В жизни бывают ситуации, когда вам необходимо включить какое-то промышленное оборудование в обычную домашнюю сеть электропитания. Существует также проблема с количеством проводов. Для машин, предназначенных для эксплуатации на заводах, обычно есть три вывода, а иногда четыре. Что с ними делать, где их соединить? Те, кто пытался попробовать разные варианты, были убеждены, что моторы просто не хотят крутиться.Возможно ли однофазное подключение трехфазного двигателя? Да, вы можете добиться вращения. К сожалению, в этом случае падение мощности практически неизбежно, но в некоторых ситуациях это единственный выход.

Напряжения трехфазной сети и их соотношение

Чтобы понять, как подключить трехфазный двигатель к обычной розетке, необходимо понять, как соотносится напряжение в промышленной сети. Общеизвестны значения напряжений — 220 и 380 вольт.Раньше было 127 В, но в пятидесятых годах этот параметр был отменен в пользу более высокого. Откуда взялись эти «магические числа»? Почему не 100, или 200, или 300? Кажется, что круглые числа легче вычислить.

Большинство промышленного электрооборудования предназначено для подключения к трехфазной сети переменного тока. Напряжение каждой фазы относительно нейтрального провода составляет 220 вольт, как в домашней розетке. Откуда поступает 380 В? Это очень просто, достаточно рассмотреть равнобедренный треугольник с углами 60, 30 и 30 градусов, который является векторной диаграммой напряжений.Длина самой длинной стороны будет равна длине бедра, умноженной на cos 30 °. После простых расчетов можно убедиться, что 220 x cos 30 ° = 380.

Трехфазный двигатель

Не все типы промышленных двигателей могут работать от одной фазы. Наиболее распространенными из них являются «рабочие лошадки», составляющие большинство электрических машин на любом предприятии — асинхронные машины мощностью от 1 до 1,5 кВА. Как работает этот трехфазный двигатель в трехфазной сети, для которой он предназначен?

Изобретателем этого революционного устройства стал русский ученый Михаил Осипович Доливо-Добровольский.Этот выдающийся инженер-электрик был сторонником теории трехфазной сети электропитания, которая в наше время стала доминирующей. Трехфазный асинхронный двигатель работает по принципу индукции токов от обмоток статора к закрытым проводникам ротора. В результате прохождения через короткозамкнутые обмотки в каждой из них возникает магнитное поле, взаимодействующее с линиями питания статора. Это приводит к крутящему моменту, который приводит к круговому движению оси двигателя.

Обмотки расположены под углом 120 °, поэтому вращающееся поле, создаваемое каждой фазой, последовательно толкает каждую намагниченную сторону ротора.

Треугольник или звезда?

Трехфазный двигатель в трехфазной сети не может быть включен двумя способами — с нейтральным проводом или без него. Первый метод называется «звездой», и в этом случае каждая из обмоток находится под фазовым напряжением (между фазой и нулем), равным 220 В в наших условиях. Схема подключения трехфазного «треугольного» двигателя предполагает последовательное подключение трех обмоток и линейного (380 В) напряжения к узлам коммутации.Во втором случае двигатель будет вырабатывать большую мощность примерно в 1,5 раза.

Как включить двигатель в обратном направлении?

Управление трехфазным двигателем может предполагать необходимость изменения направления вращения на противоположное, то есть обратное. Для этого вам просто нужно поменять два провода из трех.

Для удобства замены цепи в клеммной коробке двигатель снабжен перемычками, выполненными, как правило, из меди. Для включения «звезды» аккуратно соедините три выходных провода обмоток вместе.«Треугольник» немного сложнее, но с ним справится любой электрик средней квалификации.

