Как поменять вращение на однофазном двигателе. как поменять направление вращения однофазного двигателя

Однофазные асинхронные электродвигатели

Устройство и принцип действия

Мощность такого однофазного двигателя 220В может в зависимости от конструкции находиться в пределах от 5 Вт до 10 кВт. Его ротор — это обычно короткозамкнутая обмотка («беличья клетка») — медные или алюминиевые стержни, замкнутые с торцов.

Такой однофазный двигатель, как правило, имеет две смещенные на 90° друг относительно друга обмотки. Рабочая (главная) при этом занимает большую часть пазов статора, а пусковая (вспомогательная) — оставшуюся. И однофазным его называют потому, что у него лишь одна рабочая обмотка.

Переменный ток, протекающий по главной обмотке, создает периодически меняющееся магнитное поле. Его можно считать состоящим из двух круговых с одинаковой амплитудой, вращающихся навстречу друг другу.

По закону электромагнитной индукции в замкнутых витках ротора меняющийся магнитный поток создает индукционный ток, взаимодействующий с порождающим его полем. Если ротор неподвижен, моменты действующих на него сил одинаковы, вследствие чего ротор остается неподвижным.

Если же ротор начать вращать, то равенство моментов этих сил нарушится, поскольку скольжение его витков относительно вращающихся магнитных полей станет разным. Как следствие — сила Ампера, действующая на витки ротора со стороны прямого магнитного поля, будет значительно больше, чем со стороны обратного.

Индукционный ток в витках ротора может возникать лишь при пересечении ими силовых линий магнитного поля. А для этого они должны вращаться со скоростью, чуть меньшей, чем частота вращения поля (при одной паре полюсов — 3000 об/мин). Отсюда и название, которое получили такие электродвигатели, асинхронные.

При увеличении механической нагрузки скорость вращения уменьшается, возрастает величина индукционного тока в витках ротора. Как следствие — возрастают и механическая мощность двигателя, и мощность потребляемого им переменного тока.

Схема запуска и подключения

Понятно, что раскручивать вручную ротор при каждом запуске электродвигателя неудобно. Для создания первоначального пускового момента и используется пусковая обмотка. Поскольку она составляет с рабочей обмоткой прямой угол, для создания вращающегося магнитного поля ток в ней должен быть сдвинут по фазе относительно тока в рабочей обмотке тоже на 90°.

Добиться этого можно включением в цепь ее питания фазосмещающего элемента. Резистор или дроссель обеспечить фазовый сдвиг в 90° не могут, поэтому в большинстве ситуаций логично использование конденсатора в качестве фазосмещающего элемента. В этом случае однофазный электродвигатель обладает наилучшими пусковыми свойствами.

Когда фазовращающий элемент является конденсатором, однофазные электродвигатели конструктивно могут быть такими:

• с пусковым конденсатором (рис. а);
• с пусковым и рабочим (рис. б);
• только с рабочим конденсатором (рис. в).

Первый (наиболее распространенный) вариант предусматривает подключение пусковой обмотки с конденсатором ненадолго на время пуска, после чего они отключаются. Реализовать его можно с помощью реле времени, а то и просто за счет замыкания цепи во время нажатия пусковой кнопки. Эта схема запуска характеризуется сравнительно небольшим пусковым током, но в номинальном режиме характеристики невысоки. Причина в том, что поле статора является эллиптическим (в направлении полюсов оно сильнее, чем в перпендикулярном).

Схема с рабочим, постоянно включенным конденсатором лучше работает в номинальном режиме, но имеет посредственные пусковые характеристики. Вариант с пусковым и рабочим конденсатором является промежуточным между двумя описанными выше. Расчет значений их емкостей сравнительно прост: у рабочего 0,75 мкФ на 1 кВт мощности, у пускового — в 2,5 раза больше.

Вариант 3: смена пусковой обмотки на рабочую, и наоборот

Организовать реверс однофазного мотора 220В теми способами, что описаны выше, можно только при условии, что из корпуса выходят отводки от обеих обмоток со всеми началами и концами: А, В, С и D. Но часто встречаются моторы, в которых производитель намеренно оставил снаружи только 3 контакта. Этим он обезопасил устройство от различных «самоделок». Но все же выход есть.

