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.
Однофазные асинхронные двигатели выпускаются для работы без регулирования частоты вращения. В тех же случаях, когда необходимо изменять частоту вращения, чаще всего используются двигатели с изменением числа пар полюсов.
В целом, для изменения скорости однофазного двигателя можно применить 3 различных способа. Один состоит в том, что в статоре помещаются 2 полных комплекта обмоток, каждый для различного числа полюсов. Тогда согласно уравнению 2 различные скорости получаются при одной и той же частоте сети. Другие 2 способа состоят в изменении напряжения на зажимах двигателя или в изменении числа витков главной обмотки путем ответвлений от нее.
Способ, основанный на использовании 2 комплектов обмоток, применяется главным образом для двигателей с расщепленной фазой и двигателей с конденсаторным пуском. Способы, основанные на изменении напряжения или использовании обмотки с ответвлениями, применяются главным образом для конденсаторных двигателей с постоянно включенной емкостью.
В настоящее время для привода различных механизмов широкое распространение получили многоскоростные асинхронные конденсаторные электродвигатели (электродвигатели с одной постоянно включенной емкостью). Такой тип электродвигателей не требует дополнительных элементов, необходимых для включения в сеть, а также позволяет достаточно просто менять направление вращения вала. Для этого достаточно поменять в схеме местами концы главной или вспомогательной обмоток.
В конденсаторных двигателях применяются основные схемы включения обмоток, показанные на рис. 1. Наибольшее распространение получила так называемая параллельная схема соединения обмоток (рис. 1, а). Как видно из рисунка, обмотки статора включаются в сеть питания параллельно. Фазосдвигающая емкость С включается последовательно со вспомогательной обмоткой.
Величина емкости конденсатора выбирается из условий обеспечения требуемых характеристик электродвигателей. В основном в конденсаторных двигателях емкость выбирается такой, чтобы сдвиг фаз токов в главной и во вспомогательной обмотках в номинальном режиме был близок к 90°. В этом случае двигатель имеет наилучшие энергетические показатели в рабочей точке, но ухудшаются пусковые.
Рис. 1. Схемы соединения обмоток асинхронных двигателей
Изменение частоты вращения конденсаторных двигателей осуществляется, чаще всего за счет изменения числа пар полюсов. Для этого на статоре укладывается либо два комплекта обмоток с различным числом полюсов, либо один комплект, с переключением числа полюсов.
В тех же случаях, когда не требуется значительного диапазона регулирования частоты вращения, используется наиболее простой способ – изменение числа витков рабочей обмотки. В этом случае при неизменности напряжения сети изменяется величина магнитного потока электродвигателя и, следовательно, электромагнитный момент и частота врашения ротора.
Двухскоростные двигатели при обмотках с ответвлениями
Ранее было указано, что скорость однофазного двигателя может быть изменена или путем изменения напряжения на его зажимах, или путем изменения числа витков его вторичнной обмотки. Первый способ делает необходимым примение автотрансформатора и используется главным образом для конденсаторных двигателей с постоянно включенной емкостью, имеющих на валу вентилятор.
При автотрансформаторе можно получить и больше, чем 2 скорости. Изменение числа витков главной обмотки получается путем ответвлений от нее. Статор тогда имеет 3 обмотки: главную, промежуточную и вспомогательную. Первые 2 обмотки имеют одну и ту же магнитную ось, т. е. промежуточная обмотка наматывается в тех же пазах, что и главная обмотка (над ней).
Практическая реализация этого способа осуществляется следующим образом. В пазах статоре помимо проводников рабочей (РО) и конденсаторной обмоток (КО), укладываются проводники дополнительной обмотки (ДО). В результате комбинации различных схем включения обмоток (рис. 2) удастся получить при неизменной величине питающего напряжения различные механические характеристики электродвигателя.
Рис. 2. Схемы соединений статорных обмоток многоскоростного конденсаторного двигателя при минимальной (а), повышенной (б) и максимальной частоте вращения (в)
В процессе регулирования частоты вращения в многоскоростных конденсаторных электродвигателях возникают переходные процессы, связанные с изменением схем включения обмоток статора. Эти процессы протекают, как правило, при незатухающих магнитных полях и могут вызнать значительные броски токов и перенапряжения в обмотках двигателя и фазосмещающем конденсаторе.
Двухскоростные двигатели с 2 комплектами обмоток
Размещение 2 комплектов обмоток, т. е. 2 главных обмоток и 2 вспомогательных обмоток, требует значительного увеличения размеров. Для того чтобы уменьшить эти размеры, часто применяется соединение для вспомогательной или низкоскоростной обмотки, при котором число катушечных групп получается меньше числа полюсов.
