Однофазный электродвигатель: схема подключения

Электродвигатели однофазные 220В широко используются в разнообразном промышленном и бытовом оборудовании: насосах, стиральных машинах, холодильниках, дрелях и обрабатывающих станках.

Разновидности

Существуют две наиболее востребованных разновидности этих устройств:

• Коллекторные.
• Асинхронные.

Последние по своей конструкции более просты, однако обладают рядом недостатков, среди которых можно отметить трудности с изменением частоты и направления вращения ротора.

Устройство асинхронного двигателя

Мощность данного двигателя зависит от конструктивных особенностей и может варьироваться от 5 до 10 кВт. Его ротор представляет короткозамкнутую обмотку – алюминиевые или медные стержни, которые замкнуты с торцов.

Как правило, электродвигатель асинхронный однофазный оборудован двумя смещенными на 90° относительно друг друга обмотками. При этом главная (рабочая) занимает существенную часть пазов, а вспомогательная (пусковая) – оставшуюся. Свое название электродвигатель асинхронный однофазный получил лишь потому, что он имеет только одну рабочую обмотку.

Принцип работы

Протекающий по главной обмотке переменный ток создает магнитное периодически меняющееся поле. Оно состоит из двух кругов одинаковой амплитуды, вращение которых происходит навстречу друг другу.

В соответствии с законом электромагнитной индукции, меняющийся в замкнутых витках ротора магнитный поток образует индукционный ток, который взаимодействует с полем, порождающим его. Если ротор находится в неподвижном положении, моменты сил, действующих на него, одинаковы, в результате он остается неподвижным.

При вращении ротора, нарушится равенство моментов сил, так как скольжение его витков по отношению к вращающимся магнитным полям станет разным. Таким образом, действующая на роторные витки от прямого магнитного поля сила Ампера будет существенно больше, чем со стороны обратного поля.

В витках ротора индукционный ток может возникать только в результате пересечения ими силовых линий магнитного поля. Их вращение должно осуществляться со скоростью, чуть меньше частоты вращения поля. Собственно отсюда и пошло название асинхронный однофазный электродвигатель.

Вследствие увеличения механической нагрузки уменьшается скорость вращения, возрастает индукционный ток в роторных витках. А также повышается механическая мощность двигателя и переменного тока, который он потребляет.

Схема подключения и запуска

Естественно, что вручную раскручивать при каждом запуске электродвигателя ротор неудобно. Поэтому для обеспечения первоначального пускового момента применяется пусковая обмотка. Так как она составляет прямой угол с рабочей обмоткой, для образования вращающегося магнитного поля на ней должен быть сдвинут по фазе ток относительно тока в рабочей обмотке на 90°.

Этого добиться можно посредством включения в цепь фазосмещающего элемента. Дроссель или резистор не могут обеспечить сдвиг фазы на 90°, поэтому целесообразней в качестве фазосмещающего элемента использовать конденсатор. Такая схема однофазного электродвигателя обладает отличными пусковыми свойствами.

Если в качестве фазовращающего элемента выступает конденсатор, электродвигатель конструктивно может быть представлен:

• С рабочим конденсатором.
• С пусковым конденсатором.
• С рабочим и пусковым конденсатором.

Наиболее распространенным является второй вариант. В таком случае предусмотрено недолгое подключение пусковой обмотки с конденсатором. Это происходит только на время пуска, затем они отключаются. Реализовать такой вариант можно при помощи реле времени или посредством замыкания цепи при нажатии пусковой кнопки.

Подобная схема подключения однофазного электродвигателя характеризуется довольно невысоким пусковым током. Однако в номинальном режиме параметры низкие по причине того, что поле статора – эллиптическое (оно сильнее в направлении полюсов).

Схема с постоянно включенным рабочим конденсатором в номинальном режиме работает лучше, при этом пусковые характеристики имеет посредственные. Вариант с рабочим и пусковым конденсатором, по сравнению с двумя предыдущими, является промежуточным.

