Подключение двухфазного двигателя: Схемы подключения электродвигателей к сети переменного тока 220 вольт

Схемы подключения электродвигателей к сети переменного тока 220 вольт

Для того чтобы разобраться, как подключить электродвигатель конкретного типа, необходимо понимать принципы его работы и особенности конструкции. Существует множество электродвигателей разных типов. По способу подключения к сети переменного тока они бывают трехфазные, двухфазные или однофазные. По способу питания обмотки ротора делятся на синхронные и асинхронные.

Принцип действия

Принцип действия электродвигателя демонстрирует простейший опыт, который всем нам показывали в школе — вращение рамки с током в поле постоянного магнита.

Рамка с током — это аналог ротора, неподвижный магнит — статор. Если в рамку подать ток, она повернется перпендикулярно направлению магнитного поля и застынет в этом положении. Если заставить магнит крутиться, рамка будет вращаться с той же скоростью, то есть синхронно с магнитом. У нас получился синхронный электродвигатель. Но у нас магнит — это статор, а он по определению неподвижен.

Как заставить вращаться магнитное поле неподвижного статора?

Для начала заменим постоянный магнит катушкой с током. Это обмотка нашего статора. Как известно из той же школьной физики, катушка с током создает магнитное поле. Последнее пропорционально величине тока, а полярность зависит от направления тока в катушке. Если подать в катушку переменный ток, получим переменное поле.

Магнитное поле — векторная величина. Переменный ток в питающей сети имеет синусоидальную форму.

Нам поможет очень наглядная аналогия с часами. Какие векторы вращаются постоянно перед нашими глазами? Это часовые стрелки. Представим, что в углу комнаты висят часы. Секундная стрелка вращается, делая один полный оборот в минуту. Стрелка — вектор единичной длины.

Тень, которую стрелка отбрасывает на стену, меняется как синус с периодом в 1 минуту, а тень, отбрасываемая на пол — как косинус. Или синус, сдвинутый по фазе на 90 градусов. Но вектор равен сумме своих проекций. Другими словами, стрелка равна векторной сумме своих теней.

Двухфазный синхронный электродвигатель

Расположим на статоре две обмотки под углом в 90 градусов, то есть взаимно перпендикулярно. Подадим в них синусоидальный переменный ток. Фазы токов сдвинем на 90 градусов. Имеем два вектора взаимно перпендикулярных, меняющихся по синусоидальному закону со сдвигом фаз на 90 градусов. Суммарный вектор будет вращаться подобно часовой стрелке, делая один полный оборот за период частоты переменного тока.

У нас получился двухфазный синхронный электродвигатель. Откуда взять токи, сдвинутые по фазе для питания обмоток? Наверное, не всем известно, что вначале распределительные сети переменного тока были двухфазными. И лишь позднее, не без борьбы, уступили место трехфазным. Если бы не уступили, то наш двухфазный электромотор можно было подключить напрямую к двум фазам.

Но победили трехфазные сети, для которых были разработаны трехфазные электродвигатели.

А двухфазные электромоторы нашли свое применение в однофазных сетях в виде конденсаторных двигателей.

Трехфазный синхронный двигатель

Современные распределительные сети переменного тока выполнены по трехфазной схеме.

• По сети передаются сразу три синусоиды со сдвигом фаз на треть периода или на 120 градусов относительно друг друга.
• Трехфазный двигатель отличается от двухфазного тем, что у него не две, а три обмотки на статоре, повернутых на 120 градусов.
• Три катушки, подключенные к трем фазам, создают в сумме вращающееся магнитное поле, которое поворачивает ротор.

Трехфазный асинхронный двигатель

Ток в ротор синхронного двигателя подается от источника питания. Но мы знаем из той же школьной физики, что ток в катушке можно создать переменным магнитным полем. Можно просто замкнуть концы катушки на роторе. Можно даже оставить всего один виток, как в рамке. А ток пусть индуцирует вращающееся магнитное поле статора.

1. В момент старта ротор неподвижен, а поле статора вращается.
2. Поле в контуре ротора меняется, наводя электрический ток.
3. Ротор начнет догонять поле статора. Но никогда не догонит, так как в этом случае ток в нем перестанет наводиться.
4. В асинхронном двигателе ротор всегда вращается медленнее магнитного поля.
5. Разница скоростей называется скольжением. Подключение асинхронного двигателя не требует подачи тока в обмотку ротора.

У синхронных и асинхронных электродвигателей есть свои достоинства и недостатки, но факт состоит в том, что большинство двигателей, применяемых в промышленности на сегодняшний день — это асинхронные трехфазные двигатели.

Однофазный асинхронный электродвигатель

Если оставить на роторе короткозамкнутый виток, а на статоре одну катушку, то мы получим удивительную конструкцию — асинхронный однофазный двигатель.

На первый взгляд кажется, что такой двигатель работать не должен. Ведь в роторе нет тока, а магнитное поле статора не вращается.

Но если ротор рукой толкнуть в любую сторону, двигатель заработает! И вращаться он будет в ту сторону, в которую его подтолкнули при пуске.

Объяснить работу этого двигателя можно, представив неподвижное переменное магнитное поле статора как сумму двух полей, вращающихся навстречу друг другу. Пока ротор неподвижен, эти поля уравновешивают друг друга, поэтому однофазный асинхронный двигатель не может стартовать самостоятельно. Если же ротор внешним усилием привести в движение, он будет вращаться попутно с одним вектором и навстречу другому.

Попутный вектор будет тянуть ротор за собой, встречный — тормозить.

Можно показать, что из-за разности встречной и попутной скоростей влияние попутного вектора будет сильнее, и двигатель будет работать в асинхронном режиме.

Схема включения

Возможно подключение нагрузок к трехфазной сети по двум схемам — звездой и треугольником. При подключении звездой начала обмоток соединяются между собой, а концы подключаются к фазам. При включении треугольником конец одной обмотки подключается к началу другой.

В схеме включения звездой обмотки оказываются под фазным напряжением 220 В., при включении треугольником — под линейным 380 В.

При включении треугольником двигатель развивает не только большую мощность, но и большие пусковые токи. Поэтому иногда используют комбинированную схему — старт звездой, затем переключение в треугольник.

Направление вращения определяется порядком подключения фаз. Для изменения направления достаточно поменять местами любые две фазы.

Подсоединение к однофазной сети

Трехфазный двигатель можно включать в однофазную сеть, хотя и с потерей мощности, если одну из обмоток подключить через фазосдвигающий конденсатор. Однако при таком включении двигатель сильно теряет в своих параметрах, поэтому этот режим использовать не рекомендуется.

Подключение на 220 вольт

В отличие от трехфазного, двухфазный мотор изначально предназначен для включения в однофазную сеть. Для получения сдвига фаз между обмотками включается рабочий конденсатор, поэтому двухфазные двигатели называют еще конденсаторными.

Емкость рабочего конденсатора рассчитывается по формулам для номинального рабочего режима. Но при отличии режима от номинального, например, при пуске баланс обмоток нарушается. Для обеспечения пускового режима на время старта и разгона параллельно рабочему подключается дополнительный пусковой конденсатор, который должен отключаться при выходе на номинальные обороты.

Как включить однофазный асинхронный двигатель

Если не нужен автоматический запуск, асинхронный однофазный двигатель имеет самую простую схему включения. Особенностью этого типа является невозможность автоматического старта.

Для автоматического пуска используется вторая пусковая обмотка как в двухфазном электромоторе. Пусковая обмотка подключается через пусковой конденсатор только для старта и после этого должна быть отключена вручную или автоматически.

Подключение однофазного двигателя: схемы, проверка, видео

Чаще всего к нашим домам, участкам, гаражам подведена однофазная сеть 220 В. Поэтому оборудование и все самоделки делают так, чтобы они работали от этого источника питания. В этой статье рассмотрим, как правильно сделать подключение однофазного двигателя.

Содержание статьи

Асинхронный или коллекторный: как отличить

Вообще, отличить тип двигателя можно по табличке — шильдику — на которой написаны его данные и тип. Но это только в том случае, если его не ремонтировали. Ведь под кожухом может быть что угодно. Так что если вы не уверены, лучше определить тип самостоятельно.

Так выглядит новый однофазный конденсаторный двигатель

Как устроены коллекторные движки

Отличить асинхронный и коллекторный двигатели можно по строению. У коллекторных обязательно есть щетки. Они расположены возле коллектора. Еще обязательный атрибут движка этого типа — наличие медного барабана, разделенного на секции.

Такие двигатели выпускаются только однофазные, они часто устанавливаются в бытовой технике, так как позволяют получить большое число оборотов на старте и после разгона. Также они удобны тем, что легко позволяют менять направление вращения — необходимо только поменять полярность. Несложно также организовать изменение скорости вращения — изменением амплитуды питающего напряжения или угла его отсечки. Потому и используются подобные двигатели в большей части бытовой и строительной техники.

Строение коллекторного двигателя

Недостатки коллекторных двигателей — высокая шумность работы на больших оборотах. Вспомните дрель, болгарку, пылесос, стиральную машину и т.д.. Шум при их работе стоит приличный. На малых оборотах коллекторные двигатели не так шумят (стиральная машина), но не все инструменты работают в таком режиме.

Второй неприятный момент — наличие щеток и постоянного трения приводит к необходимости регулярного технического обслуживания. Если токосъемник не чистить, загрязнение графитом (от стирающихся щеток) может привести к тому, что соседние секции в барабане соединятся, мотор попросту перестанет работать.

Асинхронные

Асинхронный двигатель имеет статор и ротор, может быть одно и трёхфазным. В данной статье рассматриваем подключение однофазных двигателей, потому речь пойдет только о них.

Асинхронные двигатели отличаются невысоким уровнем шумов при работе, потому устанавливаются в технике, шум работы которой критичен. Это кондиционеры, сплит-системы, холодильники.

Строение асинхронного двигателя

Есть два типа однофазных асинхронных двигателей — бифилярные (с пусковой обмоткой) и конденсаторные. Вся разница состоит в том, что в бифилярных однофазных двигателях пусковая обмотка работает только до разгона мотора. После она выключается специальным устройством — центробежным выключателем или пускозащитным реле (в холодильниках). Это необходимо, так как после разгона она только снижает КПД.

В конденсаторных однофазных двигателях конденсаторная обмотка работает все время. Две обмотки — основная и вспомогательная — смещены относительно друг друга на 90°. Благодаря этому можно менять направление вращения. Конденсатор на таких двигателях обычно крепится к корпусу и по этому признаку его несложно опознать.

Более точно определить бифилярный или конденсаторный двигатель перед вами, можно при помощи измерений сопротивления обмоток. Если сопротивление вспомогательной обмотки больше в два раза (разница может быть еще более значительная), скорее всего, это бифилярный двигатель и эта вспомогательная обмотка пусковая, а значит, в схеме должен присутствовать выключатель или пусковое реле. В конденсаторных двигателях обе обмотки постоянно находятся в работе и подключение однофазного двигателя возможно через обычную кнопку, тумблер, автомат.

Схемы подключения однофазных асинхронных двигателей

С пусковой обмоткой

Для подключения двигателя с пусковой обмоткой потребуется кнопка, у которой один из контактов после включения размыкается. Эти размыкающиеся контакты надо будет подключить к пусковой обмотке. В магазинах есть такая кнопка — это ПНВС. У нее средний контакт замыкается на время удержания, а два крайних остаются в замкнутом состоянии.

Внешний вид кнопки ПНВС и состояние контактов после того как кнопка «пуск» отпущена»

Сначала при помощи измерений определяем какая обмотка рабочая, какая — пусковая. Обычно вывод от мотора имеет три или четыре провода.

Рассмотрим вариант с тремя проводами. В этом случае две обмотки уже объединены, то есть один из проводов — общий. Берем тестер, измеряем сопротивление между всеми тремя парами. Рабочая имеет самое меньшее сопротивление, среднее значение — пусковая обмотка, а наибольшее — это общий выход (меряется сопротивление двух последовательно включенных обмоток).

Если выводов четыре, они звонятся попарно. Находите две пары. Та, в которой сопротивление меньше — рабочая, в которой больше — пусковая. После этого соединяем один провод от пусковой и рабочей обмотки, выводим общий провод. Итого остается три провода (как и в первом варианте):

• один с рабочей обмотки — рабочий;
• с пусковой обмотки;
• общий.

С этими тремя проводами и работаем дальше — используем для подключения однофазного двигателя.

Со всеми этими 

Все три провода подключаем к кнопке. В ней тоже имеется три контакта. Обязательно пусковой провод «сажаем на средний контакт (который замыкается только на время пуска), остальные два — на крайние (произвольно). К крайним входным контактам ПНВС подключаем силовой кабель (от 220 В), средний контакт соединяем перемычкой с рабочим (обратите внимание! не с общим). Вот и вся схема включения однофазного двигателя с пусковой обмоткой (бифилярного) через кнопку.

Конденсаторный

При подключении однофазного конденсаторного двигателя есть варианты: есть три схемы подключения  и все с конденсаторами. Без них мотор гудит, но не запускается (если подключить его по схеме, описанной выше).

Схемы подключения однофазного конденсаторного двигателя

Первая схема — с конденсатором в цепи питания пусковой обмотки — хорошо запускаются, но при работе мощность выдают далеко не номинальную, а намного ниже. Схема включения с конденсатором в цепи подключения рабочей обмотки дает обратный эффект: не очень хорошие показатели при пуске, но хорошие рабочие характеристики. Соответственно, первую схему используют в устройствах с тяжелым пуском (бетономешалки, например), а с рабочим конденсором — если нужны хорошие рабочие характеристики.

Схема с двумя конденсаторами

Есть еще третий вариант подключение однофазного двигателя (асинхронного) — установить оба конденсатора. Получается нечто среднее между описанными выше вариантами. Эта схема и реализуется чаще всего. Она на рисунке выше в середине или на фото ниже более детально. При организации данной схемы тоже нужна кнопка типа ПНВС, которая будет подключать конденсатор только не время старта, пока мотор «разгонится». Потом подключенными останутся две обмотки, причем вспомогательная через конденсатор.

Подключение однофазного двигателя: схема с двумя конденсаторами — рабочим и пусковым

При реализации других схем — с одним конденсатором — понадобится обычная кнопка, автомат или тумблер. Там все соединяется просто.

Подбор конденсаторов

Есть довольно сложная формула, по которой можно высчитать требуемую емкость точно, но вполне можно обойтись рекомендациями, которые выведены на основании многих опытов:

• рабочий конденсатор берут из расчета 70-80 мкФ на 1 кВт мощности двигателя;
• пусковой — в 2-3 раза больше.

