Как подключить конденсатор к однофазному двигателю

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:

1. Статор (неподвижный элемент).
2. Ротор (вращающаяся часть).
3. Механическое соединение этих двух частей.
4. 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:

1. Активное сопротивление.
2. Емкостное.
3. 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:

1. Однофазный асинхронный двигатель с пусковой обмоткой.
2. 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.

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:

1. Если опорная часть на устройстве была сломана, это может привести к неисправностям.
2. 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.
3. 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.

Как подключить однофазный электродвигатель – схема с конденсатором

Функционирование однофазного электродвигателя основано на использовании переменного электрического тока посредством подсоединения к сетям с одной фазой. Напряжение в такой сети должно соответствовать стандартному значению 220 Вольт, частота – 50 Герц. Преимущественное применение моторы данного типа находят в бытовых устройствах, помпах, небольших вентиляторах и т.п.

Мощности однофазных моторов достаточно и для электрификации частных домов, гаражей или дачных участков. В этих условиях используется однофазная электрическая сеть с напряжением 220 В, что предъявляет некоторое требования к процессу подключения мотора. Здесь применяется специальная схема, предполагающая использование устройства с пусковой обмоткой.

Схема подключения однофазного двигателя через конденсатор

Однофазные электродвигатели 220в подключают к сети с применением конденсатора. Это обусловлено некоторыми конструктивными особенностями агрегата. Так, на статоре мотора обмотка с переменным током создает магнитное поле, импульсы которого компенсируются лишь при условии смены полярности с частотой 50 Гц. Несмотря на характерные звуки, которые издает однофазный двигатель, вращение ротора при этом не происходит. Крутящий момент создается за счет применения дополнительных пусковых обмоток.

Чтобы понять, как подключить однофазный электродвигатель через конденсатор, достаточно рассмотреть 3 рабочие схемы с применением конденсатора:

• пускового;
• работающего;
• работающего и пускового (комбинированная).

Каждая из перечисленных схем подключения подходит для использования при эксплуатации асинхронных однофазных электродвигателей 220в. Однако каждый вариант имеет свои сильные и слабые стороны, поэтому они заслуживают более детального ознакомления.

Идея применения пускового конденсатора состоит в его включении в цепь лишь в момент запуска мотора. Для этого схемой предусматривается наличие специальной кнопки, предназначенной для размыкания контактов после выхода ротора на заданный уровень скорости. Его дальнейшее вращение происходит под воздействием инерционной силы.

Поддержание вращательных движений на протяжении длительного промежутка времени обеспечивается магнитным полем основной обмотки однофазного двигателя с конденсатором. Функции переключателя при этом может выполнять специально предусмотренное реле.

Схема подключения однофазного электродвигателя через конденсатор предполагает наличие нажимной пружинной кнопки, разрывающей контакты в момент размыкания. Такой подход обеспечивает возможность снизить количество используемых проводов (допускается применение более тонкой пусковой обмотки). Во избежание возникновения коротких замыканий между витками рекомендуется применять термореле.

При достижении критически высоких температур этот элемент деактивирует дополнительную обмотку. Аналогичную функцию может выполнять центробежный выключатель, устанавливаемый для размыкания контактов в случаях превышения допустимых значений скорости вращения.

Для автоматического контроля скорости вращения и защиты мотора от перегрузов разрабатываются соответствующие схемы, а в конструкции агрегатов вносятся различные корректировочные компоненты. Установку центробежного выключателя можно произвести непосредственно на роторном валу либо на сопряженных с ним (прямым или редукторным соединением) элементах.

Воздействующая на груз центробежная сила способствует натяжению пружины, соединенной с контактной пластиной. Если скорость вращения достигает заданного значения, происходит замыкание контактов, подача тока на двигатель прекращается. Возможна передача сигнала другому управляющему механизму.

Существуют варианты схем, при которых в одном элементе конструкции предусматривается наличие центробежного выключателя и теплового реле. Подобное решение позволяет деактивировать двигатель посредством теплового компонента (в случае достижения критических температур) либо под воздействием раздвигающегося элемента центробежного выключателя.