На рис. 3 показана схема соединений обмоток для 4 и 6 полюсов (примерно 1435 а 950 об/мин при 50 гц). Внешняя обмотка — 4-полюсная главная обмотка. Следующая — 6-полюсная главная обмотка. Третья — 4-полюсная вспомогательная обмотка, имеющая только 2 катушечные группы. Внутренняя обмотка — 6-полюсная вспомогательная обмотка, имеющая также только 2 катушечные группы.
Рис. 3. Схема соединений для 2-скоростного (4 и 6 полюсов) двигателя.
На рис. 3 обе вспомогательные обмотки имеют уменьшенное число катушечных групп. Можно также и главную обмотку сделать такого же типа.
Рассмотрим 2 примера. Статорная обмотка для 4 и 8 полюсов может иметь нормальную 4-полюсную главную обмотку и 3 другие обмотки с уменьшенным числом катушечных групп, т. е. 8-полюсную главную обмотку с 4 катушечными группами, 4-полюсную вспомогательную обмотку с 2 катушечными группами и 8-полюсную вспомогательную обмотку с 4 катушечными группами.
Статорная обмотка для 6 и 8 полюсов может иметь нормальную 6-полюсную главную обмотку, две 8-полюсные обмотки с уменьшенным числом групп, т. е. 8-полюсную главную обмотку и 8-полюсную вспомогательную обмотку с 4 полюсными группами каждая, а 6-полюсную вспомогательную обмотку с 2 катушечными группами. 6-полюсная вспомогательная обмотка может быть также выполнена в виде нормальной обмотки, т. е. с 6 катушечными группами.
На рис. 4 показана схема 2-скоростного двигателя с расщепленной фазой с 2 обмотками и здесь же показано присоединение его к сети. Соединения выполнены таким образом, что требуется только 1 пусковой выключатель. Этот пусковой выключатель должен выключаться при 75 – 80% синхронной скорости низкоскоростной обмотки.
Рис. 4. Схема двухскоростного двигателя с расщепленной фазой
Если схема, показанная на рис. 4, применяется для двигателя с конденсаторным пуском, то используется или 1 конденсатор, соединенный последовательно с пусковым выключателем, или 2 конденсатора, 1 из которых соединяется последовательно с выводом П2, а другой — с выводом П21.
Если двигатель всегда можно пускать при соединении, соответствующем одной и той же скорости, то одна из вспомогательных обмоток может быть исключена. Пуск в этом случае частично или полностью автоматизируется.
Многоскоростные асинхронные однофазные электродвигатели ДАСМ
Для достижения больших частот вращения в бытовой технике часто необходимы электродвигатели с большим соотношением скоростей вращения ротора. Для этих целей применяются однофазные конденсаторные асинхронные двигатели с числами полюсов 2/12; 2/14; 2/16; 2/18; 2/24 и даже выше.
Однако изготовление двигателей с большим соотношением полюсов технологически сложно, поэтому пользуются разного рода механическими преобразователями частоты вращения, а также полупроводниковыми преобразователями частоты питающего напряжения.
Наиболее просто частота вращения в небольших пределах у этих двигателей регулируется изменением напряжения питания, для этого последовательно с обмоткой включаются дополнительные резисторы или дроссели.
Еще в СССР для привода бытовых автоматических стиральных машин был разработан двухскоростные конденсаторные электродвигатели типа ДАСМ-2 и ДАСМ-4 с числом полюсов 16/2.
Двигатель ДАСМ-2 был разработан для привода, автоматических стиральных машин емкостью 4 – 5 кг сухого белья. Первоначально он был рассчитан на номинальные мощности 75/400 Вт при частотах вращения 390/2750 об/мин.
Рис. 5. Двухскоростной конденсаторный асинхронный электродвигатель типа ДАСМ-2
На рис. 5 показаны схемы включения двигателей ДАСМ-2 и ДАСМ-4 в питающую сеть. Как видно из рисунка, двигатель ДАСМ-2 имеет на статоре четыре обмотки. Главная и вспомогательная обмотки соединены по параллельной схеме включения.
Двигатель ДАСМ-4 на низкой частоте вращения выполнен с трехфазной схемой включения в звезду, а на высокой частоте вращения – с параллельным включением обмоток статора. На статоре двигателя укреплено температурное реле РК-1-00 для защиты обмоток при перегрузках и в режимах короткого замыкания. Нормально замкнутые контакты реле включены в общий вывод статора электродвигателя.
