Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором схема включения 220в: Как подключить трехфазный электродвигатель в сеть 220 В – Однофазный асинхронный двигатель схема подключения

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором схема включения 220в

Подключение однофазного асинхронного двигателя и принцип его работы

Используемые в настоящее время бытовые приборы в своем подавляющем большинстве работают при помощи однофазного асинхронного двигателя. Максимальная мощность такого двигателя не превышает 500 Вт.

Однофазный асинхронный двигатель: принцип работы

Однофазный двигатель работает за счет вращающегося магнитного поля, которое возникает при смещении в пространстве двух обмоток статора, соединенных параллельно, относительно друг друга. Важным условием работы однофазного двигателя является сдвиг по фазе токов обмоток. Для этого в конструкции двигателя предусмотрен фазосмещающий элемент (как правило, это конденсатор), он подключен последовательно одной из статорных обмоток. Роль фазосмещающего сетевого элемента может выполнять активное сопротивление или индуктивность.

В том случае если при работе двигателя цепь обмотки разрывается, прекращается движение магнитного потока (Ф) статора. Происходит инерционное вращение ротора, поэтому, поток остается вращающимся по отношению к обмотке ротора и наводит ЭДС, силу тока (I) и собственный магнитный поток (Ф), при этом движение магнитного потока (Ф) ротора совпадает со статорным магнитным потоком.

Магнитный поток ротора изменяется. Данное действие основывается на синусоидальном законе согласно которому, изменяя направление на противоположное, ротор остается в состоянии вращения. В связи с этим запуск мотора возможен в том случае если наличествует внешний фактор, который способен осуществить возвратное вращательное движение ротора в первоначальное направление.

Так как при запуске однофазного двигателя применяется пусковая катушка с применением фазосмещающего элемента. Сопротивление активного типа используется в этом роде очень часто, в связи с дешевизной.

После запуска двигателя возникает отключение обмотки действующей для запуска. Обмотка пуска работает в кратковременном режиме, и для ее изготовления применяется более тонкий провод, чем идет на изготовление рабочей обмотки.

Подключение однофазного асинхронного двигателя

Рис. №1.Схемы подключения асинхронного двигателя к однофазной сети

Для подключения однофазного асинхронного двигателя к однофазной сети прибегают к помощи резистора, используемого для запуска, и присоединенного к пусковой катушке (обмотке) последовательным методом, таким образом, между токами, которые присутствуют в обмотке двигателя, наблюдается сдвиг фаз на 30 о. этого хватает для запуска асинхронной машины в работу. В конструкции двигателя, в котором присутствует сопротивление пуска, наличие фазового угла объясняется неодинаковым комплексным сопротивлением в электрических цепях двигателя.

Рис. №2. Схема включения асинхронного однофазного двигателя с распределенной статорной обмоткой, используемой в качестве привода активатора стиральных машин бытового назначения.

Кроме, использования сопротивления пуска применяется подключение однофазного двигателя к однофазной цепи с конденсаторным пуском. Двигатель, выполняющий эту операцию, будет использовать расщепленную фазу. Особенность этого способа в том, что вспомогательная катушка, в которую встроен конденсатор используется в момент времени запуска. Чтобы достигнуть максимально возможного эффекта сдвиг токов относительно обмоток должен достигать максимально высокого значения угла – 90 о .

Среди разнообразия элементов, используемых для сдвига фаз, только использование конденсатора дает возможность получения максимально лучшего пускового эффекта однофазного асинхронного двигателя .

Однофазный двигатель с расщепленной фазой и экранированными полюсами

При рассмотрении однофазных электродвигателей нельзя забыть о моделях двигателей в конструкции, которых применяются экранированные полюса, в такой машине присутствует расщепленная фаза и короткозамкнутая вспомогательная обмотка. Статор такого двигателя имеет явно выраженные полюса, каждый из которых разделен аксиальным пазом на две неодинаковые части, на меньшей части находится короткозамкнутый виток.

При присоединении статора двигателя в электрическую сеть, магнитный поток, для которого характерно пульсирующее действие и созданный в магнитопроводе машины, делится на 2 части. Движение одной из них идет по части полюса без экрана, вторая следует по части полюса покрытой экраном. Индуктивность витка приводит к отставанию тока по фазе от наведенной магнитным потоком ЭДС. Магнитный поток короткозамкнутой обмотки создает результирующий поток, который движется в экранированной части полюса. В разноименных частях полюсов наблюдается сдвиг разных магнитных потоков на определенное значение угла, а также на разницу во времени.

Недостаток этих моделей заключается в значительных электрических потерях, которые присутствуют в витках обмотки замкнутой накоротко.