В случае подключения двигателя через конденсатор часто происходит искажение линий магнитного поля в дополнительной обмотке. Это влечет за собой увеличение мощностных потерь, общее снижение производительности агрегата. Однако сохраняются хорошие показатели пуска.

Применение рабочего конденсатора в схеме подключение однофазного двигателя с пуcковой обмоткой предполагает ряд отличительных особенностей. Так, после пуска отключения конденсатора не происходит, вращение ротора осуществляется за счет импульсного воздействия со стороны вторичной обмотки. Это существенно увеличивает мощность двигателя, а грамотный побор емкости конденсатора позволяет оптимизировать форму электромагнитного поля. Однако пуск мотора становится более продолжительным.

Подбор конденсатора подходящей мощности производится с учетом токовых нагрузок, что позволяет оптимизировать электромагнитное поле. В случае изменения номинальных значений будет происходить колебание по всем остальным параметрам. Стабилизировать форму линий магнитных полей позволяет использование нескольких конденсаторов с разными емкостными характеристиками. Такой подход позволяет оптимизировать рабочие характеристики системы, однако предусматривает возникновение некоторых сложностей в процессах монтажа и эксплуатации.

Комбинированная схема подключения однофазного двигателя с пусковой обмоткой рассчитана на использование двух конденсаторов – рабочего и пускового. Это оптимальное решение для достижения средних рабочих характеристик.

Расчет емкости конденсатора мотора

Существует сложная формула, с помощью которой высчитывают необходимую точную емкость конденсатора. Однако многолетний опыт профессионалов показывает, что достаточно придерживаться следующих рекомендаций:

• на 1 кВт мощности мотора необходимо 0,8 мкФ рабочего конденсатора;
• пусковая обмотка требует, чтобы это значение было в 2 или 3 раза выше.

Рабочее напряжение для них должно быть в 1,5 раза выше, чем в электросети (в нашем случае 220 В). Для упрощения процесса запуска в пусковую цепь лучше устанавливать конденсатор с маркировкой «Starting» или «Start». Хотя допускается использование стандартных конденсаторов.

Реверс направления движения двигателя

Не исключено, что после подключения однофазные электродвигатели будут вращаться в направлении, обратном необходимому. Исправить это несложно. Во время сборки схемы один провод был выведен, как общий, ещё один проводник был подан на кнопку. Для того чтобы изменить вращающееся магнитное направление электромотора, эти 2 провода необходимо поменять местами.

Трехфазный двигатель в однофазную сеть: 7 доступных способов

Домашнему мастеру часто приходится возиться с самодельными станками и механизмами, значительно облегчающими работу. Для этих целей используют трехфазный двигатель, подключаемый в однофазную сеть своими руками.

Однако не всегда умельцы добиваются желаемого успеха, а в отдельных случаях они терпят разочарование. Чтобы избежать подобных ошибок рекомендую прочитать материал этой статьи.

Вы узнаете не только технологию работу, но и те трудности, которые сопровождают каждый их семи методов.

Как работает трехфазный двигатель

Изначально его создают для вращения от трех симметрично расположенных в пространстве магнитных потоков, создаваемых протекающими по обмоткам токами от фазных или линейных напряжений сети 380 вольт.

Их в энергетике принято представлять графически: векторными диаграммами.

Другие математические описания, включая методы комплексных чисел, применяются специалистами расчетчиками.

Обмотки трехфазного двигателя в заводском исполнении могут быть собраны по схемам:

Более подробно с этой информацией можно отдельно ознакомиться в статье об однофазном подключении трехфазного двигателя . Надеюсь, что вам будет понятно ее изложение.

При таком подключении двигатель работает с минимальными потерями энергии, имеет лучший КПД. Ведь на этот режим он спроектирован, рассчитан и создан.

Когда трехфазный электродвигатель включают в однофазную сеть, то потери его мощности неизбежны . Они могут превышать 50% или даже больше. Это надо всегда учитывать.

Самый простой способ запуска

Если обмотки собраны в треугольник и на два любых вывода подать напряжение 220 вольт, то можно раскрутить ротор простым шнуром. Обмотав его вокруг вала, а затем резко дернув за свободный конец.

Метод не очень эффективный, но иногда он может пригодиться. Потери мощности здесь большие. Им пользуются очень редко.