Рис. 5. Схемы подключения двухскоростных электродвигателей к сети питания: а – электродвигателя ДАСМ-2; б – электродвигателя ДАСМ-4. Г.О. – главная обмотка; В.О, – вспомогательная обмотка; 1 – общий вывод обмоток малой и большой частоты вращения; 2 – конец вспомогательной обмотки большой частоты вращения; 3 – начало главной обмотки большой частоты вращения; 4 – начало вспомогательной обмотки низкой частоты вращения; 5 – начало главной обмотки низкой частоты вращения; Ср – рабочий конденсатор; Сп – пусковой конденсатор; РТ – реле тепловое защитное типа РК-1-00; РП – реле пусковое типа РТК-1-11; Р1, Р2 – контакты командоаппарата.
Чаще всего к нашим домам, участкам, гаражам подведена однофазная сеть 220 В. Потому оборудование и все самоделки делают так, чтобы они работали от этого источника питания. В данной статье рассмотрим, как правлильно сделать подключение однофазного двигателя.
Асинхронный или коллекторный: как отличить
Вообще, отличить тип двигателя можно по пластине — шильдику — на которой написаны его данные и тип. Но это только в том случае, если его не ремонтировали. Ведь под кожухом может быть что угодно. Так что если вы не уверены, лучше определить тип самостоятельно.
Так выглядит новый однофазный конденсаторный двигатель
Как устроены коллекторные движки
Отличить асинхронный и коллекторный двигатели можно по строению. У коллекторных обязательно есть щетки. Они расположены возле коллектора. Еще обязательный атрибут движка этого типа — наличие медного барабана, разделенного на секции.
Такие двигатели выпускаются только однофазные, они часто устанавливаются в бытовой технике, так как позволяют получить большое число оборотов на старте и после разгона. Также они удобны тем, что легко позволяют менять направление вращения — необходимо только поменять полярность. Несложно также организовать изменение скорости вращения — изменением амплитуды питающего напряжения или угла его отсечки. Потому и используются подобные двигатели в большей части бытовой и строительной техники.
Строение коллекторного двигателя
Недостатки колелкторых двигателей — высокая шумность работы на больших оборотах. Вспомните дрель, болгарку, пылесос, стиральную машину и т.д.. Шум при их работе стоит приличный. На малых оборотах коллекторные двигатели не так шумят (стиральная машина), но не все инструменты работают в таком режиме.
Второй неприятный момент — наличие щеток и постоянного трения приводит к необходимости регулярного технического обслуживания. Если токосъемник не чистить, загрязнение графитом (от стирающихся щеток) может привести к тому, что соседние секции в барабане соединятся, мотор попросту перестанет работать.
Асинхронные
Асинхронный двигатель имеет стартер и ротор, может быть одно и трех фазным. В данной статье рассматриваем подключение однофазных двигателей, потому речь пойдет только о них.
Асинхронные двигатели отличаются невысоким уровнем шумов при работе, потому устанавливаются в технике, шум работы которой критичен. Это кондиционеры, сплит-системы, холодильники.
Строение асинхронного двигателя
Есть два типа однофазных асинхронных двигателей — бифилярные (с пусковой обмоткой) и конденсаторные. Вся разница состоит в том, что в бифилярных однофазных двигателях пусковая обмотка работает только до разгона мотора. После она выключается специальным устройством — центробежным выключателем или пускозащитным реле (в холодильниках). Это необходимо, так как после разгона она только снижает КПД.
В конденсаторных однофазных двигателях конденсаторная обмотка работает все время. Две обмотки — основная и вспомогательная — смещены относительно друг друга на 90°. Благодаря этому можно менять менять направление вращения. Конденсатор на таких двигателях обычно крепится к корпусу и по этому признаку его несложно опознать.
Более точно определить бифолярный или конденсаторный двигатель перед вами можно при помощи измерений обмоток. Если сопротивление вспомогательной обмотки меньше в два раза (разница может быть еще более значительная), скорее всего, это бифолярный двигатель и эта вспомогательная обмотка пусковая, а значит, в схеме должен присутствовать выключатель или пусковое реле. В конденсаторных двигателях обе обмотки постоянно находятся в работе и подключение однофазного двигателя возможно через обычную кнопку, тумблер, автомат.