Смена пусковой обмотки на рабочую, и наоборот

На рисунке выше изображена схема такого, «проблемного», мотора. У него выходят из корпуса только три провода. Они помечаются коричневым, синим и фиолетовым цветами. Зеленая и красная линии, соответствующие концу В пусковой и началу С рабочей намотки, соединены между собой внутри. Доступ к ним без разборки двигателя мы получить не сможем. Поэтому изменить вращение ротора одним из первых двух вариантов не представляется возможным.

В этом случае поступают так:

1. Снимают конденсатор с начального вывода А;
2. Подсоединяют его к конечному выводу D;
3. От проводов А и D, а также фазы, пускают отводки (можно сделать реверс с использованием ключа).

Схема подключения однофазного двигателя

Посмотрите на рисунок выше. Теперь, если подключить фазу к отводку D, то ротор вращается в одну сторону. Если же фазный провод перекинуть на ветку A, то можно изменить направление вращения в противоположную сторону. Реверс можно осуществлять, вручную разъединяя и соединяя провода. Облегчить работу поможет использование ключа.

Важно понимать

• Длина пусковой и рабочей намоток одинакова;
• Площадь их поперечного сечения соответствует друг другу;
• Эти провода изготавливаются из одного и того же материала.

Все эти величины влияют на сопротивление. Оно у обмоток должно быть постоянным. Если вдруг длина или толщина проводов отличаются друг от друга, то после того, как вы организуете реверс, окажется, что сопротивление рабочей намотки станет таким же, как было раньше у пусковой, и наоборот. Это может стать и причиной того, что мотор не сможет запуститься.

Осуществить реверс асинхронного мотора 220В просто, если концы обмоток отводятся из корпуса наружу. Сложнее его организовать, когда выводов всего три. Рассмотренный нами третий способ реверсирования подходит только для кратковременного включения двигателя в сеть. Если работа с обратным вращением обещает быть продолжительной, то мы рекомендуем вскрыть коробку для переключения методами, описанными в 1 и 2 варианте: так безопасно для агрегата, и сохраняется КПД.

Особенности подключения

Как было сказано выше, не каждый частотный преобразователь может работать с однофазным двигателем, поскольку при его подключении третья (неподключенная) фаза фактически будет в обрыве, что вызовет ошибку. Поэтому необходимо внимательно ознакомиться с документацией к ПЧ — производитель должен явно указать, что имеется возможность подключения и работы однофазной нагрузки.

Поскольку однофазный двигатель содержит конденсатор, при изменении рабочей частоты не удастся обеспечить нужный сдвиг фаз, и двигатель на пониженных частотах (менее 30 Гц) будет перегреваться. Это следует учитывать при выборе диапазона рабочих частот и способа охлаждения привода.

При однофазном подключении двигателя оперативный реверс через панель управления или настройки ПЧ невозможен. Поменять направление вращения можно, изменив схему подключения обмоток внутри двигателя.

Это интересно: Электросчетчик отключается сам по себе: в чем причина

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:

1. Сломанная опора или монтажные щели.
2. В середине мотора потемнела краска (указывает на перегревание).
3. Через щели в корпусе внутрь устройства втянуты сторонние вещества.

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:

1. Возможно, подшипники загрязнились, зажались или просто износились.
2. Причина может быть в слишком высокой емкости конденсатора.

Отключите конденсатор, и запустите мотор вручную: если он перестанет нагреваться – необходимо уменьшить конденсаторную емкость.

Что такое конденсатор

Перед тем, как начать рассматривать особенности подключения электродвигателя на 220 вольт посредством схем с конденсатором, давайте ознакомимся с тем, что представляет собой этот прибор. 

Итак, конденсатор – это элемент электротехники, деталь, состоящая из двух пластин, изготовленных из металла, которые разъединены слоем диэлектрического вещества. Когда к этим пластинам подается электрическое напряжение, происходит накопление заряда, которое находится внутри приспособления. Чем оно выше, тем больше заряд самих пластин. 

