Однофазные электродвигатели 220в: особенности подключения

Однофазная электросеть предъявляет определенные условия к конструкции электродвигателя. В ней необходимо совместить один из способов получения крутящего момента с техническими возможностями однофазной электрической сети 220 В.

Трехфазная или двухфазная электросеть в принципе обеспечивает перемещение максимума магнитного поля. Но в однофазной сети этого нет. Тем не менее, однофазные движки работают. Далее более детально расскажем о том, почему это происходит.

Что общего в совершенно разных движках

Одной из технических задач, решаемых любым двигателем, является скорость вращения вала при заданном крутящем моменте. На частоте 50 Гц, основываясь на перемещении максимума магнитного поля при одной паре полюсов ротор, соответственно и вал, могут совершить лишь 3000 об/мин или менее. В таких случаях используются синхронные и асинхронные движки. У синхронных скорость определяется количеством пар полюсов, так же как и у асинхронных моделей. При необходимости получить более высокие скорости вращения с этими двигателями применяются специальные редукторы.

В коллекторных моделях в отношении скорости вращения существенно больше свободы. Скорость вращения, как и крутящий момент в них зависят от напряженности магнитных полей статора и ротора. Эти поля можно получить как прямым присоединением движка к однофазной сети 220 В, причем в двух вариантах, так и с использованием выпрямителя. Таким образом, один и то же коллекторный двигатель, присоединенный к сети 220 В, обеспечит четыре скорости вращения соответственно схемам соединения его обмоток и виду напряжения питания на его клеммах.

Хотя однофазные движки 220 В принципиально разные, их назначение одинаковое. Они применяются главным образом:

  • в бытовых электроприборах;
  • промышленных вентиляторах и кондиционерах небольшой мощности;
  • маломощных насосах;
  • определенной группе станков и т.п.

Это оборудование не требует электрической мощности более десяти киловатт. Помимо общего питающего напряжения, как и все движки с выходным валом, они состоят из статора и ротора. Но в коллекторном двигателе присутствует коллектор, а в некоторых моделях синхронных машин – кольца. А это значит, что в них нет изолированной электрической цепи, как в асинхронном двигателе. А контакт щетки с ламелями или кольцами сопровождается искрением.

По этой причине область применения коллекторных и синхронных движков ограничена условиями окружающей среды. Но для моделей с ротором, выполненным из специальных магнитных материалов, нет ограничений. А их работа отличается от асинхронных движков только более высоким значением скорости вращения синхронно с электромагнитным полем. Поэтому далее рассмотрим лишь однофазные асинхронные двигатели 220 В (ОАД).

Разновидности ОАД

Любой ОАД содержит рабочую обмотку. Она также именуется как основная. Примерно две трети поверхности статора, охватывающей ротор, приходится на основную обмотку. Остальная часть статора – это дополнительная (пусковая, вспомогательная) обмотка. Форма ротора может быть различной и обуславливается специализацией движка. Наиболее распространены модели, в которых ротор имеет вид цилиндрической болванки. В ОАД мощностью побольше – это биметаллическая конструкция.

Так называемая «беличья клетка» из материалов на основе меди, которые обеспечивают минимум потерь. В болванку эту конструкцию превращает заполнение свободного пространства алюминиевым сплавом. Но и сама клетка может изготавливаться из материала на основе алюминия. Другой разновидностью ротора ОАД может быть форма в виде стакана.


Короткозамкнутый ротор
Полый ротор ОАД

Этот ротор также именуется полым. Он менее инертный, а также менее прочный. По этой причине движки с этим ротором используются для специальных задач и распространены не так широко, как те, у которых ротор-болванка.  Пусковая обмотка создает магнитный поток, направленный под углом к магнитному потоку основной обмотки. Токи в обмотках должны характеризоваться определенным фазовым сдвигом. Его получают последовательным соединением с пусковой обмоткой одного из перечисленных элементов:

  • резистора,
  • дросселя,
  • конденсатора.

