В чем отличие однофазного двигателя от конденсаторного

Чем отличается однофазный двигатель от конденсаторного

Асинхронные микродвигатели (АМД) выполняют те же функции, что и обычные силовые двигатели средней и большой мощности. Поэтому к ним предъявляются аналогичные требования:

• высокие энергетические показатели (КПД, сosφ);
• хорошие пусковые свойства (большой пусковой момент при малом пусковом токе).

Двигатели получили большое распространение благодаря простоте конструкции, высокой надежности, хорошей технологичности.

В подавляющем большинстве случаев они имеют на статоре две обмотки, сдвинутые на 90 эл. градусов. Одна обмотка включается в сеть непосредственно и называется главной. Другая включается в сеть через фазосдвигающий элемент и называется вспомогательной (пусковой). Ротор всегда короткозамкнутый.

В зависимости от использования вспомогательной обмотки и от фазосдвигающего элемента асинхронные микродвигатели подразделяются на 5 групп:

1. с пусковым сопротивлением;
2. с пусковым конденсатором;
3. с пусковым и рабочим конденсатором;
4. с рабочим конденсатором;
5. с экранированными полюсами.

Двигатели первой и второй групп пускаются как двухфазные, но при достижении скорости, близкой к номинальной, вспомогательную обмотку отключают и они продолжают работать как однофазные.

§ 2.2. Принцип действия и основные особенности однофазных асинхронных микродвигателей

При питании однофазной обмотки статора переменным током возникает пульсирующее магнитное поле, которое можно представить двумя круговыми полями Ф_пр и Ф_об, вращающимися в разные стороны (рис.2.1). Каждое из этих полей индуцирует в обмотке ротора ЭДС и токи. Токи ротора, взаимодействуя с соответствующим полем статора, создают вращающие моменты (М₁ и М₂). При неподвижном роторе эти моменты совершенно одинаковы, поэтому результирующий момент микродвигателя равен 0.

Механическую характеристику однофазного двигателя можно получить сложением вращающих моментов прямого (М₁) и обратного (М₂) полей (рис.2.2). Анализ этой характеристики позволяет сделать следующие выводы:

• Однофазный двигатель не имеет собственного пускового момента. В этом его характерная особенность и главный недостаток.
• Двигатель не имеет определенного направления вращения. Оно зависит от первичного толчка.
• Для однофазного двигателя не возможен режим электромагнитного тормоза (при s_кр о (tgY_P.2 = x_P.2/r_P). Магнитный поток Ф_Р.2, созданный током I_P.2, находится почти в противофазе к обратному полю статора Ф_С.2 и в значительной мере его ослабляет.

Получается, что в двигателе имеет место прямое поле и небольшое обратное поле. Они вместе образуют одно результирующее поле – эллиптическое.

При работе двигателя в режиме холостого хода, когда скольжение близко к нулю (s ≈ 0), демпфирующее действие обратного потока ротора Ф_Р.2 оказывается на столько сильным, что обратное поле статора Ф_С.2 практически пропадает и результирующее поле становится почти круговым.

Схему замещения однофазного микродвигателя получим, если в (1.24) положим U_B = 0, Z_B1 = Z_B2. Тогда

(2.1)

Ток однофазного двигателя

(2.2)

Знаменатель выражения (2.2) является входным сопротивлением однофазного двигателя. Его можно представить (индекс А опущен) как

(2.3)

где: Z_c — полное сопротивление обмотки статора; Z_mр1, Z_mр2 — полные сопротивления контуров намагничивания и ротора токам прямой и обратной последовательностей.

Сопротивлению Z_вх (2.3) соответствует схема рис. 2.4, которая и будет схемой замещения однофазного микродвигателя.

Рис.2.4. Схемы замещения однофазного асинхронного микродвигателя

Задача 2.1. Во сколько раз (приблизительно) ток холостого хода однофазного двигателя отличается от тока холостого хода симметричного трехфазного двигателя ?

§ 2.3. Свойства фазосдвигающих элементов

Рассмотрим двигатель с двумя обмотками А и В, сдвинутыми в пространстве на 90 эл. градусов (рис. 2.5). Будем считать, что обмотки совершенно одинаковые, т.е. Z_A = Z_B (диаграмма токов для этого случая показана на рис. 2.6,а). Для того, чтобы образовалось вращающееся магнитное поле, необходим сдвиг токов во времени, поэтому в цепь обмотки В включим фазосдвигающий элемент Z_фс.