Расчет емкости пластины, пример

Когда же напряжение перестает подаваться на металлические детали, конденсатор отдает свой заряд. При использовании переменного тока питания будет наблюдаться периодическая смена полярности напряжения. То есть, ток на пластинках будет то отрицательного, то положительного типа.

Ёмкость конденсаторного элемента – ключевая его характеристика, первое, на что обращается внимание при выборе компонента. С помощью этого числа можно точно определить объем энергии, которую прибор пропускает через себя в процессе работы

Показатель измеряется в фарадах. Данная величина довольно-таки большая, поэтому при идентификации параметра применяют своего рода приставки, с помощью которых вычисляется небольшая часть, которая собственно и используется. Например, часто можно встретить микрофарад, который равен приблизительно 0,000001 фараду. 

Каждый такой элемент работает с номинальным напряжением определенного уровня. Правильный подбор конденсатора обеспечит долговечную и надежную работу. На маркировке детали указывается ее предельный показатель наработки, который выражается в часах. 

Разновидности устройств

Всего реализовано несколько разновидностей данных элементов, каждая  з которых имеет свои особенности.

Основные виды конденсаторов:

• полярные. Разработаны для применения в электроцепях постоянного тока. Их ключевая особенность – необходимость подсоединения в полном соответствии с указанным значением полярности. Обладают малыми габаритами и увеличенной ёмкостью;
• неполярные. Их подключение осуществляется независимо от показателя полярности. Применяются в большинстве ситуаций в сетях, переменного тока. размеры данных приборов больше, чем полярных;
• электролитической конструкции. В качестве металлических пластин установлены листы фольги, тонкая прослойка окисла здесь – диэлектрик.  

По способу применения также есть несколько разновидностей конденсаторов, среди которых наиболее распространенными являются пусковые. Для этой роли лучше всего подходят именно электролитические модели. Они демонстрируют свою высокую эффективность при рабочей частоте тока в 50 Герц и напряжением 220 – 600В. 

Модели с электролитами обладают высокой ёмкостью, которая в самых мощных моделях достигает показателей превышающих 100 000 микрофарад. Компоненты достаточно уязвимы к различным негативным влияниям, в частности к перегреву. Когда тепловой режим нарушается, детали быстро приходят в негодность. В конденсаторах неполярного типа этот недостаток исправлен, что сказывается на стоимости.

А сейчас давайте же более детально рассмотрим пусковые конденсаторы и их основные особенности.

Пусковые приборы

Когда силовой агрегат работает в штатном режиме, вращение его компонентов обеспечивается обмотками. Но, когда происходит непосредственно запуск, возникает необходимость начать вращения, а для этого стандартных ресурсов двигателя бывает недостаточно. Именно использование дополнительного инструментария позволяет осуществить плавный старт, без рывков. Можно применять для таких целей рабочий конденсатор, который копит заряд, показатели которого превышают уровень рабочего напряжения. Далее элемент отдает заряд в необходимый момент. Но и этого недостаточно, поэтому применяется еще один важный усилитель – пусковой конденсатор. 

Данная деталь запускается временно, на промежуток, не превышающий несколько секунд. Осуществляется это посредством кратковременного нажатия кнопки пуска. Выключение конденсатора проводится автоматически, после начала самостоятельного набора скорости двигателем. 

Применение конденсатора пускового действия особенно важно, когда мотор нуждается в запуске под нагрузкой. Здесь нужно увеличивать стартовый момент на протяжении первых секунд старта. 

Расчет емкости конденсатора мотора

Существует сложная формула, с помощью которой высчитывают необходимую точную емкость конденсатора. Однако многолетний опыт профессионалов показывает, что достаточно придерживаться следующих рекомендаций:

• на 1 кВт мощности мотора необходимо 0,8 мкФ рабочего конденсатора;
• пусковая обмотка требует, чтобы это значение было в 2 или 3 раза выше.

