Однофазные и трёхфазные асинхронные двигатели

Доброго времени, уважаемые читатели моего блога nasos-pump.ru

Асинхронные двигатели

Асинхронные двигатели

В рубрике «Общее» рассмотрим область применения, сравнительные характеристики, преимущества и недостатки трехфазных и однофазных асинхронных двигателей. Мы рассмотрим также возможность подключения трехфазного двигателя в сеть питания 220 вольт. Асинхронные двигатели в наше время широко применяются в различных сферах промышленности и сельского хозяйства. Они используются как электропривода в металлорежущих станках, транспортёрах, подъёмно-транспортных машинах, вентиляторах, насосном оборудовании и т. д. Двигатели малой мощности применяются в устройствах автоматики. Столь широкое применение электрических асинхронных двигателей объясняется их преимуществами по сравнению с другими типами двигателей.

Асинхронные двигатели, по виду питающего напряжения, бывают однофазные и трехфазные. Однофазные в основном используются до мощности 2,2 кВт. Это ограничение по мощности связано из-за слишком больших пусковых и  рабочих токов. Принцип работы однофазных асинхронных двигателей такой же, как и у трёхфазных. С единственной разницей у однофазных двигателей более низкий пусковой момент.

Принцип работы и схемы подключения трехфазных двигателей

Мы знаем, что электрический двигатель состоит из двух основных элементов статора и ротора. Статор – это неподвижная часть двигателя, а ротор является его подвижной частью. Трехфазные асинхронные двигатели имеют три обмотки, которые располагаются относительно друг друга под углом 120°.Когда на обмотки подать переменное напряжение, в статоре создается вращающееся магнитное поле. Переменным током называется: ток, который периодически изменяет свое направление в электрической цепи так, что среднее значение силы тока за период равно нулю. (Рис 1).

Переменный электрический ток

Переменный электрический ток

Фазы на рисунке изображены в виде синусоид. Вращающееся магнитное поле статора формирует вращающий магнитный поток. Так как вращающееся магнитное поле статора движется быстрее ротора, то оно под действием индукционных токов образующихся в обмотках ротора, создает магнитное поле ротора. Магнитные поля статора и ротора формируют свои магнитные потоки, эти потоки притягиваются друг к другу и создают вращающий момент, под действием которого ротор начинает вращаться. Более подробно о принципе работы трехфазных двигателей можно посмотреть здесь.

В клеммой колодке у трехфазных двигателей может быть от трех до шести клемм. На эти клеммы выведены либо начало обмоток (3 клеммы), либо начало и окончание обмоток (6 клемм). Начало обмоток принято обозначать латинскими буквами U1, V1 и W1, окончания обозначаются соответственно U2, V2 и W2. В отечественных двигателях обмотки обозначаются С1, С2, С3 и С4, С5, С6 соответственно. Кроме того в клеммой коробке могут быть еще и дополнительные клеммы на которые выводятся встраиваемая в обмотки тепловая защита. Для двигателей, которые имеют шесть клемм, существует два варианта подключения обмоток в трехфазную сеть: «звезда» и «треугольник» (Рис. 2).  

Подсоединение звезда, треугольник

Подсоединение звезда, треугольник

Подключение по схеме «звезда» (Y) можно получить, если замкнуть между собой клеммы W2, U2 и V2, а на клеммы W1, U1 и V1 подать напряжение питающей сети. При таком подсоединении ток фаз равен току сети, а напряжение фаз равно напряжению сети разделенное на корень из трех.Подключение по схеме «звезда» (Y) можно получить, если замкнуть между собой клеммы W2, U2 и V2, а на клеммы W1, U1 и V1 подать напряжение питания. При таком подсоединении ток фаз равен току сети, а напряжение фаз равно напряжению сети разделенное на корень из трех.Подключение по схеме «треугольник» (∆) можно получить, подсоединив попарно перемычками клеммы U1 – W2, V1 – U2, W1 – V2 и подать на перемычки напряжение питания. При таком подсоединении ток фаз равен току питающей сети, разделенному на корень из трех, а напряжение фаз равно напряжению сети.При помощи данных схем можно подключить трехфазный асинхронный двигатель на два напряжения. Если посмотреть на фирменную табличку трехфазного двигателя, то там указаны рабочие напряжения, при, которых работает данный электродвигатель (Рис. 3). 

Фирменная табличка на трехфазном двигателе

Фирменная табличка на трехфазном двигателе

Например, 220-240/380-415: двигатель работает на напряжении 220 вольт при соединении его обмоток в «треугольник» и 380 вольт при соединении обмоток в «звезду». На более низкие напряжения, обмотки статора всегда подсоединяется в «треугольник». На более высокое напряжение обмотки подсоединяются в «звезду». Потребляемый ток при подключении двигателя в «треугольник» равен 5,9 ампер, при подключении в «звезду» ток равен 3,4 ампера. Чтобы изменить направление вращения трехфазного асинхронного двигателя достаточно поменять местами любых два провода на клеммах.