Способ №2: конденсаторный запуск схемы звезда

Обмотки собирают концами на одной клемме — нейтрали, а началами выводят на калымную колодку для подключения питающих кабелей.

Напряжение 220 подают через две группы конденсаторов:

1. рабочую, сдвигающую ток относительно вектора подводимого напряжения на 90 угловых градусов;

2. пусковую, кратковременно облегчающую раскрутку ротора при начале запуска.

Способ №3: конденсаторный запуск схемы треугольника

Технология сборки обмоток отличается от предыдущего метода: они чередуются соединением начала одной с концом последующей.

Для запуска двигателя также подбираются рабочие и пусковые конденсаторы. Они рассчитываются по эмпирическим формулам и должны выдерживать увеличенное линейное напряжение. Минимальная величина должна быть не менее 500 вольт. Иначе возможен их пробой.

Эти две схемы конденсаторного запуска по системе звезды или треугольника являются самыми популярными и доступными.

Способ №4: без конденсаторный запуск трехфазного двигателя

По этой методике создается электронный ключ, который осуществляет сдвиг фазы тока в одной из подключений обмотке на угол φ.

За счет фазового сдвига происходит приложение вращающего момента к ротору, он начинает вращение.

Электронные ключи и способы подключения обмоток могут значительно отключаться. Варианты включения такой схемы показаны ниже.

Более подробно с описанием подобных устройств рекомендую ознакомиться в моей статье о работе трехфазного двигателя в однофазной сети без конденсаторного запуска.

Там рассмотрены три схемы запуска по разным технологиям. Основной недостаток их — потери энергии до 70% от начальной мощности.

Способ №5: индуктивно-емкостной преобразователь

Специальная схема подключения напряжения позволяет сдвигать токи в трех обмотках разными способами:

1. вперед на 90 градусов — за счет включения конденсаторов в одной;

2. назад на 90 градусов — индуктивным сопротивлением дросселя во второй;

3. оставить без изменения подключением активного резистора в третьей.

Схема отличается хорошим преобразованием приложенной мощности, относительно высоким КПД двигателя. Ее основной недостаток —сам преобразователь потребляет примерно столько же энергии, как и электродвигатель.

По этой причине она экономически не выгодна, да и монтаж индуктивно-емкостного преобразователя с резистором не так уж прост.

Я ее описал в статье по первой ссылке. Можете познакомиться более подробно.

Как подключить однофазный асинхронный двигатель через конденсатор?

На промышленных объектах особых проблем, как подключить электродвигатель, не испытывают, там подводится трехфазная сеть. Работают асинхронные электродвигатели с тремя подключенными обмотками, расположенными по периметру цилиндрического статора. На каждую обмотку подсоединяемого двигателя производятся включения отдельной фазы, схема подключения электродвигателя обеспечивает сдвиг фаз переменного тока, создает крутящий момент, и моторы успешно вращаются.

В случае с бытовыми условиями на жилых объектах в частных домах и квартирах трехфазных электрических линий нет, прокладываются однофазные сети, где напряжение 220 вольт. Поэтому однофазный асинхронный двигатель подключается по другой схеме, требуется устройство с пусковой обмоткой.

Конструкция и принцип работы

Подключают электродвигатель через конденсатор по причине, что одна обмотка на статоре электродвигателя на 220 В с переменным током создает магнитное поле, которое компенсирует свои импульсы за счет смены полярности с частотой 50 Гц. В этом случае движок гудит, ротор остается на месте. Для создания крутящего момента делают дополнительные подсоединения пусковых обмоток, где электрический сдвиг по фазе будет 90° по отношению к рабочей обмотке.

Не путайте геометрические понятия угла расположения с электрическим сдвигом фаз. В геометрическом измерении обмотки в статоре размещаются друг напротив друга.

Чтобы осуществить это технически, конструкция электромотора предусматривает большое количество механических деталей и составляющих электрической схемы:

• статор с основной и дополнительной обмоткой пуска;
• короткозамкнутый ротор;
• борно с группой контактов на панели;
• конденсаторы;
• центробежный выключатель и многие другие элементы, показанные выше на рисунке.