Рабочее напряжение для них должно быть в 1,5 раза выше, чем в электросети (в нашем случае 220 В). Для упрощения процесса запуска в пусковую цепь лучше устанавливать конденсатор с маркировкой «Starting» или «Start». Хотя допускается использование стандартных конденсаторов.

Watch this video on YouTube

Как изменить направление однофазного двигателя переменного тока

Если вы будете работать с двигателями дома или в офисе, полезно немного узнать о том, как они работают. В некоторых случаях может возникнуть необходимость изменить направление однофазного двигателя переменного тока. К счастью, это довольно простая задача, потому что большинство однофазных асинхронных двигателей работают в прямом и обратном направлении в зависимости от их проводки и результирующего магнитного поля. Однако перед выполнением такого рода проектов необходимо соблюдать определенные правила техники безопасности, как и при любых электромонтажных работах.

Как поменять направление однофазного двигателя переменного тока

Изображение предоставлено: Обрадович / E + / GettyImages

Советы по электробезопасности

Очень важно, чтобы вы полностью осознали все необходимые шаги в электрическом проекте, прежде чем начать. В целях вашей безопасности вы должны всегда сообщать присутствующим, что вы будете работать с электричеством, и просить их не включать никакие выключатели или выключатели, пока вы не закончите

Выключите все двигатели, которые вы будете использовать на коробке выключателя.По возможности, надевайте резиновые перчатки высокого напряжения и используйте инструменты с резиновой ручкой.

Основы однофазного двигателя

В основе асинхронного двигателя находится ротор. Этот ротор состоит из проницаемого железа и алюминиевой обмотки. Эта алюминиевая обмотка заставляет двигатель противостоять быстрым изменениям магнитного поля. Это означает, что независимо от того, какое поле ощущает двигатель, оно будет следовать. Из-за этого возможно изменить направление вращения двигателя путем изменения поля, за которым оно следует.

Изменение направления двигателя однофазного двигателя

Чтобы изменить направление вращения пускового двигателя однофазного конденсатора, необходимо изменить полярность обмотки стартера. Это приведет к изменению направления магнитного поля, и двигатель будет следовать. Для этого вы можете поменять местами соединения на любом конце обмотки. Всегда переворачивайте провода, которые ведут к обмотке стартера.

Обратите внимание, что большинство двигателей, если они все еще маркированы инструкциями производителя, будут указывать, что они необратимы.Если это так, скорее всего, потому, что провода, к которым вам нужно получить доступ, находятся внутри двигателя. Если ваше устройство имеет это предупреждение, проще всего не продолжать

Однако, если ваш двигатель обратим, вы можете заметить, что он предоставляет инструкции для реверса. Обычно эти инструкции сообщают вам, какие провода менять. Например, в некоторых устройствах вы можете переключить красный и зеленый провода в клеммной коробке на конце корпуса. В других случаях синий и желтый провода, возможно, придется поменять местами.Цвет проводов очень индивидуален и зависит от марки и модели вашего мотора. Лучше прочитать инструкции, предоставленные производителем, прежде чем продолжить.

Если вы определили, какие провода можно поменять местами, используйте отвертку с плоской головкой, чтобы снять заглушки двигателя. Вместо этого у вашего мотора может быть распределительная коробка. В любом случае вам необходимо получить доступ к клеммам, к которым прикреплены указанные провода. Вы можете использовать плоскогубцы с игольчатым носиком для удаления проводов и переключения клемм, к которым они прикреплены.Некоторые системы используют гайки для подключения проводов. Если это так, вам нужно использовать гайковерт, чтобы получить доступ к терминалам.

После того, как вы закончили переключать провода, установите на место заглушку или закройте распределительную коробку на двигателе. Восстановите питание цепи и проверьте двигатель, чтобы убедиться, что магнитное поле переключилось и что оно действительно вращается в противоположном направлении.

Схемы подключения

Варианты подключения двигателя через конденсатор:

• схема подключения однофазного двигателя с использованием пускового конденсатора;
• подключение электродвигателя с использованием конденсатора в рабочем режиме;
• подключение однофазного электродвигателя с пусковым и рабочим конденсаторами.