Рабочее напряжение этих конденсаторов должно быть в 1,5 раза выше, чем напряжение сети, то есть, для сети 220 вольт берем емкости с рабочим напряжением 330 В и выше. А чтобы пуск проходил проще, для пусковой цепи ищите специальный конденсатор. У них в маркировке присутствует слова Start или Starting, но можно взять и обычные.

Изменение направления движения мотора

Если после подключения мотор работает, но вал крутится не в том направлении, которое вам надо, можно поменять это направление. Это делают поменяв обмотки вспомогательной обмотки. Когда собирали схему, один из проводов подали на кнопку, второй соединили с проводом от рабочей обмотки и вывели общий. Вот тут и надо перекинуть проводники.

Как все может выглядеть на практике

Двухфазный двигатель — это… Что такое Двухфазный двигатель?

Двухфазный двигатель — электрический двигатель с двумя обмотками, сдвинутыми в пространстве на 90°. При подаче на двигатель двухфазного напряжения, сдвинутого по фазе на 90°, образуется вращающееся магнитное поле. Короткозамкнутый ротор двигателя обычно изготавливается в виде «беличьего колеса». Обычно число стержней короткозамкнутого ротора не связано с числом пар полюсов статора, то есть при двух парах полюсов статора число стержней ротора может быть например 14 штук. Есть некие соображения, по которым число стержней ротора должно быть связано с числом полюсов ротора.

Асинхронный однофазный электродвигатель.

Если прервать один из трех питающих проводов вращающегося асинхронного трехфазного электродвигателя, то при небольшой нагрузке он будет продолжать работу на одной фазе. В двигателе остается вращающееся поле. Однако при однофазном включении в состоянии покоя такой двигатель не будет работать даже без нагрузки. Если третью фазу обмотки подключить через конденсатор к одному из двух питающих проводов, то трехфазный двигатель, подсоединенный к сети однофазного тока, начнет работать и его рабочие характеристики будут сходны с характеристиками обычного трехфазного асинхронного двигателя.

Асинхронный двухфазный электродвигатель.

• Рис. 1. Двухфазные асинхронные двигатели:

• А — с короткозамкнутым ротором; б — с полым ротором

Вращающиеся магнитные поля могут быть созданы и двухфазными обмотками, если обе фазы этих обмоток пространственно смещены на 90° друг относительно друга. Если фазы обмотки питать двумя токами, смещенными на 90° по фазе, то получается, как и в трехфазном электродвигателе, вращающееся магнитное поле.

В двухфазном электродвигателе создается вращающий момент, обусловленный токами, вызванными вращающимся магнитным полем в стержнях ротора электродвигателя. Ротор получает ускорение до тех пор, пока он — как и в трехфазном асинхронном двигателе — не достигнет определенной конечной частоты вращения, которая ниже частоты вращения поля.

Если обе фазы обмотки ротора питать от одной и той же сети однофазного тока, то сдвиг фаз в одной из обмоток, необходимый для получения вращающегося поля, может быть реализован путем подключения конденсатора с достаточной емкостью. На рис.1, а показана схема двухфазного асинхронного двигателя с конденсатором при питании от сети переменного тока.

В настоящее время расширилась сфера применения двухфазного асинхронного двигателя в виде электродвигателя с полым ротором. В таком электродвигателе вместо обычного короткозамкнутого ротора применяется алюминиевый цилиндр, который может вращаться в воздушном зазоре между внешним и внутренним статорами.

Вращающееся поле вызывает в алюминиевом цилиндре вихревые токи, которые, взаимодействуя с магнитным полем в воздушном зазоре, создают вращающий момент. Цилиндр достигает конечной асинхронной частоты вращения, которая соответствует нагрузке на валу.

Небольшой момент инерции ротора электродвигателя обусловливает благоприятные рабочие характеристики. Электродвигатели с полым ротором рассчитаны прежде всего на небольшие мощности и применяются для автоматического регулирования в компенсационных и мостовых схемах. Одна из обмоток вместе с конденсатором подключается к сети с напряжением, а на вторую обмотку подается управляющее напряжение.

Серийные конденсаторные двухфазные двигатели

• КДП-2
• КДП-4
• КД-5
• КД-6-4 лицензионный японский двигатель

См. также

Литература

к.т.н., профессор Шишкин В.П. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МИКРОМАШИНЫ  (рус.) (2001). — ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МИКРОМАШИНЫ АВТОМАТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ.(недоступная ссылка — история) Проверено 6 февраля 2009. Однофазный и двухфазный асинхронный двигатель http://techno.x51.ru/index.php?mod=text&uitxt=948

Конденсаторный двигатель

Конденсаторный двигатель или конденсаторный асинхронный электродвигатель — двухфазный асинхронный электродвигатель одна фаза которого постоянно подключена к сети переменного тока через конденсатор.

В ГОСТ 27471-87 [1] дано следующее определение:
Конденсаторный двигатель — двигатель с расщепленной фазой, у которого в цепь вспомогательной обмотки постоянно включен конденсатор.

Конденсаторный двигатель, хотя и питается от однофазной сети, по существу является двухфазным.

Ёмкостной сдвиг фаз с рабочим конденсатором

Ёмкостной сдвиг фаз с пусковым и рабочим конденсатором

Конструктивно конденсаторный асинхронный двигатель представляет из себя двухфазный двигатель. На статоре располагают две обмотки фаз, оси которых смещены относительно друг друга на 90 электрических градусов. Обе обмотки занимают равное число пазов. Питание электродвигателя осуществляется от однофазной сети переменного тока, при этом одна обмотка подключается непосредственно к сети, а другая через конденсатор. Таким образом, в отличии от однофазного двигателя, который после пуска работает с пульсирующим магнитным потоком, конденсаторный электродвигатель работает с вращающимся магнитным потоком.

Емкость рабочего конденсатора, требуемая для получения кругового вращающегося поля, определяется по формуле [2]

,

• где С_раб – емкость рабочего конденсатора, Ф,
• I_A — ток обмотки A, А,
• I_B — ток обмотки B, А,
• — угол фазового сдвига между током I_A и напряжением питания U при круговом вращающемся поле, градусов,
• U — напряжение питания сети, В,
• f — частота сети, Гц,
• k — коэффициент, определяемый отношением эффективных чисел витков в обмотках фаз статора B и A.

,

• где – число последовательно соединенных витков в обмотки фазы А и B статора,
• k_обА и k_обВ — обмоточный коэффициент обмоток фаз статора А и B

Для повышения пускового момента параллельно рабочему конденсатору С_р включают пусковой конденсатор C_п. Для создания пускового момента, равного номинальному, требуется пусковой конденсатор C_п в 2 — 2,5 раза больше рабочего C_р.

Как подключить двигатель с 4 проводами?

Подключение двигателя с 4 проводами

Как определить рабочую и пусковую обмотки у однофазного двигателя

Однофазные двигатели — это электрические машины небольшой мощности. В магнитопроводе однофазных двигателей находится двухфазная обмотка, состоящая из основной и пусковой обмотки.

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 конденсатор только на момент пуска и после того как двигатель развил нормальную скорость вращения, она отключается от сети. Двигатель продолжает работать с одной рабочей обмоткой. Величина конденсатора обычно указывается на табличке-шильдике двигателя и зависит от его конструктивного исполнения.

У однофазных асинхронных двигателей переменного тока с рабочим конденсатором вспомогательная обмотка включена постоянно через конденсатор. Величина рабочей емкости конденсатора определяется конструктивным исполнением двигателя.

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.

Знать устройство пусковой и рабочей обмоток однофазного двигателя надо обязательно. Пусковая и рабочие обмотки однофазных двигателей отличаются и по сечению провода и по количеству витков. Рабочая обмотка однофазного двигателя всегда имеет сечение провода большее, а следовательно ее сопротивление будет меньше.

Посмотрите на фото наглядно видно, что сечение проводов разное. Обмотка с меньшим сечением и есть пусковая. Замерять сопротивление обмоток можно и стрелочным и цифровым тестерами, а также омметром. Обмотка, у которой сопротивление меньше – есть рабочая.

Рис. 1. Рабочая и пусковая обмотки однофазного двигателя

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.

Л. Рыженков

Редактировал А. Повный

Источник: http://electrik.info/main/master/597-kak-opredelit-rabochuyu-i-puskovuyu-obmotki-u-odnofaznogo-dvigatelya.html

Подключение двигателя старой стиралки немного сложнее и потребует от вас найти нужные обмотки самим с помощью мультиметра. Для того, чтобы найти провода, прозвоните обмотки двигателя и найдите пару.
Находим пару проводов
Для этого переключите мультиметр на измерение сопротивления, одним концом коснитесь первого провода, а вторым по очереди найдите его пару. Запишите или запомните сопротивление обмотки — нам это понадобится.
Дальше аналогично отыщите вторую пару проводов и зафиксируйте сопротивление. У нас получилось две обмотки с разным сопротивлением. Теперь нужно определить какая из них рабочая, а какая пусковая. Тут все просто, у рабочей обмотки сопротивление должно быть меньше чем у пусковой.
Многие считают, что для запуска такого двигателя нужен конденсатор. Это ошибка, конденсатор применяется в двигателях другого типа без пусковой обмотки. Здесь же он может сжечь мотор во время работы.
Для запуска двигателя подобного плана вам понадобится кнопка или пусковое реле. Кнопка нужна с не фиксируемым контактом и подойдет, допустим, кнопка от дверного звонка.
Теперь подключаем двигатель и кнопку по схеме: Но обмотку возбуждения (ОВ) напрямую подается 220 В. На пусковую же обмотку (ПО) нужно подать это же напряжение, только для запуска двигателя на короткий срок, и отключить ее — для этого и нужна кнопка (SB).
ОВ соединяем напрямую с сетью 220В, а ПО соединим с сетью 220 В через кнопку SB.
Схема подключения мотора
ПО – пусковая обмотка. Предназначается только для запуска двигателя и задействована в самом начале, пока двигатель не начнет вращаться.
ОВ – обмотка возбуждения. Это рабочая обмотка, которая постоянно находится в работе, она и вращает двигатель все время.
SB – кнопка с помощью которой подается напряжение на пусковую обмотку и после запуска мотора отключает ее.
После того, как вы произвели все подключение, достаточно запустить двигатель от стиральной машины. Для этого нажмите на кнопку SB и, как только двигатель начнет вращаться, отпустите ее.
Для того чтобы сделать реверс (вращения двигателя в противоположную сторону), вам нужно поменять местами контакты обмотки ПО. Тем самым мотор начнет вращение в другую сторону.
Все, теперь мотор от старой стиралки может сослужить вам в качестве нового устройства.

Источник: https://ok.ru/dlyanachi/topic/68038816361385

Схемы подключения трехфазного двигателя. К 3-х и 1-о фазной сети

Схемы подключения трехфазного двигателя — двигатели, рассчитанные на работу от трехфазной сети, имеют производительность гораздо выше, чем однофазные моторы на 220 вольт. Поэтому, если в рабочем помещении проведены три фазы переменного тока, то оборудование необходимо монтировать с учетом подключения к трем фазам. В итоге, трехфазный двигатель, подключенный к сети, дает экономию энергии, стабильную эксплуатацию устройства. Не нужно подключать дополнительные элементы для запуска. Единственным условием хорошей работы устройства является безошибочное подключение и монтаж схемы, с соблюдением правил.

Схемы подключения трехфазного двигателя

Из множества созданных схем специалистами для монтажа асинхронного двигателя практически используют два метода:

• Схема звезды.
• Схема треугольника.

Названия схем даны по методу подключения обмоток в питающую сеть. Чтобы на электродвигателе определить, по какой схеме он подключен, необходимо посмотреть указанные данные на металлической табличке, которая установлена на корпусе двигателя.

Даже на старых образцах моторов можно определить метод соединения статорных обмоток, а также напряжение сети. Эта информация будет верна, если двигатель уже был в эксплуатации, и никаких проблем в работе нет. Но иногда нужно произвести электрические измерения.

Схемы подключения трехфазного двигателя звездой дают возможность плавного запуска мотора, но мощность оказывается меньше номинального значения на 30%. Поэтому по мощности схема треугольника остается в выигрыше. Существует особенность по нагрузке тока. Сила тока резко увеличивается при запуске, это отрицательно сказывается на обмотке статора. Возрастает выделяемое тепло, которое губительно воздействует на изоляцию обмотки. Это приводит к нарушению изоляции, и поломке электродвигателя.

Много европейских устройств, поставленных на отечественный рынок, имеют в комплекте европейские электродвигатели, действующие с напряжением от 400 до 690 В. Такие 3-фазные моторы необходимо монтировать в сеть 380 вольт отечественного напряжения только по треугольной схеме обмоток статора. В противном случае моторы сразу будут выходить из строя. Российские моторы на три фазы подключаются по звезде. Изредка производится монтаж схемы треугольника для получения от двигателя наибольшей мощности, применяемой в специальных видах промышленного оборудования.

Изготовители сегодня дают возможность подключать трехфазные электромоторы по любой схеме. Если в монтажной коробке три конца, то произведена заводская схема звезды. А если есть шесть выводов, то мотор можно подключать по любой схеме. При монтаже по звезде нужно три вывода начал обмоток объединить в один узел. Остальные три вывода подать на фазное питание напряжением 380 вольт. В схеме треугольника концы обмоток соединяют последовательно по порядку между собой. Фазное питание подсоединяется к точкам узлов концов обмоток.

Проверка схемы подключения мотора

Представим худший вариант выполненного подключения обмоток, когда на заводе не обозначены выводы проводов, сборка схемы проведена во внутренней части корпуса мотора, и наружу выведен один кабель. В этом случае необходимо разобрать электродвигатель, снять крышки, разобрать внутреннюю часть, разобраться с проводами.

Метод определения фаз статора

После разъединения выводных концов проводов применяют мультиметр для измерения сопротивления. Один щуп подключают к любому проводу, другой подносят по очереди ко всем выводам проводов, пока не найдется вывод, принадлежащий к обмотке первого провода. Аналогично поступают на остальных выводах.  Нужно помнить, что обязательна маркировка проводов, любым способом.

Если в наличии нет мультиметра или другого прибора, то используют самодельные пробники, сделанные из лампочки, проводов и батарейки.

Полярность обмоток

Чтобы найти и определить полярность обмоток, необходимо применить некоторые приемы:

• Подключить импульсный постоянный ток.
• Подключить переменный источник тока.

Оба способа действуют по принципу подачи напряжения на одну катушку и его трансформации по магнитопроводу сердечника.

Как проверить полярность обмоток батарейкой и тестером

На контакты одной обмотки подключают вольтметр с повышенной чувствительностью, который может отреагировать на импульс. К другой катушке быстро присоединяют напряжение одним полюсом. В момент подключения контролируют отклонение стрелки вольтметра. Если стрелка двигается к плюсу, то полярность совпала с другой обмоткой. При размыкании контакта стрелка пойдет к минусу. Для 3-й обмотки опыт повторяют.