Рис. 2.5. К вопросу о свойствах фазосдвигающих элементов

Если использовать активное сопротивление (рис. 2.6,б), ток в фазе В уменьшится по величине, но станет более активным. Его вектор приблизится к вектору напряжения и между токами образуется временной сдвиг b. Если же использовать индуктивность (рис. 2.6,в), ток в фазе В тоже уменьшится по величине, но станет более реактивным. Его вектор отойдет от вектора напряжения и между токами опять образуется временной сдвиг b. В случае включения конденсатора, ток в фазе В станет опережающим (рис.2.6,г).

Анализ диаграмм токов на рис. 2.6 позволяет сделать вывод, что наилучшими фазосдвигающими свойствами обладает емкость. Только она обеспечивает сдвиг токов во времени на угол, близкий к 90º. К тому же она еще и улучшает сosφ двигателя.

Рис. 2.6. Диаграммы токов двухфазного двигателя с различными фазосдвигающими элементами

Активное сопротивление и индуктивность сдвигают токи на угол, далеко не равный 90º. Кроме того, индуктивность ухудшает соsφ двигателя.

Задача 2.2. Определить угол между векторами токов в фазах А и В, если U = 220 В, Z_A = Z_B = 20 + j20 Ом и : а) Z_фс = R = 20 Ом; б) Z_фс = X_L = j20 Ом; в) Z_фс = X_с = -j20 Ом.

§ 2.4. Получение кругового поля в конденсаторном микродвигателе

Рис.2.7. Схема включения конденсаторного двигателя (общий случай)

Рассмотрим двигатель с двумя обмотками А и В (рис.2.7). Последовательно с обмоткой В кроме конденсатора С включено добавочное сопротивление R_д , а главная обмотка питается от сети через делитель напряжения.

Необходимым условием получения кругового поля является равенство нулю одной из последовательностей токов, например, обратной

(2.4)

(2.5)

Обозначим через коэффициент α отношение напряжения на обмотке А к напряжению сети U_B: α = U_A /U_B

Раскрывая полные сопротивления Z_B1 и Z_A1 , получим

Используя (1.21), выразим параметры обмотки В через параметры обмотки А :

Комплексное число равно нулю, если равны нулю действительная и мнимая части:

(2.7)

Таким образом, если одновременно выполнить условия (2.6) и (2.7), поле в двигателе станет круговым.

На практике круговое поле в конденсаторном двигателе получают одним из следующих способов:

1) подбором емкости конденсатора С и коэффициента трансформации k;

2) подбором емкости конденсатора С и соотношения фазных напряжений α ;

3) подбором емкости конденсатора С и добавочного сопротивления R_д .

Получение кругового поля подбором емкости конденсатора и коэффициента трансформации. При R_д = 0, α = 1 (рис. 2.8) уравнения (2.6), (2.7) принимают вид

Рис.2.8. Схема включения (а) и векторная диаграмма (б) конденсаторного двигателя при R_д = 0 и α = 1

Решая первое уравнение системы (2.8), найдем коэффициент трансформации

где φ_A — угол между током и напряжением фазы А.

Решая второе уравнение системы (2.8), найдем емкостное сопротивление конденсатора

Зная x_c , легко определить емкость конденсатора, мкФ

Поскольку полные сопротивления r_A1, x_A1, x_B1 зависят от скольжения, а коэффициент трансформации и емкость конденсатора должны иметь конкретные значения, круговое поле в двигателе будет иметь место лишь при определенном скольжении S. Таким скольжением чаще всего выбирают скольжение S = 1 или S = S_ном. Во всех остальных режимах, т.е. при всех остальных скольжениях, поле в микродвигателе будет эллиптическим.

На рис. 2.8,б построена векторная диаграмма асинхронного конденсаторного двигателя при круговом поле, из которой можно определить рабочее напряжение конденсатора — второй, после емкости, важный параметр конденсатора

Получение кругового поля подбором емкости конденсатора и соотношения фазных напряжений

Рис.2.9. Схема включения конденсаторного двигателя при R_Д = 0 и α ≠ 1

В этом случае (рис. 2.9) уравнения (2.6), (2.7) принимают следующий вид

Решая систему (2.9), найдем

Получение кругового поля подбором емкости конденсатора и добавочного сопротивления

Рис.2.10. Схема включения конденсаторного двигателя при R_Д = 0 и α = 1

Схема включения показана на рис. 2.10. Уравнения (2.6), (2.7) принимают вид

Данный способ имеет одно ограничение: разность kx_A1 – k²r_A1 должна быть > 0.

Необходимо еще раз подчеркнуть, что все три способа позволяют получить круговое поле только при одном скольжении. При всех других оно становится эллиптическим.