Используется в конструкции тепловентиляторов и вентиляторов.

Однофазный двигатель с ассиметричным магнитопроводом статора

Особенность конструкции заключается в наличии явно выраженных полюсов, расположенных на несимметричном сердечнике, изготовленным шихтованным способом. Конструкция ротора короткозамкнутая, тип обмотки – «беличья клетка». В конструкции такого двигателя характерно отсутствие элементов для сдвига по фазе. Улучшение пусковой характеристики достигается добавление в конструкцию магнитных шунтов.

Рис. №3. Чертеж асимметричного статора асинхронной машины.

Недостатки этих машин.

1. Малый КПД.
2. Невозможность реверсирования.
3. Невысокий пусковой момент.
4. Сложность операций по изготовлению магнитных шунтов.

Несмотря на наличие недостатков, однофазные асинхронные машины широко используются для конструирования бытовой техники, причина в невысокой мощности бытовой электрической сети, которой соответствует мощность однофазных асинхронных двигателей.

Еще материалы по теме:

Самостоятельное проектирование и изготовление вертикального ветряка на основе асинхронного двигателя Экономитель воды – аэратор: примеры использования и принцип работы Вольтметр. Устройство, принцип работы, виды и характеристики Все условия параллельной работы трансформаторов

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.

Схема подключения коллекторного электродвигателя в 220В

Схема подключения однофазного асинхронного двигателя (схема звезда)

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.

однофазный асинхронный двигатель и конденсатор

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.

Керамический и электролитический конденсатор

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.

подключение трехфазного двигателя к однофазной и трехфазной сети

За счет простой конструкции и легкости обслуживания асинхронные электрические двигатели находят широкое применение практически в любой сфере от промышленных предприятий до бытовой техники. Из-за особенности рабочего принципа они по-разному подключаются к трехфазным и однофазным электросетям.

Содержание:

1. Принцип работы
2. Подключение к однофазной сети через конденсатор
3. Подключение без конденсатора
4. Реверс двигателя в однофазной сети
5. Подключение к трехфазной сети двигателя с короткозамкнутым ротором
6. Подключение двигателя с фазным ротором

Принцип работы

Асинхронный трехфазный электродвигатель представляет собой конструкцию из двух основных компонентов: статора – большого неподвижного элемента, служащего одновременно и корпусом двигателя, и ротора – подвижной детали, передающей механическую энергию на вал. Читайте более подробно о принципе работы асинхронного двигателя в отдельной статье. Очень рекомендуем сделать это, т.к. информация там может быть полезна в работе!

Коротко, статор представляет собой корпус, внутри которого находится сердечник или магнитопровод. Внешне он похож на беличье колесо и собирается из электротехнической стали, изолированный с помощью нанесения специального лака. Такая конструкция снижает количество вихревых токов, появляющихся при воздействии с круговым магнитным полем двигателя. В пазах сердечника располагаются три обмотки, на которые подается питание.

беличье колесо

Ротор представляет собой шихтованный сердечник и вал. Стальные листы, используемые в роторном сердечнике, не обрабатываются лаком-изолятором. Обмотка ротора – короткозамкнутая.

Рассмотрим принцип действия этой конструкции. После подачи энергии на асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором на фиксированных обмотках статора создается магнитное поле. При подключении к сети с синусоидальным переменным током, характер поля будет изменяться с изменением показателей сети. Поскольку обмотки статора смещены относительно друг друга не только в пространстве, но и во времени, возникают три магнитных потока со смещением, в результате взаимодействия которых возникает вращающееся результирующее поле, проводящее ротор в движение.

Несмотря на то, что фактически ротор неподвижен, вращение магнитных полей на обмотках статора создает относительно вращение, что и приводит его в движение. Результирующее поле, «собранное» потоками обмоток, в процессе вращения наводит электродвижущую силу в проводники ротора. Согласно правилу Ленца, основное поле буквально пытается догнать поток на обмотках с целью сокращения относительной скорости.

Асинхронные двигателя относятся к электрическим машинам и, следовательно, могут использоваться не только в качестве моторов, но и как генераторы. Для этого необходимо, чтобы вращение ротора осуществлялось через некий внешний источник энергии, например, через другой двигатель или воздушную турбину. При наблюдении остаточного магнетизма на роторе, то в обмотках статора также будет генерироваться переменный поток, что приведет к получению напряжения на них за счет принципа индукции. Такие генераторы называют индукционными, они находят в бытовой и хозяйственной сфере для обеспечения бесперебойной работы непостоянных сетей переменного тока.