Путем изменения выводов на другую обмотку при включении батарейки определяют, насколько правильно сделана маркировка концов обмоток статора.

Проверка переменным током

Две любые обмотки включают параллельно концами к мультиметру. На третью обмотку включают напряжение. Смотрят, что показывает вольтметр: если полярность обеих обмоток совпадает, то вольтметр покажет величину напряжения, если полярности разные, то покажет ноль.

Полярность 3-й фазы определяют путем переключения вольтметра, изменения положения трансформатора на другую обмотку. Далее, производят контрольные измерения.

Схема звезды

Этот тип схемы подключения трехфазного двигателя образуется путем соединения обмоток в разные цепи, объединенные нейтралью и общей точкой фазы.

Такую схему создают после того, как проверена полярность обмоток статора в электромоторе. Однофазное напряжение на 220В через автомат подают фазу на начала 2-х обмоток. К одной врезают в разрыв конденсаторы: рабочие и пусковые. На третий конец звезды подводят нулевой провод питания.

Величину емкости конденсаторов (рабочих) определяют по эмпирической формуле:

С = (2800 · I) / U

Для схемы запуска емкость повышают в 3 раза. В работе мотора при нагрузке нужно контролировать величину токов обмоток измерениями, корректировать емкость конденсаторов по средней нагрузке привода механизма. В противном случае произойдет, перегрев устройства, пробой изоляции.

Подключение мотора в работу хорошо делать через выключатель ПНВС, как показано на рисунке.

В нем уже сделана пара контактов замыкания, которые вместе подают напряжение на 2 схемы путем кнопки «Пуск». Во время отпускания кнопки цепь разрывается. Такой контакт применяют для запуска цепи. Полное отключение питания делают, нажав на «Стоп».

Схема треугольника

Схемы подключения трехфазного двигателя треугольником является повтором прошлого варианта в запуске, но имеет отличие методом включения обмоток статора.

Токи, проходящие в них, больше значений цепи звезды. Рабочие емкости конденсаторов нуждаются в повышенных номинальных емкостях. Они рассчитываются по формуле:

С = (4800 · I) / U

Правильность выбора емкостей также вычисляют по отношению токов в катушках статора путем измерения с нагрузкой.

Двигатель с магнитным пускателем

Трехфазный электродвигатель работает через магнитный пускатель по аналогичной схеме с автоматическим выключателем. Такая схема имеет дополнительно блок включения и выключения, с кнопками Пуск и Стоп.

Одна фаза, нормально замкнутая, соединенная с мотором, подключается к кнопке Пуск. При ее нажатии контакты замыкаются, ток идет к электромотору. Необходимо учитывать, что при отпускании кнопки Пуск, клеммы разомкнутся, питание отключится. Чтобы такой ситуации не произошло, магнитный пускатель дополнительно оборудуют вспомогательными контактами, которые называют самоподхватом. Они блокируют цепь, не дают ей разорваться при отпущенной кнопке Пуск. Выключить питание можно кнопкой Стоп.

В результате, 3-фазный электромотор можно подключать к сети трехфазного напряжения совершенно разными методами, которые выбираются по модели и типу устройства, условиям эксплуатации.

Подключение мотора от автомата

Общий вариант такой схемы подключения выглядит как на рисунке:

Здесь показан автомат защиты, который выключает напряжение питания электромотора при чрезмерной нагрузке по току, и по короткому замыканию. Автоматический защитный выключатель – это простой 3-полюсный выключатель с тепловой автоматической характеристикой нагруженности.

Для примерного расчета и оценки нужного тока тепловой защиты, необходимо мощность по номиналу двигателя, рассчитанного на работу от трех фаз, увеличить в два раза. Номинальная мощность указывается на металлической табличке на корпусе мотора.

Такие схемы подключения трехфазного двигателя вполне могут работать, если нет других вариантов подключения. Длительность работы нельзя прогнозировать. Это тоже самое, если скрутить алюминиевый провод с медным. Никогда не знаешь, через какое время скрутка сгорит.

При применении схемы подключения трехфазного двигателя нужно аккуратно выбрать ток для автомата, который должен быть на 20% больше тока работы мотора. Свойства тепловой защиты выбрать с запасом, чтобы при запуске не сработала блокировка.

Если для примера, двигатель на 1,5 киловатта, наибольший ток 3 ампера, то автомат нужен минимум на 4 ампера. Преимуществом этой схемы соединения мотора является низкая стоимость, простое исполнение и техобслуживание.

Если электродвигатель в одном числе, и работает полную смену, то есть следующие недостатки:

• Нельзя отрегулировать тепловой ток сработки автоматического выключателя. Чтобы защитить электромотор, ток защитного отключения автомата устанавливают на 20% больше рабочего тока по номиналу мотора. Ток электродвигателя нужно через определенное время замерять клещами, настраивать ток тепловой защиты. Но у простого автоматического выключателя нет возможности настроить ток.
• Нельзя дистанционно выключить и включить электродвигатель.

Похожие темы:

Подключение однофазного двигателя через конденсатор — 3 схемы

На промышленных объектах особых проблем, как подключить электродвигатель, не испытывают, там подводится трехфазная сеть. Работают асинхронные электродвигатели с тремя подключенными обмотками, расположенными по периметру цилиндрического статора. На каждую обмотку подсоединяемого двигателя производятся включения отдельной фазы, схема подключения электродвигателя обеспечивает сдвиг фаз переменного тока, создает крутящий момент, и моторы успешно вращаются.

В случае с бытовыми условиями на жилых объектах в частных домах и квартирах трехфазных электрических линий нет, прокладываются однофазные сети, где напряжение 220 вольт. Поэтому однофазный асинхронный двигатель подключается по другой схеме, требуется устройство с пусковой обмоткой.

Конструкция и принцип работы

Подключают электродвигатель через конденсатор по причине, что одна обмотка на статоре электродвигателя на 220 В с переменным током создает магнитное поле, которое компенсирует свои импульсы за счет смены полярности с частотой 50 Гц. В этом случае движок гудит, ротор остается на месте. Для создания крутящего момента делают дополнительные подсоединения пусковых обмоток, где электрический сдвиг по фазе будет 90° по отношению к рабочей обмотке.

Конструкция асинхронного однофазного электродвигателя

Не путайте геометрические понятия угла расположения с электрическим сдвигом фаз. В геометрическом измерении обмотки в статоре размещаются друг напротив друга.

Чтобы осуществить это технически, конструкция электромотора предусматривает большое количество механических деталей и составляющих электрической схемы:

• статор с основной и дополнительной обмоткой пуска;
• короткозамкнутый ротор;
• борно с группой контактов на панели;
• конденсаторы;
• центробежный выключатель и многие другие элементы, показанные выше на рисунке.

Рассмотрим, как подключить однофазный двигатель. С целью смещения фаз последовательно в пусковую обмотку включается конденсатор, при подключении однофазного асинхронного электродвигателя круговое магнитное поле наводит в роторе токи. Совокупность силы полей и токов создают вращающий импульс, прилагаемый к ротору, он начинает вращаться.

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.

Схема подключения пускового конденсатора

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.

Соединения, центробежный выключатель на валу ротора

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.

Некоторые элементы

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.

Варианты схемы подключения конденсаторов

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.

Рабочий конденсатор подключен постоянно в цепи обмоток, пусковой через выключатель запуска замыкается кратковременно

Установка и подбор компонентов

Конденсаторы имеют немалые габариты, поэтому не всегда помещаются во внутреннюю часть борно (распределительная коробка на корпусе электродвигателя).

Пример размещения конденсатора на внешней стороне корпуса электродвигателя

В зависимости от места установки и других условий эксплуатации конденсаторы могут располагаться на внешней стороне двигателя рядом с коробкой расключения. В некоторых случаях конденсаторы выносят в отдельный корпус, расположенный недалеко от электродвигателя.

Величину емкости конденсаторов в идеальном случае с постоянной токовой нагрузкой можно рассчитать, но в большинстве случаев нагрузка нестабильна, и методика расчетов сложная. Поэтому опытные электрики руководствуются статистикой и практическим опытом:

• для конденсаторов рабочей схемы емкость выбирается 0,75 мкФ на 1 кВт мощности;
• для пусковых конденсаторов 1,8–2 мкФ на кВт мощности, при этом надо учитывать скачки напряжения в период пуска и остановки — они колеблются в пределах 300–600 В. Поэтому по напряжению конденсатор должен быть как минимум 400 В.

Конденсаторы для подключения однофазного двигателя

Вообще при выборе схемы и конденсаторов на однофазный двигатель надо руководствоваться назначением двигателя и условиями эксплуатации. Когда нужно быстро раскрутить двигатель, используется схема с пусковым конденсатором. При необходимости иметь в процессе эксплуатации большую мощность и КПД применяют схему с рабочим конденсатором — обычно в однофазном конденсаторном двигателе для бытовых нужд небольшой мощности, в пределах 1 кВт.

Похожие статьи:

все, что вам нужно знать — Блог CLR

Электродвигатели позволяют получать механическую энергию самым простым и эффективным способом. В зависимости от количества фаз питания , мы можем найти однофазных , двухфазных и трехфазных двигателей с витых пусковой обмотки и спиральных пусковых обмоток с конденсатором . Причем выбор того или иного будет зависеть от необходимой мощности .

Если вы участвуете в проекте и не знаете, какой тип двигателя вам следует использовать, этот пост вас заинтересует! В нем мы расскажем вам о каждом моторе и его отличиях.Поехали!

Что такое однофазный двигатель?

Однофазный двигатель — это вращающаяся машина с электрическим приводом , которая может преобразовывать электрическую энергию в механическую энергию .

Работает от однофазного источника питания . Они содержат двух типов проводки : горячую и нейтральную. Их мощность может достигать 3 кВт , а напряжения питания меняются в унисон.

У них есть только одиночного переменного напряжения .Схема работает с двумя проводами , и ток, который проходит по ним, всегда одинаков.

В большинстве случаев это малых двигателей с ограниченным крутящим моментом . Однако есть однофазные двигатели мощностью до 10 л.с., которые могут работать с подключениями до 440 В.

Они не создают вращающегося магнитного поля; они могут генерировать только альтернативное поле , что означает, что для запуска им нужен конденсатор.

Их легко ремонтировать, и обслуживать, а также доступные по цене .

Этот тип двигателя используется в основном в домах, офисах, магазинах и небольших непромышленных компаниях . Чаще всего использует , включая бытовую технику, домашнее и рабочее оборудование HVAC и другую технику, такую ​​как дрели, кондиционеры и системы открывания и закрывания гаражных ворот.

Возможно, вас заинтересует: Советы по выбору малых электродвигателей

Что такое двухфазный двигатель?

Двухфазный двигатель — это система, которая имеет два напряжения, разнесенных на 90 градусов , которые в настоящее время больше не используются.Генератор состоит из двух обмоток, расположенных под углом 90 градусов друг к другу.

Им требуется 2 провода под напряжением и один провод заземления, которые работают в двух фазах . Один увеличивает ток до 240 В для движения, а другой поддерживает плавность тока для использования двигателя.

Что такое трехфазный двигатель?

Трехфазный двигатель — это электрическая машина , которая преобразует электрическую энергию в механическую энергию посредством электромагнитных взаимодействий .Некоторые электродвигатели обратимы — они могут преобразовывать механическую энергию в электрическую, действуя как генераторы.

Они работают от трехфазного источника питания . Они приводятся в действие тремя переменными токами одинаковой частоты , которые достигают максимума в переменные моменты. Они могут иметь мощность от до 300 кВт и скорость от 900 до 3600 об / мин.

Трехпроводные линии используются для передачи, но для конечного использования требуются 4-проводные кабели, которые соответствуют 3 фазам плюс нейтраль.

Трехфазная электроэнергия — это наиболее распространенный метод , используемый в электрических сетях по всему миру, поскольку он передает больше энергии и находит значительное применение в промышленном секторе .

Различия между однофазным двигателем и трехфазным двигателем

Во-первых, нам нужно различать тип установки и ток , протекающий через него. В этом отношении разница между однофазным током и трехфазным током заключается в том, что однофазный ток передается по одной линии.Кроме того, поскольку имеется только одна фаза или переменный ток, , напряжение не меняется .

Однофазные двигатели используются, когда трехфазная система недоступна и / или для ограниченной мощности — они обычно используются для мощностей менее 2 кВт или 3 кВт .

Трехфазные двигатели обычно находят более широкое применение в промышленности , так как их мощность более чем на 150% выше, чем у однофазных двигателей, и создается трехфазное вращающееся магнитное поле .

При работе однофазного двигателя может быть шумно и генерироваться вибрации , трехфазные двигатели более дорогие, но они не создают этих вибраций и менее шумны.

На CLR мы ежедневно работаем с однофазных двигателей , проектируя и производя редукторов скорости для достижения идеального движения. Наши истории успеха включают в себя систему складывания боковых зеркал для легковых и коммерческих автомобилей , которая может превышать 50 000 циклов — на 100% больше циклов, чем было первоначально запрошено нашим клиентом Volkswagen .

Нужна помощь с вашим проектом? В CLR мы постоянно ищем новых решений , адаптированных к потребностям наших клиентов, которые успешно соблюдают все новые правила. Какое движение вам нужно?

Одно- и двухфазные двигатели

---

---

В этом разделе рассматриваются однофазные двигатели. Сосредоточившись на индукции двигатели, реактивные синхронные, гистерезисные и асинхронные двигатели с расщепленными полюсами также обсуждаются. Обратите внимание, что еще один распространенный однофазный двигатель, серия универсальный двигатель, обсуждается в разделе 7.10. Большинство асинхронных двигателей дробных киловатт. (относительная мощность) — однофазные двигатели. В жилых и коммерческого применения, они используются в широком спектре оборудования, включая холодильники, кондиционеры и тепловые насосы, вентиляторы, насосы, стиральные машины и сушилки.

В этом разделе мы качественно опишем эти двигатели с точки зрения теории вращающегося поля и начнем со строгого анализа однофазного двигатель, работающий от одной обмотки.Однако большинство однофазных индукционных двигатели фактически являются двухфазными двигателями с несимметричными обмотками; два обмотки обычно совершенно разные, с разным числом витков и / или распределения обмоток. Таким образом, в этом разделе также обсуждается двухфазная двигателей и включает развитие количественной теории для анализа однофазных асинхронных двигателей при работе как от их основного, так и вспомогательные обмотки.

1. ОДНОФАЗНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ: КАЧЕСТВЕННЫЙ ИССЛЕДОВАНИЕ

РИС.1 Схематическое изображение однофазного асинхронного двигателя.

