Однофазный асинхронный двигатель: схема подключения с пусковой обмоткой и конденсаторным запуском — чем отличаются и как их реализовать на практике

Изготовление самодельных станков и механизмов требует наличия источника крутящего момента, способного развивать высокую механическую мощность на валу привода при питании от сети 220 вольт.

Для этих целей подходит электродвигатель от бетономешалки, стиральной машины, другого оборудования или просто приобретенный в продаже.

В статье я рассказываю все про однофазный асинхронный двигатель, схема подключения которого зависит от внутренней конструкции и может быть выполнена с пусковой обмоткой или конденсаторным запуском.

С чего обязательно следует начинать подключение двигателя: 2 важных момента, проверенные временем

Перед первым включением любого электродвигателя необходимо уточнить его устройство: конструкцию статора и ротора, состояние подшипников.

На собственном и чужом опыте могу заверить, что проще раскрутить несколько гаек, осмотреть внутреннюю конструкцию, выявить дефекты на начальном этапе и устранить их, чем после запуска в непродолжительную работу заниматься сложным ремонтом, который можно было предотвратить.

Важное предупреждение

Начинающие электрики довольно часто сами создают неисправности двигателя, нарушая технологию его разборки, работая обычным молотком: разбивают грани вала.

Для сохранения структуры деталей без их повреждения необходимо использовать специальный съемник подшипников электродвигателя.

В самом крайнем случае, когда его нет, удары молотком наносят через толстые пластины из мягкого металла (медь, алюминий) или плотную сухую древесину (яблоня, груша, дуб).

Как состояние подшипников влияет на работу двигателя

Любой асинхронный электродвигатель (АД) имеет ротор с короткозамкнутыми обмотками. В них наводится ток, создающий магнитный поток, взаимодействующий с вращающимся магнитным полем статора, которое и является его источником движения.

Ротор внутри корпуса крепится на подшипниках. Их состояние сильно влияет на качество вращения. Они призваны обеспечить легкое скольжение вала без люфтов и биений. Любые нарушения недопустимы.

Дело в том, что обмотку статора можно рассматривать как обыкновенный электромагнит. Если у ротора разбиты подшипники, то он под действием магнитного поля станет притягиваться, приближаясь к статорной обмотке.

Зазор между вращающейся и стационарной частями очень маленький. Поэтому касания или биения ротора могут задевать, царапать, деформировать статорные обмотки, безвозвратно повреждая их. Ремонт потребует полной перемотки статора, а это весьма сложная работа.

Обязательно разбирайте электродвигатель перед его подключением, тщательно осматривайте всю его внутреннюю конструкцию.

Что надо учитывать в конструкции статорных обмоток и как их подготовить

Домашнему мастеру чаще всего попадают электродвигатели, которые уже где-то поработали, а, возможно, и прошли реконструкцию или перемотку. Никто об этом обычно не заявляет, на шильдиках и бирках информацию не меняют, оставляют прежней. Поэтому рекомендую визуально осмотреть их внутренности.

Статорные катушки у асинхронных двигателей для питания от однофазной и трехфазной сети отличаются количеством обмоток и конструкцией.

Трехфазный электродвигатель имеет три абсолютно одинаковые обмотки, разнесенные по направлению вращения ротора на 120 угловых градусов. Они выполнены из одного провода с одинаковым числом витков.

Все они имеют равное активное и индуктивное сопротивление, занимают одинаковое число пазов внутри статора.

Это позволяет первоначально оценивать их состояние обычным цифровым мультиметром в режиме омметра при отключенном напряжении.

Однофазный асинхронный двигатель имеет две разные обмотки на статоре, разнесенные на 90 угловых градусов. Одна из них создана для длительного прохождения тока в номинальном режиме работы и поэтому называется основной, главной либо рабочей.

Для уменьшения нагрева ее делают более толстым проводом, обладающим меньшим электрическим сопротивлением.

