Схема подключения асинхронного электродвигателя

Однофазные асинхронные двигатели на службе человечества

Никто глубоко не задумывался о том, как бы жили люди без такого изобретения, как электродвигатель асинхронный однофазный. Казалось бы, что такое умное слово никого не касается и витает где-то в заоблачной дали. Но этот большой помощник в быту встречается на каждом шагу.

Скажите, как можно обходиться без холодильника или пылесоса. А ведь не будь двигателя, всего этого не было бы сейчас. Предлагаем в статье узнать все подробности об этом устройстве, а дочитавшим до конца будет бонус в виде полезного справочника по асинхронным двигателям

История возникновения

Более 60 лет понадобилось многим ученым, пока однофазный асинхронный двигатель начал покорять просторы земного шара. Началось все с 1820-х годов, когда Джозеф Генри и Майкл Фарадей – открыли явления индукции и начали первые эксперименты.

В 1889-1891годах русский электротехник, поляк по происхождению, Михаил Осипович Доливо-Добровольский придумал ротор в виде “беличьей клетки”. К этому изобретению его подтолкнул доклад Феррариса «О вращающемся магнитном поле». С началом ХХ века пришло широкое внедрение электромеханических устройств.

Применение однофазных асинхронных двигателей

Известно, что однофазные двигатели уступают трехфазным по некоторым характеристикам. Однофазные моторы имеют в основном бытовое назначение:

пылесосы;
вентиляторы;
электронасосы;
холодильники;
машины для переработки сырья.

Для того, чтобы выполнить подключение асинхронного двигателя нужна однофазная сеть переменного тока. Такие двигатели работают при напряжении 220 Вольт и частоте 50 Гц. Прилагательное «асинхронный» указывает на то, что скорость вращения якоря отстает от магнитного поля статора.
Однофазные двигатели имеют две независимых цепи, но работают они в основном на одной, отсюда и название. Основные части двигателя:

Статор (неподвижный элемент).
Ротор (вращающаяся часть).
Механическое соединение этих двух частей.
Поворотные подшипники.

Соединение состоит из внутренних колец, установленных на закрепленных втулках вала ротора, наружных колец в защитных боковых крышках, прикрепленных к статору.

Для запуска однофазного асинхронного двигателя с пусковой обмоткой установлена другая катушка. Обмотка стартера установлена со смещением от рабочей катушки на 900 С. Для создания сдвига тока, в цепи однофазного двигателя имеется схема сдвига фаз. Сдвиг можно получить при помощи различных элементов. Это могут быть:

Активное сопротивление.
Емкостное.
Индуктивное.

В видео, представленном ниже, показан принцип работы однофазных асинхронных двигателей.

Принцип действия

Обмотки статора при помощи переменного тока образуют магнитные поля. Они имеют одинаковую амплитуду и частоту, но действуют в разных направлениях, поэтому статический ротор начинает вращаться.

Если в двигателе отсутствует пусковой механизм, ротор останавливается, потому что результирующий крутящий момент равен нулю. В случае, когда ротор начинает вращаться в одном направлении, соответствующий крутящий момент становится выше, когда вал двигателя продолжает вращаться в заданном направлении.

Момент запуска

Сигналом к запуску становится магнитное поле двух обмоток, вращающее подвижную часть двигателя. Оно создается 2 обмотками: главной и пусковой. Дополнительная обмотка меньшего размера является пусковой и подключается к основной схеме включения однофазного двигателя через ёмкостное или индуктивное сопротивление.

Пусковая обмотка может работать кратковременно. Более длительное время нахождения под нагрузкой может вызвать перегревание и воспламенение изолирующих элементов, что приведет к выходу из строя.

Надежность повышается за счет встраивания в схему однофазного асинхронного двигателя таких элементов как тепловое реле и центробежный выключатель. Последний отключает пусковую фазу в тот момент, когда ротор разгоняется до номинальной скорости. Отключение происходит автоматически.