Рассмотрим, как подключить однофазный двигатель. С целью смещения фаз последовательно в пусковую обмотку включается конденсатор, при подключении однофазного асинхронного электродвигателя круговое магнитное поле наводит в роторе токи. Совокупность силы полей и токов создают вращающий импульс, прилагаемый к ротору, он начинает вращаться.

Схемы подключения

Варианты подключения двигателя через конденсатор:

• схема подключения однофазного двигателя с использованием пускового конденсатора;
• подключение электродвигателя с использованием конденсатора в рабочем режиме;
• подключение однофазного электродвигателя с пусковым и рабочим конденсаторами.

Все эти схемы успешно применяются при эксплуатации асинхронных однофазных двигателей. В каждом случае есть свои достоинства и недостатки, рассмотрим каждый вариант более подробно.

Схема с пусковым конденсатором

Идея заключается в том, что конденсатор включается в цепь только при пуске, используется пусковая кнопка, которая размыкает контакты после раскрутки ротора, по инерции он начинает вращаться. Магнитное поле основной обмотки поддерживает вращение длительное время. В качестве кратковременного переключателя ставят кнопки с группой контактов или реле.

Поскольку схема кратковременного подключения однофазного двигателя через конденсатор предусматривает кнопку на пружине, которая при отпускании размыкает контакты, это дает возможность экономить, провода пусковой обмотки делают тоньше. Чтобы исключить межвитковое короткое замыкание, используют термореле, которое при достижении критической температуры отключает дополнительную обмотку. В некоторых конструкциях ставят центробежный выключатель, который при достижении определенной скорости вращения размыкает контакты.

Схемы и конструкции регулировки скорости вращения и предотвращения перегрузок электродвигателя на автомате могут быть различны. Иногда центробежный выключатель устанавливается на валу ротора или на других элементах, вращающихся от него с прямым соединением, или через редуктор.

Под действием центробежных сил груз оттягивает пружины с контактной пластиной, при достижении установленной скорости вращения замыкает контакты, переключатель реле обесточивает двигатель или подает сигнал на другой механизм управления.

Бывают варианты, когда тепловое реле и центробежный выключатель устанавливаются в одной конструкции. В этом случае тепловое реле отключает двигатель при воздействии критической температуры или усилиями раздвигающегося груза центробежного выключателя.

В связи с особенностями характеристик асинхронного двигателя конденсатор в цепи дополнительной катушки искажает линии магнитного поля, от круглой формы до эллиптической, в результате этого потери мощности увеличиваются, снижается КПД. Пусковые характеристики остаются хорошие.

Схема с рабочим конденсатором

Отличие этой схемы в том, что конденсатор после пуска не отключается, и вторичная обмотка на протяжении всей работы импульсами своего магнитного поля раскручивает ротор. Мощность электродвигателя в этом случае значительно увеличивается, форму электромагнитного поля можно попытаться приблизить от эллиптической формы к круглой подбором емкости конденсатора. Но в этом случае момент пуска более продолжительный по времени, и пусковые токи больше. Сложность схемы заключается в том, что емкость конденсатора для выравнивания магнитного поля подбирается с учетом токовых нагрузок. Если они будут меняться, то и все параметры будут не постоянными, для стабильности формы линий магнитного поля можно установить несколько конденсаторов с различными емкостями. Если при изменении нагрузки включать соответствующую емкость, это улучшит рабочие характеристики, но существенно усложняет схему и процесс эксплуатации.

Комбинированная схема с двумя конденсаторами

Оптимальным вариантом для усреднения рабочих характеристик является схема с двумя конденсаторами — пусковым и рабочим.

Установка и подбор компонентов

Конденсаторы имеют немалые габариты, поэтому не всегда помещаются во внутреннюю часть борно (распределительная коробка на корпусе электродвигателя).

В зависимости от места установки и других условий эксплуатации конденсаторы могут располагаться на внешней стороне двигателя рядом с коробкой расключения. В некоторых случаях конденсаторы выносят в отдельный корпус, расположенный недалеко от электродвигателя.

