Подключение трёхфазного двигателя к однофазной сети без конденсаторов: 4 схемы для начинающего мастера
Асинхронный или коллекторный: как отличить
Вообще, отличить тип двигателя можно по пластине — шильдику — на которой написаны его данные и тип. Но это только в том случае, если его не ремонтировали. Ведь под кожухом может быть что угодно. Так что если вы не уверены, лучше определить тип самостоятельно.
Так выглядит новый однофазный конденсаторный двигатель
Как устроены коллекторные движки
Отличить асинхронный и коллекторный двигатели можно по строению. У коллекторных обязательно есть щетки. Они расположены возле коллектора. Еще обязательный атрибут движка этого типа — наличие медного барабана, разделенного на секции.
Такие двигатели выпускаются только однофазные, они часто устанавливаются в бытовой технике, так как позволяют получить большое число оборотов на старте и после разгона. Также они удобны тем, что легко позволяют менять направление вращения — необходимо только поменять полярность. Несложно также организовать изменение скорости вращения — изменением амплитуды питающего напряжения или угла его отсечки. Потому и используются подобные двигатели в большей части бытовой и строительной техники.
Строение коллекторного двигателя
Недостатки колелкторых двигателей — высокая шумность работы на больших оборотах. Вспомните дрель, болгарку, пылесос, стиральную машину и т.д.. Шум при их работе стоит приличный. На малых оборотах коллекторные двигатели не так шумят (стиральная машина), но не все инструменты работают в таком режиме.
Читать также: Смазка для перфоратора какая лучше
Второй неприятный момент — наличие щеток и постоянного трения приводит к необходимости регулярного технического обслуживания. Если токосъемник не чистить, загрязнение графитом (от стирающихся щеток) может привести к тому, что соседние секции в барабане соединятся, мотор попросту перестанет работать.
Асинхронные
Асинхронный двигатель имеет стартер и ротор, может быть одно и трех фазным. В данной статье рассматриваем подключение однофазных двигателей, потому речь пойдет только о них.
Асинхронные двигатели отличаются невысоким уровнем шумов при работе, потому устанавливаются в технике, шум работы которой критичен. Это кондиционеры, сплит-системы, холодильники.
Строение асинхронного двигателя
Есть два типа однофазных асинхронных двигателей — бифилярные (с пусковой обмоткой) и конденсаторные. Вся разница состоит в том, что в бифилярных однофазных двигателях пусковая обмотка работает только до разгона мотора. После она выключается специальным устройством — центробежным выключателем или пускозащитным реле (в холодильниках). Это необходимо, так как после разгона она только снижает КПД.
В конденсаторных однофазных двигателях конденсаторная обмотка работает все время. Две обмотки — основная и вспомогательная — смещены относительно друг друга на 90°. Благодаря этому можно менять менять направление вращения. Конденсатор на таких двигателях обычно крепится к корпусу и по этому признаку его несложно опознать.
Более точно определить бифолярный или конденсаторный двигатель перед вами можно при помощи измерений обмоток. Если сопротивление вспомогательной обмотки меньше в два раза (разница может быть еще более значительная), скорее всего, это бифолярный двигатель и эта вспомогательная обмотка пусковая, а значит, в схеме должен присутствовать выключатель или пусковое реле. В конденсаторных двигателях обе обмотки постоянно находятся в работе и подключение однофазного двигателя возможно через обычную кнопку, тумблер, автомат.
Схемы подключения однофазных асинхронных двигателей
С пусковой обмоткой
Для подключения двигателя с пусковой обмоткой потребуется кнопка, у которой один из контактов после включения размыкается. Эти размыкающиеся контакты надо будет подключить к пусковой обмотке. В магазинах есть такая кнопка — это ПНВС. У нее средний контакт замыкается на время удержания, а два крайних остаются в замкнутом состоянии.
Внешний вид кнопки ПНВС и состояние контактов после того как кнопка «пуск» отпущена»
Сначала при помощи измерений определяем какая обмотка рабочая, какая — пусковая. Обычно вывод от мотора имеет три или четыре провода.
Рассмотрим вариант с тремя проводами. В этом случае две обмотки уже объединены, то есть один из проводов — общий. Берем тестер, измеряем сопротивление между всеми тремя парами. Рабочая имеет самое меньшее сопротивление, среднее значение — пусковая обмотка, а наибольшее — это общий выход (меряется сопротивление двух последовательно включенных обмоток).