Подключение к однофазной сети через конденсатор

Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети невозможно в чистом виде, без изменения схемы питания. Дело в том, что для создания вращающегося магнитного потока необходимо наличие как минимум двух обмоток со сдвигом по фазе, за счет которого и создает относительное движение статора. Если мотор подключить к бытовой однофазной сети напрямую, подав питание на одну из обмоток статора, он не будет работать. Это связано с тем, что одна работающая фаза создает пульсирующее поле, которое может обеспечивать движение вращающегося ротора, но не способно запустить его.

Для решения этой проблемы в двигателе размещается дополнительная обмотка под углом в 90˚ относительно основной, в цепь которой последовательно включен фазосмещающий элемент. В этом качестве могут выступать резисторы, индукционные катушки и другие устройства, однако лучшую эффективность показало применение конденсаторов.

Дополнительная обмотка, создаваемая с помощью конденсаторов, чаще всего выступает в роли пускателя двигателя, поэтому её называют пусковой. По достижении определенной температуры и скорости вращения вала срабатывает переключатель, размыкающий цепь. После этого работа двигателя обеспечивает взаимодействием между ротором и пульсирующим полем рабочей обмотки, как уже было описано выше.

Для обеспечения максимальной эффективности работы необходимо использование конденсаторов, чья ёмкость подходит под сетевые показатели. Кроме того, нередко в таких двигателях используется магнитный пускатель или реле тока для автоматического управления рабочим процессом. В видео ниже, будет и про магнитный пускатель.

Функциональные особенности подключения асинхронного двигателя с одним конденсатором отличаются хорошими пусковыми характеристиками, но сравнительно небольшой мощностью. Поскольку частота бытовой сети с напряжением 220 В составляет 50 Гц, такие моторы не могут вращаться со скоростью более 3000 об/мин. Это сокращает сферу их использования до бытовых приборов: пылесосов, холодильников, триммеров, блендеров и т.д.

Очень настоятельно рекомендуем посмотреть два видео ролика в этом разделе (одно сверху, другое снизу), т.к. наглядное пособие, может быть крайне полезным.

Подключение без конденсатора

Для подключения асинхронного двигателя в однофазную сеть без использования конденсаторов существуют две популярные схемы. Для обеспечения работы двигателя берутся синисторы с разнополярными импульсами управления и симметричный динистор.

Первая схема предназначена для электродвигателей с величиной номинального вращения от 1500 об/мин. В качестве фазосмещающего элемента выступает специальная цепочка. Схема соединения обмоток статора – треугольник.

Необходимо создать сдвинутое напряжение на конденсаторе путем изменения сопротивления. После того, как напряжение конденсатора достигнет нужного уровня, динистор переключится и включит заряженный конденсатор в схему запуска.

Вторая схема подходит для электродвигателей с большим пусковым сопротивлением или номинальной скоростью вращения от 3000 об/мин.

Очевидно, в данной ситуации необходимо создать сильный пусковой момент. Именно по этой причине в машинах этого типа для подключения статорных обмоток используется треугольник. Вместо фазосдвигающих конденсаторов в этой схеме применяются электронные ключи. Первый из них последовательно включается в цепь рабочей фазы, а второй – параллельно. В результате этой хитрости создается опережающий сдвиг тока. Однако данный способ эффективен только для двигателей 120˚ электрическим смещением.

Трехфазный электромотор можно подключить с помощью тиристорного ключа. Это, пожалуй, самый простой и эффективный способ подключения асинхронного двигателя в однофазную сеть без конденсаторов. Принцип его действия таков: ключ остается закрытым во время максимального сопротивления. Благодаря этому создается наибольший фазовый сдвиг и, соответственно, пусковой момент. По мере ускорения вала сопротивление снижается до оптимального уровня, сохраняющего сдвиг по фазе в пределах значения, обеспечивающего работу двигателя.

При наличии тиристорного ключа можно и вовсе отказаться от конденсаторов – он демонстрирует лучшие рабочие и пусковые характеристики даже для двигателей мощностью более 2 кВт.

Реверс электродвигателя в однофазной сети

При подключении асинхронного двигателя в сеть с однофазным током управлять реверсом (обратным вращением) ротора можно с помощью третьей обмотки. Для этого необходим тумблер или аналогичный двухпозиционный переключатель. Сначала с ним через конденсатор соединяется третья обмотка. Два контакта тумблера подключаются к двум другим обмоткам. Такая простая схема позволит управлять направлением вращения, переводя переключатель в нужное положение.

Подключение к трехфазной сети двигателя с короткозамкнутым ротором

Самыми эффективными и часто используемыми способами подключения асинхронного двигателя к трехфазной сети являются так называемые звезда и треугольник.