Работа реле происходит следующим образом: когда обмотки нагреваются до предельного значения, установленного на реле, механизм прерывает подачу питания на обе фазы, предотвращая отказ из-за перегрузки или по любой другой причине. Это защищает от возгорания.

Возможно, вам будет интересно также почитать все, что нужно знать о шаговых электродвигателях в другой нашей статье.

Варианты подключения

Для того, чтобы мотор заработал необходимо иметь одну 220-вольтовую фазу. Это значит, что подойдет любая стандартная розетка. Благодаря этой простоте двигатели завоевали популярность в быту. Любой прибор, начиная от стиральной машины и до соковыжималки, имеет подобные механизмы в своем составе.

Известны два типа однофазных двигателей в зависимости от способа подключения:

Однофазный асинхронный двигатель с пусковой обмоткой.
Однофазный двигатель с конденсатором.

Схема подключения однофазного асинхронного двигателя с помощью конденсаторов изображена на рисунке.

Схема содержит пусковую обмотку с конденсатором. После ускорения ротора происходит выключение катушки. Рабочий конденсатор не позволяет размыкаться пусковой цепи, и запускающая обмотка работает через конденсатор в постоянном режиме.

Одновременно с рабочей обмоткой пусковая катушка снабжена током через конденсатор. При использовании в режиме пуска у катушки более высокое активное сопротивление. Фазовый сдвиг при этом имеет достаточную величину, чтобы началось вращение.

Допускается брать пусковую обмотку, с меньшей индуктивностью и большим сопротивлением. Запуск конденсатора осуществляется при подключении его к пусковой обмотке и временному источнику питания.

Чтобы достичь максимального значения пускового момента требуется вращающееся магнитное поле. Для этого нужно добиться положения обмоток под углом 900. При правильно рассчитанной емкости конденсатора обмотки могут быть смещены на 900 градусов. Расчет однофазного асинхронного двигателя зависит от схем подключения, которые приведены ниже.

Различные варианты подключения:

временное включение электрического тока на стартовую обмотку через конденсатор;
подача на пусковое устройство через резистор, без конденсатора;
запуск через конденсатор на пусковую обмотку постоянно, одновременно с работой рабочей обмотки.

Читать еще: Реверсивная схема подключения электродвигателя

Расчет проводной принадлежности

Для расчета проводов, соединяющих рабочую и пусковую обмотки, понадобится омметр. Измеряется сопротивление обмоток. R рабочей обмотки должно быть ниже, чем у стартера. Например, если измерения составили 12 Ом для одной обмотки и 30 Ом для другой, то сработают обе. У рабочей обмотки поперечное сечение больше, чем у выходной.

Выбор емкости конденсатора

Чтобы определить емкость конденсатора, необходимо знать ток потребления электродвигателя. Если ток 1,4 А, то понадобится конденсатор емкостью 6 микрофарад. Также можно ориентироваться на таблицу расчета емкости конденсатора, приведенную ниже.

Проверка работоспособности

Тестирование начинается с визуального осмотра. Возможные неисправности:

Если опорная часть на устройстве была сломана, это может привести к неисправностям.
При потемнении корпуса в средней части идет перегрев. Бывает попадание в корпус различных посторонних предметов, это способствует перегреванию. При износе и загрязнении подшипников возможен перегрев.
Когда однофазный электродвигатель на 220 вольт имеет в схеме подключения конденсатор увеличенного размера, он начинает перегреваться.

Запустить двигатель минут на пятнадцать, а затем проверить, не прогрелся ли он. Если двигатель не греется, причиной являлась увеличенная емкость конденсатора. Необходимо установить конденсатор, имеющий меньшую емкость.

Для лучшего понимания механизма работы двигателей, рекомендуем также подробнее прочитать, что такое трехфазный двигатель и как он работает.

Достоинства и недостатки

Основными плюсами являются:

простота конструкции;
повсеместная доступность однофазных сетей переменного тока 220 В при частоте 50 Гц (практически во всех районах).