Если выводов четыре, они звонятся попарно. Находите две пары. Та, в которой сопротивление меньше — рабочая, в которой больше — пусковая. После этого соединяем один провод от пусковой и рабочей обмотки, выводим общий провод. Итого остается три провода (как и в первом варианте):
С этими тремя проводами и работаем дальше — исползуем для подключения однофазного двигателя.
- Подключение однофазного двигателя с пусковой обмоткой через кнопку ПНВС
подключение однофазного двигателя
Все три провода подключаем к кнопке. В ней тоже имеется три контакта. Обязательно пусковой провод «сажаем на средний контакт (который замыкается только на время пуска), остальные два — на крайние (произвольно). К крайним входным контактам ПНВС подключаем силовой кабель (от 220 В), средний контакт соединяем перемычкой с рабочим (обратите внимание! не с общим). Вот и вся схема включения однофазного двигателя с пусковой обмоткой (бифолярного) через кнопку.
Конденсаторный
При подключении однофазного конденсаторного двигателя есть варианты: есть три схемы подключения и все с конденсаторами. Без них мотор гудит, но не запускается (если подключить его по схеме, описанной выше).
Схемы подключения однофазного конденсаторного двигателя
Первая схема — с конденсатором в цепи питания пусковой обмотки — хорошо запускаются, но при работе мощность выдают далеко не номинальную, а намного ниже. Схема включения с конденсатором в цепи подключения рабочей обмотки дает обратный эффект: не очень хорошие показатели при пуске, но хорошие рабочие характеристики. Соответственно, первую схему используют в устройствах с тяжелым пуском (бетономешалки, например), а с рабочим конденсором — если нужны хорошие рабочие характеристики.
Схема с двумя конденсаторами
Есть еще третий вариант подключение однофазного двигателя (асинхронного) — установить оба конденсатора. Получается нечто среднее между описанными выше вариантами. Эта схема и реализуется чаще всего. Она на рисунке выше в середине или на фото ниже более детально. При организации данной схемы тоже нужна кнопка типа ПНВС, которая будет подключать конденсатор только не время старта, пока мотор «разгонится». Потом подключенными останутся две обмотки, причем вспомогательная через конденсатор.
Читать также: Марка электрода для сварки алюминия
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:
Рабочее напряжение этих конденсаторов должно быть в 1,5 раза выше, чем напряжение сети, то есть, для сети 220 В берем емкости с рабочим напряжением 330 В и выше. А чтобы пуск проходил проще, в пусковую цепь ищите конденсатор специальный конденсатор. У них в маркировке присутствует слова Start или Starting, но можно взять и обычные.
Изменение направления движения мотора
Если после подключения мотор работает, но вал крутится не в том направлении, которое вам надо, можно поменять это направление. Это делают поменяв обмотки вспомогательной обмотки. Когда собирали схему, один из проводов подали на кнопку, второй соединили с проводом от рабочей обмотки и вывели общий. Вот тут и надо перекинуть проводники.
Однофазный двигатель работает за счет переменного электрического тока и подключается к сетям с одной фазой. Сеть должна иметь напряжение 220 Вольт и частоту, равную 50 Герц.
Электромоторы этого типа находят применение в основном в маломощных устройствах:
Выпускаются модели с мощностью от 5 Вт до 10 кВт.
Значения КПД, мощности и пускового момента, у однофазных моторов существенно ниже, чем у трехфазных устройств тех же размеров. Перегрузочная способность также выше у двигателей с 3 фазами. Так, мощность однофазного механизма не превышает 70% мощности трехфазного того же размера.
устройство
Устройство:
К сильным сторонам двигателя данного типа можно отнести простоту конструкции, представляющую собой ротор с короткозамкнутой обмоткой. К недостаткам – низкие значения пускового момента и КПД.
Главный минус однофазного тока – невозможность генерирования им магнитного поля, выполняющего вращение. Поэтому однофазный электромотор не запустится сам по себе при подключении к сети.
В теории электрических машин, действует правило: чтобы возникло магнитное поле, вращающее ротор, на статоре должно быть по крайней мере 2 обмотки (фазы). Требуется также смещение одной обмотки на некоторый угол относительно другой.
Во время работы, происходит обтекание обмоток переменными электрическими полями:
Схема устройства
Данное управление двигателем мало кому известно и практически не используется. Преимущество предлагаемого пускового устройства в том, что значительно уменьшается потеря мощности двигателя. При пуске трехфазного двигателя 220 В помощью конденсатора потеря мощности составляет минимум 30%, а может достигать 50%. Использование этого пускового устройства снижает потерю мощности до 3%, максимум составит 5%.
Однофазная сеть подключается:
Пусковое устройство подключается к двигателю вместо конденсатора.