В конструкции двигателя с короткозамкнутым ротором есть всего шесть контактов обмоток – по три на каждой. Для того чтобы подключить асинхронный двигатель звездой необходимо соединить концы обмоток в одном месте, подобно лучам звезды. Примечательно, что в такой схеме напряжение у начал обмоток составляет 380 В, а на участке цепи, пролегающем между их соединением и местом подключения фаз – 220 В. Возможность включения двигателя данным методом указывается на его бирке символом Y.

Главное достоинство этой схемы в том, что она предотвращает возникновение перегрузок по току на электродвигателе при условии использования четырехполюсного автомата. Машина запускает плавно, без рывков. Недостаток схемы в том, что пониженное напряжение на каждой из обмоток не дает двигателю развивать максимальную мощность.

схема подключения звезда

Если электродвигатель с короткозамкнутым ротором был подключен по схеме звезда, это можно заметить по общей перемычке на концах обмоток.

Асинхронный двигатель, звезда в сборе

Для обеспечения предельной рабочей мощности трехфазного электродвигателя его подключают к сети треугольником. В этой схеме обмотки статора соединяются друг с другом по принципу конец-начало. При питании от трехфазной сети нет необходимости в соединении с рабочим нулем. Напряжение на участках цепи между выводами будет равняться 380 В. На табличке двигателя, подходящего для подключения треугольников, изображается символ ∆. Иногда производитель даже указывает номинальную мощность при использовании той или иной схемы.

схема подключения «треугольник»

Главный недостаток треугольника – пусковые токи слишком большой величины, которые иногда перегружают проводку и выводят её из строя. В качестве оптимального решения изредка создают комбинированную схему, в которой запуск и набор скорости происходит при «звезде», а затем обмотки переключают на «треугольник».

Подключение с фазным ротором

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором имеют высокие пусковые и регулировочные характеристики, благодаря чему применяются в высокомощных машинах и приборах малой мощности. Конструктивно этот асинхронный двигатель отличается от обычного трехфазного тем, что на роторе есть своя трехфазная обмотка со сдвинутыми катушками.

Для подключения электродвигателей с фазным ротором применяются описанные выше схемы звезда и треугольник (для 380 В и 220 В сетей соответственно). Стоит заметить, что для того или иного двигателя может быть использована только одна схема, указанная в паспорте. Пренебрежение этим требованием может привести к сгоранию мотора.

Соединение обмоток в клеммной коробке производится так же, как на схемах из предыдущего способа. Изменение рабочих характеристик так же закономерно: треугольник выдает практически в полтора раза большую мощность, а звезда, в свою очередь, мягче функционирует и управляется.

В отличие от моделей с короткозамкнутым ротором, асинхронный двигатель с трехфазным ротором имеет более сложную конструкцию, но это позволяет получать улучшенные пусковые характеристики и обеспечивать плавную регулировку вращения. Используются такие машины в оборудовании, требуемом регулировки частоты вращения и запускаемом под нагрузкой, к примеру, в крановых механизмах.

Как подключить трехфазный электродвигатель в сеть 220В

Трехфазные асинхронные двигатели совершенно заслужено являются самыми массовыми в мире, благодаря тому, что они очень надежны, требуют минимального технического обслуживания, просты в изготовлении и не требуют при подключении каких-либо сложных и дорогостоящих устройств, если не требуется регулировка скорости вращения. Большинство станков в мире приводятся в действие именно трёхфазными асинхронными двигателями, они также приводят в действие насосы, электроприводы различных полезных и нужных механизмов.

Но как быть тем, кто в личном домовладении не имеет трехфазного электроснабжения, а в большинство случаев это именно так. Как быть, если хочется в домашней мастерской поставить стационарную циркулярную пилу, электрофуганок или токарный станок? Хочется порадовать читателей нашего портала, что выход из этого затруднительного положения есть, причем достаточно просто реализуемый. В этой статье мы намерены рассказать, как подключить трехфазный двигатель в сеть 220 В.

Как подключить трехфазный электродвигатель в сеть 220 В

Принципы работы трехфазных асинхронных двигателей

Содержание статьи

• 1 Принципы работы трехфазных асинхронных двигателей
  • 1.1 Устройство асинхронного двигателя
  • 1.2 Что такое трехфазный ток
  • 1.3 Как работает трехфазный асинхронный двигатель
  • 1.4 Способы подключения обмоток асинхронных двигателей
    • 1.4.1 Соединение звездой
    • 1.4.2 Соединение треугольником
    • 1.4.3 Как определить, по какой схеме подключены обмотки двигателя?
  • 1.5 Видео: Отличный фильм про трехфазные синхронные двигатели, который еще не успели раскрасить
• 2 Как подключить трехфазный электродвигатель в сеть 220 В
  • 2.1 Сдвиг фаз при помощи конденсаторов
  • 2.2 Схемы подключения трехфазных двигателей в однофазную сеть
  • 2.3 Расчет емкости рабочего и пускового конденсатора
    • 2.3.1 Калькулятор: Расчет емкости рабочего и пускового конденсатора для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором
  • 2.4 Последовательное и параллельное соединение конденсаторов
    • 2.4.1 Калькулятор: Расчет результирующей емкости двух последовательно соединенных конденсаторов
  • 2.5 Применение электролитических конденсаторов в качестве пусковых
    • 2.5.1 Видео: Неполярные электролитические конденсаторы
  • 2.6 Необходимые инструменты и комплектующие
  • 2.7 Подключение трехфазного двигателя в однофазную сеть 220 В
• 3 Заключение
• 4 Видео: Как подключить электродвигатель на 220 В

Рассмотрим кратко принцип работы асинхронного двигателя в своих «родных» трехфазных сетях 380 В. Это очень поможет впоследствии адаптировать двигатель для работы в других, «не родных» условиях – однофазных сетях 220 В.

Устройство асинхронного двигателя

Большинство производимых в мире трехфазных двигателей – это асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (АДКЗ), которые не имеют никакой электрической контактной связи статора и ротора. В этом их основное преимущество, так как щетки и коллекторы, – самое слабое место любого электродвигателя, они подвержены интенсивному износу, требуют технического обслуживания и периодической замены.

Рассмотрим устройство АДКЗ. Двигатель в разрезе показан на рисунке.

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором в разрезе

В литом корпусе (7) собран весь механизм электродвигателя, включающий две главные части – неподвижный статор и подвижный ротор. В статоре имеется сердечник (3), который набран из листов специальной электротехнической стали (сплава железа и кремния), которая обладает хорошими магнитными свойствами. Сердечник набран из листов по причине того, что в условиях переменного магнитного поля в проводниках могут возникнуть вихревые токи Фуко, которые в статоре нам абсолютно не нужны. Дополнительно каждый лист сердечника еще покрыт с обеих сторон специальным лаком, чтобы вообще свести на нет протекание токов. Нам от сердечника нужны только магнитные его свойства, а не свойства проводника электрического тока.

В пазах сердечника уложена обмотка (2), выполненная из медного эмалированного провода. Если быть точным, то обмоток в трехфазном асинхронном двигателе как минимум три – по одной на каждую фазу. Причем уложены это обмотки в пазы сердечника с определенным порядком – каждая расположена так, что находится под угловым расстоянием в 120° к другой. Концы обмоток выведены в клеммную коробку (на рисунке она расположена в нижней части двигателя).

Ротор помещен внутрь сердечника статора и свободно вращается на валу (1). Зазор между статором и ротором для повышения КПД стараются сделать минимальным – от полумиллиметра до 3 мм. Сердечник ротора (5) также набран из электротехнической стали и в нем тоже имеются пазы, но они предназначены не для обмотки из провода, а для короткозамкнутых проводников, которые расположены в пространстве так, что напоминают беличье колесо (4), за что и получили свое название.

Белки могут гордиться тем, что в их честь назвали одну из главных деталей двигателя

Беличье колесо состоит из продольных проводников, которые связаны и механически, и электрически с торцевыми кольцами Обычно беличье колесо изготавливают путем заливки в пазы сердечника расплавленного алюминия, а заодно еще формуют монолитом и кольца, и крыльчатки вентиляторов (6). В АДКЗ большой мощности в качестве проводников клетки применяют медные стержни, сваренные с торцевыми медными кольцами.

Что такое трехфазный ток

Для того чтобы понять какие силы заставляют вращаться ротор АДКЗ, надо рассмотреть что такое трехфазная система электроснабжения, тогда все встанет на свои места. Мы все привыкли к обычной однофазной системе, когда в розетке есть только два или три контакта, один из которых фаза (L), второй рабочий ноль (N), а третий защитный ноль (PE). Среднеквадратичное фазное напряжение в однофазной системе (напряжение между фазой и нулем) равно 220 В. напряжение

Схема управления двигателем. Трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Пост кнопочный

На сегодняшний день чаще всего применяются релейно-контакторные схемы управления. В таких системах главными приборами являются электромагнитные пускатели и реле. Кроме того, в качестве привода для станков и других установок чаще всего применяется такое устройство, как асинхронный двигатель трехфазного тока с короткозамкнутым ротором.