Величину емкости конденсаторов в идеальном случае с постоянной токовой нагрузкой можно рассчитать, но в большинстве случаев нагрузка нестабильна, и методика расчетов сложная. Поэтому опытные электрики руководствуются статистикой и практическим опытом:

• для конденсаторов рабочей схемы емкость выбирается 0,75 мкФ на 1 кВт мощности;
• для пусковых конденсаторов 1,8–2 мкФ на кВт мощности, при этом надо учитывать скачки напряжения в период пуска и остановки — они колеблются в пределах 300–600 В. Поэтому по напряжению конденсатор должен быть как минимум 400 В.

Вообще при выборе схемы и конденсаторов на однофазный двигатель надо руководствоваться назначением двигателя и условиями эксплуатации. Когда нужно быстро раскрутить двигатель, используется схема с пусковым конденсатором. При необходимости иметь в процессе эксплуатации большую мощность и КПД применяют схему с рабочим конденсатором — обычно в однофазном конденсаторном двигателе для бытовых нужд небольшой мощности, в пределах 1 кВт.

Как подключить однофазный двигатель

Чаще всего к нашим домам, участкам, гаражам подведена однофазная сеть 220 В. Поэтому оборудование и все самоделки делают так, чтобы они работали от этого источника питания. В этой статье рассмотрим, как правильно сделать подключение однофазного двигателя.

Асинхронный или коллекторный: как отличить

Вообще, отличить тип двигателя можно по табличке — 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 коллекторных 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 статор и ротор, может быть одно и трёхфазным. 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 направление вращения. Конденсатор на таких двигателях обычно крепится к корпусу и по этому признаку его несложно опознать.

Более точно определить бифилярный или конденсаторный двигатель перед вами, можно при помощи измерений сопротивления обмоток. Если сопротивление вспомогательной обмотки больше в два раза (разница может быть еще более значительная), скорее всего, это бифилярный 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 — используем 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 (бифилярного) 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 вольт берем емкости с рабочим напряжением 330 В и выше. А чтобы пуск проходил проще, для пусковой цепи ищите 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.

Схема подключения электродвигателя на 220В через конденсатор

Подключение электродвигателя к однофазной сети – это ситуация, которая встречается достаточно часто. Особенно такое подключение требуется на загородных участках, когда трехфазные электродвигатели используются под какие-то приспособления. К примеру, для изготовления наждака или самодельного сверлильного аппарата. Кстати, мотор стиральной машины через конденсатор производится. Но как это сделать правильно? Необходима схема подключения электродвигателя на 220В через конденсатор. Давайте разбираться в ней.

Начнем с того, что существует две стандартные схемы подключения электродвигателя к трехфазной сети: звезда и треугольник. Оба вида подключения создают условия, при которых в обмотках статора двигателя попеременно проходит ток. Он создает внутри вращающееся магнитное поле, которое действует на ротор, заставляя его вращаться. Если подключается трехфазный электродвигатель в однофазную сеть, то вот этот вращающийся момент не создается. Что делать? Вариантов несколько, но чаще всего электрики устанавливают в схему конденсатор.

Что при этом получается?

• Скорость вращения не изменяется.
• Мощность сильно падает. Конечно, говорить о конкретных цифрах здесь не приходиться, потому что падение мощности будет зависеть от разных факторов. К примеру, от условий эксплуатации самого двигателя, от схемы подключения, от конденсаторов, а, точнее, от их емкости. Но в любом случае потери будут составлять от 30 до 50 процентов.

Необходимо отметить, что не все электродвигатели могут работать от однофазной сети. Лучше всего работают асинхронные виды. У них даже на бирках указаны, что можно проводить подключение и на трехфазную сеть, и на однофазную. При этом обязательно указывается величина напряжения – 127/220 или 220/380В. Меньший показатель предназначен для схемы треугольник, больший для звезды. На картинке ниже показано обозначение.

Внимание! Конденсаторный двигатель в однофазную сеть лучше подключать через схему треугольник. Это обусловлено тем, что при таком виде подключения уменьшаются потери мощности агрегата.

Обратите внимание в рисунке на нижнюю бирку (Б). Она говорит о том, что двигатель можно подключить только через звезду. С этим придется смириться и получить аппарат с низкой мощностью. Если есть желание изменить ситуацию, то придется разобрать двигатель и вывести еще три конца обмоток, после чего провести подключение по треугольнику.