К минусам можно отнести следующие обстоятельства:

невысокий пусковой момент двигателя;
низкая эффективность.

Заключение

Маломощные однофазные электродвигатели выпускаются в разной модификации и для разного назначения. Перед приобретением необходимо точно знать некоторые характеристики. Подробно с устройством данного типа двигателей можно ознакомиться, скачав книгу Алиева И. И. Асинхронные двигатели в трехфазном и однофазном режимах.

Российские производители предлагают некоторые серии устройств, имеющие мощность от 18 до 600 Вт, частоту вращения 3000 и 1500 об/мин. Все они предназначены для подключения в сеть с напряжением 127, 220 или 380 Вольт и частотой 50 Гц.

Схемы подключения трехфазных электродвигателей

ВАЖНО! Перед подключением электродвигателя необходимо убедится в правильности схемы соединения обмоток электродвигателя в соответствии с его паспортными данными.

Условные обозначения на схемах

Магнитный пускатель (далее — пускатель) — коммутационный аппарат предназначенный для пуска и остановки двигателя. Управление пускателем осуществляется через электрическую катушку, которая выступает в качестве электромагнита, при подаче на катушку напряжения она воздействует электромагнитным полем на подвижные контакты пускателя которые замыкаются и включают электрическую цепь, и наоборот, при снятии напряжения с катушки пускателя — электромагнитное поле пропадает и контакты пускателя под действием пружины возвращаются в исходное положение размыкая цепь.

У магнитного пускателя есть силовые контакты предназначенные для коммутации цепей под нагрузкой и блок-контакты которые используются в цепях управления.

Контакты делятся на нормально-разомкнутые — контакты которые в своем нормальном положении, т.е. до подачи напряжения на катушку магнитного пускателя или до механического воздействия на них, находятся в разомкнутом состоянии и нормально-замкнутые — которые в своем нормальном положении находятся в замкнутом состоянии.

В новых магнитных пускателях имеется три силовых контакта и один нормально-разомкнутый блок-контакт. При необходимости наличия большего количества блок-контактов (например при сборке реверсивной схемы пуска электродвигателя), на магнитный пускатель сверху дополнительно устанавливается приставка с дополнительными блок-контактами (блок контактов) которая, как правило, имеет четыре дополнительных блок-контакта (к примеру два нармально-замкнутых и два нормально-разомкнутых).

Кнопки для управления электродвигателем входят в состав кнопочных постов, кнопочные посты могут быть однокнопочные, двухкнопочные, трехкнопочные и т.д.

Каждая кнопка кнопочного поста имеет по два контакта — один из них нормально-разомкнутый, а второй нормально-замкнутый, т.е. каждая из кнопок может использоваться как в качестве кнопки «Пуск» так и в качестве кнопки «Стоп».

Схема прямого включения электродвигателя

Данная схема является самой простой схемой подключения электродвигателя, в ней отсутствует цепь управления, а включение и отключение электродвигателя осуществляется автоматическим выключателем.

Главными достоинствами данной схемы является дешевизна и простота сборки, к недостаткам же данной схемы можно отнести то, что автоматические выключатели не предназначены для частого коммутирования цепей это, в сочетании с пусковыми токами, приводит к значительному сокращению срока службы автомата, кроме того в данной схеме отсутствует возможность устройства дополнительной защиты электродвигателя.

Схема подключения электродвигателя через магнитный пускатель

Эту схему так же часто называют схемой простого пуска электродвигателя, в ней, в отличии от предыдущей, кроме силовой цепи появляется так же цепь управления.