Принцип работы и схема подключения однофазных двигателей

Однофазные асинхронные электродвигатели имеют две обмотки, которые расположены под углом 90° в отношении друг к другу. Одна обмотка называется основной, а вторая – пусковой или вспомогательной. В зависимости от количества полюсов каждая обмотка может разделиться не несколько секций. Между однофазными и трехфазными двигателями существуют различия. У однофазного двигателя происходит смена полюсов при каждом цикле, а у трехфазного бегущее магнитное поле. Однофазный электродвигатель нельзя запустить в работу самостоятельно. Для его запуска используются различные способы: пуск через конденсатор и работа через обмотку, пуск через конденсатор и работа через конденсатор, с постоянной пусковой емкостью, с реостатным пуском. Наибольшее распространение нашли однофазные, эклектические двигатели, оснащенные рабочим конденсатором, постоянно подключенным и подсоединенным последовательно с пусковой (вспомогательной) обмоткой. Таким образом, пусковая обмотка становится вспомогательной, когда электродвигатель достигает рабочей частоты вращения. Как подключены обмотки в однофазном двигателе, можно посмотреть на (Рис. 4)

Схема однофазного двигателя

Схема однофазного двигателя

Для однофазных асинхронных двигателей существуют некоторые ограничения. Они ни в коем случае не должны работать при малых нагрузках и в режиме холостого хода, так как происходит перегрев двигателя. По той же причине не рекомендуется эксплуатировать двигатели при нагрузке меньше 25% от полной нагрузки.

На (Рис. 5) изображена фирменная табличка с характеристиками двигателя, который применяется в насосе фирмы Pedrollo. На ней находится вся необходимая информация о двигателе и насосе. Характеристики насоса мы рассматривать не будем.

Фирменная табличка однофазного двигателя

Фирменная табличка однофазного двигателя

Из заводской таблички видно, что это однофазный двигатель и  рассчитан он на подключение в сеть с напряжением 220-230 вольт переменного тока, частотой 50 герц. Количество оборотов 2900 в минуту. Мощность этого двигателя составляет 0,75 кВт или одна лошадиная сила (НР). Номинальный потребляемый ток 4 ампера. Емкость конденсатора для данного двигателя составляет 20 микрофарад. Конденсатор должен быть с рабочим напряжением 450 вольт.

Преимущества и недостатки трехфазных двигателей

К преимуществам асинхронных трехфазных двигателей можно отнести:

  • низкая цена, по сравнению с коллекторными двигателями;
  • высокая надёжность;
  • простота конструкции;
  • длительный срок эксплуатации;
  • работают непосредственно от сети переменного тока.

К недостаткам асинхронных двигателей следует отнести:

  • чувствительность к изменениям питающего напряжения;
  • пусковой ток при включении в сеть довольно высок;
  • низкий коэффициент мощности, при малых нагрузках и на холостом ходу;
  • для плавной регулировки частоты вращения необходимо применять частотные преобразователи;
  • потребляет реактивную мощность, очень часто при применении асинхронных двигателей в связи с нехваткой мощности могут возникать проблемы с питающим напряжением.

Преимущества и недостатки однофазных двигателей

К преимуществам однофазных асинхронных двигателей можно отнести:

  • невысокая стоимость;
  • простота конструкции;
  • длительный срок эксплуатации;
  • высокая надежность;
  • работа от сети переменного тока 220 вольт без преобразователей;
  • низкий уровень шума по сравнению с коллекторными двигателями.

К недостаткам однофазных асинхронных двигателей следует отнести:

  • очень высокие пусковые токи;
  • большие габариты и вес;
  • ограниченный диапазон по мощности;
  • чувствительность к изменениям питающего напряжения;
  • при плавной регулировке частоты вращения необходимо применять частотные преобразователи (в продаже имеются частотные преобразователи для однофазных двигателей).
  • нельзя использовать в режимах малой нагрузки и холостого хода.

Несмотря на многочисленные недостатки и благодаря многим преимуществам асинхронные двигатели успешно работают в различных областях промышленности, сельского хозяйства и быта. Они делают жизнь современного человека более комфортной и удобной.

Трехфазный двигатель в однофазной сети

В жизни иногда бывают ситуации, когда необходимо какое-то промышленное оборудование включить в домашнюю сеть 220 вольт. И тут возникает вопрос, а можно ли это сделать? Ответ – да, хотя в этом случае неизбежны потери мощности и момента на валу двигателя. Кроме того это касается асинхронных двигателей до мощности 1-1,5 кВт. Для запуска трехфазного двигателя в однофазную сеть, надо сымитировать фазу со сдвигом на определенный угол (оптимально на 120°). Добиться этого сдвига можно, если использовать фазосдвигающий элемент. Наиболее подходящим элементом является конденсатор. На (Рис. 6) приведены схемы включения трехфазного двигателя в однофазную сеть при подсоединении обмоток в «звезду» и «треугольник»

Схемы включения двигателя

Схемы включения двигателя

 

При запуске двигателя требуется усилие, чтобы преодолеть силы инерции и трения покоя. Для увеличения момента вращения, нужно установить дополнительный конденсатор, подсоединяемый к основной схеме только в момент запуска, а после запуска его нужно отключить. В этих целях лучшим вариантом будет применение замыкающейся кнопки SA без фиксации положения. На кнопку следует нажать в момент подачи напряжения питания, и пусковая емкость Сп. создаст дополнительной сдвиг фазы. Когда двигатель раскрутится до номинальных оборотов, кнопку нужно отпустить, и в схеме будет использоваться только рабочий конденсатор Сраб.

