Способи підключення електродвигунів: типи моторів, їх особливості та інструкція по роботі
Зміст:
Трифазні та однофазні двигуни
Синхронні, асинхронні і колекторні двигуни
Для початку розглянемо різницю між пристроями на 380 і 220 В. Вона настільки ж очевидна, наскільки незрозуміла для невтаємничених. Ми звикли, що кожен домашній прилад підключається на два дроти, один з яких є фазою, а другий – схемної землею. Крім того, велика частина техніки заземлюється. Якщо мова йде саме про однофазні двигуни, то це робиться на випадок пробою який-небудь обмотки на корпус. Якщо фаза з’явиться на корпусі, то ні до чого хорошого це не призведе. Давайте розглянемо способи підключення електродвигунів відповідно до їх типу, але ми почнемо саме з кількості фаз – одна або три.
Трифазні та однофазні двигуни
Схема підключення двигуна зірка і трикутник
Перш, ніж ми обговоримо підключення двигуна зірка і трикутник, начитаем теорію. Отже… Ви здивуєтеся, але часто і трифазний і однофазний двигуни можуть мати лише три дроти для підключення. Далеко ходити не треба. Візьмемо для прикладу такі два випадки:
Трифазний двигун має внутрішню комутацію обмоток за схемою зірка. Це означає, що всі полюси мають одну спільну точку. Три фази підключаються до протилежних кінцях обмоток. По одній на кожну. Всі котушки абсолютно ідентичні, тобто однакові. Всередині створюється обертове рухоме полі, за рахунок якого рухається вал. Ротор зазвичай являє собою барабан з силуміну з мідними прожилками. Струм туди не підводиться, а магнітні полюси утворюються за рахунок наведених струмів. Вони захоплюються обертовим полем ротора, і починається рух. Особливістю такої конструкції є, по-перше, неможливість (без спеціальних заходів) підключення до мережі 220В. Бо для цього треба було б з’єднати обмотки за схемою трикутника, а зробити це неможливо. Зрозуміло, статор можна розкрити, знайти загальну точку та зробити все від неї три відводу, розірвавши контакти між котушками. А другою особливістю такого двигуна є те, що у нього може не бути нульового проводу. Багатьох це ставить в безвихідь – куди дівається струм? Заряди рухаються по проводах між фазами. Закон електротехніки свідчить, що для підключення на три фази навантаження не потрібен загальний провід, якщо споживання по всім трьом гілкам однакове. А от в іншому випадку знадобилося б нейтраль надати. Ось життєвий приклад: припустимо, нам потрібно підключити на 380В електрочайник. Маразм? Зовсім ні. Кожна фаза має амплітуду 220В, і якщо робочі хочуть окропу те, як тут відмовити? Беремо одну з фаз, інший висновок вилки вішаємо на нейтраль. До речі, врахуйте, що фази в межах одного споживача потрібно навантажувати в будь-якому випадку порівну (грубо кажучи, потрібно по чайнику на кожній лінії), в іншому випадку негативні наслідки можуть торкнутися живлячого трансформатора підстанції.
Однофазний двигун
Однофазний двигун теж може мати три висновки. Причому заземлення тут не при чому, воно йде окремо у вигляді петлі на корпус. Що стосується трьох висновків, то вони йдуть на пускову (або конденсаторну) і робочу обмотку. Одні провід у них спільний, і це буде схемна земля. Без цього двигун працювати не буде. Правда, з цієї точки зору трифазний двигун простіше? Тому їх і використовують на різних виробництвах. Що стосується підключення однофазного двигуна, то одна з котушок зазвичай має більший опір. Якщо різниця більше, ніж 2 рази, то перед нами напевно пускова обмотка. Її опір має більший номінал. В цьому випадку потрібно паралельно повісити конденсатор (ємність якого визначається, наприклад, щодо мінімального споживаним струмом), а коли вал розкрутиться, ця ланцюг обривається. В іншому випадку через якийсь проміжок часу пускова обмотка вийде з ладу внаслідок надмірного перегріву. Якщо ж двигун перед нами конденсаторний (бифилярный), то ланцюг з конденсатором працює постійно. Це нормальний режим, а завдяки зсуву фаз на реактивному елементі утворюється обертове поле потрібної форми в статорі.