Конструкция и принцип действия

По своему устройству однофазный электродвигатель похож на трёхфазный. Оба они имеют стартер и ротор. Основное отличие заключается в количестве обмоток (у однофазного их две).

Движение ротора начинается в тот момент, когда обмотка создаёт магнитное поле. Его особенность заключается в том, что оно не вращается как в трёхфазном двигателе, а пульсирует, поэтому может быть разложено на два:

• Прямое. Движется с синхронной скоростью в том же направлении, что и ротор, образуя основной электромагнитный элемент.
• Обратное. Вращается противоположно движению ротора, поэтому частота вращения ротора является отрицательной величиной относительно электромагнитного поля.

Благодаря возникновению электродвижущей силы через ротор начинают проходить токи с частотами, пропорциональными скольжению. При этом значение частоты тока обратного поля значительно превышает значение частоты тока в прямом поле.

Увеличение индуктивного сопротивления приводит к тому, что ток в обратном поле размагничивает магнитный поток. Из-за этого момент, направленный против вращения ротора, оказывается небольшим.

Невращающийся ротор сохраняет неподвижной ось между двумя магнитными полями, поэтому двигатель не работает. Чтобы его запустить, следует прокрутить ротор, заставив ось сместиться. Вращение ротора должно происходить в круглом магнитном поле, созданном двумя типами обмотки (пусковой и рабочей). Для того чтобы достичь максимального результирующего момента, магнитодвижущие силы должны быть:

• равны;
• перпендикулярны;
• смещены на 90 градусов.

При несоблюдении этих условий магнитное поле примет форму эллипса. Увеличившийся тормозной момент обратного поля спровоцирует уменьшение значения результирующего момента.

Необходимый фазовый сдвиг магнитодвижущих сил создаётся с помощью фазосмещающих элементов. В роли такого элемента может выступать катушка, конденсатор или активное сопротивление. Однофазный асинхронный электродвигатель с активным сопротивлением получил широкое распространение. Обмотка в нём отличается уменьшенной площадью сечения, которая даёт возможность увеличить сопротивление. За счёт того, что пусковая обмотка работает непродолжительное время, она не успевает выйти из строя.

Разновидности конденсаторных электродвигателей

Принцип введения в действие такого механизма, когда конденсаторный электродвигатель начинает работу исключительно за счет импульсного конденсаторного имеет один большой недостаток.

Когда прибор функционирует, силовое поле перестает принимать форму круга или эллипса, а все величины на датчиках уменьшаются, конденсаторный электродвигатель начинает нагреваться.В этой ситуации на помощь приходит конденсаторный (действующий).

Он обеспечивает непрерывное движение фаз прибора не только во время запуска. Работа всего конденсаторного механизма в целом оптимизируется.

Все изделия можно разделить на две большие группы однофазных конденсаторных электродвигателей, такие как:

1. Приборы, которым необходим только импульсный конденсаторный электродвигатель. Они имеют небольшую мощность;
2. Приборы, которым необходим действующий конденсаторный. В некоторых механизмах с напряженностью в две или три тысячи ватт, для запуска под большим напряжением может быть недостаточно использование одного импульсного конденсаторного устройства в цепи. В основном в этих ситуациях применяют нажимные пускатели ПНВС.

Чтобы вы точно поняли эти моменты, оставляем вам видео урок. Специалисты покажут, как отличить несколько видов движков для сети с одной фазой.

Стандартизация требует, чтобы маркировка разновременных двигателей с конденсатором осуществлялась следующим образом:

• движок с запуском через конденсатор и функционированиепри помощинамотки (индуктивность) (CSIR);
• движок с запуском через конденсатор и работа при помощи него же (CSCR);
• движок с непрерывнымделением резервуара (PSC).

На деле такой механизм функционирует по следующему принципу: импульсный конденсатор большегорезервуарапобуждаетзапуск мотора, а когда напряженность достигла нужной величины,действующий резервуар меньшего размера способствует образованию максимально комфортного темпа работы и скорости оборотов движимой части мотора.

На заметку! В тех ситуациях, когда нужно удерживать определенный темп вращения движимой части двигателя при любом напряжении, выбирают резервуары разных размеров со способностью менять на них акценты.

Для того чтобы поменять направленность оборотов (выполнить реверсирование), необходимо поменять между собой концы одной из катушек. Специалисты рекомендуют применять специальный переключатель с 6 контактами.

Подключение однофазного двигателя через конденсатор — 3 схемы

Что при этом получается?

Если же нагрев достаточно ощутимый, то нужно искать его причины. При значительном превышении емкости начнется сильный нагрев.