Описание двигателей

Такие типы приводов стали активно использоваться из-за того, что они просты в эксплуатации, обслуживании, ремонте и устройстве. У них имеется лишь один серьезный минус, который заключается в том, что пусковой ток превышает номинальный примерно в 5-7 раз, а также отсутствует возможность простыми способами управления плавно изменять скорость вращения ротора.

Данный тип машин стал активно использоваться из-за того, что в схемы электроустановок начали активно внедряться такие приборы, как преобразователи частоты. Еще одно весомое преимущество асинхронного двигателя с трехфазным током и коротко замкнутым ротором в том, что он обладает достаточно простой схемой подключения в сеть. Для его включения в работу потребуется лишь подать трехфазное напряжение на статор, и устройство тут же запустится. В наиболее простых схемах управления для его запуска используется такое устройство, как пакетный выключатель или же трехфазный рубильник. Однако данные приборы, несмотря на свою простоту и удобство в эксплуатации, являются элементами ручного управления.

Это является огромным минусом, так как в схемах большинства установок необходимо использовать схему включения двигателя именно в автоматическом режиме. Также необходимо предусматривать автоматическое изменение направления вращения ротора двигателя, то есть его реверс и очередность включения в работу нескольких двигателей.

Основные схемы подключения

Чтобы обеспечить все необходимые функции, которые были описаны выше, необходимо использовать именно автоматические режимы работы, а не элементы ручного управления приводом. Однако справедливо будет отметить, что некоторые старые образцы станков для резки металла все еще используют пакетные переключатели для смены числа пар полюсов или же для обеспечения реверса.

Применение в схемах подключения асинхронных двигателей (АД) не только пакетных выключателей, но и рубильников возможно, но они выполняют лишь одну функцию — подключение схемы к подаче напряжения. Все остальные операции, которые предусматривает схема управления двигателем, выполняются под руководством электромагнитного пускателя.

При подключении схемы АД с короткозамкнутым ротором через такой тип пускателя обеспечивается не только удобный режим управления, но и создается еще и нулевая защита. Чаще всего в качестве схем управления двигателем в станках, установках и других машинах используется три метода включения:

• первая схема применяется для управления нереверсивным двигателем, использует лишь один пускатель электромагнитного типа и две кнопки — «Пуск» и «Стоп»;
• вторая схема управления двигателем реверсивного типа предусматривает использование трех кнопок и двух пускателей обычного типа или одного реверсивного типа;
• третья схема управления отличается от предыдущей лишь тем, что из трех кнопок управления две имеют спаренные контакты.

Схема с пускателем электромагнитного типа

Пуск асинхронного двигателя в такой схеме подключения осуществляется с нажатия соответствующей кнопки. Когда она нажимается, то на катушку пускателя подается ток с напряжением в 220 В. У пускателя имеется подвижная часть, которая при подаче напряжения притягивается к неподвижной, из-за чего контакты устройства замыкаются. Данные силовые контакты подают входящее напряжение на двигатель. Параллельно этому процессу замыкается также и блокировочный контакт. Его включение осуществляется параллельно кнопке «Пуск». Именно благодаря этой функции при отпускании данной кнопки катушка все еще остается под напряжением и продолжает питать двигатель, чтобы он функционировал.

Если по какой-либо причине во время пуска асинхронного двигателя, то есть при нажатии на «Пуск», блокировочный контакт не замыкался бы или, к примеру, отсутствовал, то сразу при отпускании ток переставал бы подаваться на катушку, силовые контакты пускателя размыкались бы, и работа двигателя тут же прекращалась. Такой режим работы называется «толчковым». Он имеет место, к примеру, при управлении кран-балкой.

Для того чтобы остановить трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, необходимо нажать на кнопку «Стоп». Принцип работы в таком случае достаточно прост и основан на том, что нажатие кнопки создает разрыв в цепи, разъединяя силовые контакты пускателя, останавливая тем самым работу двигателя. Если в момент работы исчезнет напряжение на источнике питания, то двигатель также остановится, так как такой дефект равносилен нажатию на «Стоп» и дальнейшему созданию разрыва в цепи прибора.

После того как устройство было остановлено отключением или пропажей питания, запустить его повторно можно лишь с кнопки. Именно это и называется нулевой защитой в схемах управления двигателем. Если бы вместо пускателя здесь был установлен переключатель или рубильник, то при повтором возникновении напряжения в источнике двигатель автоматически бы запустился и продолжил работу. Это считается небезопасным для обслуживающего персонала.