При нажатии кнопки SB-2 (кнопка «ПУСК») подается напряжение на катушку магнитного пускателя KM-1, при этом пускатель замыкает свои силовые контакты KM-1 запуская электродвигатель, а так же замыкает свой блок-контакт KM-1.1, при отпускании кнопки SB-2 ее контакт снова размыкается, однако катушка магнитного пускателя при этом не обесточивается, т.к. ее питание теперь будет осуществляться через блок-контак KM-1.1 (т.е. блок-контак KM-1.1 шунтирует кнопку SB-2). Нажатие на кнопку SB-1 (кнопка «СТОП») приводит к разрыву цепи управления, обесточиванию катушки магнитного пускателя, что приводит к размыканию контактов магнитного пускателя и как следствие, к остановке электродвигателя.

Реверсивная схема подключения электродвигателя (Как изменить направление вращения электродвигателя?)

Что бы поменять направление вращения трехфазного электродвигателя необходимо поменять местами любые две питающие его фазы:

Читать еще: Схема включения узо

При необходимости частой смены направления вращения электродвигателя применяется реверсивная схема подключения электродвигателя:

В данной схеме применяется два магнитных пускателя (KM-1, KM-2) и трехкнопочный пост, магнитные поскатели применяемые в данной схеме кроме нормально-разомкнутого блок-контакта должны так же иметь и нормально замкнутый контакт.

При нажатии кнопки SB-2 (кнопка «ПУСК 1») подается напряжение на катушку магнитного пускателя KM-1, при этом пускатель замыкает свои силовые контакты KM-1 запуская электродвигатель, а так же замыкает свой блок-контакт KM-1.1 который шунтирует кнопку SB-2 и размыкает свой блок-контакт KM-1.2 который защищает электродвигатель от включения в обратную сторону (при нажатии кнопки SB-3) до его предварительной остановки, т.к. попытка запуска электродвигателя в обратную сторону без предварительного отключения пускателя KM-1 приведет к короткому замыканию. Что бы запустить электродвигатель в обратную сторону необходимо нажать кнопу «СТОП» (SB-1), а затем кнопку «ПУСК 2» (SB-3) которая запитает катушку магнитного пускателя KM-2 и запустит электродвигатель в обратную сторону.

Примечание: В данной статье понятия пускателя и контактора не разделяются в связи с идентичностью их схем подключения подробнее читайте статью: Контакторы и магнитные пускатели.

Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!

Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.

Способы подключения асинхронного электродвигателя

С момента изобретения асинхронного двигателя появились различные вариации его исполнения. Но способы подключения остались прежними. Наиболее популярны две схемы: звезда и треугольник. Рассмотрим преимущества и недостатки каждой из них. Выясним, какой метод подключения оптимален.

Подключение звездой

При соединении обмоток статора асинхронного двигателя по схеме «звезда их концы объединяют в одной точке. При питании от трехфазной электролинии вольтаж подается на их начала.

Способ подходит для подключения трехфазных двигателей к трехфазной линии по большему напряжению. Например:

Двигатель 380 к сети 380 Вольт;
Двигатель 220В к сети под напряжением 220 единиц;
Двигатель 127 220В к сети 220 Вольт;
Двигатель 220 380 к сети 380 Вольт.

Преимущество метода заключается в плавном запуске мотора и его мягкой работе. Это благоприятно сказывается на его эксплуатационном сроке. Но в этом кроется недостаток: схема «звезда» несет потери по мощности в полтора раза по сравнению с подключением способом «треугольник».

Остается вопрос: можно ли, и если да, то, как подключить асинхронный двигатель на 220 или 127 Вольт (низшие значения вольтажа из двух номинальных) звездой? Да, можно. Но это будет невыгодно из-за высокой потери мощности, которая прямо пропорциональна подающемуся напряжению и зависит от способа включения. Поэтому потери мощности по специфике соединения будут сочетаться с потерями по вольтажу (вместо 380 Вольт будет 220В).

Подключение треугольником

Схема «треугольник» отличается от предыдущей тем, что обмотки соединяются последовательно. Тогда конец первой обмотки соединяется с началом второй, конец которой – с началом третьей, вывод которой – с началом первой.

Преимущество способа заключается в том, что он обеспечивает достижение максимальной мощности. Но при запуске двигателя образуются высокие пусковые токи, которые могут привести к уничтожению изоляции. Поэтому не рекомендуется подавать высокое напряжение.