Емкости с фазовым сдвигом

Поэтому иногда возникает вопрос, как подключить трехфазный двигатель к стандартной бытовой розетке. Если вы просто попытаетесь подключить два провода к штекеру, он не будет вращаться. Для того, чтобы дело пошло, вам нужно смоделировать фазу, сместив приложенное напряжение на некоторый угол (предпочтительно 120 °). Этот эффект может быть достигнут путем применения фазосдвигающего элемента.Теоретически, это может быть индуктивность и даже сопротивление, но чаще трехфазный двигатель в однофазной сети включается с помощью электрических конденсаторов (конденсаторов), обозначенных в схемах с латинской буквой C.

Что касается приложений Дросселей, это сложно из-за сложности определения их стоимости (если это не указано на корпусе устройства). Чтобы измерить значение L, вам понадобится специальный инструмент или схема, собранная для этой цели. Кроме того, выбор доступных дросселей обычно ограничен.Однако экспериментально может быть выбран любой сдвигающий фазу элемент, но это хлопотное дело.

Что происходит при включении двигателя? Одна из точек соединения питается нулем, другая — фазой, а третья — определенным напряжением, смещенным на некоторый угол относительно фазы. Специалисту также ясно, что работа двигателя не будет завершена в отношении механической мощности на валу, но в некоторых случаях сам факт вращения достаточен. Однако даже при запуске могут возникнуть некоторые проблемы, например, отсутствие начального крутящего момента, способного сдвинуть ротор с его места.Что делать в этом случае?

Пусковой конденсатор

Во время запуска вала предпринимаются дополнительные усилия по преодолению сил инерции и трения покоя. Для увеличения крутящего момента необходимо установить дополнительный конденсатор, который подключается к цепи только в момент запуска, а затем отключается. Для этих целей лучше всего использовать кнопку закрытия без фиксации положения. Схема подключения трехфазного двигателя с пусковым конденсатором приведена ниже, она проста и понятна.Когда напряжение приложено, нажмите кнопку «Пуск», и пусковой конденсатор создаст дополнительный сдвиг фазы. После того, как двигатель раскрутится до необходимой скорости, кнопку можно (и даже нужно) отпустить, и в цепи останется только работоспособность.

Расчет значений емкости

Итак, мы обнаружили, что для включения трехфазного двигателя в однофазную сеть требуется дополнительная схема подключения, которая, помимо кнопки запуска, включает два конденсатора.Их ценность должна быть известна, иначе система не будет работать. Сначала мы определяем величину электрической мощности, необходимую для того, чтобы ротор сместился с места. При параллельном включении это сумма:

C = Cm + Cp, где:

С st — запуск дополнительного отключения после взлетной мощности;

C p — рабочий конденсатор, обеспечивающий вращение.

Нам также необходимо значение номинального тока I n (оно указано на табличке, прикрепленной к двигателю на заводе).Этот параметр также можно определить с помощью простой формулы:

I n = P / (3 x U), где:

U — напряжение, при подключении со «звездой» — 220 В, а при «треугольнике», затем 380 В;

P — мощность трехфазного двигателя, иногда в случае

Однофазный асинхронный двигатель

Дмитрий Левкин

Сплитфазный двигатель — это однофазный асинхронный двигатель, имеющий вспомогательную (пусковую) обмотку на статоре, смещенную от основной, и короткозамкнутый ротор [2].

Конструкция однофазного асинхронного двигателя с вспомогательной или пусковой обмоткой

Основные части однофазного асинхронного двигателя: ротор и статор

Статор имеет две обмотки, расположенные под углом 90 ° относительно друг друга.Основная (рабочая) обмотка обычно занимает 2/3 пазов сердечника статора, другая обмотка называется вспомогательной (пусковой) и обычно занимает 1/3 пазов статора.

Двигатель фактически двухфазный, но поскольку после запуска работает только одна обмотка, электродвигатель называется однофазным.

Ротор обычно представляет собой короткозамкнутую обмотку, также называемую «короткозамкнутой клеткой» из-за сходства. Чьи медные или алюминиевые стержни закрыты кольцами на концах, а пространство между стержнями часто заполнено алюминиевым сплавом.Ротор однофазного двигателя также может быть выполнен в виде полого немагнитного или полого ферромагнитного цилиндра.