Элемент вместе с пусковой обмоткой эмулирует двухфазную электросеть, которая обеспечивает пространственное перемещение максимума магнитного потока между обмотками. Однако это техническое решение необходимо лишь для того, чтобы ротор начал вращаться в нужном направлении. По мере увеличения скорости вращения задействованная пусковая обмотка все больше уменьшает крутящий момент на вале движка. По этой причине она тем или иным способом отсоединяется вскоре после разгона ротора до заданной скорости.

Резистор и дроссель могут быть встроены в двигатель, поскольку необходимые сопротивление или индуктивность легко достигаются отличием характеристик провода обмоток или конструкцией пусковой обмотки. Например, существуют такие разновидности ОАД, в которых в явно выраженных полюсах содержится короткозамкнутый виток. Это так называемые экранированные полюсы. Другой способ – несимметричные полюсы. Они определили наименование этих разновидностей ОАД. Эффективность движков невысока, но они получаются компактными. Широко применяются в бытовых вентиляторах.


Сдвиги фаз

Из трех элементов, используемых для получения фазового сдвига, самым лучшим является конденсатор. Резистор или дроссель могут обеспечить угол меньше 90 градусов. А конденсатор создает фазовый сдвиг именно в 90 градусов. При этом могут быть три схемы, которые отличаются пусковыми и рабочими характеристиками. При пуске движка необходим конденсатор с емкостью побольше. А в рабочем режиме оптимальный вариант – конденсатор небольшой емкости.

Емкость рабочего конденсатора в микрофарадах определяется примерно как 4/5 мощности движка в киловаттах. Емкость пускового конденсатора в микрофарадах определяется примерно как 2 мощности движка в киловаттах. Чтобы сэкономить на конденсаторах, которые должны быть рассчитаны как минимум на напряжение 330 В, путем переключения их получается как пусковая, так и рабочая емкость. Конденсаторные схемы показаны далее на изображениях:   


Схема

  • Чтобы изменить направление вращения ротора в любом из вариантов с пусковым элементом, надо поменять местами концы пусковой обмотки.

Коллекторные движки (КД)

Эти двигатели в принципе только однофазные. Хотя их можно включать и в трехфазную сеть, но только через выпрямительные диоды. КД можно разделить на две группы по способу получения магнитного поля статора:

  • от постоянного магнита; 
  • от электромагнита.


Электромагнитный вариант КД

Прямое присоединение к сети 220 В допустимо лишь для электромагнитных моделей КД. В них ротор является якорем и может соединяться с сетью либо напрямую (параллельное соединение), либо через обмотку статора (последовательное соединение). Изменение полярности происходит в обеих обмотках. Это определяет сохранение направления вращения ротора. А если магнит постоянный, значит, в якоре направление магнитного потока меняется, а в статоре нет. Поэтому ротор такого движка будет колебаться, но не вращаться.

  • Если якорь и статор напрямую присоединены к сети 220 В, КД оказывается под угрозой разноса. Этот эффект появляется при пропадании контакта с сетью в обмотке статора.


Последовательное соединение обмоток в КД

Хотя параллельное соединение более эффективно, поскольку при этом величина тока больше, для надежности предпочтительнее последовательное соединение. Направление вращения при этом зависит от того, какими концами соединены между собой, а соответственно и с сетью, обмотки движка. Если при этом движок недостаточно эффективен, его надо присоединить к сети через выпрямительный мост. Если на его выходе будет применен конденсатор, это еще больше увеличит эффективность КД.

КД используются там, где необходима наиболее простая конструкция электрооборудования. Эти движки создают много шума, коллектор и щетки изнашиваются, загрязняют изделие графитовой пылью, уменьшая надежность и долговечность электрооборудования. Электробезопасность при этом также ухудшается. По мере развития высоковольтных транзисторов появляется все больше электрооборудования с асинхронными управляемыми приводами. Но определенная ниша электрооборудования для КД, безусловно, останется.