Все эти схемы успешно применяются при эксплуатации асинхронных однофазных двигателей. В каждом случае есть свои достоинства и недостатки, рассмотрим каждый вариант более подробно.

Схема с пусковым конденсатором

Идея заключается в том, что конденсатор включается в цепь только при пуске, используется пусковая кнопка, которая размыкает контакты после раскрутки ротора, по инерции он начинает вращаться. Магнитное поле основной обмотки поддерживает вращение длительное время. В качестве кратковременного переключателя ставят кнопки с группой контактов или реле.

Поскольку схема кратковременного подключения однофазного двигателя через конденсатор предусматривает кнопку на пружине, которая при отпускании размыкает контакты, это дает возможность экономить, провода пусковой обмотки делают тоньше. Чтобы исключить межвитковое короткое замыкание, используют термореле, которое при достижении критической температуры отключает дополнительную обмотку. В некоторых конструкциях ставят центробежный выключатель, который при достижении определенной скорости вращения размыкает контакты.

Схемы и конструкции регулировки скорости вращения и предотвращения перегрузок электродвигателя на автомате могут быть различны. Иногда центробежный выключатель устанавливается на валу ротора или на других элементах, вращающихся от него с прямым соединением, или через редуктор.

Под действием центробежных сил груз оттягивает пружины с контактной пластиной, при достижении установленной скорости вращения замыкает контакты, переключатель реле обесточивает двигатель или подает сигнал на другой механизм управления.

Бывают варианты, когда тепловое реле и центробежный выключатель устанавливаются в одной конструкции. В этом случае тепловое реле отключает двигатель при воздействии критической температуры или усилиями раздвигающегося груза центробежного выключателя.

В связи с особенностями характеристик асинхронного двигателя конденсатор в цепи дополнительной катушки искажает линии магнитного поля, от круглой формы до эллиптической, в результате этого потери мощности увеличиваются, снижается КПД. Пусковые характеристики остаются хорошие.

Схема с рабочим конденсатором

Отличие этой схемы в том, что конденсатор после пуска не отключается, и вторичная обмотка на протяжении всей работы импульсами своего магнитного поля раскручивает ротор. Мощность электродвигателя в этом случае значительно увеличивается, форму электромагнитного поля можно попытаться приблизить от эллиптической формы к круглой подбором емкости конденсатора. Но в этом случае момент пуска более продолжительный по времени, и пусковые токи больше. Сложность схемы заключается в том, что емкость конденсатора для выравнивания магнитного поля подбирается с учетом токовых нагрузок. Если они будут меняться, то и все параметры будут не постоянными, для стабильности формы линий магнитного поля можно установить несколько конденсаторов с различными емкостями. Если при изменении нагрузки включать соответствующую емкость, это улучшит рабочие характеристики, но существенно усложняет схему и процесс эксплуатации.

Комбинированная схема с двумя конденсаторами

Оптимальным вариантом для усреднения рабочих характеристик является схема с двумя конденсаторами — пусковым и рабочим.