Подключенный к устройству резистор позволяет регулировать обороты двигателя. Устройство также можно включить на реверс.
Для эксперимента взят старый двигатель еще советского производства.
С данным пусковым устройством двигатель запускается мгновенно и работает без каких-либо проблем. Такую схему можно использовать практически на любом двигателе мощностью до 3 кВт.
Примечание: в сети 220 В двигатели мощностью более 3 кВт включать просто не имеет смысла – бытовая электропроводка не выдержит нагрузки. В схеме можно использовать любые тиристоры, ток которых не менее 10 А. Диоды 231, также 10-амперные.
Примечание: у автора в схеме установлены диоды 233, что не имеет значения (только они идут по напряжению 500 В) −поставить можно любые диоды, которые имеют ток 10 А и удерживают более 250 В.
Устройство компактно. Автор схемы собрал резисторы просто наборами, чтобы не тратить время на подборку резисторов по номиналу. Теплоотвод не требуется. Установлен конденсатор, стабилитрон, два диода 105. Схема получилась очень простая и эффективная в работе.
Рекомендуется для использования – сборка пускового устройства проблем не создаст. В итоге при подключении двигатель стартует на своей максимальной мощности и практически без ее потери в отличие от стандартной схемы с использованием конденсатора.
Принцип действия и схема запуска
Принцип работы:
Схема запуска:
Подключение
Для работы устройства требуется 1 фаза с напряжением 220 Вольт. Это означает, что подключить его можно в бытовую розетку. Именно в этом причина популярности двигателя среди населения. На всех бытовых приборах, от соковыжималки до шлифовальной машины, установлены механизмы этого типа.
Читать также: Как сделать антенну биквадрат для телевизора
аподключение с пусковым и рабочим кондсенсаторами
Существует 2 типа электромоторов: с пусковой обмоткой и с рабочим конденсатором:
Электродвигатель может быть взят от одного прибора и подключен к другому. Например, исправный однофазный мотор от стиральной машины или пылесоса может использоваться для работы газонокосилки, обрабатывающего станка и т.п.
Существует 3 схемы включения однофазного двигателя:
Подключение электромотора с пусковым сопротивлением:
Подключение мотора с конденсаторным пуском:
Преимущества схемы тиристорного преобразователя: автор В Соломыков
Эта разработка позволяет максимально эффективно сохранить мощность асинхронного двигателя при его подключении в однофазную сеть. Она является прообразом современных частотных преобразователей, но выполнена на старой и доступной элементной базе.
Тиристорный преобразователь позволяет сделать формы напряжений на каждой фазе очень похожими на идеальные, гармоничные синусоиды, под которые и создается асинхронный электродвигатель.
Питание от сети 220 вольт происходит через защиту — автоматический выключатель SF1 и диодный мост на базе Д233В.
Силовые выходные цепи образуются работой тиристорных ключей VS1-VS6.
Сдвиг фаз токов для питания каждой обмотки двигателя своим напряжением создается работой двух микросхем:
Они формируют такты сдвига напряжений сигналов в регистрах, а их сочетания подаются на входы управления тиристорами VS1÷VS6 через индивидуальные транзисторы VT1÷VT6 по запланированной временной диаграмме.
Логическая часть
Микросхема К176ИР2 вырабатывает по 2 раздельных 4-х разрядных регистра сдвига с четырьмя выходами Q от любого триггера. Каждый триггер двухступенчатый, типа D.
Ввод данных в регистр происходит через вход D. Также имеется вход для тактовых импульсов типа C. Они поступают через вход D 1-го триггера, а затем смещаются по ходу вправо на один такт.
Обнуление данных на выходе регистра Q происходит при поступлении на вход R (асинхронный сброс) напряжения логического уровня.
Таблица данных К176ИР2 и состояний регистров
| Число разрядов | 4х2 | Входы | Выход | |||
| Сторона сдвига | Направо | C | D | R | Q0 | Qn |
| Тип ввода | Последовательно | ∫ | H | Н | H | Qn-1 |
| Тип вывода | Параллельно | ∫ | B | H | B | Qn-1 |
| Тактовая частота | 2,5MHz | ∫ | X | H | Q1 | Qn не меняется |
| Рабочая температура | -45÷+85 | X | X | B | H | H |
Работой микросхемы К176ИР2 управляет элементы DD1 на сборке К176ЛЕ5.
Они обеспечивают подачу импульсов на управляющие электроды тиристоров по следующей временной диаграмме.