Однофазный асинхронный двигатель со вспомогательной обмоткой имеет две обмотки, расположенные перпендикулярно друг другу

Принцип работы однофазного асинхронного двигателя

Чтобы лучше понять работу однофазного асинхронного двигателя, давайте рассмотрим его только с одним витком в главной и вспомогательной обмотках.

Анализ корпуса с двумя обмотками, имеющими один оборот

Рассмотрим случай, когда ток не течет во вспомогательной обмотке.При включении основной обмотки статора переменный ток, проходящий через обмотку, создает пульсирующее магнитное поле, стационарное в пространстве, но изменяющееся от + Ф _макс. до -Ф _макс. .

Старт

Стоп

Колеблющееся магнитное поле

Если вы поместите короткозамкнутый ротор с начальным вращением в флуктуирующее магнитное поле, он продолжит вращаться в том же направлении.

Чтобы понять принцип работы однофазного асинхронного двигателя, мы разделяем флуктуирующее магнитное поле на два одинаковых вращающихся поля с амплитудой, равной Ф _макс. /2 и вращающихся в противоположных направлениях с одинаковой частотой:

,

• , где n _f — скорость вращения магнитного поля в прямом направлении, об / мин,
• n _r — скорость вращения магнитного поля в обратном направлении, об / мин,
• f ₁ — частота тока статора, Гц,
• — число пар полюсов,
• n ₁ — скорость вращения магнитного потока, об / мин

Старт

Стоп

Разложение флуктуирующего магнитного потока на два вращающихся

Действие флуктуирующего поля на вращающийся ротор

Рассмотрим случай, когда ротор в флуктуирующем магнитном потоке имеет начальное вращение.Например, мы вручную вращали вал однофазного двигателя, одна обмотка которого подключена к электросети переменного тока. В этом случае при определенных условиях двигатель будет продолжать развивать крутящий момент, поскольку скольжение ротора относительно прямого и обратного магнитного потока будет неравным.

Предположим, что прямой магнитный поток Ф _f вращается в направлении вращения ротора, а обратный магнитный поток Ф _r в противоположном направлении. Поскольку скорость вращения ротора n ₂ меньше скорости вращения магнитного потока n ₁ , то скольжение ротора относительно потока Ф _f будет:

,

• , где s _f — скольжение ротора относительно прямого магнитного потока,
• n ₂ — частота вращения ротора,
• с асинхронным двигателем скольжения

Прямой и обратный вращающийся магнитный поток вместо флуктуирующего магнитного потока

Магнитный поток Ф _r вращается против вращения ротора, скорость вращения ротора n ₂ относительно этого потока отрицательна, а скольжение ротора относительно Ф _r

,

• , где s _r — скольжение ротора относительно обратного магнитного потока

Старт

Стоп

Вращающееся магнитное поле, пронизывающее ротор

Ток, индуцированный в роторе переменным магнитным полем

Согласно закону электромагнитной индукции, магнитные потоки прямого Ф _f и обратного Ф _r , генерируемые обмоткой статора, индуцируют ЭДС в обмотке ротора, которая, соответственно, в короткозамкнутом роторе генерирует токи I _2f. а я _2р .Частота тока в роторе пропорциональна скольжению, поэтому:

,

• , где f _2f — частота тока I _2f , индуцированного прямым магнитным потоком, Гц

,

• , где f _2r — частота тока I _2r , индуцированного обратным магнитным потоком, Гц

Таким образом, когда ротор вращается, электрический ток I _2r , индуцированный обратным магнитным полем в обмотке ротора, имеет частоту f _2r , значительно превышающую частоту f _2f индуцированного тока ротора I _2f передним полем.