И еще один очень важный момент. Если вы устанавливаете в однофазную сеть электродвигатель с напряжением 127/220 вольт, то понятно, что к сети напряжением 220В можно подключиться через звезду. Потери мощности гарантированы. Но сделать в данном случае ничего нельзя. Если будет произведено подключение этого прибора через треугольник – мотор просто сгорит.

Схемы подключения

Давайте рассмотрим обе схемы подключения. Начнем с треугольника. В любой схеме очень важно правильно подключить именно конденсатор. В данном случае провода распределяются таким образом:

• Два контакта подсоединяются к сети.
• Один через конденсатор к обмотке.

Но тут есть один момент, если электродвигатель не нагружать, то его ротор без проблем начнем вращаться. Если пуск будет производиться под определенной нагрузкой, то вал или не будет вращаться вообще, или с очень низкой скоростью. Чтобы решить эту проблему, в схему необходимо установить еще один конденсатор – пусковой. На нем лежит всего лишь одна задача – запустить мотор, отключиться и разрядиться. По сути, пусковой работает всего 2-3 секунды.

В схеме звезда подключение конденсатора производится на выходные концы обмоток. Две из них соединяются с сетью 220В, а свободный конец и один из подключенных к сети замыкают конденсатор.

Как рассчитать емкость

Емкость конденсатора, который устанавливается в схему подключения трехфазного электродвигателя, подсоединяемого к сети напряжением в 220В, зависит от самой схемы. Для этого существуют специальные формулы.

Cр = 2800•I/U, где Ср – это емкость, I – сила тока, U – напряжение. Если производится подсоединение треугольником, то используется та же формула, только коэффициент 2800 меняется на 4800.

Хотелось бы обратить ваше внимание на тот факт, что сила тока (I) на бирке мотора не указывается, поэтому ее надо будет рассчитать по вот этой формуле:

I = P/(1.73•U•n•cosф), где Р- это мощность электрического двигателя, n – КПД агрегата, cosф – коэффициент мощности, 1,73 – это поправочный коэффициент, он характеризует соотношение между двумя видами токов: фазным и линейным.

Так как чаще всего подключение трехфазного двигателя к однофазной сети 220В производится по треугольнику, то емкость конденсатора (рабочего) можно подсчитать по более простой формуле:

C = 70•Pн, здесь Рн – это номинальная мощность агрегата, измеряемая в киловаттах и обозначаемая на бирке прибора. Если разобраться в этой формуле, то можно понять, что существует достаточно простое соотношение: 7 мкФ на 100 Вт. К примеру, если устанавливается мотор мощностью 1 кВт, то для него необходим конденсатор на 70 мкФ.

Как определить, точно ли подобран конденсатор? Это можно проверить только в рабочем режиме.

• Если в процессе эксплуатации мотор перегревается, то, значит, емкость прибора больше требуемой.
• Низкая мощность двигателя, значит, емкость занижена.

Даже расчет может привести к неправильному выбору, ведь условия эксплуатации мотора будут влиять на его работу. Поэтому рекомендуется начинать подбор с низких величин, и при необходимости наращивать показатели до необходимых (номинальных).

Что касается пусковой емкости, то здесь в первую очередь учитывается, какой пусковой момент необходим для запуска электродвигателя. Хотелось бы обратить ваше внимание на то, что пусковая емкость и емкость пускового конденсатора – это не одно и то же. Первая величина – это сумма емкостей рабочего и пускового конденсаторов.

Внимание! Емкость пускового конденсатора должна быть раза в три больше емкости рабочего. При этом специалисты советуют вместо одного большого прибора использовать несколько с малой емкостью. К тому же пусковые работают непродолжительное время, поэтому на их место можно устанавливать дешевые модели.

В качестве рабочих можно использовать бумажные, металлизированные или пленочные аналоги. При этом необходимо учитывать тот факт, что допустимое напряжение должно быть в полтора раза быть больше номинального. Как видите, подобрать точно конденсатор под электродвигатель достаточно непростым. Даже расчет является процессом неточным.