Схемы подключения однофазных асинхронных двигателей
С пусковой обмоткой
Для подключения двигателя с пусковой обмоткой потребуется кнопка, у которой один из контактов после включения размыкается. Эти размыкающиеся контакты надо будет подключить к пусковой обмотке. В магазинах есть такая кнопка — это ПНВС. У нее средний контакт замыкается на время удержания, а два крайних остаются в замкнутом состоянии.
Внешний вид кнопки ПНВС и состояние контактов после того как кнопка «пуск» отпущена»
Сначала при помощи измерений определяем какая обмотка рабочая, какая — пусковая. Обычно вывод от мотора имеет три или четыре провода.
Рассмотрим вариант с тремя проводами. В этом случае две обмотки уже объединены, то есть один из проводов — общий. Берем тестер, измеряем сопротивление между всеми тремя парами. Рабочая имеет самое меньшее сопротивление, среднее значение — пусковая обмотка, а наибольшее — это общий выход (меряется сопротивление двух последовательно включенных обмоток).
Если выводов четыре, они звонятся попарно. Находите две пары. Та, в которой сопротивление меньше — рабочая, в которой больше — пусковая. После этого соединяем один провод от пусковой и рабочей обмотки, выводим общий провод. Итого остается три провода (как и в первом варианте):
- один с рабочей обмотки — рабочий;
- с пусковой обмотки;
- общий.
С этими тремя проводами и работаем дальше — исползуем для подключения однофазного двигателя.
Со всеми этими 
-
Подключение однофазного двигателя с пусковой обмоткой через кнопку ПНВС
подключение однофазного двигателя
Все три провода подключаем к кнопке. В ней тоже имеется три контакта. Обязательно пусковой провод «сажаем на средний контакт (который замыкается только на время пуска), остальные два — на крайние (произвольно). К крайним входным контактам ПНВС подключаем силовой кабель (от 220 В), средний контакт соединяем перемычкой с рабочим (обратите внимание! не с общим). Вот и вся схема включения однофазного двигателя с пусковой обмоткой (бифолярного) через кнопку.
Конденсаторный
При подключении однофазного конденсаторного двигателя есть варианты: есть три схемы подключения и все с конденсаторами. Без них мотор гудит, но не запускается (если подключить его по схеме, описанной выше).
Схемы подключения однофазного конденсаторного двигателя
Первая схема — с конденсатором в цепи питания пусковой обмотки — хорошо запускаются, но при работе мощность выдают далеко не номинальную, а намного ниже. Схема включения с конденсатором в цепи подключения рабочей обмотки дает обратный эффект: не очень хорошие показатели при пуске, но хорошие рабочие характеристики. Соответственно, первую схему используют в устройствах с тяжелым пуском (бетономешалки, например), а с рабочим конденсором — если нужны хорошие рабочие характеристики.
Схема с двумя конденсаторами
Есть еще третий вариант подключение однофазного двигателя (асинхронного) — установить оба конденсатора. Получается нечто среднее между описанными выше вариантами. Эта схема и реализуется чаще всего. Она на рисунке выше в середине или на фото ниже более детально. При организации данной схемы тоже нужна кнопка типа ПНВС, которая будет подключать конденсатор только не время старта, пока мотор «разгонится». Потом подключенными останутся две обмотки, причем вспомогательная через конденсатор.
Подключение однофазного двигателя: схема с двумя конденсаторами — рабочим и пусковым
При реализации других схем — с одним конденсатором — понадобится обычная кнопка, автомат или тумблер. Там все соединяется просто.
Подбор конденсаторов
Есть довольно сложная формула, по которой можно высчитать требуемую емкость точно, но вполне можно обойтись рекомендациями, которые выведены на основании многих опытов:
- рабочий конденсатор берут из расчета 70-80 мкФ на 1 кВт мощности двигателя;
- пусковой — в 2-3 раза больше.
Рабочее напряжение этих конденсаторов должно быть в 1,5 раза выше, чем напряжение сети, то есть, для сети 220 В берем емкости с рабочим напряжением 330 В и выше. А чтобы пуск проходил проще, в пусковую цепь ищите конденсатор специальный конденсатор. У них в маркировке присутствует слова Start или Starting, но можно взять и обычные.
Изменение направления движения мотора
Если после подключения мотор работает, но вал крутится не в том направлении, которое вам надо, можно поменять это направление. Это делают поменяв обмотки вспомогательной обмотки. Когда собирали схему, один из проводов подали на кнопку, второй соединили с проводом от рабочей обмотки и вывели общий. Вот тут и надо перекинуть проводники.