть, чтобы не спалить обмотки?
Переключение на нужное напряжение
Для начала необходимо убедиться в том, что наш двигатель имеет нужные параметры. Они написаны на бирке, прикрепленной у него сбоку. Там должно быть указано, что один из параметров – 220в. Далее, смотрим подключение обмоток. Стоит запомнить такую закономерность схемы: звезда – для более низкого напряжения, треугольник – для более высокого. Что это означает?
Увеличение напряжения
Предположим, на бирке написано: Δ/Ỵ220/380. Это значит, что нам нужно включение треугольником, так как чаще всего соединение по умолчанию – на 380 вольт. Как это сделать? Если электродвигатель в борне имеет клеммную коробку, то несложно. Там есть перемычки, и все, что нужно – переключить их в нужное положение.
Но что, если просто выведено три провода? Тогда придется аппарат разбирать. На статоре нужно найти три конца, которые между собой спаяны. Это и есть соединение звездой. Провода нужно рассоединить и подключить треугольником.
В данной ситуации это сложностей не вызывает. Главное помнить, что есть начало и конец катушек. К примеру, возьмем за начало концы, которые были выведены в борно электродвигателя. Значит то, что спаяно – это концы. Теперь важно не перепутать.
Подключаем так: начало одной катушки соединяем с концом другой, и так далее.
Как видим, схема простая. Теперь двигатель, который был соединен для 380, можно включать в сеть 220 вольт.
Уменьшение напряжения
Предположим, на бирке написано: Δ/Ỵ 127/220. Это означает, что нужно подсоединение звездой. Опять же, если есть клеммная коробка, то все хорошо. А если нет, и включен наш электродвигатель треугольником? А если еще и концы не подписаны, то как их правильно соединить? Ведь здесь тоже важно знать, где начало намотки катушки, а где конец. Есть некоторые способы решения этой задачи.
Для начала разведем все шесть концов в стороны и омметром найдем сами статорные катушки.
Возьмем скотч, изоленту, еще что-нибудь из того, что есть, и пометим их. Пригодится сейчас, а может быть, и когда-нибудь в будущем.
Берем обычную батарейку и подсоединяем к концам а1-а2. К двум другим концам (в1-в2) подсоединяем омметр.
В момент разрыва контакта с батарейкой стрелка прибора качнется в одну из сторон. Запомним, куда она качнулась, и включаем прибор к концам с1-с2, при этом не меняем полярность батарейки. Проделываем все заново.
Если стрелка отклонилась в другую сторону, тогда меняем провода местами: с1 маркируем как с2, а с2 как с1. Смысл в том, чтобы отклонение было одинаковым.
Теперь батарейку с соблюдением полярности соединяем с концами с1-с2, а омметр – на а1-а2.
Добиваемся того, чтобы отклонение стрелки на любой катушке было одинаковым. Перепроверяем еще раз. Теперь один пучок проводов (например, с цифрой 1) у нас будет началом, а другой – концом.
Берем три конца, например, а2, в2, с2, и соединяем вместе и изолируем. Это будет соединение звездой. Как вариант, можем вывести их в борно на клеммник, промаркировать. На крышку наклеиваем схему соединения (или рисуем маркером).
Переключение треугольник – звезда сделали. Можно подключаться к сети и работать.
Однофазный
Теперь поговорим еще об одном виде асинхронных электродвигателей. Это однофазные конденсаторные машины переменного тока. У них две обмотки, из которых, после пуска, работает только одна из них. Такие двигатели имеют свои особенности. Рассмотрим их на примере модели АВЕ-071-4С.
По-другому они еще называются асинхронными двигателями с расщепленной фазой. У них на статоре намотана еще одна, вспомогательная обмотка, смещенная относительно основной. Пуск производится при помощи фазосдвигающего конденсатора.
Схема однофазного асинхронного двигателя
Из схемы видно, что электрические машины АВЕ отличаются от своих трехфазных собратьев, а также от коллекторных однофазных агрегатов.
Всегда внимательно читайте, что написано на бирке! То, что выведено три провода, абсолютно не значит, что это для подключения на 380 в. Просто спалите хорошую вещь!
Включение в работу
Первое, что нужно сделать, это определить, где середина катушек, то есть, место соединения. Если наш асинхронный аппарат в хорошем состоянии, то это сделать будет проще – по цвету проводов. Можно посмотреть на рисунок:
Если все так выведено, то проблем не будет. Но чаще всего приходится иметь дело с агрегатами, снятыми со стиральной машины неизвестно когда, и неизвестно кем. Здесь, конечно, будет сложнее.
Стоит попробовать вызвонить концы при помощи омметра. Максимальное сопротивление – это две катушки, соединенные последовательно. Помечаем их. Дальше, смотрим на значения, которые показывает прибор. Пусковая катушка имеет сопротивление больше, чем рабочая.
Теперь берем конденсатор. Вообще, на разных электрических машинах они разные, но для АВЕ это 6 мкФ, 400 вольт.
Если точно такого нет, можно взять с близкими параметрами, но с напряжением, не ниже 350 В!
Давайте обратим внимание: кнопка на рисунке служит для пуска асинхронного электродвигателя АВЕ, когда он уже включен в сеть 220! Другими словами, должно быть два выключателя: один общий, другой – пусковой, который, после его отпускания, отключался бы сам. Иначе спалите аппарат.
Если нужен реверс, то он делается по такой схеме:
Если все сделано правильно, тогда будет работать. Правда, есть одна загвоздка. В борно могут быть выведены не все концы. Тогда с реверсом будут сложности. Разве что разбирать и выводить их наружу самостоятельно.
Вот некоторые моменты, как подсоединять асинхронные электрические машины к сети 220 вольт. Схемы несложные, и при некоторых усилиях вполне возможно все это сделать собственными руками.