Конструктивно наиболее распространенные типы однофазных асинхронных двигателей напоминают многофазные двигатели с короткозамкнутым ротором, за исключением расположения статора обмотки.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором и однофазным статором обмотка схематично представлена ​​на фиг. 1. Вместо того, чтобы быть сосредоточенным катушки, фактическая обмотка статора распределена в пазах для получения приблизительно синусоидальное пространственное распределение ммс.Как мы видели в разделе 4.5.1, однофазный намотка производит равные волны ммф, вращающиеся вперед и назад. По симметрии Понятно, что такой двигатель по своей сути не будет производить пусковой крутящий момент поскольку в состоянии покоя он будет производить равный крутящий момент в обоих направлениях. Тем не мение, покажем, что если его запустить вспомогательными средствами, то результат будет чистый крутящий момент в том направлении, в котором он запущен, и, следовательно, двигатель будет продолжать работать.

Прежде чем рассматривать вспомогательные способы запуска, обсудим основные свойства схематического двигателя по фиг.1. Если ток статора косинусоидальная функция времени, результирующий воздушный зазор mmf определяется формулой. 4,18

(уравнение 1)

, который, как показано в Разделе 4.5.1, можно записать как сумму положительных и отрицательно бегущие ММЖ-волны равной величины. Позитивное путешествие волна задается

(уравнение 2)

, а бегущая отрицательная волна —

(уравнение 3)

Каждая из этих составляющих ММЧ-волн вызывает работу асинхронного двигателя, но соответствующие крутящие моменты направлены в противоположные стороны.С ротором на покой, прямые и обратные волны потока в воздушном зазоре, создаваемые комбинированными ммс токов статора и ротора равны, составляющие крутящие моменты равны, и пусковой крутящий момент не создается. Если вперед и назад волны потока в воздушном зазоре должны были оставаться равными при вращении ротора, каждая из поля компонентов будут давать характеристику крутящего момента-скорости, аналогичную к таковому многофазного двигателя с пренебрежимо малым сопротивлением утечки статора, так как проиллюстрированные пунктирными кривыми f и b на фиг.2а. Результирующий крутящий момент-скорость характеристика, которая представляет собой алгебраическую сумму двух составляющих кривых, показывает, что если бы двигатель запускался вспомогательными средствами, он произвел бы крутящий момент в любом направлении, в котором он был запущен.

РИС. 2 Характеристики крутящего момента однофазного асинхронного двигателя (а) на основе постоянных прямых и обратных потоков магнитных волн, (б) принимая учесть изменения потоковых волн.

Предположение, что волны потока в воздушном зазоре остаются равными, когда ротор в движении — это довольно резкое упрощение реального положения дел.Во-первых, игнорируется влияние сопротивления утечки статора. Во-вторых, эффекты индуцированных токов ротора должным образом не учитываются. Оба эти эффекты будут в конечном итоге включены в подробную количественную теорию разд. 3. Следующее качественное объяснение показывает, что производительность однофазного асинхронного двигателя значительно лучше, чем можно было бы предположить на основе равных прямых и обратных потоковых волн.

Когда ротор находится в движении, составляющие токи ротора, индуцируемые обратное поле больше, чем в состоянии покоя, а их коэффициент мощности равен ниже.Их ммф,

подробная количественная теория разд. 3. Следующие качественные объяснение показывает, что производительность однофазного асинхронного двигателя значительно лучше, чем можно было бы предположить на основе равного форварда и волны обратного потока.

Когда ротор находится в движении, составляющие токи ротора, индуцируемые обратное поле больше, чем в состоянии покоя, а их коэффициент мощности равен ниже. Их mmf, который противодействует току статора, приводит к уменьшение обратной магнитной волны.И наоборот, магнитный эффект токи компонентов, индуцированные прямым полем, меньше, чем в состоянии покоя потому что токи ротора меньше, а их коэффициент мощности выше. В виде скорость увеличивается, поэтому прямая магнитная волна увеличивается, а обратная поток волны уменьшается. Сумма этих потоковых волн должна оставаться примерно постоянной. поскольку он должен индуцировать противоэдс статора, которая приблизительно постоянна если падение напряжения в сопротивлении утечки статора невелико.

Следовательно, при вращающемся роторе крутящий момент переднего поля больше и поле обратного поля меньше, чем на фиг. 2а, истинная ситуация примерно так, как показано на фиг. 2b. В нормальном режиме бега на нескольких процент скольжения, переднее поле в несколько раз больше заднего поле, а магнитная волна не сильно отличается от постоянной амплитуды вращающееся поле в воздушном зазоре уравновешенного многофазного двигателя. В нормальном рабочей области, поэтому характеристика крутящего момента однофазного двигатель не слишком уступает многофазному двигателю, имеющему тот же ротор и работает с той же максимальной плотностью магнитного потока в воздушном зазоре.

В дополнение к крутящим моментам, показанным на РИС. 2, крутящий момент с двойной частотой статора пульсации создаются взаимодействием встречно вращающегося потока и миллиметровые волны, которые вращаются друг вокруг друга с удвоенной синхронной скоростью. Эти взаимодействия не производят среднего крутящего момента, но они, как правило, заставляют двигатель шумнее, чем у многофазного двигателя. Такие пульсации крутящего момента неизбежны в однофазный двигатель из-за пульсаций мгновенной потребляемой мощности присущие однофазной цепи.Эффекты пульсирующего крутящего момента можно свести к минимуму за счет использования эластичного крепления двигателя.

Крутящий момент, указанный на кривых крутящего момента однофазного двигателя. — среднее по времени мгновенное значение крутящего момента.

2. ПУСК И РАБОТА ОДНОФАЗНОЙ ИНДУКЦИИ И СИНХРОННОЙ РАБОТЫ МОТОРЫ

Однофазные асинхронные двигатели классифицируются в зависимости от их пуска. методы и обычно называются именами, описывающими эти методы.Выбор подходящего двигателя зависит от пускового и рабочего крутящего момента. требования к нагрузке, рабочий цикл нагрузки и ограничения о пусковом и рабочем токе от питающей сети двигателя. В стоимость однофазных двигателей увеличивается вместе с их номиналом и производительностью. такие характеристики, как отношение пускового момента к току. Обычно в для минимизации затрат инженер по применению выберет двигатель с самый низкий рейтинг и производительность, которые могут соответствовать спецификациям заявление.Когда большое количество двигателей должно использоваться для определенного По назначению может быть разработан специальный двигатель, обеспечивающий наименьшую стоимость. В сфере производства двигателей с дробными киловаттами небольшая разница в стоимости важный.

Рассмотрены способы пуска и полученные характеристики крутящего момента. качественно в этом разделе. Количественная теория для анализа этих моторы развиты в разд. 4.2.

РИС. 3 Двухфазный двигатель: (а) соединения, (б) векторная диаграмма при пуске, и (c) типичная характеристика крутящего момента-скорости.

2.1 Двухфазные двигатели

Двухфазные двигатели имеют две обмотки статора, главную обмотку (также называемую как обмотка хода), которую мы будем называть индексом main и вспомогательная обмотка (также называемая пусковой обмоткой), которая мы будем ссылаться на него с нижним индексом «aux». Как и в двухфазном двигателе, оси этих обмоток смещены в пространстве на 90 электрических градусов, и они соединены, как показано на фиг. 3а. Вспомогательная обмотка имеет более высокую отношение сопротивления к реактивному сопротивлению, чем у основной обмотки, в результате чего два тока будут не в фазе, как показано на векторной диаграмме фиг.3b, который представляет условия при запуске. Поскольку ток вспомогательной обмотки I_aux опережает ток основной обмотки I_main, Поле статора сначала достигает максимума вдоль оси вспомогательной обмотки. а затем несколько позже по времени достигает максимума по оси основная обмотка.

Токи в обмотках эквивалентны несимметричным двухфазным токам, и двигатель эквивалентен неуравновешенному двухфазному двигателю. Результат вращающееся поле статора, вызывающее запуск двигателя.После мотора запускается, отключается вспомогательная обмотка, обычно с помощью центробежного переключатель, который работает примерно на 75% синхронной скорости. Простой способ получения высокого отношения сопротивления к реактивному сопротивлению вспомогательной обмотки — намотать его проволокой меньшего размера, чем основная обмотка, допустимая процедура потому что эта обмотка работает только при пуске. Его реактивное сопротивление может быть несколько уменьшили, поместив его в верхние части прорезей. Типичный крутящий момент-скорость характеристика такого двигателя показана на фиг.3c.

Электродвигатели с разделенной фазой имеют средний пусковой момент при низком пусковом токе. Типичные области применения включают вентиляторы, нагнетатели, центробежные насосы и офисные помещения. оборудование. Типичные значения от 50 до 500 Вт; в этом диапазоне они доступные двигатели с самой низкой стоимостью.

2,2 Конденсаторные двигатели

РИС. 4 Двигатель с конденсаторным пуском: (а) соединения, (б) векторная диаграмма на пуск, и (c) типичная характеристика крутящего момента-скорости.

Конденсаторы

могут использоваться для улучшения пусковых характеристик двигателя, рабочих характеристик, или оба, в зависимости от размера и подключения конденсатора. Конденсатор-старт электродвигатель также является электродвигателем с расщепленной фазой, но смещение фазы по времени между два тока получаются с помощью конденсатора, включенного последовательно с вспомогательная обмотка, как показано на фиг. 4а. Снова вспомогательная обмотка отключается после запуска двигателя, и, следовательно, вспомогательный обмотка и конденсатор могут быть спроектированы с минимальными затратами для работы в прерывистом режиме.

При использовании пускового конденсатора соответствующей емкости вспомогательная обмотка ток I aux в состоянии покоя можно сделать так, чтобы он управлял током основной обмотки Я подключаюсь на 90 электрических градусов, как в сбалансированном двухфазном двигателе. (см. фиг. 4b). На практике лучший компромисс между пусковым моментом, пусковой ток и стоимость обычно зависят от угла сдвига фаз. менее 90 °. Типичная характеристика крутящего момента-скорости показана на фиг. 4c, выдающейся особенностью является высокий пусковой крутящий момент.Эти двигатели используются для компрессоров, насосов, холодильного оборудования и оборудования для кондиционирования воздуха, а также другие трудно запускаемые нагрузки. Конденсаторный двигатель в разрезе показанный на фиг. 5.

В двигателе с постоянным разделением конденсаторов конденсатор и вспомогательная обмотка не вырезаются после запуска; конструкция может быть упрощена пропуском переключателя, а также улучшились коэффициент мощности, КПД и пульсации крутящего момента. Например, конденсатор и вспомогательная обмотка могут быть спроектированы для идеального двухфазный режим (т.е.е., отсутствие обратной магнитной волны) при любой желаемой нагрузке. Потери из-за обратного поля в этой рабочей точке тогда будут должны быть устранены, что приведет к повышению эффективности. Двойная частота статора пульсации крутящего момента также были бы устранены, с конденсатором, служащим в качестве резервуар для хранения энергии для сглаживания пульсаций потребляемой мощности от однофазной сети, что приводит к более тихой работе.

Пусковым моментом нужно пожертвовать, потому что выбор емкости обязательно компромисс между лучшими начальными и рабочими значениями.В даны результирующая характеристика крутящего момента-скорости и принципиальная схема на фиг. 6.

РИС. 5 Асинхронный двигатель с конденсаторным пуском в разрезе.

Пусковой выключатель находится справа от ротора. Мотор каплезащищенный строительство.

РИС. 6 Двигатель с постоянным разделением конденсаторов и типичная характеристика крутящего момента-скорости.

РИС. 7 Конденсаторный пуск, двигатель с конденсаторным питанием и типичная скорость крутящего момента характерная черта.

Если используются два конденсатора, один для запуска и один для работы, теоретически могут быть достигнуты оптимальные пусковые и эксплуатационные характеристики. Один способ достижение этого результата показано на фиг. 7а. Малое значение емкости необходим для оптимальных условий работы постоянно подключен последовательно со вспомогательной обмоткой, и гораздо большее значение, необходимое для запуска получается конденсатором, подключенным параллельно рабочему конденсатору с помощью переключателя с размыкается, когда двигатель набирает скорость.Такой мотор известный как конденсаторный двигатель с конденсаторным запуском.

Конденсатор для двигателя с конденсаторным пуском имеет типичное значение 300 #F. для мотора мощностью 500 Вт. Поскольку он должен проводить ток только в течение времени пуска, Конденсатор представляет собой специальный компактный электролитический конденсатор переменного тока, предназначенный для запуска двигателей. долг. Конденсатор для того же постоянно подключенного двигателя имеет типичную номинал 40 #E, и поскольку он работает непрерывно, конденсатор является бумага переменного тока, фольга и масло.Стоимость различных типов двигателей связана с к производительности: двигатель с конденсаторным пуском имеет самую низкую стоимость, конденсатор с постоянным разделением двигатель следующий, а конденсаторный запуск, двигатель с конденсатором самая высокая стоимость.

——————

Практическая задача 1

Рассмотрим двигатель из Примера 1. Найдите фазовый угол между основными и токи вспомогательной обмотки при замене конденсатора емкостью 177 мкФ на конденсатор емкостью 200 мкФ.

Решение

85.2 °

—————-

2,3 Асинхронные двигатели с экранированными полюсами

Как схематично показано на фиг. 8а, асинхронный двигатель с экранированными полюсами обычно имеет выступающие полюса с одной частью каждого полюса, окруженной Короткозамкнутый виток меди называется затеняющей катушкой. Наведенные токи в затеняющая катушка вызывает отставание потока в затененной части полюса флюс в другой части. Результат похож на вращающееся поле движение в направлении от незатененной части к затемненной части столба; в короткозамкнутом роторе индуцируются токи и низкий пусковой крутящий момент производится.Типичная характеристика крутящего момента-скорости показана на фиг. 8b. Их эффективность невысока, но двигатели с расщепленными полюсами являются наименее дорогими. тип субфракционного киловаттного двигателя. Их можно найти в рейтингах примерно до 50 Вт.

РИС. 8 Асинхронный двигатель с расщепленными полюсами и типичная характеристика крутящего момента.

РИС. 9 Пробивка ротора для четырехполюсного синхронно-реактивного двигателя и типичная характеристика крутящий момент-скорость.

2,4 Самозапускающиеся синхронно-реактивные двигатели

Любой из типов асинхронных двигателей, описанных выше, может быть преобразован в самозапускающийся синхронно-реактивный двигатель.Все, что вызывает сопротивление воздушного зазора в зависимости от углового положения ротора относительно к оси обмотки статора будет создавать реактивный момент, когда ротор вращающийся с синхронной скоростью. Например, предположим, что некоторые зубы снимается с ротора с короткозамкнутым ротором, оставляя стержни и концевые элементы неповрежденными, как в обычном асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором. ИНЖИР. 9а показано ламинирование для такого ротора рассчитан на использование с четырехполюсным статором. Статор может быть многофазным или любым из однофазных типов, описанных выше.