Перпендикулярно ей смонтирована вторая обмотка большего сопротивления и меньшего диаметра, что позволяет различать ее визуально. Она создана для кратковременного протекания пусковых токов и отключается сразу при наборе ротором номинального числа оборотов.

Пусковая или вспомогательная обмотка занимает примерно 1/3 пазов статора, а остальная часть отведена рабочим виткам.

Однако, приведенное правило имеет исключения: на практике встречаются однофазные электродвигатели с двумя одинаковыми обмотками.

Для подключения статора к питающей сети концы обмоток выводят наружу проводами. С учетом того, что одна обмотка имеет два конца, то у трехфазного электродвигателя может быть, как правило, шесть выводов, а у однофазного — четыре.

Но из этого простого правила встречаются исключения, связанные с внутренней коммутацией выводов для упрощения монтажа на специальном оборудовании:

• у трехфазных двигателей из статора могут выводиться:
  • три жилы при внутренней сборке схемы треугольника;
  • или четыре — для звезды;
• однофазный электродвигатель может иметь:
  • три вывода при внутреннем объединении одного конца пусковой и рабочей обмоток;
  • или шесть концов для конструкции с пусковой обмоткой и встроенным контактом ее отключения от центробежного регулятора.

Техническое состояние изоляции обмоток

Где и в каких условиях хранился статор не всегда известно. Если он находился без защиты от атмосферных осадков или внутри влажных помещений, то его изоляция требует сушки.

В домашней обстановке разобранный статор можно поместить в сухую комнату для просушки. Ускорить процесс допустимо обдувом вентилятора или нагревом обычными лампами накаливания.

Обращайте внимание, чтобы разогретое стекло лампы не касалось провода обмоток, обеспечивайте воздушный зазор. Окончание процесса сушки связано с восстановлением свойств изоляции. Этот процесс необходимо контролировать замерами мегаомметром.

Как отличить конструкцию однофазного асинхронного электродвигателя и определить его тип по статистической таблице

Привожу выдержку из книги Алиева И И про асинхронные двигатели, вернее таблицу основных электрических характеристик.

Как видите, промышленностью массово выпущены модели с:

• повышенным сопротивлением пусковой обмотки;
• пусковым конденсатором;
• рабочим конденсатором;
• пусковым и рабочим конденсатором;
• экранированными полюсами.

А еще здесь не указаны более новые разработки, называемые АЭД — асинхронные энергосберегающие двигатели, обеспечивающие:

• значительное снижение реактивной мощности;
• повышение КПД;
• уменьшение потребления полной мощности при той же нагрузке на вал, что и у обычных моделей.

Их конструкторское отличие: внутри зубцов сердечника статора выполнены углубления. В них жестко вставлены постоянные магниты, взаимодействующие с вращающимся магнитным полем.

Во всем этом многообразии вам предстоит разбираться самостоятельно с неизвестной конструкцией. Здесь большую помощь может оказать техническое описание или шильдик на корпусе.

Я же дальше рассматриваю только две наиболее распространенные схемы запуска АД в работу.

Схема подключения асинхронного двигателя с пусковой обмоткой: последовательность сборки

Например, мы определили, что из статора выходят четыре или три провода. Вызваниваем между ними активное сопротивление омметром и определяем пусковую и рабочую обмотку.

Допустим, что у четырех проводов между собой вызваниваются две пары с сопротивлением 6 и 12 Ом. Скрутим произвольно по одному проводу от каждой обмотки, обозначим это место, как «общий провод» и получим между тремя выводами замер 6, 12, 18 Ом.

Точками на этой схеме я обозначил начала обмоток. Пока на этот вопрос не обращайте внимание. Но, к нему потребуется вернуться дальше, когда возникнет необходимость выполнять реверс.

Цепочка между общим выводом и меньшим сопротивлением 6Ω будет главной, а большим 12Ω — вспомогательной, пусковой обмоткой. Последовательное их соединение покажет суммарный результат 18 Ом.

Помечаем эти 3 конца уже понятной нам маркировкой:

• О — общий;
• П — пусковой;
• Р — рабочий.

Дальше нам понадобиться кнопка ПНВС, специально созданная для запуска однофазных асинхронных двигателей. Ее электрическая схема представлена тремя замыкающими контактами.

Но, она имеет важное отличие от кнопки запуска трехфазных электродвигателей ПНВ: ее средний контакт выполнен с самовозвратом, а не фиксацией при нажатии.

Это означает, что при нажатии кнопки все три контакта замыкаются и удерживаются в этом положении. Но, при отпускании руки два крайних контакта остаются замкнутыми, а средний возвращается под действием пружины в разомкнутое состояние.

Эту кнопку и клеммы вывода обмоток статора из электродвигателя соединяем трехжильным кабелем так, чтобы на средний контакт ПНВС выходил контакт пусковой обмотки. Выводы П и Р подключаем на ее крайние контакты и помечаем.

С обратной стороны кнопки между контактами пусковой и рабочей обмоток жестко монтируем перемычку. На нее и второй крайний контакт подключаем кабель питания бытовой сети 220 вольт с вилкой для установки в розетку.

При включении этой кнопки под напряжение все три контакта замкнутся, а рабочая и пусковая обмотка станут работать. Буквально через пару секунд двигатель закончит набирать обороты, выйдет на номинальный режим.

Тогда кнопку запуска отпускают:

• пусковая обмотка отключается самовозвратом среднего контакта, но остается работать от рабочего и величина тока снижается.;
• главная обмотка двигателя продолжает раскручивать ротор от сети 220 В.

Это самая доступная схема подключения асинхронного двигателя с пусковой обмоткой для домашнего мастера. Однако, она требует наличия кнопки ПНВС.

Если ее нет, а электродвигатель требуется срочно запустить, то ее допустимо заменить комбинацией из двухполюсного автоматического выключателя и обычной электрической кнопки соответствующей мощности с самовозвратом.

Придется включать их одновременно, а кнопку отпускать после раскрутки электродвигателя.

С целью закрепления материала по этой теме рекомендую посмотреть видеоролик владельца Oleg pl. Он как раз показывает конструкцию встроенного центробежного регулятора, предназначенного для автоматического отключения вспомогательной обмотки.

Схема подключения асинхронного двигателя с конденсаторным запуском: 3 технологии

Статор с обмотками для запуска от конденсаторов имеет примерно такую же конструкцию, что и рассмотренная выше. Отличить по внешнему виду и простыми замерами мультиметром его сложно, хотя обмотки могут иметь равное сопротивление.

Ориентируйтесь по заводскому шильдику и таблице из книги Алиева. Такой электродвигатель можно попробовать подключить по схеме с кнопкой ПНВС, но он не станет раскручиваться.

Ему не хватит пускового момента от вспомогательной обмотки. Он будет гудеть, дергаться, но на режим вращения так и не выйдет. Здесь нужно собирать иную схему конденсаторного запуска.

2 конца разных обмоток подключают с общим выводом О. На него и второй конец рабочей обмотки подают через коммутационный аппарат АВ напряжение бытовой сети 220 вольт.

Конденсатор подключают к выводам пусковой и рабочей обмоток.

В качестве коммутационного аппарата можно использовать сдвоенный автоматический выключатель, рубильник, кнопки типа ПНВ или ПНВС.

Здесь получается, что:

• главная обмотка работает напрямую от 220 В;
• вспомогательная — только через емкость конденсатора.

Эта схема используется для легкого запуска конденсаторных электродвигателей, включаемых в работу без тяжелой нагрузки на привод, например, вентиляторы, наждаки.

Если же в момент запуска необходимо одновременно раскручивать ременную передачу, шестеренчатый механизм редуктора или другой тяжелый привод, то в схему добавляют пусковой конденсатор, увеличивающий пусковой момент.

Принцип работы такой схемы удобно приводить с помощью все той же кнопки ПНВС.