Треугольное соединение используется для подключения однофазного двигателя к однофазной сети 127 или 220 Вольт. Она же применяется для трехфазных электродвигателей с двумя номинальными напряжениями при включении в однофазную сеть (только на меньшее значение):

Мотор 220 380 к сети с напряжением 220 Вольт;
Мотор 127 220В к сети с вольтажом 127 единиц.

Внимание! Существуют трехфазные электросети: 600, 380, 220 и 127 Вольт. Но к бытовым из них относят только с напряжением в 380. А 220 в быту относится к однофазным линиям. Поэтому наибольшее распространение получили моторы 220/380В, которые можно подключить как в городе, так и в частном доме.

С технической точки зрения для высокого значения номинального напряжения схема «треугольник» тоже подходит. Но ввиду высоких пусковых токов это нецелесообразно и очень опасно: изоляция сгорит от тепла, выделяемого обмоткой.

Подключение методом «звезда-треугольник»

Для продолжительной эксплуатации электродвигателя важен мягкий запуск, а для высокой производительности – большая мощность. Для того чтобы сочетать преимущества описанных выше способов соединения обмоток, была разработана новая схема: треугольник-звезда. Она подходит для высокомощных моторов от 5 кВт.

Для подключения электродвигателя таким способом понадобится реле времени. Технически управление выглядит следующим образом:

Через реле времени К1 и контакт К2 на участке электроцепи контактора, обозначаемого К3, подается оперативное напряжение;
Контактор К3 замыкается, но размыкается контакт К3 на части электроцепи контактора, условно обозначаемого К2 для блокировки ошибочного включения. Одновременно в электроцепи контактора К1, совмещенного с клеммами временного реле, включается контакт К3;
При подключении контактора К1 замыкается контакт К1, расположенный на участке электроцепи с его катушкой. Тут же срабатывает реле времени, которое разъединяет контакт К1 на участке цепи с катушкой контактора К3, но соединяет его с катушкой контактора, обозначаемого на схеме К2;
Контактор К3 выключается, а контакт К3, расположенный на части цепи, где находится катушка второго контактора К2, замыкается;
Включается контактор К2, но контакт К2 на участке третьего контактора К3 размыкается в целях блокировки ошибочного включения.

Читать еще: Схема подключения ограничителя импульсных перенапряжений

Описание принципа питания:

После включения третьего контактора замыкается третий контакт. При этом на блоке расключения начал обмоток (БРНО) замыкаются концы обмоток по схеме «звезда»: U2, V2 и W2;
После включения первого контактора замыкается первый контакт. При этом питание подается на концы обмоток: U1, V1 и W1;
После срабатывания временного реле происходит переключение на соединение треугольником;
Контактор третий отключается, но включается второй с замыканием второго контакта;
Питание теперь подается на концы обмоток, расположенных на БРНО (U2, V2 и W2).

Описать можно простыми словами: включение в работу электродвигателя сначала происходит посредством соединения обмоточных выводов в звезду. Этим обеспечивается мягкий и плавный запуск без перегревания. Когда мотор наберет обороты, автоматические происходит переключение на треугольное соединение. Момент переведения сопровождается незначительным снижением скорости вращения. Однако она быстро восстанавливается.

Подключение многоскоростных моторов

Если работа асинхронного электродвигателя может иметь несколько режимов, отличающихся по скорости вращения ротора, то говорят, что он многоскоростной. Различают двухскоростной, трехскоростной и четырехскоростной вариант исполнения. Схемы их подключения сложные, но основываются на уже рассмотренных нами способах соединения: «звезда» и «треугольник».