подключение однофазного двигателя

Однофазный двигатель может быть коллекторным или с короткозамкнутым ротором. С коллекторным двигателем все достаточно просто: два выходящих из корпуса двигателя проводочка воткнули в розетку — подключение состоялось. С подключением однофазного двигателя с короткозамкнутым ротором придется повозиться. Все дело в определении выводов. Параллельно рабочей обмотке (РО) в однофазном двигателе подключается пусковая (ПО) для создания хоть какого-то вращающегося магнитного поля.Однофазный двигатель с четырьмя выводами имеет ПО постоянного подключения. Она действует в паре с основной, не отключаясь, только подключение делается через конденсатор для сдвига фазы (Рис.а). Схема подключения такого однофазного двигателя очень удобна, так как все проводочки легко доступны, их можно с помощью переключателя менять местами для выполнения реверса (Рис.а1). Определяются они без особого труда: вызвонить омметром и найти прозванивающиеся пары. Например, омметр определил замкнутую цепь первого вывода со вторым, а третьего — с четвертым. Значит, 1 и 2 — одна обмотка, 3 и 4 — другая. Четвертый провод соединяем со вторым (или первый с третьим, все равно) — это общий. Начало и конец не имеют значения. Далее все подключение по рисунку а или а1. Немного сложнее разобраться с двигателем с тремя выходящими жилами. В таких случаях ПО подключается кратковременно: двигатель раскрутился, и она отключается, иначе сгорит. Как происходит подобная коммутация? Для этого придумали пуско-защитное реле. Функция его заключается не только в подключении ПО, но и для создания ее оптимального времени отключения.Во время запуска через электромагнитную катушку проходит большой ток. В этот момент ее сердечник втягивается и воздействует на контакт, управляющий ПО (Рис, 1 и 2). После запуска ток падает, отпускается сердечник, пусковая цепь разрывается.При межвитковом замыкании в рабочей обмотке ток постоянно высокий, ПО остается в работе, двигатель задымился. Для защиты вмонтировано тепловое реле с биметаллической пластиной, отключающее Х3 от сети. Если двигатель в течение короткого времени то включится, то отключится, значит, срабатывает тепловая защита. Причина или в межвитковом замыкании, или в пониженном (повышенном) напряжении сети

Обратите внимание на странный, на первый взгляд, рисунок 3. Это крышка от пуско-защитного аппарата, на которой указана маркировка подключаемых к нему проводов и обозначена стрелка

С маркировкой все понятно — концы не перепутать при подключении. А вот стрелка указывает на положение релюшки в пространстве. она всегда должна быть обращена вверх. Будучи еще начинающим электриком, я ремонтировал стиральную машину. Перевернул ее вверх дном. Оказалось, всего-то надо ремень заменить. Заменил, попробовал включить — заработала… и задымилась, двигатель сгорел. Уже спустя некоторое время узнал, что на перевернутой релюшке контакт остается замкнутым, тогда как в нормальном положении под силой тяжести после отключения катушки он отпадает вниз. А у меня как раз в перевернутой машине оказался внизу. Просто надо было для пробного включения перевернуть аппарат, чтобы стрелка вновь показывала наверх. Как же выполняется подключение однофазного двигателя с неизвестными тремя проводами. Сопротивление ПО (Х1-Х3) в несколько раз больше сопротивления РО (Х2-Х3). Х3 выходит от места соединения ПО и РО (см. Рис. б). Сначала промаркируем жилы, чтоб не запутаться (те же Х1, Х2 и Х3). Замеряем сопротивление, например, между Х1 и Х2, получилось, скажем, 60 Ом. Замерили Х1-Х3 — 45 Ом. Между Х2 и Х3 — только 15. Все это записали. Смотрим самое большое (60) — общее всех обмоток. 15 — рабочая обмотка, 45 — пусковая. Находим тот проводок, с которым остальные два показывают 15 и 45 Ом. Это будет наш Х3. Можно открыть крышку двигателя и визуально определить ПО: она намотана более тонким сечением. Вот, пожалуй, и все!

Однофазное напряжение

Начнем с одной фазы. Как известно, в наших розетках присутствует переменное напряжение величиной 220 (по новым стандартам 230) В и частотой 50 Гц. Подается оно по двум проводам – фазному и нулевому. Первый находится под напряжением, второй заземлен на подстанции. Логично предположить, что при подключении нагрузки, ток будет течь в направлении от фазного провода к нулевому.

Но это не совсем так. Точнее, совсем не так. Напряжение на фазном проводе сначала поднимается относительно нулевого до величины 220 В, а потом становится ниже на 220 В относительно него же. В этом случае говорят, что напряжение «меняет полярность или потенциал». Получается, что потенциал на фазном проводе сначала выше относительно земли, потом ниже. В результате ток течет сначала в одну сторону, потом в другую. Отсюда и понятие «переменный». А 50 Гц означает, что смена полярности на фазном проводе происходит с частотой 50 раз в секунду.