Двигатель запускается как асинхронный и при малых нагрузках будет увеличивать скорость. до небольшого значения скольжения. Момент сопротивления возникает из-за тенденции ротора, чтобы попытаться выровнять себя в положении минимального сопротивления с относительно синхронно вращающейся прямой волны магнитного потока в воздушном зазоре, в соответствии с с принципами, обсуждаемыми в разделе 3. При небольшом скольжении этот крутящий момент медленно чередуется по направлению; ротор ускоряется во время положительного полупериод изменения крутящего момента и замедлился во время последующего отрицательный полупериод.Если момент инерции ротора и его механический нагрузка достаточно мала, ротор будет ускоряться от скорости скольжения до синхронной скорости во время ускоряющего полупериода реактивного сопротивления крутящий момент.

Ротор тогда будет синхронизирован и продолжит работать в синхронном режиме. скорость.

Наличие любой вращающейся в обратном направлении волны магнитного потока статора будет создавать крутящий момент. пульсация и дополнительные потери, но синхронная работа будет сохранена при условии, что момент нагрузки не является чрезмерным.

Типичная характеристика крутящего момента-скорости для синхронно-реактивного запуска с разделением фаз двигатель показан на фиг. 9b. Обратите внимание на высокие значения крутящего момента асинхронного двигателя. Причина этого в том, что для получения удовлетворительного синхронного двигателя характеристик, было сочтено необходимым построить синхронно-реактивную двигатели в корпусах, подходящих для асинхронных двигателей с двумя или в три раза больше, чем у синхронного двигателя. Также обратите внимание, что главный влияние явнополюсного ротора на характеристики асинхронного двигателя в состоянии покоя, где заметны значительные «зубцы»; я.е., крутящий момент значительно зависит от положения ротора.

2,5 Гистерезисные двигатели

Явление гистерезиса можно использовать для создания механического крутящего момента. В простейшем виде ротор гистерезисного двигателя представляет собой гладкий цилиндр. из магнитотвердой стали, без обмоток и зубцов. Он размещен внутри статор с прорезями, несущий распределенные обмотки, предназначенный для производства почти возможно синусоидальное пространственное распределение потока, так как волнистости в волна потока значительно увеличивает потери.В однофазных двигателях статор обмотки обычно относятся к типу с постоянными разделенными конденсаторами, как на фиг. 6. Конденсатор выбран так, чтобы в результате получался примерно сбалансированный двухфазный ток. условия в обмотках двигателя. Затем статор производит в первую очередь поле воздушного зазора фундаментального пространства вращается с синхронной скоростью.

РИС. 10 (а) Общий характер магнитного поля в воздушном зазоре и ротор гистерезисного двигателя; (б) идеализированная характеристика крутящего момента-скорости.

Отображаются мгновенные магнитные условия в воздушном зазоре и роторе. на фиг. 10а для двухполюсного статора. Ось S S ‘волны статора-ммс вращается с синхронной скоростью. Из-за гистерезиса намагниченность ротора отстает от индуцирующей ММП-волны, поэтому ось R R ‘волны магнитного потока ротора отстает от оси статор-ммс волны на величину гистерезисный угол 6 запаздывания (фиг. 10а). Если ротор неподвижен, запускается крутящий момент создается пропорционально произведению основных компонентов статора mmf и потока ротора и синуса угла крутящего момента 6.В ротор затем ускоряется, если крутящий момент нагрузки меньше развиваемого крутящий момент мотора.

Пока ротор вращается со скоростью ниже синхронной, каждая область ротора подвергается повторяющемуся гистерезисному циклу на частоте скольжения. Пока ротор ускоряется, угол запаздывания 6 остается постоянным, если поток постоянна, так как угол 6 зависит только от петли гистерезиса материал ротора и не зависит от скорости прохождения петли.Таким образом, двигатель развивает постоянный крутящий момент вплоть до синхронной скорости, как показано на идеализированной характеристике крутящий момент-скорость на фиг. 10б. Этот Особенность — одно из преимуществ гистерезисного двигателя. По сравнению с реактивный двигатель, который должен синхронизировать свою нагрузку из характеристики крутящего момента асинхронного двигателя, гистерезисный двигатель может синхронизировать любую нагрузку, которую он может ускорить, независимо от того, насколько велик инерция. После достижения синхронизма двигатель продолжает работать в синхронном режиме. скорость и регулирует его угол крутящего момента, чтобы развивать требуемый крутящий момент по нагрузке.

Двигатель с гистерезисом по своей природе тихий и обеспечивает плавное вращение его нагрузка. Кроме того, ротор имеет такое же количество полюсов, что и поле статора. Двигатель может работать в многоскоростном синхронном режиме. когда статор намотан с несколькими наборами обмоток и использует переключение полюсов соединения. Гистерезисный двигатель может ускорять и синхронизировать высокоинерционный нагрузки, потому что его крутящий момент одинаков от места до синхронной скорости.

3. ОБОРОТНАЯ ТЕОРИЯ ОДНОФАЗНЫХ ИНДУКЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Как описано в Разд. 1, статор-ммс волна однофазной индукции Можно показать, что двигатель эквивалентен двум волнам ммс постоянной амплитуды. вращаются с синхронной скоростью в противоположных направлениях. Каждый из этих компонентов Волны статора-ммс индуцируют собственные составляющие токи ротора и создают асинхронный двигатель. действие точно так же, как в сбалансированном многофазном двигателе. Это двойное вращающееся поле концепция не только полезна для качественной визуализации, но и может быть превратилась в количественную теорию, применимую к широкому спектру асинхронных двигателей. типы.Мы не будем здесь обсуждать полную количественную теорию. 1 Однако мы рассмотрим более простой, но важный случай однофазной индукции двигатель работает только на своей основной обмотке.

Рассмотрим условия с неподвижным ротором и только главным статором. обмотка возбуждена. Тогда двигатель эквивалентен трансформатору с его вторичный короткозамкнутый. Эквивалентная схема показана на фиг. 11 a, где R1, main и X 1, main — соответственно сопротивление и утечка реактивное сопротивление основной обмотки, Xm, main — реактивное сопротивление намагничивания, и R2, main и X2, main — значения сопротивления ротора в состоянии покоя и реактивное сопротивление утечки относительно основной обмотки статора при использовании соответствующих отношение оборотов.Потери в сердечнике, которые здесь не указаны, будут учтены позже. как если бы это была потеря вращения. Приложенное напряжение равно f ‘, а основная обмотка ток — I_main. Напряжение J_main — это противоэдс, генерируемая в основная обмотка стационарной пульсирующей магнитной волной в воздушном зазоре, создаваемой совместное действие токов статора и ротора.

РИС. 11 Эквивалентные схемы для однофазного асинхронного двигателя: (а) ротор заблокирован (b) ротор заблокирован, показывая эффекты прямого и обратного поля; (c) рабочие условия.

В соответствии с концепцией двойного вращающегося поля разд. 1, статора mmf можно разделить на половину амплитуды вращения вперед и назад поля. В состоянии покоя амплитуды прямого и обратного равнодействующих Волны потока в воздушном зазоре равны половине амплитуды пульсирующего поля. На фиг. 11b часть эквивалентной схемы, представляющая эффекты потока через воздушный зазор делится на две равные части, представляющие эффекты переднего и заднего полей соответственно.

Теперь рассмотрим условия после того, как двигатель набрал скорость с помощью какое-то вспомогательное средство и работает только на своей основной обмотке в направлении переднего поля при удельном скольжении с. Токи ротора, индуцированные прямое поле имеет частоту скольжения sfe, где fe — приложенный статор электрическая частота. Как и в любом многофазном двигателе с симметричным многофазным двигателем. или ротор с короткозамкнутым ротором, эти токи ротора создают бегущую волну ММЧ вперед со скоростью скольжения по отношению к ротору и, следовательно, при синхронной скорость относительно статора.Результирующая прямых волн Статор и ротор mmf создают результирующую прямую волну потока в воздушном зазоре, который формирует противоэдс J_main, f в основной обмотке статора. В отраженный эффект ротора, если смотреть со стороны статора, такой же, как в многофазный двигатель и может быть представлен импедансом 0,5R2, основной / S Jr j0,5X2, основной параллельно j0,5Xm, основной как в части эквивалента схема фиг. 1 ЖК с надписью «f». Коэффициент 0,5 зависит от разрешения пульсирующего статора mmf на переднюю и заднюю составляющие.

Теперь рассмотрим условия относительно обратного поля. Ротор все еще поворачиваясь со скольжением s по отношению к переднему полю, и его единичная скорость n в направлении переднего поля n = 1 с. Относительная скорость ротора относительно обратного поля составляет 1 + n, либо его скольжение с относительно заднего поля 1 + n = 2 с. Обратное поле тогда индуцирует токи ротора с частотой (2 с) fe. Для небольших пробуксовок эти роторы токи почти вдвое превышают частоту статора.

Таким образом, при небольшом скольжении осциллограмма тока ротора будет показать высокочастотную составляющую от обратного поля, наложенную на низкочастотная составляющая от прямого поля. Если смотреть со стороны статора, волна ротор-ммс индуцированного обратным полем тока ротора проходит на синхронная скорость, но в обратном направлении. Схема замещения представление этих внутренних реакций с точки зрения статора как у многофазного двигателя, скольжение которого составляет 2 с и показано в части эквивалентной схемы (фиг.11c) помечены буквой «b». Как и с форвардом поле, коэффициент 0,5 зависит от разрешения пульсирующего статора mmf на прямые и обратные компоненты. Напряжение J ~ main, b на параллельная комбинация, представляющая обратное поле, является противоэдс. генерируется в основной обмотке статора результирующим обратным полем.

Используя эквивалентную схему фиг. 11 в, ток статора, мощность входной мощности, а коэффициент мощности можно вычислить для любого предполагаемого значения скольжения, когда приложенное напряжение и полное сопротивление двигателя известны.Чтобы упростить обозначение, пусть

(уравнение 4)

(уравнение 5)

Импедансы, представляющие реакции прямого и обратного полей с точки зрения однофазной главной обмотки статора 0,5Zf и 0,5Zb соответственно на фиг. 11 с.

Исследование эквивалентной схемы (фиг. 11c) подтверждает вывод, достигнуты качественными рассуждениями в разд. 1 (фиг. 2b), что передний Волна потока в воздушном зазоре увеличивается, а обратная волна уменьшается, когда ротор приводится в движение.Когда двигатель работает с небольшим скольжением, отраженный влияние сопротивления ротора в прямом поле, 0,5 R2, main / S, значительно больше, чем его значение состояния покоя, в то время как соответствующий эффект в обратное поле, 0,5R2, основное / (2 с), меньше.

Следовательно, полное сопротивление прямого поля больше, чем его значение в состоянии покоя, в то время как обратное поле меньше. Счетчик ЭДС прямого поля Emain, f поэтому больше, чем его значение состояния покоя, в то время как обратное поле счетчик ЭДС / ~ main, b меньше; я.т.е. прямая волна потока в воздушном зазоре увеличивается, в то время как обратная магнитная волна уменьшается.

Механическая мощность и крутящий момент могут быть вычислены путем приложения крутящего момента. и отношения мощности, разработанные для многофазных двигателей в разделе 6. Крутящие моменты каждое из полей прямого и обратного направления может рассматриваться в этом манера. Взаимодействие встречно вращающегося потока и ММП-волн вызывает пульсации крутящего момента при удвоенной частоте статора, но без среднего крутящего момента.

[…]

Проверка порядка величины числовых значений в Примере 2 предлагает приближения, которые обычно могут быть сделаны. Эти приближения относятся, в частности, к сопротивлению обратного поля. Обратите внимание, что сопротивление 0,5 (Rb + j Xb) составляет всего около 5 процентов от общего импеданса двигателя для скольжение почти при полной нагрузке.

Следовательно, приблизительно 20 процентов этого импеданса вызовет ошибку только около 1% в токе двигателя.Хотя строго говоря, импеданс обратного поля является функцией скольжения, очень мало ошибка обычно возникает в результате вычисления ее значения при любом удобном вводе нормальная рабочая область, например, 5 процентов, а затем предполагая, что Rb и Xb быть константами.

В несколько большем приближении эффект шунтирования j Xm, основную на импедансе обратного поля, часто можно пренебречь, откуда

(уравнение 15)

Это уравнение дает значения сопротивления обратного поля, которые на несколько процентов выше, что можно увидеть при сравнении с точным выражением приведено в примере 2.

Пренебрежение s в уравнении. 9.15 будет иметь тенденцию давать значения обратного поля сопротивление, которое было бы слишком низким, и, следовательно, такое приближение имеют тенденцию противодействовать ошибке в формуле. 9.15. Следовательно, для небольших промахов

(уравнение 16)

В многофазном двигателе (раздел 6.5) максимальный внутренний крутящий момент и проскальзывание, при котором оно происходит, легко выразить через параметры двигателя; максимальный внутренний крутящий момент не зависит от сопротивления ротора.Нет таких простые выражения существуют для однофазного двигателя. Однофазная проблема намного сложнее из-за наличия обратного поля, эффект которого двоякий: (1) он поглощает часть приложенного напряжения, тем самым уменьшая доступное для прямого поля напряжение и уменьшая развиваемый передний крутящий момент; и (2) обратное поле дает отрицательные крутящий момент, уменьшая эффективный развиваемый крутящий момент. Оба эти эффекта зависят от от сопротивления ротора, а также реактивного сопротивления утечки.Следовательно, в отличие от многофазный двигатель, максимальный внутренний крутящий момент однофазного двигателя составляет зависит от сопротивления ротора; с увеличением сопротивления ротора уменьшается максимальный крутящий момент и увеличивает скольжение, при котором возникает максимальный крутящий момент.

В основном из-за эффектов обратного поля однофазный асинхронный двигатель несколько уступает многофазному двигателю, использующему тот же ротор и тот же сердечник статора. Однофазный двигатель имеет нижний максимум крутящий момент, возникающий при более низком скольжении.При том же крутящем моменте однофазный двигатель имеет более высокое скольжение и большие потери, в основном из-за обратного поля ротор 12R потери. Потребляемая мощность однофазного двигателя больше, главным образом из-за мощности и реактивных вольт-ампер, потребляемых обратное поле. Потери статора 12R также несколько выше в однофазном двигатель, потому что одна фаза, а не несколько, должна пропускать весь ток. Из-за больших потерь КПД ниже, а температура подъем при том же крутящем моменте выше.Для однофазный двигатель, чем многофазный двигатель той же мощности и скорости рейтинг. Благодаря большему размеру рамы максимальный крутящий момент может быть достигнут сравнимо с физически меньшим по размеру, но с равным номиналом многофазным мотор. Несмотря на больший размер рамы и необходимость вспомогательного пусковые устройства, однофазные двигатели общего назначения в стандарте дробные киловаттные рейтинги стоят примерно столько же, сколько соответственно номинальные многофазные двигатели из-за гораздо большего объема производства бывшего.

4. ДВУХФАЗНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Как мы видели, большинство однофазных асинхронных двигателей фактически построено в виде двухфазных двигателей с двумя обмотками статора в пространственной квадратуре. Основная и вспомогательная обмотки обычно очень разные, с разными количество витков, размер провода и распределение витков. Эта разница в комбинация с конденсатором, который обычно используется последовательно с вспомогательная обмотка, гарантирует, что ММФ производятся двумя обмотками токи будут довольно несбалансированными; в лучшем случае они могут быть сбалансированы по одному конкретному рабочая точка.Таким образом, мы обсудим различные аналитические методы для двухфазные двигатели, чтобы расширить наше понимание и понимание машины производительности, а также разработать методики анализа одно- и двухфазные двигатели.

В сбалансированных условиях эксплуатации симметричный двухфазный двигатель может быть проанализированы с использованием методов, разработанных в разделе 6 для трехфазных двигателей, слегка изменен, чтобы учесть тот факт, что есть два фазы, а не три.

В этом разделе мы сначала обсудим один метод, который можно использовать для проанализировать симметричный двухфазный двигатель, работающий в несимметричном режиме условия. Затем мы формально выведем аналитическую модель для несимметричной двухфазный двигатель, который может быть применен к однофазным двигателям в общем случае отключая как свои основные, так и вспомогательные обмотки.

4.1 Несбалансированная работа симметричных двухфазных машин; Симметричная составляющая Концепт

При работе только от основной обмотки однофазный двигатель крайний случай, когда двигатель работает в условиях несимметричного тока статора.В некоторых случаях в источнике питания возникают несбалансированные напряжения или токи. сеть к двигателю, например, при перегорании линейного предохранителя. В остальных случаях несбалансированные напряжения создаются пусковыми сопротивлениями однофазных двигателей, как описано в разд. 2. Цель этого раздела — разработать теория симметричных компонентов двухфазных асинхронных двигателей с двойным вращающимся полем концепция и показать, как теория может быть применена к множеству проблем с асинхронными двигателями, имеющими две обмотки статора в пространственной квадратуре.

Сначала рассмотрим, что происходит при сбалансированном двухфазном напряжении. применяются к выводам статора двухфазной машины, имеющей единый воздушный зазор, симметричный многофазный или сепараторный ротор и два одинаковых статора обмотки ot и fl в пространственной квадратуре. Токи статора равны в по величине и во временной квадратуре.

Когда ток в обмотке ot достигает своего мгновенного максимума, ток в обмотке fl равен нулю, а волна статора-ммс центрирована на оси обмотка или.Точно так же волна статора-ммс центрируется на оси обмотки. fl в момент, когда ток в обмотке fl равен мгновенному максимум. Таким образом, волна статора-ммс распространяется на 90 электрических градусов в пространство во временном интервале, соответствующем изменению фазы на 90 ° применяемого напряжение, с направлением его движения в зависимости от чередования фаз токов. Более полный анализ, как в разделе 4.5, показывает что бегущая волна имеет постоянную амплитуду и постоянную угловую скорость.Этот факт, конечно же, является основой теории сбалансированной работы. индукционных машин.

Поведение двигателя для сбалансированных двухфазных приложенных напряжений либо последовательность фаз может быть легко определена. Таким образом, если ротор вращается при скольжении s в направлении от обмотки альфа к обмотке r вывод полное сопротивление на фазу дается эквивалентной схемой на фиг. 12а когда приложенное напряжение fz ~ отстает от подаваемого напряжения на 90 °.Через в остальной части этого лечения эта фазовая последовательность называется положительной последовательностью. и обозначается индексом ‘f’, поскольку токи прямой последовательности результат в поле вперед. Когда ротор работает с той же скоростью и в том же направлении оконечный импеданс на фазу определяется эквивалентная схема фиг. 12b, когда выводы fz ~ запитаны на 90 °. Эта фаза последовательность называется отрицательной последовательностью и обозначается индексом ‘b’, поскольку токи обратной последовательности создают обратное поле.

РИС. 12 Однофазные схемы замещения двухфазного двигателя под несбалансированные условия (а) прямое поле и (б) обратное поле.

РИС. 13 Синтез неуравновешенной двухфазной системы из суммы две сбалансированные системы противофазной последовательности.

Предположим теперь, что два сбалансированных двухфазных источника напряжения противоположной фазы последовательность подключаются последовательно и применяются одновременно к двигателю, как показано на фиг.13а, где приложены векторные напряжения Vf и j Vf соответственно, к обмоткам ot и fl образуют сбалансированную систему положительной последовательности, а вектор напряжения «V’b и -j l? b образуют другую сбалансированную систему, но с отрицательным последовательность.

Результирующее напряжение V, ~, приложенное к обмотке ct, равно векторному значению

(уравнение 17)

… а применительно к обмотке fl …

(уравнение 18)

РИС. 13b показана обобщенная векторная диаграмма, на которой прямой или В положительной последовательности система задается векторами ~ ‘r и j l ~’ r и система обратной или отрицательной последовательности задается векторами ~ ‘b и -j ~ ‘б.Результирующие напряжения, определяемые векторами 12 ~ и V / ~, не соответствуют как правило, равные по величине или по квадратуре по времени. Из этого обсуждения мы видим, что несимметричная двухфазная система приложенных напряжений V ~ и V # может быть синтезирован путем объединения двух сбалансированных наборов напряжений противоположной фазы. последовательность.

Однако с системами с симметричными компонентами работать намного проще. чем их несбалансированная результирующая система. Таким образом, легко вычислить составляющие токи, создаваемые каждой симметрично-компонентной системой применяемых напряжения, потому что асинхронный двигатель работает как сбалансированный двухфазный двигатель для каждой компонентной системы.

При наложении фактический ток в обмотке складывается из составные части. Таким образом, если if и Ib являются, соответственно, положительной и отрицательной последовательностями компонентных векторных токов в обмотке или, соответственно, положительных и векторные токи составляющей обратной последовательности в обмотке fl равны соответственно jif и -j ib, а фактические токи обмотки i ~ и i # равны

[…]

РИС. 14 Разрешение несимметричных двухфазных напряжений на симметричные составные части.

4,2 Общий случай: асимметричные двухфазные индукционные машины

Как мы уже говорили, однофазный асинхронный двигатель с основным и вспомогательным обмотка — пример несимметричного двухфазного асинхронного двигателя. В В этом разделе мы разработаем модель такого двухфазного двигателя, используя обозначения подходит для однофазного двигателя. Предположим, как обычно случай, когда обмотки находятся в пространственной квадратуре, но несимметричны в том, что они могут иметь разное количество витков, разное распределение обмоток, и так далее.

Наш аналитический подход заключается в представлении ротора эквивалентным двухфазным обмотка, схематически изображенная на фиг. 16 и начать с потокосцепления / тока отношения для ротора и статора формы

(уравнение 25)

, где 0me — угол ротора, измеренный в электрических радианах.

Lmain = собственная индуктивность основной обмотки

РИС. 16 Схематическое изображение двухфазного асинхронного двигателя с эквивалентный двухфазный ротор.

[…]

5. РЕЗЮМЕ

Одна из тем этого раздела — продолжение теории индукционных машин. раздела 6 и его применение к однофазному асинхронному двигателю. Этот теория расширяется пошаговым процессом рассуждения от простого вращающегося поля теория симметричного многофазного асинхронного двигателя. Основная концепция: разрешение статорной ММЧ-волны на два бегущих с постоянной амплитудой волны, вращающиеся вокруг воздушного зазора с синхронной скоростью в противоположных направлениях.Если проскальзывание для переднего поля равно s, то для заднего поля равно (2 с). Каждое из этих составляющих полей производит действие асинхронного двигателя, как в симметричном многофазном двигателе. С точки зрения статора, отраженные эффекты ротора можно визуализировать и выразить количественно в терминах простых схем замещения. Легкость, с которой внутреннее реакции могут быть объяснены таким образом, является существенной причиной полезность теории двойного вращающегося поля.

Для однофазной обмотки прямая и обратная составляющие ММЧ-волн равны, а их амплитуда составляет половину максимального значения пика стационарный пульсирующий ММФ, создаваемый обмоткой. Разрешение статора mmf на его переднюю и заднюю компоненты затем приводит к физическая концепция однофазного двигателя описана в разд. 1 и наконец, к количественной теории, развитой в разд. 3 и эквивалент схемы фиг.11.

В большинстве случаев однофазные асинхронные двигатели на самом деле являются двухфазными двигателями. с несимметричными обмотками, работающими от однофазного источника. Таким образом чтобы завершить наше понимание однофазных асинхронных двигателей, необходимо для проверки производительности двухфазных двигателей. Следовательно, следующий шаг — применение изображения двойного вращающегося поля к симметричной двухфазной двигатель с несимметричным приложенным напряжением, как в разд. 4.1. Это расследование приводит к концепции симметричных компонентов, согласно которой несбалансированная двухфазная систему токов или напряжений можно разложить на сумму двух уравновешенных двухфазные компонентные системы противофазной последовательности.Резолюция токи в системы с симметричными компонентами эквивалентно разрешению волна статора-ммс на его прямую и обратную составляющие и, следовательно, внутренние реакции ротора для каждой симметрично-компонентной системы такие же, как и те, которые мы уже исследовали. Очень похожий процесс рассуждений, который здесь не рассматривается, приводит к хорошо известному трехфазному симметрично-компонентный метод решения проблем с несбалансированными работа трехфазных вращающихся машин.Легкость, с которой вращается машина может быть проанализирована с точки зрения теории вращающегося поля. причина полезности метода симметричных компонентов.

Наконец, раздел заканчивается на Разд. 4.2 с развитием аналитического теория для общего случая двухфазного асинхронного двигателя с несимметричным обмотки. Эта теория позволяет анализировать работу однофазных двигатели, работающие как от основной, так и от вспомогательной обмоток.

6. ВИКТОРИНА

Двигатель с конденсаторным пуском, 1 кВт, 120 В, 60 Гц, имеет следующие параметры для основной и вспомогательной обмоток (при пуске):

Zmain = 4.82 + j7.25 Zau x —7.95 + j9.21 Ом основная обмотка вспомогательная обмотка

а. Найдите величину и фазовые углы токов в двух обмотках. когда на двигатель подается номинальное напряжение в пусковых условиях.

г. Найдите значение пусковой емкости, при которой будут размещены основные и токи вспомогательной обмотки во временной квадратуре при пуске.

г. Повторите часть (a), когда емкость части (b) вставлена ​​последовательно. со вспомогательной обмоткой.

2. Повторите задачу 1, если двигатель работает от источника 120 В, 50 Гц.

3. Учитывая приложенную электрическую частоту и соответствующие импедансы Zmain и Zaux основной и вспомогательной обмоток при пуске пишем скрипт MATLAB для вычисления значения емкости, которая при подключении последовательно с пусковой обмоткой образует пусковую обмотку ток, опережающий ток основной обмотки на 90 °.

4. Повторить пример 2 для скольжения 0,045.

5. Однофазный асинхронный двигатель мощностью 500 Вт, 115 В, 60 Гц имеет следующие параметры (сопротивления и реактивные сопротивления в омах / фазах):

R1, основной = 1,68 R2, основной = 2,96

X1, основной ~ -1,87 Xm, основной = 60,6 X2, основной = 1,72

Потери в сердечнике = 38 Вт

Трение и ветровая нагрузка = 11,8 Вт

Найти скорость статора ток, крутящий момент, выходная мощность и эффективность при работе двигателя при номинальном напряжении и скольжении 4.2 процента.

6. Напишите сценарий MATLAB для построения графиков скорости и эффективности. однофазного двигателя задачи 5 в зависимости от выходной мощности в диапазоне 0

7. В состоянии покоя действующие токи в основной и вспомогательной обмотках четырехполюсного, конденсаторно-пускового асинхронный двигатель: / main = 20,7 A и laux = 11,1 A соответственно. В ток вспомогательной обмотки опережает ток основной обмотки на 53 °. В число эффективных оборотов на полюс (т.е., количество витков с поправкой на эффекты распределения обмоток) N_main -42 и N_aux = 68. Обмотки находятся в космической квадратуре.

а. Определите пиковые амплитуды переднего и заднего статора-ммс. волны.

г. Предположим, можно было отрегулировать величину и фазу вспомогательной обмотки. Текущий. Какая амплитуда и фаза будут производить чисто прямую волну ммф? 9.8 Выведите выражение через a2, главное для ненулевой скорости однофазный асинхронный двигатель с нулевым внутренним крутящим моментом.(Видеть Пример 2.)

9. Параметры схемы замещения 8 кВт, 230 В, 60 Гц, четырехполюсный, двухфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, Ом на фазу являются Rl = 0,253 Xl = 1,14 Xm = 32,7 R2 = 0,446 X2 = 1,30 Этот двигатель работает от несимметричного двухфазного источника 60 Гц, фазные напряжения которого составляют, соответственно, 223 и 190 В, причем чем меньше напряжение, тем больше на 73 °. Для бланка 0,045 найдите:

а. фазные токи в каждой из обмоток и

г.внутренняя механическая сила.

10. Рассмотрим двухфазный двигатель из Примера 3.

а. Найдите пусковой момент для условий, указанных в примере.

г. Сравните результат части (а) с пусковым моментом, который двигатель будет производить, если 220-В, сбалансированные двухфазные напряжения будут приложены к мотор.

г. Покажите, что если напряжения статора f ‘~ и V_beta двухфазной индукции электродвигатели находятся во временном квадратуре, но не равны по величине, пусковой крутящий момент такое же, как и при сбалансированных двухфазных напряжениях величины v / V ~ V ~ применяются.

11. Асинхронный двигатель задачи 9 питается от неуравновешенного двухфазный источник с четырехпроводным механизмом подачи с импедансом Z = 0,32 + j 1,5 Ом / фаза. Напряжения источника можно выразить как fe d -235L0 ° f ‘~ = 212/78 ° Для скольжения 5 процентов покажите, что клемма асинхронного двигателя напряжения больше соответствуют сбалансированному двухфазному набору, чем те источника.

12. Параметры эквивалентной схемы в омах на фазу, относящиеся к статор для двухфазного, 1.0 кВт, 220 В, четырехполюсный, 60 Гц, беличья клетка асинхронные двигатели приведены ниже. Потеря вращения без нагрузки составляет 65 Вт. R1 = 0,78 R2 = 4,2 X1 = X2 = 5,3 Xm = 93

а. Напряжение, приложенное к фазе c ~, составляет 220L0 ° В, а напряжение, приложенное к фазе / 3. составляет 220L65 ° V. Найдите чистый крутящий момент в воздушном зазоре при скольжении s = 0,035.

г. Каков пусковой крутящий момент при приложенных напряжениях части (а)?

г. Приложенные напряжения регулируются таким образом, чтобы f ‘~ 220L65 ° V и f’t ~ -220L90 ° В.

Полная нагрузка на машину возникает при s = 0,048. На каком скольжении максимально возникает внутренний крутящий момент? Какое значение максимального крутящего момента?

г. Пока двигатель работает, как в части (c), фаза fl разомкнута. Какова выходная мощность машины при скольжении s = 0,04?

e. Какое напряжение появляется на разомкнутых клеммах фазы-fl в условиях части (d)?

13. А 120 В, 60 Гц, конденсаторный, двухполюсный, однофазный асинхронный двигатель имеет следующие параметры: Lmain = 47.2 мГн

Rmain = 0,38

Laux = 102 мГн

Raux -1,78 Ом

Lr = 2,35 / zH

Rr = 17,2 / Ом

Lmain, r -0,342 мH

Laux, r = 0,530 мГн

Вы можете предположить, что у двигателя 48 Вт потерь в сердечнике и 23 Вт вращательного убытки. Обмотки двигателя подключаются с соблюдением полярности, показанной на фиг. 17 с рабочим конденсатором 40 #F.

а. Рассчитайте пусковой крутящий момент двигателя.

С двигателем, работающим со скоростью 3490 об / мин, рассчитать

г.токи основной и вспомогательной обмоток,

г. полный линейный ток и коэффициент мощности двигателя,

г. выходная мощность и

e. потребляемая электрическая мощность и КПД.

Обратите внимание, что эту проблему проще всего решить с помощью MATLAB.

14. Рассмотрим однофазный двигатель задачи 13. Напишите сценарий MATLAB. для поиска в диапазоне емкостей конденсаторов от 25 мкФ до 75 мкФ, чтобы найти значение, которое максимизирует КПД двигателя при скорости двигателя 3490 об / мин.Каков соответствующий максимальный КПД?

15. Для увеличения пускового момента используется однофазная индукционная двигатель Задачи 13 должен быть преобразован в конденсаторный, конденсаторный. мотор.

Напишите сценарий MATLAB, чтобы найти минимальное значение пусковой емкости. требуется для увеличения пускового момента до 0,5 Н-м.

16. Рассмотрим однофазный асинхронный двигатель из Примера 5, работающий в диапазоне скоростей от 3350 до 3580 об / мин.

а. Используйте MATLAB, чтобы построить выходную мощность в заданном диапазоне скоростей.

г. Постройте график КПД двигателя в этом диапазоне скоростей.

г. На том же графике, что и в части (b), постройте КПД двигателя, если Рабочий конденсатор увеличен до 45 мкФ.

Руководство по питанию (одно- и трехфазное)

Для электрически ненастроенных трехфазную и однофазную мощность можно рассматривать по тем же принципам, что и механическую мощность.Несмотря на различия, у них есть одна общая черта — они передают мощность с помощью давления и потока. Обсуждая электрическую мощность, давление означает силу, а поток означает скорость.

Вы рассчитываете мощность, передаваемую через однофазную и трехфазную сети, следующим образом: давление, умноженное на расход, или сила, умноженная на скорость.

Когда дело доходит до механической мощности, люди используют несколько разных терминов вместо слов «сила» и «скорость». Например, термины «фут-фунты» и «фунты на квадратный дюйм» описывают силу.Между тем, термины «скорость вращения» и «галлоны в минуту» относятся к скорости.

Что касается электроэнергии, то терминология становится более ограниченной. Например, только один термин «напряжение» описывает силу. Между тем, только два термина — «ток» и «амперы» — описывают скорость.

В прошлые десятилетия стандартом подачи электроэнергии был постоянный ток (DC), при котором мощность текла в одном направлении. В современном мире стандартом подачи электроэнергии является переменный ток (AC), при котором поток энергии имеет переменное направление.

Стандарт мощности был изменен с постоянного тока на переменный, поскольку последний обеспечивает более эффективную подачу энергии на большие длины и расстояния. Частота переменного тока различается в зависимости от страны:

• 60 Гц (циклов в секунду) — частота переменного тока в США.
• 50 Гц (циклов в секунду) — это частота переменного тока во многих других странах.

В механической мощности уравнение мощности представляет собой произведение фут-фунтов (давления) и скорости вращения (скорости).В электроэнергетике уравнение мощности представляет собой произведение напряжения (силы) на ток (расход).

В домах наиболее часто используемая силовая цепь состоит из однофазной двухпроводной сети переменного тока (AC), которая питает все, от компьютеров и бытовой техники до телевизоров, фенов и вентиляторов. Большинство установок имеют два провода — нейтральный и силовой. Электропитание проходит между двумя проводами, начиная с провода питания.

Что такое однофазный (двух- или двухфазный) и трехфазный?

Различия между однофазными, двухфазными и трехфазными системами сводятся к их конфигурациям, которые определяют уровень напряжения, подаваемого на оборудование на принимающей стороне.Чем тяжелее груз, тем выше требования.

Что такое однофазное питание?

Однофазная трехпроводная система — это система распределения питания переменного тока, которая экономит материал проводов в однофазной системе. Для распределительного трансформатора требуется только одна фаза на стороне питания. Трансформатор, который питает трехпроводную распределительную систему, содержит однофазную первичную входную обмотку.

В США и других округах есть разные уровни стандартного напряжения.В США стандартное однофазное напряжение составляет 120 В. Во многих других странах стандартное однофазное напряжение составляет 230 В. Оба состоят из одного провода напряжения — 120 В или 230 В — и одного нейтрального провода.

Что такое двухфазное питание?

Двойная фаза — также известная как разделенная фаза — в основном то же самое, что и однофазная. Двойная фаза состоит из переменного тока (AC) с двумя проводами. В Соединенных Штатах типичная система электропитания в домах состоит из двух силовых проводов на 120 В — фазы A и фазы B, которые сдвинуты по фазе на 180 градусов.Многие предпочитают этот подход из-за его гибкости.

В нагрузках с низким энергопотреблением, таких как освещение, телевизор, стереосистема и компьютерная периферия, питание подается от одной из двух цепей питания на 120 В. В нагрузках, которые используют большое количество энергии, таких как стиральная машина, посудомоечная машина, кондиционер и обогреватели, одна силовая цепь 240 В действует как источник питания.

Что такое трехфазное питание?

Трехфазное питание — это силовая цепь, состоящая из трехпроводной цепи переменного тока.Большинство коммерческих зданий в Соединенных Штатах имеют трехфазную цепь питания. Схема питания обычно состоит из четырех проводов — 208 Y / 120 В — расположение считается наиболее плотным и гибким.

По сравнению с однофазным, трехфазный источник питания дает большие суммы мощности — в 1,732 раза больше, чем однофазный — при том же токе:

• В нагрузках с низким энергопотреблением, таких как освещение, телевидение, радио, компьютер и сканер, питание может подаваться от любой из трех однофазных цепей питания на 120 В.
• Для нагрузок со средней мощностью, таких как водонагреватели и осушители воздуха, питание может подаваться от любой из трех однофазных цепей питания на 208 В.
• Нагрузки, требующие больших объемов энергии, включая обогреватели, кондиционеры и сверхмощное гаражное оборудование, питаются от одной трехфазной цепи питания 208 В.

Большинство промышленных предприятий в Соединенных Штатах используют трехфазные четырехпроводные схемы питания, так как эта схема — 480 Y / 277 В — является самой плотной и мощной.По сравнению с трехфазным двигателем на 208 В трехфазный на 480 В обеспечивает значительно больший источник питания с таким же током или с пониженным на 43% током. Преимущества этой установки заключаются в следующем:

• Снижение затрат на строительство благодаря меньшим размерам электрических устройств и схем.
• Снижение затрат на электроэнергию за счет сохранения электрических токов, которые преобразуются в тепло, а не теряются.

Если учесть задействованное мощное оборудование, трехфазные системы несут ответственность за самые невероятные достижения архитектурной инженерии, которых когда-либо достигало человечество.

Разница между энергосистемой США и Европы

Энергетические системы в Северной Америке, Великобритании, континентальной Европе и Океании различаются.

Европейская энергосистема

В Европе в большинстве энергосистем используются трехфазные сети 230 В / 400 В. Основное исключение из этого правила — на фермах и в сельских деревнях, где для получения электроэнергии используются однофазные установки. Исключение связано с тем, что в сельской местности обычно имеется доступ только к одному высоковольтному проводу.

В Соединенном Королевстве федеральный закон требует, чтобы на строительных площадках электроинструмент и переносное освещение подавались через системы с центральным отводом напряжением 55 В. Подобные устройства используются с оборудованием на 110 В, для которого не требуется нейтральный провод. Цель здесь — снизить вероятность поражения электрическим током, который часто представляет собой серьезную угрозу на открытом воздухе, особенно в сырые и дождливые дни.

Одна из самых распространенных строительных машин в США.K. — переносной трансформатор, особенно тот, который преобразует энергию между однофазными 240 В и 110 В. Электропитание на строительных площадках обеспечивается напрямую через генераторные установки. Одним из дополнительных преимуществ такой схемы является то, что лампы накаливания на 110 В — типичные для этой установки — имеют более прочные нити накаливания и более приспособленные для выполняемой работы, чем нити накаливания ламп на 240 В.

В антиподном сообществе, которое предпочитает недорогие варианты, электрические сети обеспечивают однопроводные линии передачи с заземлением (SWER) для удаленных нагрузок.

Североамериканская энергосистема

Для жилых домов и небольших коммерческих объектов в США и Канаде трехпроводные однофазные системы являются наиболее распространенным источником электроэнергии. Установка позволяет работать двумя способами:

• 120 В между нейтралью
• 240 В от линии к линии

Первый из них подает питание на стандартные розетки и заземленные светильники. В более тяжелом оборудовании, таком как холодильники, духовки, посудомоечные машины, обогреватели и другие приборы, требующие более мощных источников энергии, используется второе.

Положение о коммутации управляющих двухфазных цепей. Обратный провод не имеет защиты автоматического выключателя. Таким образом, нейтральный провод должен использоваться исключительно цепями питания противоположной линии. Нейтраль может совместно использоваться двумя цепями противоположных линий, если имеется перемычка для подключения двух выключателей, поскольку это позволяет обоим срабатывать одновременно, а также предотвращает прохождение 120 В по цепям 240 В. В исключительном варианте терминологии 220 В называется однофазным в Соединенных Штатах, но не за рубежом.

Какие основные различия существуют между двухфазной и трехфазной электросетью?

В зданиях, где используются трехфазные источники питания, инженеры разработали электрические системы, обеспечивающие балансировку нагрузок. Это позволяет избежать дисбаланса в течение дня, поскольку разные стороны используют легкие, средние и тяжелые грузы. Инженеры также применили этот принцип к источникам питания, которые они распределяют по разным зданиям.

В Великобритании на одну фазу подается нейтраль при токах до 100 А.В Германии и других странах Европы каждая недвижимость получает три фазы и нейтраль. Однако номинал предохранителя в Германии ниже, и он перетасовывается, чтобы предотвратить влияние, которое повышенные нагрузки могут оказать на первую фазу.

В США и Канаде часто наблюдается высокий уровень предложения дельты. В этой схеме одна обмотка имеет центральный отвод, что позволяет использовать три разных уровня напряжения. Основное назначение этого источника питания, подключенного по схеме треугольника, — обеспечить питание двигателей большой мощности, которым требуется вращающееся поле.

Однофазные нагрузки

За исключением систем с высоким перепадом треугольника, однофазная нагрузка может работать между любыми двумя фазами. Когда однофазные нагрузки распределяются по фазам системы, это сохраняет баланс нагрузок и создает более управляемую ситуацию для проводников. В сбалансированной системе звезды, состоящей из трех фаз и четырех проводов, три проводника и нейтраль системы имеют однородное напряжение.

Когда питающий трансформатор получает обратные токи из домов и зданий потребителей, эти токи совместно делят нейтральный провод.Если все возвращающие нагрузки равномерно распределены по каждой из трех фаз, нейтральный провод будет пропускать обратный ток, равный нулю. Однако использование мощности трансформатора может оказаться неэффективным, если вторичная сторона трансформатора имеет несимметричную фазную нагрузку.

Если в нейтрали питания возникает разрыв, напряжение между фазой и нейтралью не сохраняется. Более низкое напряжение будет на фазах с более высокими нагрузками, а более высокое напряжение будет на фазах с более низкими нагрузками.

Несбалансированные нагрузки

В трехфазной системе, где токи в проводах под напряжением не равны или не образуют идеального фазового угла 120 градусов, нагрузка несимметрична, поскольку потери мощности выше, чем в сбалансированной системе.

Электродвигатель относится к особому классу, когда речь идет о трехфазных нагрузках. Трехфазный асинхронный двигатель, применяемый в различных отраслях промышленности, обеспечивает высокую скорость и пусковой момент. Трехфазные двигатели, известные своей эффективностью, превосходят однофазные двигатели аналогичного номинала и напряжения.Трехфазный двигатель, требующий меньшего количества обслуживания и относительно невысокая стоимость, служит дольше и меньше вибрирует, чем однофазный.

Трехфазные системы часто также обеспечивают питание электрического освещения, электрических котлов и других нагрузок резистивного отопления. По всей Европе к трехфазному питанию подходят бытовые электроплиты и отопительные приборы. Вы также можете подключить нагреватели между нейтралью и фазой, в которых отсутствует трехфазный доступ. В местах, где трехфазное питание недоступно, конфигурация с расщепленной фазой позволяет получить доступ к удвоенному значению напряжения для тяжелых нагрузок.

Двухфазная система использует два напряжения переменного тока, разделенных фазовым сдвигом на 90 градусов. Некоторые из первых общественных кондиционеров, а также самые первые генераторы на Ниагарском водопаде работали на двухфазных системах. Трансформатор Скотт-Т может использоваться для соединения двухфазных систем с трехфазными системами. Двухфазные системы в значительной степени были заменены трехфазными системами, но некоторые остатки двухфазных систем все еще существуют.

Какие бывают трехфазные конфигурации? Цепи звезда (Y) и треугольник (Δ)

Трехфазные цепи бывают двух конфигураций — звезда (Y) и треугольник (Δ).В звездообразной конфигурации используются три, а иногда и четыре провода, в то время как в треугольной конфигурации используются только три провода. В звездообразных конфигурациях дополнительный четвертый провод обычно заземляется и предлагается в качестве нейтрали.

Ни трехпроводный, ни четырехпроводный варианты не учитывают заземляющий провод, который проходит по линиям передачи с целью защиты от неисправностей. В нормальных условиях заземляющий провод даже не пропускает ток.