Расчет величины емкости

Емкость конденсатора можно определить методом подбора, начиная с небольшой емкости и постепенно переходить к более большим емкостям, до получения подходящего варианта. А когда еще есть возможность измерить ток (наиболее низкое его значение) в сети и на рабочем конденсаторе, то можно подобрать наиболее оптимальную емкость. Замер тока нужно проводить при работающем двигателе. Пусковая емкость рассчитывается исходя из требования по созданию достаточного пускового момента. Но этот процесс довольно длительный и трудоемкий. На практике часто пользуются боле быстрым способом. Есть  простой способ вычисления емкости, правда эта формула дает скорее порядок цифр, но не ее значение. И повозиться в этом случае тоже придется.

Сраб =66•Pн

Где

Сраб – рабочая емкость конденсатора в мкФ;

Рн – номинальная мощность двигателя кВт.

Данная формула действительна при подключении обмоток трехфазного двигателя в «треугольник». Исходя из формулы на каждые 100 Вт мощности трехфазного двигателя, потребуется емкость порядка 7 мкФ.

Если емкость конденсатора подобрана больше, чем необходимо, двигатель будет перегреваться, а если же емкость будет меньше, то мощность двигателя будет занижена.

В некоторых случаях помимо рабочей емкости Сраб. используется и пусковой конденсатор Сп. Емкость обеих конденсаторов нужно знать, иначе двигатель работать не будет. Сначала определим значение емкости, необходимой для того, чтобы заставить ротор вращаться. При параллельном включении емкость Сраб и Сп. складываются. Нам также потребуется значение номинального тока Iн. Данную информацию мы можем посмотреть на фирменной табличке, прикрепленной к двигателю.

Расчет емкости конденсатора производится в зависимости от схемы подключения трехфазного двигателя. При подсоединении обмоток двигателя в «звезду» расчет емкости проводится по следующей формуле:

Сраб =2800•I/U;

В случае соединения обмотки двигателя в «треугольник», рабочая емкость рассчитывается так:

Сраб =4800•I/U;

Где:

Сраб – рабочая емкость конденсатора в мкФ;

I – номинальный ток в амперах;

U – напряжение в вольтах.

Емкость дополнительного пускового конденсатора должна быть в 2 – 3 раза больше чем емкость рабочего. Если, к примеру, емкость рабочего конденсатора равна 70 мкФ, то пусковая емкость конденсатора должна быть 70-140 мкФ. Что в сумме составит 140-210 мкФ.

Для трехфазных двигателей мощностью до 1 (кВт) достаточно только рабочего конденсатора Сраб, дополнительный конденсатор Сп можно не подключать. При подборе конденсатора для трехфазного двигателя, включенного в однофазную сеть важно правильно учесть его рабочее напряжение. Рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее 300 Вольт. Если конденсатор будет иметь рабочее напряжение больше, в принципе ничего плохого не произойдет, но при этом увеличиваются его габариты, и, конечно же, цена. Если конденсатор выбрать с рабочим напряжением меньше чем требуется, то конденсатор очень быстро выйдет из строя и может даже взорваться. Очень часто бывают такие ситуации, когда в наличии нет конденсатора необходимой емкости. Тогда необходимо подключить несколько конденсаторов параллельно или последовательно, чтобы получить требуемую емкость. Нужно помнить, что при параллельном подключении нескольких конденсаторов, общая емкость складывается, а при  последовательном соединении общая емкость уменьшается исходя из формулы: 1/С=1/С1+1/С2+1/С3… и так далее. Также следует не забывать о рабочем напряжении конденсатора. Напряжение на всех подключаемых емкостях параллельно должно быть не ниже номинального. А напряжение на подключаемых емкостях последовательно, на каждом из конденсаторов может быть меньше номинального, но общая сумма напряжений должна бить не ниже номинального. Приведу пример, есть два конденсатора емкостью 60 мкФ с рабочим напряжением 150 вольт каждый. При подсоединении их последовательно, общая их емкость составит 30 мкФ (уменьшится), а рабочее напряжение увеличится до 300 вольт. На этом, пожалуй, все.

Спасибо за проявленный интерес.

P.S. Понравился пост? Порекомендуйте его своим друзьям и знакомым в социальных сетях.

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Google Plus
[Google]

3 thoughts on “Однофазные и трёхфазные асинхронные двигатели

  1. uzolesya

    Да, я вас понимаю. В этом что-то есть и мысль отличная, поддерживаю.

  2. remenergo

    Фактически является двухфазным, но вследствие того, что рабочей является только одна обмотка, двигатель называют однофазным.

  3. WalterDex

    В зависимости от числа питающих фаз различают трехфазные и однофазные асинхронные двигатели . Трехфазный асинхронный двигатель при определенных условиях может успешно выполнять свои функции и при питании от однофазной сети.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *