Будет ли двигатель на пусковой обмотке работать

Конденсаторы для запуска электродвигателя: какие нужны, как подключить

• 22 Января, 2021
• Инструменты и оборудование
• Юлия Толок

В быту часто возникает такая ситуация, когда необходимо подключить электродвигатель, но нет нужного источника питания. Тогда требуется использование другого типа напряжения. Обычно это происходит, если двигатель нужно подсоединить к стороннему оборудованию (токарному станку, самодельному устройству). Для этой цели применяют конденсаторы. Они бывают нескольких видов, поэтому необходимо иметь хотя бы базовое понятие о том, какие конденсаторы для запуска электродвигателя использовать в каждом конкретном случае.

Кнопка ПНВС, пускозащитное реле, бифилярный электродвигатель или двигатель с пусковой обмоткой.

Однофазные двигатели, снабженные пусковой обмоткой, помимо прочего снабжаются парой контактов, ведущих к концевому центробежному выключателю. Миниатюрное устройство обрывает цепь, когда вал раскручен. Пусковая обмотка катализирует начальный этап. Дальнейшим действием будет мешать, снижая КПД двигателя. Принято конструкцию называть бифилярной. Пусковая обмотка наматывается двойным проводом, снижая реактивное сопротивление. Помогает уменьшить емкость конденсатора – критично. Ярким примером однофазных двигателей асинхронного типа с пусковой обмоткой выступают компрессоры бытовых холодильников.

Но не всегда, встречаются электродвигатели с пусковой обмоткой и на станках, например: нождачный станок, в народе нождак. Имеем двигатель с пусковой обмоткой и рабочей обмоткой. Две обмотки нужны для того, что бы вызвать вращение ротора однофазного двигателя. Самые распространенные двигатели такого типа можно разделить на две группы: однофазные двигатели с пусковой обмоткой и двигатели с рабочим конденсатором.

У двигателей первого типа пусковая обмотка включается через специальный кнопочный пост ПНВС или конденсатор, пускозащитное реле только на момент пуска и после того как двигатель развил нормальную скорость вращения, она отключается от сети. Двигатель продолжает работать с одной рабочей обмоткой. в случае если пуск осуществляется конденсатором, величина конденсатора обычно указывается на табличке-шильдике двигателя и зависит от его конструктивного исполнения.

То есть если вспомогательная обмотка однофазного двигателя пусковая, ее подключение будет происходить только на время пуска, а если вспомогательная обмотка конденсаторная, то ее подключение будет происходить через конденсатор, который остается включенным в процессе работы двигателя. Но это уже другая история.

В некоторых конструкциях ставят центробежный выключатель, который при достижении определенной скорости вращения размыкает контакты.

А теперь несколько примеров, с которыми вы можете столкнуться:

Если у двигателя 4 вывода, то найдя концы обмоток и после замера, вы теперь легко разберетесь в этих четырех проводах, сопротивление меньше – рабочая, сопротивление больше – пусковая.

Подключается все просто, на толстые провода подается 220в. И один кончик пусковой обмотки, на один из рабочих. На какой из них разницы нет, направление вращения от этого не зависит. Так же и от того как вы вставите вилку в розетку. Вращение, будет изменятся, от подключения пусковой обмотки, а именно – меняя концы пусковой обмотки.

Следующий пример. Это когда двигатель имеет 3 вывода. Здесь замеры будут выглядеть следующим образом, например – 10 ом, 25 ом, 15 ом. После нескольких измерений найдите кончик, от которого показания, с двумя другими, будут 15 ом и 10 ом.

Это и будет, один из сетевых проводов. Кончик, который показывает 10 ом, это тоже сетевой и третий 15 ом будет пусковым, который подключается ко второму сетевому через конденсатор.

В этом примере направление вращения, вы уже не измените, какое есть такое и будет. Здесь, чтобы поменять вращение, надо будет добираться до схемы обмотки.

Еще один пример, когда замеры могут показывать 10 ом, 10 ом, 20 ом. Это тоже одна из разновидностей обмоток. Такие, шли на некоторых моделях стиральных машин, да и не только.

В этих двигателях, рабочая и пусковая – одинаковые обмотки (по конструкции трехфазных обмоток). Здесь разницы нет, какой у вас будет рабочая, а какая пусковая обмотка. Подключение пусковой обмотки однофазного двигателя, также осуществляется через конденсатор.

Электромоторы этого типа находят применение в основном в маломощных устройствах:

1. Бытовой технике. (холодильники)
2. Вентиляторах низкой мощности.
3. Насосах.
4. Компрессорах.
5. Станках для обработки сырья и т. п.

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.

Характеристики пусковой обмотки. По сравнению с рабочей, пусковая обмотка обладает меньшим сечением токопроводящего проводника, обусловленного меньшей нагрузкой и количеством витков. Следовательно, во вспомогательной обмотке имеет место большее активное сопротивление (токовая плотность), как правило, порядка 30 Ом при сопротивлении рабочей обмотки 10-13 Ом.

Обычно из двигателя с пусковой обмоткой выходит 4 конца, два провода потоньше и два потолще, вот те которые тоньше это пусковая обмотка!

Что бы изменить направление вращения электродвигателя, нужно поменять местами концы пусковой обмотки!

Устройство:

1. Фактически имеет 2 фазы, но работу выполняет лишь одна из них, поэтому мотор называют однофазным.
2. Как и все электромашины, однофазный двигатель состоит из 2 частей: неподвижной (статор) и подвижной (ротор).
3. Представляет собой асинхронный электромотор, на неподвижной составляющей которого имеется одна рабочая обмотка, подключаемая к источнику однофазного переменного тока.

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:

1. В соответствии с этим, на неподвижном участке однофазного мотора расположена так называемая пусковая обмотка. Она смещена на 90 градусов по отношению к рабочей обмотке.
2. Сдвиг токов можно получить, включив в цепь фазосдвигающее звено. Для этого могут использоваться активные резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы.
3. В качестве основы для статора и ротора используется электротехническая сталь 2212.

Принцип работы и конструкции пусковой обмотки

Отключение вспомогательной (пусковой) обмотки выполняется за счёт падения пускового тока до значения, недостаточного для удержания сердечника, — происходит обесточивание пусковой обмотки. При помощи конденсатора (или в некоторых, более редких, случаях индуктивности) фаза пусковой обмотки сдвигается на 90°. Время нахождения обмотки под пусковым током, в несколько раз превышающим номинальный, во избежание перегрева и выхода двигателя из строя должно быть строго регламентировано.

При подключении пусковой обмотки через внесенное сопротивление вспомогательная обмотка должна быть выполнена как две близкие друг к другу, параллельные обмотки (так называемая «бифилярная технология катушек»). При этом сопротивление является частью обмотки и увеличивается за счёт длины токопроводящего проводника, не изменяя при этом индуктивности катушки.

Механический разрыв цепи и отключение пусковой обмотки может осуществлять реле максимального тока, тепловое биметаллическое реле или центробежный или кнопочный выключатель, который необходимо удерживать в нажатом положении на момент запуска электрического двигателя.

Как проходит перемотка электродвигателя?

Сначала электродвигатель разбирают, срезают лобовую часть обмоток на токарном станке. После этого мотор нагревают в тупиковой печи до 300 градусов для размягчения. При температуре статора/якоря 80 градусов по Цельсию соскребают остальные части обмотки. Двигатель продувают.

После этого необходимо провести проверку технических характеристик двигателя: сечение провода, число витков, количество пазов. Провод нужного сечения освобождают от изоляции и заслуживают, наматываются катушки.

В пазах статора укладывают коробки с проводом, закрывают крышками, фиксируя клиньями. Межфазную изоляцию нужно вставляют в лобные части, окунают всю конструкцию в лак и сушат при температуре 140 градусов.

После сборки электродвигателя измеряют сопротивление, подключают и испытывают.

Особенности работы аккумуляторной батареи

От состояния и мощности аккумулятора будет зависеть успешный запуск двигателя. Многие знают, что для АКБ важны такие показатели, как емкость и ток холодной прокрутки. Эти параметры указываются на маркировке, например, 60/450А. Емкость измеряется в Ампер-часах. Аккумулятор имеет малое внутренне сопротивление, поэтому он может кратковременно отдавать большие токи, в несколько раз превышающие его емкость. Указанный ток холодной прокрутки 450А, но при соблюдении определенных условий: +18С° в течение не более 10 секунд.

Однако, подаваемый ток на стартер все равно будет меньше указанных значений, так как не учитывается сопротивление самого стартера и силовых проводов. Этот ток и называется пусковым током.

Справка. Внутреннее сопротивление аккумулятора в среднем составляет 2-9 мОм. Сопротивление стартера бензинового мотора в среднем 20-30 мОм. Как видно, для правильной работы необходимо, чтобы сопротивление стартера и проводов в несколько раз превышало сопротивление аккумулятора, иначе внутреннее напряжение аккумулятора при пуске будет проседать ниже 7-9 вольт, а этого допускать нельзя. В момент подачи тока напряжение исправного АКБ проседает в среднем до 10,8В в течение нескольких секунд, а затем вновь восстанавливается до 12В или чуть выше.

Аккумулятор отдает пусковой ток на стартер в течение 5-10 секунд. Затем нужно сделать паузу 5-10 секунд, чтобы аккумулятор «набрался сил».

Если после попытки запуска напряжение в бортовой сети резко падает или стартер прокручивается наполовину, то это свидетельствует о глубоком разряде АКБ. Если стартер выдает характерные щелчки, то аккумулятор окончательно сел. Среди других причин может быть поломка стартера.

Преимущества и недостатки

Конструктивно синхронные двигатели сложнее асинхронных, но они имеют ряд преимуществ:

• Работа синхронных электродвигателей в меньшей степени зависит от колебания напряжения питающей сети.
• По сравнению с асинхронными, они имеют больший КПД и лучшие механические характеристики при меньших габаритах.
• Скорость вращения не зависит от нагрузки. То есть колебания нагрузки в рабочем диапазоне не влияют на обороты.
• Могут работать со значительными перегрузками на валу. Если возникают кратковременные пиковые перегрузки, повышением тока в обмотке возбуждения компенсируют эти перегрузки.
• При оптимально подобранном режиме тока возбуждения, электродвигатели не потребляют и не отдают в сеть реактивную энергию, т.е. cosϕ равен единице. Двигатели, работая с перевозбуждением, способны вырабатывать реактивную энергию. Что позволяет их использовать не только в качестве двигателей, но и компенсаторов. Если необходима выработка реактивной энергии, на обмотку возбуждения подается повышенное напряжение.

При всех положительных качествах синхронных электродвигателей у них имеется существенный недостаток – сложность пуска в работу. Они не имеют пускового момента. Для запуска требуется специальное оборудование. Это долгое время ограничивало использование таких двигателей.

Пуск мощных двигателей. Поделитесь опытом

Пуск мощных двигателей. Поделитесь опытом

Сообщение Барий » 12 янв 2012, 19:24

Вот когда работаешь в проекте — всегда не хватает практики, постоянно жалею об этом.

Задача 1.
Исходные данные: ленточный конвейер большой мощности.
Задача: необходимо обеспечить запуск этого конвейера с ограничением пускового тока, что, в свою очередь, даст меньшее падение U во время запуска.
Пояснения: необходимости именно в плавном пуске нет, необходимо максимально уменьшить падение напряжения во время пуска, чтоб сеть не проседала.
Вопрос:
При прочих равных условиях, что лучше использовать, УПП или ПЧ? Какие будут преимущества и недостатки данных подходов?

Задача 2.
Исходные данные: тот же самый ленточный конвейер.
Задача: От ТП до двигателя конвейера пусть 80м. Падение U в норме, падение U во время пуска так же в норме.
Начинаем отодвигать ТП от конвейера и отодвигаем до тех пор, пока двигатель не начнет «зависать» во время прямого пуска, т.е. когда остаточного U на клеммах двигателя во время пуска не будет хватать для разворота.
Вопрос: сможем ли мы запустить конвейер с уменьшенным пусковым током, и, как следствие, с меньшим падением U во время пуска, используя для этого УПП или ПЧ?

Хотелось бы обсудить именно физику этих вопросов, почему да, почему нет, какой способ лучше и т.д.

PS: У производственников сложилось стойкое мнение, что использование ПЧ в подобных задачах более так сказать качественое решение. Кроме того, для плавного пуска мощных нагрузок так же лучше использовать ПЧ, нежели УПП. Но это ихний опыт и мнение, углубленно подобные вещи никто не изучал и не проводил опытов (тут понятно, непрерывное производство, работает и ладно, не до опытов). Но у меня такая натура, пока не расставлю все точки над И, не могу успокоиться.