Двухскоростной мотор может подключаться тремя способами:

Треугольник/двойная звезда (на рисунках обозначен буквой «а»). Подходит для подключения электродвигателя, низшая частота вращения которого вдвое меньше высшей частоты (отношение 1 к 2). Схема «треугольник» активна при низких оборотах, а «двойная звезда» — при высоких;
Треугольник/сдвоенная звезда с прибавочной обмоткой (на рисунках буква «б»). Схема хороша для двигателей со следующими отношениями частот: 2 к 3 и 3 к 4;
Тройная звезда/тройная звезда без дополнительной обмотки (на рисунке буква «в»). Схема подходит в тех же случаях, что и треугольник/двойная звезда с использованием дополнительной обмотки.

Подключение трехскоростного асинхронного двигателя отличается лишь тем, что у такого мотора не одна, а две обмотки, которые не зависят друг от друга. Первая подключается так же, как двухскоростной мотор с одной обмоткой по схеме «а». Вторая соединяется звездой. Всего выводов – 9.

У четырехскоростного мотора тоже две независимые друг от друга обмотки. Но в отличие от трехскоростного двигателя подключение каждой обмотки производится по схеме треугольник/сдвоенная звезда.

Нахождение начал и концов обмоток

Для асинхронных электродвигателей, работающих на одной скорости, характерно наличие шести контактов для трех обмоток (по одному контакту на начало и конец для каждой из них). Если на моторе указано их предназначение, то можно сразу приступать к подсоединению. Но иногда следы меток стираются, или их нет совсем. Тогда перед подключением необходимо определить пары выводов, а также места, где намотка начинается, а где заканчивается.

Поиск парных клемм

Сначала нужно определить выводы, принадлежащие только одной обмотке. Всего получится три пары. Для этого используйте лампу и соединительные провода:

Ко второму зажиму в сети подсоедините один из выводов. Свободных останется 5;
Включите лампу в сеть через третий зажим;
Второй конец провода соедините с одной из клемм статора;
Если свечения нет, то разъедините их и подключите к другому выводу;
Меняйте соединение лампы со свободными контактами до тех пор, пока не будет замечено накала в лампочке. Как только появился свет, подключенные к сети контакты статора пометьте. Это пара одной из намоток;
Точно так же определите две оставшиеся пары;
Пометьте каждую пару так, чтобы в последующем не приходилось вновь их искать.

Внимание! Во время работы следите, чтобы оголенные выводы намоток не касались друг друга. Иначе пары могут быть определены ошибочно.

Пометка начал обмоток и их концов

Есть два метода:

Внимание! Для краткости: Н – начало, К – конец.

Описание метода трансформации:

В одну пару включите лампу, а две оставшиеся соедините между собой последовательно, после чего подайте напряжение;
Если свечения нет (рисунок б), то намотки были соединены К-Н-Н-К или Н-К-К-Н. Тогда нужно одну из намоток перевернуть, поменяв местами зажимы;
Если появилось свечение (рисунок а), то на месте соединения двух пар можно смело пометить один из выводов концом, а другой – началом;
Чтобы определить Н и К для обмотки, в которую включена лампа, нужно переставить ее на одну из намоток с уже определенными концами (рисунок в).

Описание способа поиска Н и К подбором фаз:

Наугад попробуйте соединить двигатель звездой;
Включите в сеть и следите за его работой. Если он гудит, то контакты одной из намоток поменяйте местами;
Если мотор все равно гудит при работе, то верните контакты на место, но соедините с центром звезды противоположный вывод другой намотки;
Если гудение пропало, то все выводы в центре – концы, а их противоположные стороны – начала. Если еще гудит, то поменяйте местами соединения третьей намотки.

Внимание! Метод подбора фаз подходит только для маломощных моторов до 5 кВт.

Однофазный мотор можно подключить только к однофазной линии. Трехфазный двигатель подходит как для однофазной, так и для трехфазной линии. Причем для однофазного подключения в сеть 127 или 220 Вольт выгодна схема «треугольник», а для линий 220 и 380 Вольт с тремя фазами – «звезда». В зависимости от технических характеристик мотора подключение может выполняться путем комбинаций этих методов.

{SOURCE}