Применение двух пускателей в реверсивном устройстве

Схема управления асинхронным двигателем такого типа, по сути, работает таким же образом, как и предыдущая. Основное отличие здесь заключается в том, что появляется возможность при необходимости изменять направление вращения ротора. Чтобы это осуществить, необходимо изменить работающие фазы, имеющиеся на обмотке статора. К примеру, если нажать на кнопку «Пуск» КМ1, то порядок рабочих фаз будет А-В-С. Если же включить устройство со второй кнопки, то есть с КМ2, то порядок работающих фаз сменится на противоположный, то есть С-В-А.

Таким образом получается, что для управления асинхронным двигателем схемой такого типа необходимо две кнопки «Пуск», одна кнопа «Стоп» и два пускателя.

При нажатии на первую кнопку, которая в схеме обычно обозначается как SB2, произойдет включение первого контактора и вращение ротора в одну из сторон. Если возникает необходимость смены направления вращения на противоположную, необходимо нажать на «Стоп», после чего запуск двигателя осуществляется кнопкой SB3 и включением в работу второго контактора. Другими словами, чтобы использовать данную схему, необходимо промежуточное нажатие на кнопку остановки.

Так как управление работой двигателя с такой схемой усложняется, возникает необходимость в дополнительной защите. В данном случае речь идет об эксплуатации в пускателе нормально-закрытых (размыкающих) контактов. Они необходимы для того, чтобы обеспечить защиту от одновременного нажатия на обе кнопки «Пуск». Их нажатие без остановки приведет к возникновению короткого замыкания. Дополнительные контакты в таком случае препятствуют одновременному включению обоих пускателей. Это происходит из-за того, что при одновременном нажатии один из них включится на секунду позже второго. За это время первый контактор успеет разомкнуть свои контакты.

Недостаток управления электрическим двигателем с такой схемой заключается в том, что пускатели должны обладать большим количеством контактов или же контактными приставками. Любой из этих двух вариантов не только усложняет всю электрическую конструкцию, но еще и удорожает ее сборку.

Третья разновидность схемы управления

Основное отличие данной схемы системы управления двигателем от предыдущей в том, что в цепи каждого из контакторов, кроме общей кнопки «Стоп», имеется еще по два контакта. Если рассматривать первый контактор, то в его цепи имеется дополнительный контакт у SB2 — это нормально-открытый (замыкающий), а SB3 имеет нормально-закрытый (размыкающий) контакт. Если рассматривать схему подключения второго электромагнитного пускателя, то его кнопка «Пуск» будет иметь те же контакты, но расположенные наоборот относительно первого.

Таким образом удалось добиться того, что при нажатии на одну из них при работающем двигателе цепь уже эксплуатирующейся будет размыкаться, а другая, наоборот, замыкаться. У такого типа подключения имеется несколько преимуществ. Во-первых, данная схема не нуждается в защите от одновременного включения, а значит, отпадает необходимость в наличии дополнительных контактов. Во-вторых, появляется возможность выполнения реверсом без промежуточного нажатия на «Стоп». При таком подключении эта контактор используется лишь для полной остановки работающего АД.

Стоит отметить, что рассмотренные схемы управления пуском двигателя являются несколько упрощенными. В них не рассматривается наличие различных дополнительных аппаратов защиты, элементов сигнализации. Кроме того, в некоторых случаях возможно осуществлять питание электромагнитной катушки пускателя от источника в 380 В. В таком случае появляется возможность подключения лишь от двух фаз, к примеру А и В.

Схема управления с прямым пуском и функцией времени

Запуск двигателя осуществляется как обычно — кнопкой, после чего напряжение будет подаваться на катушку пускателя, которая подключит АД к источнику питания. Особенность схемы состоит в следующем: вместе с замыканием контактов у пускателя (КМ) произойдет замыкание одного из его контактов в другой цепи (КТ). Из-за этого происходит замыкание цепи, в которой располагается контактор торможения (КМ1). Но его срабатывание в этот момент не осуществляется, так как перед ним располагается размыкающий контакт КМ.

Для отключения служит другая кнопка, размыкающая цепь КМ. В это время осуществляется отключение устройства от сети переменного тока. Однако же вместе с этим происходит замыкание контакта, который находился в цепи реле торможения, который ранее упоминался как КМ1, а также осуществляется отключение цепи в реле времени, которое обозначается как КТ. Именно это приводит к тому, что в работу включается контактор КМ1. В этом случае осуществляется переход схемы управления двигателем на постоянный ток. То есть подача питающего напряжения осуществляется от встроенного источника через выпрямитель, а также резистор. Все это приводит к тому, что агрегат осуществляет динамическое торможение.