Re: Пуск мощных двигателей. Поделитесь опытом

Сообщение Serex » 13 янв 2012, 08:36

Главное отличие УПП и ПЧ в том, что ПЧ имеет звено постоянного тока. Как следствие, ПЧ имеет более гладкую форму напряжения, так как частота дискретизации это 2-20 кГц. УПП же обрезает полупериоды и частота дискретизации там в принципе не может быть выше частоты сети. Все это ведет к тому, что с УПП двигатель сильно греется. При УПП у двигателя должна быть хорошая изоляция обмоток (класс F), более короткие кабели.
Так что даже для простого плавного пуска, ПЧ лучше УПП. Другой вопрос, есть ли в этом экономический эффект, впрочем тут уже логика отключается ))

Что касается конвееров, то я так понимаю. В первый момент времени на э/д нужно подать большой ток для толчка, а потом уменьшить его, плавно наращивая. Длительность и мощность первого импульса тока легко создается ПЧ и с трудом УПП. Ведь благодаря звену постоянного тока в ПЧ, можно свободно управлять током, когда в УПП ток — это производная от управляемого среднего напряжения.

А если взять частотник с управляемым напряжением звена постоянного тока, то тут ваще. можно чудеса творить )) Но таких технологий наверное почти нет. Очень уж дорого получается.

Двигатель лучше не отодвигать от ТП, так как растет погонная емкость кабеля и может чего-нибудь пробить высоким напряжением импульсов. Еще хуже отодвигать от двигателя УПП или ПЧ, так как они работают только в импульсном режиме.

Re: Пуск мощных двигателей. Поделитесь опытом

Сообщение Никита » 13 янв 2012, 10:01

Re: Пуск мощных двигателей. Поделитесь опытом

Сообщение Serex » 13 янв 2012, 10:18

Re: Пуск мощных двигателей. Поделитесь опытом

Сообщение Михайло » 13 янв 2012, 15:30

Re: Пуск мощных двигателей. Поделитесь опытом

Сообщение Никита » 13 янв 2012, 15:44

Re: Пуск мощных двигателей. Поделитесь опытом

Сообщение Михайло » 13 янв 2012, 17:31

Re: Пуск мощных двигателей. Поделитесь опытом

Сообщение Барий » 13 янв 2012, 17:34

В итоге получается, что мнение производственников верное.
Условия задачи 2 я специально записал критическими, когда при ПП двигатель «висит», что будет при запуске ПЧ. Теоретически шансы на запуск есть, что будет на практике — неизвестно.

Проектировщиков можно конечно хаять, и даже нужно, иначе у них развития не будет 🙂
Но тут стоит понимать, что мы тоже всегда ограничены чем-то. Есть сроки проектирования, есть стоимость проекта, которая, как правило минимальна и определена на тендере. На самом деле проектанты никогда не будут считать ЭМС, потому что им за это просто не заплатили и текущие нормы проектирования этого не требуют. Конечно же, со своей стороны я всегда иду навстречу заказчику, и невзирая на стоимость проекта стараюсь поддерживать полноту и качество разрабатываемой документации.

На самом деле использование ПЧ для пуска не всегда экономически невыгодно. Когда заходит речь о деньгах, что проще, запитаться от существующей удаленной ТП + подстраховаться и установить ПЧ, или построить новую ТП для пары конвейеров? Я думаю ответ очевиден и диктует его заказчик.
И в данном случае я не совсем соглашусь с Никитой, по поводу согласования с технологами и АСУшниками. Технологи здесь главные, они диктуют свои требования, отвечающие коммерческим интересам или необходимостью своего производства, далее энергослужба должна обеспечить эти хотелки технологов, а АСУшники удовлетворяют хотелки и тех и тех. Во всяком случае у нас так. Очень редко нижний уровень автоматизации подстраивается под верхний, разве что в существующих системах.

По поводу УПП. Вчера долго проводил эксперименты с Win Soft-Starter, особо ничего хорошего не вышло, если загоняю параметры в критические диапазоны — то либо двигатель вообще запуститься не может, либо пусковой ток высокий. Интересная софтина, правда глючит на Win7. Еще бы для частотников нечто подобное было, чтоб наглядно сравнить графики.

Вообще, подобные ньюансы возникают достаточно редко, поэтому обмен практическим опытом и знаниями очень полезны.