Ее контакт с самовозвратом подключается на вспомогательную обмотку через дополнительный пусковой конденсатор Сп. Второй конец его обкладки соединяется с выводом П и рабочей емкостью Ср.

Дополнительный конденсатор в момент запуска электродвигателя с тяжелым приводом помогает ему быстро выйти на номинальные обороты вращения, а затем просто отключается, чтобы не создавать перегрев статора.

Эта схема таит в себе одну опасность, связанную с длительным хранением емкостного заряда пусковым конденсатором после снятия питания 220 при отключении электродвигателя.

При неаккуратном обращении или потере внимательности работником ток разряда может пройти через тело человека. Поэтому заряженную емкость требуется разряжать.

В рассматриваемой схеме после снятия напряжения и выдергивания вилки со шнуром питания из розетки это можно делать кратковременным включением кнопки ПНВС. Тогда емкость Сп станет разряжаться через пусковую обмотку двигателя.

Однако не все люди так поступают по разным причинам. Поэтому рекомендуется в цепочку пуска монтировать два дополнительных резистора.

Сопротивление Rр выбирается номиналом около 300÷500 Ом нескольких ватт. Его задача — после снятия напряжения питания осуществить разряд вспомогательной емкости Сп.

Резистор Rо низкоомный и мощный выполняет роль токоограничивающего сопротивления.

Где взять номиналы главного и вспомогательного конденсаторов?

Дело в том, что величину пусковой и рабочей емкости для конденсаторного запуска однофазного АД завод определяет индивидуально для каждой модели и указывает это значение в паспорте.

Отдельных формул для расчета, как это делается для конденсаторного запуска трехфазного двигателя в однофазную сеть по схемам звезды или треугольника просто нет.

Вам потребуется искать заводские рекомендации или экспериментировать в процессе наладки с разными емкостями, выбирая наиболее оптимальный вариант.

Владелец
видеоролика “I V Мне интересно” показывает способы оптимальной настройки параметров схемы запуска конденсаторных двигателей.

Как поменять направление вращения однофазного асинхронного двигателя: 2 схемы

Высока вероятность того, что АД запустили по одному из вышеперечисленных принципов, а он крутится не в ту сторону, что требуется для привода.

Другой вариант: на станке необходимо обязательно выполнять реверс для обработки деталей. Оба эти случаи поможет реализовать очередная разработка.

Возвращаю вас к начальной схеме, когда мы случайным образом объединяли концы главной и вспомогательной обмоток. Теперь нам надо сменить последовательность включения одной из них. Показываю на примере смены полярности пусковой обмотки.

В принципе так можно поступить и с главной. Тогда ток по этой последовательно собранной цепочке изменит направление одного из магнитных потоков и направление вращения ротора.

Для одноразового реверса этого переключения вполне достаточно. Но для станка с необходимостью периодической смены направления движения привода предлагается схема реверса с управлением тумблером.

Этот переключатель можно выбрать с двумя или тремя фиксированными положениями и шестью выводами. Подбирать его конструкцию необходимо по току нагрузки и допустимому напряжению.

Схема реверса однофазного АД с пусковой обмоткой через тумблер имеет такой вид.

Пускать токи через тумблер лучше от вспомогательной обмотки, ибо она работает кратковременно. Это позволит продлить ресурс ее контактов.

Реверс АД с конденсаторным запуском удобно выполнить по следующей схеме.

Для условий тяжелого запуска параллельно основному конденсатору через средний контакт с самовозвратом кнопки ПНВС подключают дополнительный конденсатор. Эту схему не рисую, она показана раньше.

Переключать положение тумблера реверса необходимо исключительно при остановленном роторе, а не во время его вращения. Случайная смена направления работы двигателя под напряжением связана с большими бросками токов, что ограничивает его ресурс.

Если у вас еще остались неясные моменты про однофазный асинхронный двигатель и схему подключения, то задавайте их в комментариях. Обязательно обсудим.