Однако на этом работа схемы не заканчивается. В цепи имеется реле времени (КТ), которое начинает отсчет времени торможения сразу после того, как отключается от питания. Когда отведенное время на отключение двигателя истекает, КТ размыкает свой контакт, который имеется в цепи КМ1, он отключается, из-за чего подача тока постоянного типа на двигатель также останавливается. Только после этого происходит полная остановка, и можно считать, что схема управления двигателем вернулась в начальное положение.

Что касается интенсивности торможения, то ее можно регулировать силой постоянного тока, который следует через резистор. Для этого нужно выставить необходимое сопротивление на данном участке.

Схема для работы многоскоростного двигателя

Такая схема управления может обеспечить возможность получения двух скоростей двигателя. Для этого осуществляется подключение секций полуобмоток статора в двойную звезду или же в треугольник. Кроме того, в таком случае также обеспечивается возможность реверсирования. Чтобы избежать неисправностей системы управления двигателем, в такой сложной цепи имеется два тепловых реле, а также предохранитель. На схемах они обычно маркируются как КК1, КК1 и FA соответственно.

Изначально возможен пуск ротора с низкой частотой вращения. Для этого в схеме обычно предусмотрена кнопка, которая помечается как SB4. После ее нажатия происходит запуск на низкой частоте. Статор прибора в таком случае подключается по схеме обычного треугольника, а имеющееся реле замыкает два контактора и подготавливает двигатель к подключению питания от источника. После этого нужно нажать на кнопку SB1 или SB2, чтобы определить направление вращения — «Вперед» или «Назад» соответственно.

Когда разбег до низких частот осуществлен, появляется возможность разогнать двигатель до высоких показателей вращения. Для этого нажимается кнопка SB5, которая отключает один из контакторов от схемы и подключает другой. Если рассматривать это действие с точки зрения работы цепи, то подается команда на переход от треугольника на звезду двойного типа. Для того чтобы полностью остановить работу, имеется кнопка «Стоп», которая на схемах маркируется как SB3.

Кнопочный пост

Данное оборудование предназначается для коммутации, то есть соединения цепей, в которых протекает переменный ток с максимальным напряжением в 660 В и частотой 50 или 60 Гц. Можно эксплуатировать такие устройства и в сетях с постоянным током, но тогда максимальное рабочее напряжение ограничивается 440 В. Возможно применение даже в качестве пульта управления.

Обычный кнопочный пост имеет следующие особенности своей конструкции:

• Каждая из его кнопок лишена фиксации.
• Имеется кнопка «Пуск», которая чаще всего имеет не только зеленый цвет, но и контакты нормально-разведенного типа. Некоторые модели даже обладают подсветкой, которая включается после нажатия. Предназначение — введение в работу какого-либо механизма.
• «Стоп» — это кнопка, обладающая красным цветом (чаще всего). Располагается она на замкнутых контактах, а ее основное предназначение — это отключение какого-либо прибора от источника питания с целью остановки его работы.
• Отличие между некоторыми приборами состоит в материале, который используется для изготовления каркаса. Он может быть сделан из металла или пластмассы. В данном случае корпус играет важную роль, так как имеет определенную степень защиты, зависящую от материала.

Основные преимущества

Среди основных преимуществ таких приборов выделяются следующие:

• комплектация данного прибора не всегда может быть стандартной, она может корректироваться по пожеланиям заказчика;
• корпус обычно изготавливается из негорючей тугоплавкой пластмассы или же из металла;
• имеется хорошая герметизация, которая достигается за счет наличия резиновой прокладки между крышкой и контактами внутри;
• уплотнитель для данного кнопочного поста находится под хорошей защитой от воздействия каких-либо агрессивных факторов со стороны окружающей среды;
• сбоку имеется дополнительное отверстие, чтобы было удобно вводить нужный кабель;
• все крепления, имеющиеся у поста, изготавливаются из высокопрочной нержавеющей стали.

Тип постов

Существует три типа поста — это ПКЕ, ПКТ и ПКУ. Первый обычно применяется для работы со станками для деревообработки промышленного или домашнего назначения. ПКУ применяется в промышленности, но лишь на тех объектах, где отсутствует опасность взрыва, а концентрация пыли и газа не поднимается выше того уровня, который способен вывести устройство из строя. ПКТ — это именно те посты, которые могут использоваться в схемах управления трехфазными асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором, а также другими двигателями электротехнического типа. Кроме того, они также активно используются для управления таким оборудованием, как кран-балки, мостовые краны и прочие устройства, предназначенные для подъема тяжелого груза.