Нередки случаи, когда необходимо подключить электродвигатель к сети 220 вольт — это происходит при попытках приобщить оборудование к своим нуждам, но схема не отвечает техническим характеристикам, указанным в паспорте такого оборудования. Мы постараемся разобрать в этой статье основные приемы решения проблемы и представим несколько альтернативных схем с описанием для подключения однофазного электродвигателя с конденсатом на 220 вольт.

Почему так происходит? Например, в гараже необходимо подключение асинхронного электродвигателя на 220 вольт, который рассчитан на три фазы. При этом необходимо сохранить КПД (коэффициент полезного действия), так поступают в случае, если альтернативы (в виде движка) просто не существует, потому как в схеме на три фазы легко образуется вращающееся магнитное поле, которое обеспечивает создание условий для вращения ротора в статоре. Без этого КПД будет меньше, по сравнению с трехфазной схемой подключения.

Когда в однофазных движках присутствует только одна обмотка, мы наблюдаем картину, когда поле внутри статора не вращается, а пульсирует, то есть толчок для пуска не происходит, пока собственноручно не раскрутить вал. Для того чтобы вращение могло происходить самостоятельно, добавляем вспомогательную пусковую обмотку. Это вторая фаза, она перемещена на 90 градусов и толкает ротор при включении. При этом двигатель все равно включен в сеть с одной фазой, так что название однофазного сохраняется. Такие однофазные синхронные моторы имеют рабочую и пусковую обмотки. Разница в том, что пусковая действует только при включении заводя ротор, работая всего три секунды. Вторая же обмотка включена все время. Для того чтобы определить где какая, можно использовать тестер. На рисунке можно увидеть соотношение их со схемой в целом.

Подключение электродвигателя на 220 вольт: мотор запускается путем подачи 220 вольт на рабочую и пусковую обмотки, а после набора необходимых оборотов нужно вручную отключить пусковую. Для того чтобы фазу сдвинуть, необходимо омическое сопротивление, которое и обеспечивают конденсаторы индуктивности. Встречается сопротивление как в виде отдельного резистора, так и в части самой пусковой обмотки, которая выполняется по бифилярной технике. Она работает так: индуктивность катушки сохраняется, а сопротивление становиться больше из-за удлиненного провода из меди. Такую схему можно наблюдать на рисунке 1: подключение электродвигателя 220 вольт.

Рисунок 1. Схема подключения электродвигателя 220 вольт с конденсатором

Существуют также моторы, у которых обе обмотки непрерывно подключены к сети, они называются двухфазные, потому как поле внутри вращается, а конденсатор предусмотрен, чтобы сдвигать фазы. Для работы такой схемы, обе обмотки имеют провод с равным друг другу сечением.

Схема подключения коллекторного электродвигателя на 220 вольт

Где можно встретить в быту?

Электрические дрели, некоторые стиральные машинки, перфораторы и болгарки имеют синхронный коллекторный двигатель. Он способен работать в сетях с одной фазой даже без пусковых механизмов. Схема такая: перемычкой соединяются концы 1 и 2, первый берет начало в якоре, второй – в статоре. Два кончика, которые остались, необходимо присоединить к питанию в 220 вольт.

Подключение электродвигателя 220 вольт с пусковой обмоткой

Внимание!

  • Такая схема исключает блок электроники, а следовательно – мотор сразу же с момента старта, будет работать на полную мощность – на максимальных оборотах, при запуске буквально срываясь с силой от пускового электротока, который вызывает искры в коллекторе;
  • существуют электромоторы с двумя скоростями. Их можно определить по трем концам в статоре, выходящим из обмотки. В этом случае скорость вала при подключении уменьшается, а риск деформации изоляции при старте – увеличивается;
  • направление вращения можно изменить, для этого следует поменять местами окончания подключения в статоре или якоре.

Схема подключения электродвигателя 380 на 220 вольт с конденсатором

Есть еще один вариант подключения электродвигателя мощность в 380 Вольт, который приходит в движение без нагрузки. Для этого также необходим конденсатор в рабочем состоянии.