Нужно, чтобы номинальное напряжение конденсатора было равно или больше расчетного. Это оптимальное решение для достижения средних рабочих характеристик. После она выключается специальным устройством — центробежным выключателем или пускозащитным реле в холодильниках.

Во-вторых, и самое главное — автор на практике убедился, что даже предельно точный расчет не является гарантией корректной работы движка. Одна из обмоток подключается непосредственно к сети, а вторая — с использованием конденсатора. В геометрическом измерении обмотки в статоре размещаются друг напротив друга. Вот так, шаг за шагом, мы разобрали как подключить трехфазный асинхронный электродвигатель в однофазную сеть и что для этого необходимо рассчитать и знать.

Асинхронный или коллекторный: как отличить

Две из них являются элементов конструкции статора,включены параллельно. Магнитный пускатель по величине максимального протекающего через него тока относится к одной из семи нормированных групп. По сути, пусковой работает всего секунды. Как правило, сопротивления обмоток будет составлять не более нескольких десятков Ом.

К примеру, от условий эксплуатации самого двигателя, от схемы подключения, от конденсаторов, а, точнее, от их емкости. Для этого схемой предусматривается наличие специальной кнопки, предназначенной для размыкания контактов после выхода ротора на заданный уровень скорости. Еще один пример, когда замеры могут показывать 10 ом, 10 ом, 20 ом.

Когда нужно быстро раскрутить двигатель, используется схема с пусковым конденсатором. Здесь разницы нет, какой у вас будет рабочая, а какая пусковая обмотка. У однофазных асинхронных двигателей переменного тока с рабочим конденсатором вспомогательная обмотка включена постоянно через конденсатор. Но в любом случае потери будут составлять от 30 до 50 процентов.

Самые распространенные двигатели такого типа можно разделить на две группы: однофазные двигатели с пусковой обмоткой и двигатели с рабочим конденсатором. Она на втором рисунке.
Подключить трехфазный двигатель в однофазную сеть. Пусковой и рабочий конденсаторы.

Принцип работы однофазной асинхронной машины

При однофазном питании асинхронника в нем вместо вращающегося магнитного поля возникает пульсирующее, которое можно разложить на два магнитных поля, которые будут вращаться в разные стороны с одинаковой частотой и амплитудой. При остановленном роторе электродвигателя данные поля создадут моменты одинаковой величины, но различного знака. В итоге результирующий пусковой момент будет равен нулю, что не позволит двигателю запустится. По своим свойствам однофазный электродвигатель похож на трехфазный, который работает при сильном искажении симметрии напряжений:

на рисунке а) показана схема асинхронной однофазной машины, а на б) векторная диаграмма

Как подобрать емкость для пускового конденсатора

Сразу стоит сказать, что на шильдике двигателя обычно указывается ёмкость пускового и рабочего конденсатора (или только рабочего, если пусковой не нужен). При этом указываются точные данные характерные для конкретно этого электродвигателя с его особенностями устройства и работы.

Если шильдик затёрт или отсутствует, то рассчитать ёмкость рабочего и пускового конденсатора для однофазного можно скорее не по формуле, а по мнемоническому правилу:

Сумма рабочего и пускового конденсатора должна составлять 100 мкФ на 1 кВт мощности (70% пусковой и 30% рабочий). Если двигатель 1 кВт, то рабочий конденсатор нужен на 30 мкФ, а пусковой – на 70. А сами конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение больше чем в питающей сети. Обычно выбирают порядка 400 Вольт.

Но в литературе можно встретить и рекомендации о том, что, что ёмкость пускового конденсатора должна быть больше, чем емкость рабочего в 2 раза.

Как проверить работоспособность конденсатора подскажет статья, выложенная на нашем сайте ранее — https://samelectrik.ru/kak-pravilno-proverit-rabotaet-li-kondensator.html

Почему однофазный электродвигатель запускают через конденсатор

Статор электродвигателя с единственной обмоткой при пропускании переменного тока не сможет начать вращение, а лишь начнет подрагивать. Чтобы начать вращение, перпендикулярно основной обмотке размещают пусковую. В цепь этой обмотки включают компонент для сдвига фазы, такой, как конденсатор. Электромагнитные поля этих двух обмоток, прикладываемые к ротору со сдвигом по фазе, и обеспечат начало вращения.

В трехфазном двигателе обмотки и так размещены под углами 120 ° . Соответственно сориентированы и наводимые ими в роторе электромагнитные поля. Для начала вращения достаточно обеспечить сдвиг их работы по фазе, чтобы обеспечить пусковой момент вращения.