Силовая часть схемы, принципы ее управления и наладки
При подаче напряжения на схему обнуляется регистр сдвига микросхемы DD2 до окончания заряда емкости C2 по цепочке через R5. В момент заряда срабатывает логический элемент DD1.1, разрешающий сдвиг импульса регистру DD2.
При переходе регистра в положение «логической 1» подается сигнал на базу его биполярного транзистора (VT1÷VT6). Последний открывается и подает команду на управляющий электрод своего тиристора.
В результате работы этой цепочки между выходными силовыми клеммами создается трехфазное напряжение (довольно близкое к синусоидальной форме) со сдвигом векторов между собой на 120 градусов.
Асинхронный двигатель, работающий по этой схеме, развивает наибольшую мощность по сравнению с тремя предыдущими вариантами.
Частота коммутации тиристоров подбирается экспериментально при наладке за счет выбора номиналов емкостей С4, С5, С6. Их номиналы зависят от мощности электродвигателя.
Емкость конденсаторов предварительно рассчитывают по формуле:
При номинальной частоте вращения ротора выставляют n=1.
Резисторы R3 и R4 после окончания настройки устройства демонтируют, а вместо R4 запаивают конденсатор с емкостью 0,68 микрофарад.
Затем к точкам A и B припаивают регулировочный резистор на 15 килоом. Его назначение — точное выставление частоты вращения ротора у двигателя.
Все четыре схемы, которые я привел, не содержат дефицитных деталей и могут быть собраны в домашних условиях людьми с начальным уровнем навыков электрика.
Для продвинутых мастеров могу порекомендовать схему, по которой выполнил подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без конденсаторов на современной электронной базе владелец сайта Радиокот.
Он фактически собрал частотный преобразователь, которому отдал много времени. К тому же простым паяльником и обычным цифровым мультиметром там отделаться не получится. Нужны практические навыки, специальный инструмент, осциллограф для наладки.
Все это я написал, чтобы подвести вас к выводу: запустить асинхронный двигатель на 3 фазы в сеть 220 вольт без потерь мощности можно только через промышленный частотный преобразователь.
Рекомендую посмотреть два коротких видеоролика по этой теме и сравнить результат.
Видео владельца Kick Ass с самодельным регулятором по схеме В Голик.
Видео владельца Capricorn WorkShop о самом простом частотном преобразователе.
Выводы сделайте сами. А если остались еще вопросы и неясности, или заметили случайную ошибку, то воспользуйтесь разделом комментариев. Обязательно обсудим.
Проверка работоспособности
Как проверить работоспособность двигателя путем визуального осмотра?
Ниже перечислены дефекты, которые сигнализируют о возможных проблемах с двигателем, их причиной могла стать неправильная эксплуатация или перегрузка:
Чтобы проверить работоспособность двигателя, следует включить его сначала на 1 минуту, а затем дать поработать около 15 минут.
Если после этого двигатель окажется горячим, то:
Отключите конденсатор, и запустите мотор вручную: если он перестанет нагреваться – необходимо уменьшить конденсаторную емкость.
Полезные советы
Несколько полезных советов, как подключить электродвигатель с 3 проводами, чтобы избежать проблемы во время эксплуатации:
Полезная информация! Правильно рассчитать ёмкость конденсатора можно только с учётом номинала мощности мотора. При недогрузке возникнет перегрев и ёмкость нужно будет снижать.
Смотрите в ролике, как подключить мотора по схеме звезды или треугольника:
Обзор моделей
Одними из наиболее популярных являются электродвигатели серии АИР. Существуют модели, исполненные на лапах 1081, и модели комбинированного исполнения – лапы + фланец 2081.
Электродвигатели в исполнении лапы+фланец обойдутся примерно на 5% дороже, чем аналогичные на лапах.
Как правило, производители предоставляют гарантию от 12 месяцев.
Для электродвигателей, имеющих высоту вращения 56-80 мм, исполнение станины алюминиевое. Двигатели с высотой вращения более 90 мм представлены в чугунном исполнении.
Модели различаются между собой по мощности, частоте вращения, высоте оси вращения, КПД.
Чем мощнее двигатель, тем выше его стоимость:
Высота оси вращения для моторов с 1 фазой варьируется от 56 мм до 90 мм и напрямую зависит от мощности: чем мощнее двигатель, тем больше высота оси вращения, а значит и цена.
Различные модели имеют разный КПД, обычно от 67% до 75%. Больший КПД соответствует большей стоимости модели.
Следует обратить внимание также на двигатели, выпускаемые итальянской компанией ААСО, основанной в 1982 году:
Купить моторы производства компании ААСО можно по цене от 4600 рублей.