Один конец подключается к нулю, а второй — к выходу треугольника с порядковым номером три. Чтобы изменить направление вращения электромотора, стоит подключить его к фазе, а не к нулю.

Схема подключения электродвигателя 220 вольт через конденсаторы

В случае когда мощность двигателя более 1,5 Киловатта или он при старте работает сразу с нагрузкой, вместе с рабочим конденсатором необходимо параллельно установить и пусковой. Он служит увеличению пускового момента и включается всего на несколько секунд во время старта. Для удобства он подключается с кнопкой, а все устройство — от электропитания через тумблер или кнопку с двумя позициями, которая имеет два фиксированных положения. Для того чтобы запустить такой электромотор, необходимо все подключить через кнопку (тумблер) и держать кнопку старта, пока он не запустится. Когда запустился – просто отпускаем кнопку и пружина размыкает контакты, отключая стартер

Специфика заключается в том, что асинхронные двигатели изначально предназначаются для подключения к сети с тремя фазами в 380 В или 220 В.

Важно! Для того чтобы подключить однофазный электромотор в однофазную сеть, необходимо ознакомиться с данными мотора на бирке и знать следующее:

Р = 1,73 * 220 В * 2,0 * 0,67 = 510 (Вт) расчет для 220 В

Р = 1,73 * 380 * 1,16 * 0,67 =510,9 (Вт) расчет для 380 В

По формуле становится понятно, что электрическая мощность превосходит механическую. Это необходимый запас для компенсации потерь мощности при старте — создании вращающегося момента магнитного поля.

Существуют два типа обмотки — звездой и треугольником. По информации на бирке мотора можно определить какая система в нем использована.

Это схема обмотки звездой

Красные стрелки — это распределение напряжения в обмотках мотора, говорит о том, что на одной обмотке распределяется напряжение единичной фазы в 220 В, а двух других — линейного напряжения 380 В. Такой двигатель можно приспособить под однофазную сеть по рекомендациям на бирке: узнать для какого напряжения созданы обмотки, можно соединять их звездой или треугольником.

Схема обмотки треугольником проще. По возможности лучше применить ее, так как двигатель будет терять мощность в меньшем количестве, а напряжение по обмоткам всюду будет равно 220 В.

Это схема подключения с конденсатором асинхронного двигателя в однофазную сеть. Включает рабочие и пусковые конденсаторы.

Пример:

  • применяем конденсаторы, ориентируясь на напряжение, минимум 300 или 400 В;
  • емкость рабочих конденсаторов набирается путем параллельного их соединения;
  • вычисляем таким образом: каждые 100 Вт — это еще 7 мкФ, учитывая, что 1 кВт равен 70 мкФ;
  • это пример параллельного соединения конденсаторов
  • емкость для пуска должна превышать в три раза емкость рабочих конденсаторов.

Важно! Если при старте не отключить вовремя пусковые конденсаторы, когда мотор наберет стандартные для него обороты, они приведут к большому перекосу по току во всех обмотках, что попросту заканчивается перегревом электромотора.

После прочтения статьи, рекомендуем ознакомиться с техникой подключения трехфазного двигателя в однофазную сеть:

  • Как правильно установить варочную панель в столешницу
  • Как установить инфракрасный обогреватель самостоятельно
  • Как подключить кондиционер к электросети самому
  • Подключение телефонной розетки rj11, схема

Однофазный двигатель представляет собой электрическое устройство, которое питается от сети. Его особенностями являются наличие 1-фазной обмотки и способность функционировать без преобразователя частот. Наиболее распространённый и популярный пример – это мотор на 220 В. Его используют преимущественно для оснащения оборудования бытового назначения небольшой мощности.

Особенности конструкции и схема однофазного электродвигателя 220в.

Основные элементы двигателя однофазного типа – это ротор и статор. Первая комплектующая во время эксплуатации подвижна, вторая находится в состоянии покоя. Статор оснащён двумя типами обмотки: основная и вспомогательная. Иначе их называют рабочая и пусковая. Оба вида расположены под углом в 90 градусов в сердечнике и надёжно закреплены в пазах.