скольжения ротора относительно прямой магнитный поток s _f = 0,04;
частота тока, индуцированного прямым магнитным потоком f _2f = 2 Гц;
проскальзывание ротора относительно обратного магнитного потока а с _р = 1,96;
частота тока, индуцированного обратным магнитным потоком f _2r = 98 Гц

Согласно закону Ампера, крутящий момент возникает в результате взаимодействия электрического тока I _2f с магнитным полем F _f

,

• , где M _f — магнитный момент, создаваемый прямым магнитным потоком, Н ∙ м,
• с _М — постоянный коэффициент, определяемый конструкцией двигателя

Электрический ток I _2r , взаимодействуя с магнитным полем Ф _r , создает тормозной момент M _r , направленный против вращения ротора, то есть в противоположность моменту M _f :

,

• , где M _r — магнитный крутящий момент, создаваемый обратным магнитным потоком, Н 900 м

Результирующий крутящий момент, действующий на ротор однофазного асинхронного двигателя,

,

Примечание: В связи с тем, что во вращающемся роторе прямое и обратное магнитное поле будет индуцировать ток различной частоты, крутящие моменты, действующие на ротор в разных направлениях, не будут одинаковыми.Следовательно, ротор будет продолжать вращаться в колеблющемся магнитном поле в направлении, в котором он имел начальное вращение.

Эффект торможения обратного поля

Когда однофазный двигатель работает в пределах номинальной нагрузки, то есть при малых значениях скольжения s = s _f , крутящий момент создается в основном за счет крутящего момента M _f . Эффект торможения от крутящего момента обратного поля M _r незначительный. Это связано с тем, что частота f _2r намного выше частоты f _2f , поэтому индуктивное сопротивление обмотки ротора а х _2r = x ₂ с _r к току У меня _2р намного больше, чем у него активное сопротивление.Поэтому ток I _2r , имеющий большую индуктивную составляющую, оказывает сильное размагничивающее действие на обратный магнитный поток Ф _r , значительно ослабляя его.

,

• , где r ₂ — сопротивление стержней ротора, Ом,
• x _2r — реактивное сопротивление стержней ротора, Ом.

Если учесть, что коэффициент мощности мал, то станет понятно, почему M _r под нагрузкой двигателя не оказывает существенного тормозного воздействия на ротор однофазного двигателя.

При одной фазе ротор не может быть запущен.

Ротор, имеющий начальное вращение, будет продолжать вращаться в поле, создаваемом однофазным статором

Действие флуктуирующего поля на неподвижный ротор

При неподвижном роторе (n ₂ = 0) скольжение s _f = s _r = 1 и M _f = M _r , поэтому начальный пусковой момент однофазного асинхронного двигателя M _f = 0.Чтобы создать пусковой момент, необходимо привести ротор во вращение в ту или иную сторону. Тогда s ≠ 1, равенство моментов М _f и М _r нарушается, и результирующий электромагнитный момент приобретает некоторое значение M = M _f — M _r ≠ 0.

Запуск однофазного асинхронного двигателя. Как создать начальный поворот?

Одним из способов создания пускового крутящего момента в однофазном асинхронном двигателе является расположение вспомогательной (пусковой) обмотки B, которая смещена в пространстве относительно главной (рабочей) обмотки A под углом 90 электрических градусов.Для того чтобы обмотки статора создавали вращающееся магнитное поле, токи I _A и I _B в обмотках должны быть не в фазе относительно друг друга. Для получения фазового сдвига между токами I _A и I _B вспомогательная (пусковая) обмотка B подключается к фазосдвигающему элементу, который представляет собой сопротивление (резистор), индуктивность (дроссель) или емкость (конденсатор). [1].

После того, как ротор двигателя ускоряется до скорости вращения, близкой к постоянной, пусковая обмотка B отключается.Вспомогательная обмотка отключается либо автоматически с помощью центробежного переключателя, реле задержки времени, тока или дифференциального реле, либо вручную с помощью кнопки.

Таким образом, во время запуска однофазный асинхронный двигатель работает как двухфазный, а после запуска — как однофазный.

Подключение однофазного асинхронного двигателя

Сопротивление пуска асинхронного двигателя

Сопротивление пуска Асинхронный двигатель представляет собой двухфазный двигатель, в котором цепь вспомогательной обмотки отличается повышенным сопротивлением.

Омический фазовый сдвиг, бифилярная пусковая обмотка

Различное сопротивление и индуктивность обмоток

Для запуска однофазного асинхронного двигателя вы можете использовать пусковой резистор, который последовательно подключен к пусковой обмотке. В этом случае можно добиться сдвига фаз на 30 ° между токами главной и вспомогательной обмоток, чего вполне достаточно для запуска двигателя.В двигателе с пусковым сопротивлением разность фаз объясняется различным комплексным сопротивлением цепей.

Кроме того, фазовый сдвиг можно создать с помощью пусковой обмотки с меньшей индуктивностью и большим сопротивлением. Для этого пусковая обмотка выполняется с меньшим числом витков и с использованием более тонкой проволоки, чем в основной обмотке.

Пусковой конденсаторный асинхронный двигатель

Конденсаторный запуск Асинхронный двигатель представляет собой двухфазный двигатель, в котором цепь вспомогательной обмотки с конденсатором включается только на время пуска.

Емкостный фазовый сдвиг с пусковым конденсатором

Для достижения максимального пускового крутящего момента требуется создать круговое вращающееся магнитное поле, для этого необходимо, чтобы токи в основной и вспомогательной обмотках были смещены относительно друг друга на 90 °. Использование резистора или дросселя в качестве элемента, сдвигающего фазу, не обеспечивает требуемого сдвига фаз. Только включение конденсатора определенной емкости позволяет сдвиг фазы на 90 °.

Среди фазосдвигающих элементов только конденсатор позволяет достичь наилучших пусковых свойств однофазного асинхронного электродвигателя.

Двигатели, в цепи которых постоянно включенный конденсатор, используют две фазы для работы и называются конденсаторными. Принцип работы этих двигателей основан на использовании вращающегося магнитного поля.

Асинхронный двигатель с заштрихованными полюсами представляет собой двухфазный двигатель, в котором вспомогательная обмотка замкнута накоротко.

Статор однофазного асинхронного двигателя с заштрихованными полюсами обычно имеет выступающие полюса. Каждый полюс статора разделен на две неравные секции осевой канавкой. Меньшая часть полюса имеет короткозамкнутый виток. Ротор однофазного двигателя с заштрихованными полюсами закорочен в виде короткозамкнутого сепаратора.

Когда однофазная обмотка статора включена в электрическую сеть, в магнитной цепи двигателя создается флуктуирующий магнитный поток.Одна часть которого проходит через незатененную Ф ‘, а другая Ф «вдоль затененного участка полюса. Поток Ф» индуцирует ЭДС E _k в короткозамкнутом витке, в результате чего ток I _k отстает от E _к в фазе из-за индуктивности катушки. Ток I _к создает магнитный поток Ф _к , направленный противоположно Ф «, создавая результирующий поток в затененном участке полюса Ф _с = Ф» + Ф _к . Таким образом, в двигателе потоки затененных и незатененных участков полюса смещаются во времени на определенный угол.

Пространственные и временные углы сдвига между потоками Ф _с и Ф ‘создают условия для появления вращающегося эллиптического магнитного поля в двигателе, начиная с Ф _с ≠ Ф’.

Пусковые и рабочие свойства рассматриваемого двигателя низкие. КПД значительно ниже, чем у асинхронных двигателей с пусковым конденсатором той же мощности, что связано со значительными электрическими потерями в короткозамкнутой катушке.

Статор такого однофазного двигателя выполнен с выступающими полюсами на несимметричном многослойном сердечнике.Ротор имеет короткозамкнутую обмотку.

Этот двигатель для работы не требует использования фазосдвигающих элементов. Недостатком этого мотора является низкий КПД.

Также прочитайте