Коллекторный двигатель

Рассмотрим однофазный электродвигатель коллекторного типа. Это универсальное оборудование может питаться от источников постоянного или переменного тока. Его часто используют в электрических инструментах, стиральных и швейных машинах, мясорубках – там, где требуется реверс, его вращение с частотой свыше 3000 оборотов в минуту или регулировка частоты.

Обмотки ротора и статора электродвигателя соединяются последовательно. Ток подводится посредством щеток, соприкасающихся с пластинами коллектора, к которым подходят концы обмоток ротора.

Осуществление реверса происходит за счет изменения полярности подключения ротора или статора в электрическую сеть, а скорость вращения регулируется посредством изменения в обмотках величины тока.

Недостатки

Коллекторный однофазный электродвигатель имеет следующие недостатки:

• Создание радиопомех, трудное управление, значительный уровень шума.
• Сложность оборудования, практически невозможно произвести его ремонт самостоятельно.
• Высокая стоимость.

Подключение

Чтобы электродвигатель в однофазной сети был подключен должным образом, необходимо соблюдать определенные требования. Как уже было сказано, существует целый ряд двигателей, способных функционировать от однофазной сети.

Перед подключением важно убедиться в том, что частота и напряжение сети, указанные на корпусе, соответствуют главным параметрам электрической сети. Все работы по подключению необходимо производить только при обесточенной схеме. Также следует избегать заряженных конденсаторов.

Как подключить однофазный электродвигатель

Для подключения двигателя необходимо соединить последовательно статор и якорь (ротор). Клеммы 2 и 3 соединяются, а две другие нужно подключить в цепь 220B.

По причине того, что электродвигатели однофазные 220В функционируют в цепи переменного тока, в магнитных системах возникает магнитный переменный поток, что провоцирует образование вихревых токов. Именно поэтому магнитную систему статора и ротора выполняют из электротехнических стальных листов.

Подключение без регулирующего блока с электроникой может привести к тому, что в момент запуска образуется значительный пусковой ток, и в коллекторе произойдет искрение. Изменение направления вращения якоря выполняется посредством нарушения последовательности подключения, когда меняются местами выводы якоря или ротора. Главным недостатком этих двигателей считается присутствие щеток, которые следует заменять после каждой длительной эксплуатации оборудования.

Таких проблем в асинхронных электродвигателях не существует, так как в них отсутствует коллектор. Магнитное поле ротора образуется без электрических связей за счет внешнего магнитного поля статора.

Подключение через магнитный пускатель

Рассмотрим, как можно подключить однофазный электродвигатель через магнитный пускатель.

1. Итак, в первую очередь необходимо выбрать магнитный пускатель по току таким образом, чтобы его контактная система выдерживала нагрузку электрического двигателя.

2. Пускатели, к примеру, делятся на величину от 1 до 7, и чем больше данный показатель, тем больший ток выдерживает контактная система этих устройств.

• 10A – 1.
• 25A – 2.
• 40A – 3.
• 63A – 4.
• 80A – 5.
• 125A – 6.
• 200A – 7.

3. После того как была определена величина пускателя, необходимо обратить внимание на катушку управления. Она может быть на 36B, 380B и 220B. Желательно остановиться на последнем варианте.

4. Далее, собирается схема магнитного пускателя, и подключается силовая часть. На разомкнутые контакты выполняется ввод 220B, на выход силовых контактов пускателя подключается электродвигатель.

5. Подключаются кнопки «Стоп – Пуск». Их питание осуществляется от ввода силовых контактов пускателя. К примеру, фаза соединяется с кнопкой «Стоп» замкнутого контакта, затем с нее переходит на пусковую кнопку разомкнутого контакта, а с контакта кнопки «Пуск» – на один из контактов катушки магнитного пускателя.

6. На второй вывод пускателя подключается «ноль». Чтобы зафиксировать включенное положение магнитного пускателя, необходимо шунтировать пусковую кнопку замкнутого контакта к блоку контактов пускателя, подающего питание с кнопки «Стоп» на катушку.