Основная обмотка составляет большую часть, а вспомогательной отводится всего 30–35%. Что касается конструкции ротора, он представляет собой стержни из цветных металлов. На торцах элементы замкнуты специальными кольцами. Свободное пространство между стержнями заполнено сплавом алюминия. Из-за своего полого вида специалисты и конструкторы назвали ротор 1-фазного мотора «беличьей клеткой».

Преимущества механизма двигателя однофазного типа.

Среди достоинств 1-фазных двигателей отмечают следующие:

  • простота конструкции;
  • долговечность – при своевременном техническом обслуживании двигатель способен служить годами;
  • надёжность;
  • экономичность – потребление небольшого количества энергии;
  • доступная стоимость;
  • ремонтопригодность – в случае выхода из строя можно легко заменить повреждённые или сгоревшие детали;
  • минимальный уход;
  • возможность работы от сети со стандартным напряжением 220 В без преобразователей энергии.

Большинство современных бытовых приборов оснащены именно однофазными моторами. Причина объясняется их простотой и невысокой себестоимостью. Такими моторами оснащают крупную и мелкую бытовую технику. Кроме того, они нашли применение в создании оборудования для промышленных и производственных предприятий.

Но есть ли недостатки у однофазного двигателя? Их немного. Практически все они обуславливаются простотой конструкции. Итак:

  • малый коэффициент мощности. По этой причине они используются для создания большинства бытовых приборов;
  • высокий показатель пускового тока;
  • возможность ограничения скорости движка при колебаниях в сети.

Основным недостатком считается отсутствие пускового момента. Тем не менее, для бытовых приборов и несложных устройств этот минус не является существенным и не влияет на работу.

Принцип работы однофазного электродвигателя 220 В.

В статоре однофазного электродвигателя 220 В вырабатывается магнитное поле. Именно оно является импульсом, который приводит в работу ротор. Чтобы представить, как функционирует электродвигатель, стоит смоделировать следующую ситуацию.

Например, в пусковой обмотке напряжения нет. Образование магнитного поля можно запустить, подключив основную обмотку к сети. Его работа основывается на пульсировании, при этом пространство остаётся в состоянии покоя. Магнитное поле разделяется на две части, каждая из которых вращается в стороны, противоположные друг другу, при одинаковой частоте. При задании ротору начального вращения двигатель со временем будет его наращивать. При этом частота элемента и самого магнитного поля различается. Разницу показателей определяют как скольжение.

Из магнитных потоков возникает движущая сила. Это закон электромагнитной индукции. Движущая сила формирует два типа тока. Один из них обратный, второй – прямой. Частота вращения ротора прямо пропорциональна показателю скольжения. По закону Ампера, магнитное поле при взаимодействии с обратным током создаёт вращение.

Особенности подключения однофазного электродвигателя 220 В.

Для приведения асинхронного однофазного электродвигателя используется пусковое сопротивление. Такой метод задействован в устройствах с расщеплённой фазой. В электрической цепи мотора присутствуют ротор и статор. Обмотка второго смещена относительно основной. При этом рабочий элемент обладает меньшим сопротивлением, чем вспомогательный. Омический сдвиг фаз обеспечивается благодаря намотке бифилярным способом. Подключение без резистора невозможно.

Особенностью однофазного двигателя является соединение вспомогательной обмотки с конденсатором. Работа начинается только после возникновения пускового момента. Конденсатор необходим для получения максимального значения. Благодаря ему и возникает пусковой момент, который приводит в работу все механизмы.

Советы при покупке однофазного электродвигателя 220 В.

При покупке однофазного электрического двигателя стоит учесть следующие характеристики оборудования:

  • частота;
  • мощность;
  • способ установки;
  • размер;
  • потребляемая энергия.

Производители обычно предоставляют гарантию на бесперебойную работу моторов.

Подключение однофазного двигателя. Видео урок.