Отже, перед нами були два двигуна, з вигляду схожі, але підключати їх потрібно абсолютно різним чином. Як бути? Найважливішою частиною корпусу є схема підключення електродвигуна. Вона зазвичай розташована на шильдику або вибита де-небудь на кожусі. І відразу стає зрозуміло, на скільки фаз розрахований мотор, і як саме потрібно вмикати його в ланцюг. Але навіть якщо ця інформація відсутня, можна спробувати щось зробити своїми руками. Для цього знадобиться тестер.
У трифазного двигуна всі три контакту попарно будуть давати однаковий опір, що дорівнює подвоєному значенню номіналу кожної обмотки. Що стосується мотора на 220В, то у нього, як це було сказано вище, всі три результати вимірювань будуть різними: (Див. також: Економія електроенергії і способи енергозбереження)
Найбільший показник на тестері буде між фазними кінцями. До одного з них напруга 220В підключається безпосередньо, а до іншого через конденсатор. Ємність сильно залежить від потужності і швидкості обертання вала. Крім того на цей параметр впливає середнє навантаження на вал в робочому режимі.
Найменше значення утворюється між кінцями робочої обмотки.
Третій номінал повинен укладатися в середину. А сума його опір робочої обмотки дорівнює першого пункту нашого списку.
Нейтраль приєднуємо між обмотками і відводить струм дисбалансу. Тому товщина проведення тут зазвичай раз на два менше, ніж на фазах. Що стосується методики для відключення в потрібний момент пускової обмотки, то для цього зазвичай застосовується пускозахисний реле. Вручну ніхто не контролює.
Що стосується питання, де цей елемент роздобути, то зазвичай для цього використовуються спеціальні довідники. Чужорідне пускозахисний реле з даним типом електродвигуна використовувати категорично не можна. У цьому випадку велика ймовірність не тільки некоректної роботи, але і виходу приладу з ладу. На практиці умільці вручну обривають ланцюг. І хоча цей спосіб неправильний, він має право на існування.
Додамо до цього, що зникнення однієї з фаз може негативно позначитися на деяких типах двигунів. Експериментуючи з агрегатом і реалізуючи підключення двигуна зірка-трикутник, намагайтеся уникати таких ситуацій. Зокрема, прийнято здійснювати пуск через спеціальні захисні автомати, які вирубують харчування при виникненні будь-якої небезпеки.
Синхронні, асинхронні і колекторні двигуни
Крім кількості фаз є ще і конструктивний ознака. З точки зору споживача саме цей момент і є головним. Справа в тому, що колекторні двигуни використовуються переважно в побутовій техніці. Поставити їм на заміну ті ж асинхронні з аналогічними параметрами, швидше за все, не вийде. Зазвичай колекторний двигун виходить набагато меншого розміру (зате і перегрівається сильніше). Ось чому так важливо визначити тип. Хоча за великим рахунком трифазні електродвигуни асинхронного типу є домінуючою ланкою для сільськогосподарських, гаражних і багатьох інших застосувань. Ну, а де взяти харчування, це вже інше питання.
Отже, три типи двигунів:
Колекторний електродвигун
Колекторні зазвичай мають від двох до чотирьох висновків. В останньому випадку стає можливий реверс. Для цього потрібно поміняти полярність включення статора або ротора. Колекторні двигуни відрізняються тим, що можуть працювати як від змінного, так і постійного струму. Причому саме в останньому випадку характеристики виходять оптимальними. Це стає можливим завдяки тому, що на колекторі постійно переключаються робочі обмотки ротора (секції). Поле статора може бути постійним. Головне, щоб була потрібна полярність. З цієї причини схема підключення електродвигуна постійного струму у точності та ж, що і для змінного. Швидкість обертання вала регулюється амплітудою живлячої напруги. Для цього береться дільник на силовому ключі, або відсікається частина циклу синусоїди. Ефект виходить схожий: падає діюче значення напруги.
Асинхронні двигуни є домінуючими в промисловості. У цьому випадку реверс утворюється за рахунок зміни полярності включення пускової обмотки для однофазних двигунів і комутацією послідовності фаз для трифазних агрегатів. Зміна швидкості утворюється приблизно тим же шляхом. Це зміна амплітуди живлячої напруги. До речі, саме асинхронні двигуни володіють поганою пристосованістю для зміни швидкості. Це ще одна з причин, чому вони рідко застосовуються в побутовій техніці. Прийшла пора сказати, що колекторні двигуни зазвичай розраховані на одну фазу, тоді як асинхронні можуть харчуватися і напругою 380В. Така розстановка сил утворюється, завдяки відповідній комутації обмоток. На практиці це реалізується через підключення електродвигуна трикутником і зіркою. За рахунок цього вдається відтворити обертове поля всередині статора. Чому схема підключення асинхронного двигуна зіркою не годиться для напруги 220В? Потрібно створити зрушення фаз, і це стає можливим тільки за схемою трикутника. На одну обмотку подається мережеве напруга 220В, на другу – зміщена за допомогою конденсатора на 90 градусів, а на третій утворюється різниця, яка змінюється приблизно за потрібною законом. Насправді це все далеко від ідеалу, тому не потрібно чекати, що підключення електродвигуна зіркою і трикутником будуть рівноцінні.
Синхронний двигун
Синхронні двигуни називаються так через те, що вал обертається за законом зміни живлячої напруги. У побутовій техніці та промисловості це використовується досить рідко. До речі, асинхронні двигуни названі так за те, що швидкість обертання вала відрізняється від частоти живлячої напруги. Вал як би прослизає, та це використовується для регулювання обертів. Синхронні двигуни стоять осібно, бо сфера їх використання досить обмежена. Чим же вони відрізняються таким особливим? По-перше, це дуже хороший ККД. По-друге, ротор виконується за схемою з струмознімачем, але там немає щіток, оскільки відсутня необхідність у поділі поверхні на сегменти (струм надходить постійно). Все це начебто робить можливим їх застосування там, де колекторні двигуни пасують. В той же час є і деякі проблеми. Наприклад, навіть трифазний синхронний двигун майже неможливо запустити за рахунок обертання фаз статора. Вал за рахунок інерційності не піддається полю. У цьому випадку доводиться застосовувати деякі страви для розкрутки. Це ми обговоримо трохи нижче, оскільки тема, безумовно, цікава. А зараз скажемо, що зазвичай ротор синхронного двигуна живиться постійним струмом, а обмотки однією або трьома фазами, залежно від того, який тип мотора.
А тепер давайте зрозуміємо, у чому ж відмінність синхронних двигунів від асинхронних. В літературі це питання ретельно обходиться. А між тим відповідь лежить на поверхні: поле статора синхронного двигуна набагато сильніше, тому воно не прослизає. За рахунок цього забезпечується синхронність обертання вала з годує напругою. Частота залежить від кількості полюсів. Щоб вирішити проблеми зі стартом (див. вище), використовуються, наприклад, такі методики:
Якщо вал синхронного двигуна має барабан з такий до болю знайомою білячою кліткою, то це означає, що вона врубається при пуску через реостат. За рахунок цього утворюється поле, зовсім як в асинхронному двигуні, яке захоплюється і слугує важелем для старту. Як тільки обороти набрані, ланцюг розривається. А реостат потрібен для того, щоб злегка погасити струми індукції. Вибирайте його опір раз в 7-8 більше, ніж номінал «білячої клітки».
Іноді можна помітити на роторі синхронного двигуна – не повірите – колектор. У цьому випадку старт виконується за рахунок щіток, які в подальшому з роботи вимикаються.
І якщо підключення асинхронного двигуна зірка-трикутник вже изъедено сповна, то синхронні двигуни обговорюються мало. Напевно, тому, що зустрічаються не так часто. (Див. також: Підключення прохідного двохклавішного вимикача з 2-х місць)