При одновременном использовании однофазной и трехфазной нагрузки вступает в силу четырехпроводная конфигурация «звезда».Примером этого может быть случай, когда источник питания питает свет, а также обогреватели. В местах, где муфты потребителей имеют общую нейтраль и имеют разное количество фазных токов, результирующие токи передаются по общей нейтрали.

Дельта соединяет обмотку между разными фазами в трехфазной конфигурации. Звезда соединяет каждую обмотку в источнике питания между фазой и нейтралью. В этих конфигурациях будет работать один трехфазный или три однофазных трансформатора.

В системе с открытым треугольником, также известной как V-система, конфигурация состоит из двух трансформаторов. Если трансформатор выходит из строя или становится злокачественным в замкнутом треугольнике, который состоит из трех однофазных трансформаторов, этот треугольник может работать как разомкнутый треугольник. Два трансформатора в разомкнутом треугольнике не только проводят ток для своих соответствующих фаз, но и пропускают ток третьей фазы.

Для того, чтобы система треугольника обнаруживала паразитные токи, необходимо заземление.Зигзагообразный трансформатор часто защищает дельта-конфигурацию от скачков напряжения. Зигзагообразный трансформатор возвращает токи короткого замыкания на землю.

Как проверить трехфазное напряжение

Чтобы иметь трехфазное электрическое питание, у вас должна быть установка с тремя проводами подключения для передачи. Электроэнергетические компании Северной Америки вырабатывают трехфазные токи, которые передают энергию по электрическим сетям, и это снабжает энергией города, поселки и пригороды на всей территории Соединенных Штатов и Канады.

В жилых домах и небольших офисных зданиях однофазное питание является наиболее распространенным источником энергии. На стадионах и промышленных предприятиях трехфазное питание является стандартным источником питания. Две схемы подключения трансформаторов, работающих от трехфазного тока, известны как треугольник и звезда. Между ними есть небольшая разница в напряжении, и все зависит от проводки.

Шаги, необходимые для проверки напряжения на двигателе, легко выполнить:

• Выключите выключатель на двигателе.Снимите винты, которыми крышка крепится к разъединителю, и отложите крышку в сторону.
• Переместите мультиметр на переменное напряжение. Присоединяемые провода зонда соединяются следующим проводом — общим и вольтным. Если мультиметр имеет функцию автоматического выбора диапазона, переходите к следующему шагу. Если нет, выберите диапазон напряжения, который превышает предполагаемое напряжение.
• Проверьте внутреннюю часть распределительной коробки двигателя. Должно быть два набора проводов. Однажды набор должен включать три входящих провода, а другой должен состоять из трех исходящих проводов.
• Входящие провода должны быть подключены к клемме со следующими тремя символами — L1, L2 и L3. В качестве альтернативы терминал может перечислить их как Line 1, Line 2 и Line 3.
• Выходящие провода следует присоединить к клемме со следующими тремя символами — T1, T2 и T3. В качестве альтернативы терминал может перечислить их как «Нагрузка 1», «Нагрузка 2» и «Нагрузка 3».
• Из трех фаз тока каждая фаза проходит по проводу и обозначена входом и выходом соответствующим номером.Например, L3 и T3 представляют третью фазу.
• Испытайте L и T попарно с помощью щупов мультиметра. Поместите щуп на L1 и L2, затем посмотрите на отображение напряжения. Повторите этот шаг с комбинацией L1 и L3, а затем L2 и L3. Напряжение для каждой из этих пар должно быть одинаковым.
• Когда вы запускаете этот тест на парах T — T1 и T2, T1 и T3, а также T2 и T3 — напряжение для каждой пары должно быть нулевым.
• Включите размыкающий выключатель.Еще раз проверьте пары T. Напряжение для каждой пары должно быть таким же, как для пар L.

Если у вас есть свободная клемма нейтрали, проверьте однофазное напряжение между ней и L1. Повторите тест между нейтралью и L2 и нейтралью и L3. Тестируемое здесь напряжение должно составлять половину от того, что выходит для пар линий.

В вращающемся преобразователе фаз одна фаза трехфазного тока может иметь другое напряжение, чем остальные две. В условиях нагрузки, которые связаны с работающими двигателями, напряжение будет изменяться, но этого следовало ожидать.

Когда вы проводите проверку напряжения, внимательно следите за тем, что вы делаете, и не позволяйте себе отвлекаться. Проведение этих тестов может быть опасным.

На некоторых двигателях выключатель такой же, как выключатель. Следовательно, переключение разъединителя в положение «включено» фактически приведет к включению двигателя.

Дополнительная информация об электроэнергетике

В сегодняшнем мире высоких технологий и высоких технологий доступ к электроэнергии в любое время и в любых условиях не является роскошью.Это обязательно. Global Electronic Services выполняет сервисные работы по полному спектру промышленной электроники, двигателей и другого высокомощного оборудования. Мы рекомендуем вам оставаться в курсе событий в области электроэнергетики на благо вашей компании.

Запросить цену

Трехфазная электрическая мощность | Передача электроэнергии

Трехфазная электроэнергия — распространенный метод передачи электроэнергии. Это тип многофазной системы, которая в основном используется для питания двигателей и многих других устройств.Трехфазная система использует меньше проводящего материала для передачи электроэнергии, чем эквивалентные однофазные, двухфазные системы или системы постоянного тока при том же напряжении.

В трехфазной системе три проводника цепи несут три переменных тока (одинаковой частоты), которые достигают своих мгновенных пиковых значений в разное время. Если взять за основу один проводник, то два других тока задерживаются во времени на одну треть и две трети одного цикла электрического тока.Эта задержка между «фазами» обеспечивает постоянную передачу мощности в течение каждого цикла тока, а также позволяет создавать вращающееся магнитное поле в электродвигателе.

Трехфазные системы могут иметь или не иметь нейтральный провод. Нейтральный провод позволяет трехфазной системе использовать более высокое напряжение, поддерживая при этом однофазные приборы с более низким напряжением. В ситуациях распределения высокого напряжения обычно не бывает нейтрального провода, поскольку нагрузки можно просто подключить между фазами (соединение фаза-фаза).

Трехфазный имеет свойства, которые делают его очень востребованным в электроэнергетических системах. Во-первых, фазные токи имеют тенденцию нейтрализовать друг друга, суммируясь до нуля в случае линейной сбалансированной нагрузки. Это позволяет исключить нейтральный провод на некоторых линиях; все фазные проводники проходят одинаковый ток и поэтому могут иметь одинаковый размер для сбалансированной нагрузки. Во-вторых, передача мощности на линейную сбалансированную нагрузку является постоянной, что помогает снизить вибрации генератора и двигателя.Наконец, трехфазные системы могут создавать магнитное поле, которое вращается в заданном направлении, что упрощает конструкцию электродвигателей. Три — это самый низкий фазовый порядок, демонстрирующий все эти свойства.

Большинство бытовых нагрузок однофазные. Обычно трехфазное питание либо вообще не поступает в жилые дома, либо там, где оно есть, оно распределяется на главном распределительном щите.

На электростанции электрический генератор преобразует механическую энергию в набор переменных электрических токов, по одному от каждой электромагнитной катушки или обмотки генератора.Токи являются синусоидальными функциями времени, все с одной и той же частотой, но смещены во времени, чтобы получить разные фазы. В трехфазной системе фазы расположены равномерно, что дает разделение фаз на одну треть цикла. Частота сети обычно составляет 50 Гц в Азии, Европе, Южной Америке и Австралии и 60 Гц в США и Канаде (но для получения более подробной информации см. «Системы электроснабжения»).

Генераторы выдают напряжение от сотен вольт до 30 000 вольт. На электростанции трансформаторы «повышают» это напряжение до более подходящего для передачи.

После многочисленных дополнительных преобразований в сети передачи и распределения мощность окончательно преобразуется в стандартное сетевое напряжение (, т.е. «домашнее» напряжение). Электропитание может быть уже разделено на одну фазу на этом этапе или все еще может быть трехфазным. При трехфазном понижении выход этого трансформатора обычно соединяется звездой со стандартным напряжением сети (120 В в Северной Америке и 230 В в Европе и Австралии), являющимся фазным напряжением.Другая система, обычно встречающаяся в Северной Америке, — это соединение вторичной обмотки треугольником с центральным ответвлением на одной из обмоток, питающих землю и нейтраль. Это позволяет использовать трехфазное напряжение 240 В, а также три различных однофазных напряжения (120 В между двумя фазами и нейтралью, 208 В между третьей фазой (известной как верхняя ветвь) и нейтралью и 240 В между любыми двумя фазами). быть доступным из того же источника.

Большой кондиционер и т. Д.оборудование использует трехфазные двигатели из соображений эффективности, экономии и долговечности.

Нагреватели резистивного нагрева, такие как электрические котлы или отопление помещений, могут быть подключены к трехфазным системам. Аналогичным образом может быть подключено электрическое освещение. Эти типы нагрузок не требуют вращающегося магнитного поля, характерного для трехфазных двигателей, но используют более высокий уровень напряжения и мощности, обычно связанный с трехфазным распределением. Системы люминесцентного освещения также выигрывают от уменьшения мерцания, если соседние светильники получают питание от разных фаз.

Большие выпрямительные системы могут иметь трехфазные входы; Результирующий постоянный ток легче фильтровать (сглаживать), чем выходной сигнал однофазного выпрямителя. Такие выпрямители могут использоваться для зарядки аккумуляторов, процессов электролиза, таких как производство алюминия, или для работы двигателей постоянного тока.

Интересным примером трехфазной нагрузки является электродуговая печь, используемая в сталеплавильном производстве и при переработке руд.

В большинстве стран Европы печи рассчитаны на трехфазное питание.Обычно отдельные нагревательные элементы подключаются между фазой и нейтралью, чтобы обеспечить подключение к однофазной сети. Во многих регионах Европы единственным доступным источником является однофазное питание.

Иногда преимущества трехфазных двигателей делают целесообразным преобразование однофазной мощности в трехфазную. Мелкие клиенты, например, жилые или фермерские хозяйства, могут не иметь доступа к трехфазному питанию или могут не захотеть оплачивать дополнительную стоимость трехфазного обслуживания, но все же могут пожелать использовать трехфазное оборудование.Такие преобразователи также могут позволять изменять частоту, позволяя регулировать скорость. Некоторые локомотивы переходят на многофазные двигатели, приводимые в действие такими системами, даже несмотря на то, что поступающее питание на локомотив почти всегда либо постоянное, либо однофазное переменное.

Поскольку однофазная мощность падает до нуля в каждый момент, когда напряжение пересекает ноль, но трехфазная подает мощность непрерывно, любой такой преобразователь должен иметь способ накапливать энергию в течение необходимой доли секунды.

Один из методов использования трехфазного оборудования в однофазной сети — это вращающийся фазовый преобразователь, по сути, трехфазный двигатель со специальными пусковыми устройствами и коррекцией коэффициента мощности, которые создают сбалансированные трехфазные напряжения.При правильной конструкции эти вращающиеся преобразователи могут обеспечить удовлетворительную работу трехфазного оборудования, такого как станки, от однофазного источника питания. В таком устройстве накопление энергии осуществляется за счет механической инерции (эффект маховика) вращающихся компонентов. Внешний маховик иногда находится на одном или обоих концах вала.

Второй метод, который был популярен в 1940-х и 50-х годах, был методом, который назывался «методом трансформатора». В то время конденсаторы были дороже трансформаторов.Таким образом, автотрансформатор использовался для подачи большей мощности через меньшее количество конденсаторов. Этот метод работает хорошо и имеет сторонников даже сегодня. Использование метода преобразования имени отделяет его от другого распространенного метода, статического преобразователя, поскольку оба метода не имеют движущихся частей, что отделяет их от вращающихся преобразователей.

Другой часто применяемый метод — использование устройства, называемого статическим преобразователем фазы. Этот метод работы трехфазного оборудования обычно используется с нагрузками двигателя, хотя он обеспечивает только 2/3 мощности и может вызвать перегрев нагрузок двигателя, а в некоторых случаях — перегрев.Этот метод не будет работать, когда задействованы чувствительные схемы, такие как устройства ЧПУ, или в нагрузках индукционного или выпрямительного типа.

Производятся некоторые устройства, имитирующие трехфазное питание от однофазного трехпроводного источника питания. Это достигается за счет создания третьей «субфазы» между двумя токоведущими проводниками, в результате чего разделение фаз составляет 180 ° — 90 ° = 90 °. Многие трехфазные устройства будут работать в этой конфигурации, но с меньшей эффективностью.

Приводы с переменной частотой (также известные как твердотельные инверторы) используются для обеспечения точного управления скоростью и крутящим моментом трехфазных двигателей.Некоторые модели могут питаться от однофазной сети. Преобразователи частоты работают путем преобразования напряжения питания в постоянный ток, а затем преобразования постоянного тока в подходящий трехфазный источник для двигателя.

Цифровые фазовые преобразователи — это последняя разработка в технологии фазовых преобразователей, которая использует программное обеспечение в мощном микропроцессоре для управления твердотельными компонентами переключения питания. Этот микропроцессор, называемый процессором цифровых сигналов (DSP), контролирует процесс преобразования фазы, непрерывно регулируя модули ввода и вывода преобразователя для поддержания сбалансированной трехфазной мощности при любых условиях нагрузки.

• Трехпроводное однофазное распределение полезно, когда трехфазное питание недоступно, и позволяет удвоить нормальное рабочее напряжение для мощных нагрузок.
• Двухфазное питание, как и трехфазное, обеспечивает постоянную передачу мощности линейной нагрузке. Для нагрузок, которые соединяют каждую фазу с нейтралью, при условии, что нагрузка имеет одинаковую потребляемую мощность, двухпроводная система имеет ток нейтрали, который превышает ток нейтрали в трехфазной системе.Кроме того, двигатели не являются полностью линейными, что означает, что вопреки теории двигатели, работающие на трех фазах, имеют тенденцию работать более плавно, чем на двухфазных. Генераторы на Ниагарском водопаде, установленные в 1895 году, были крупнейшими генераторами в мире в то время и были двухфазными машинами. Истинное двухфазное распределение энергии по существу устарело. В системах специального назначения для управления может использоваться двухфазная система. Двухфазная мощность может быть получена от трехфазной системы с использованием трансформаторов, называемых трансформатором Скотта-Т.
• Моноциклический источник питания — это название асимметричной модифицированной двухфазной системы питания, используемой General Electric около 1897 года (отстаивавшей Чарльз Протеус Стейнмец и Элиху Томсон; это использование, как сообщается, было предпринято, чтобы избежать нарушения патентных прав). В этой системе генератор был намотан с однофазной обмоткой полного напряжения, предназначенной для освещения нагрузок, и с небольшой (обычно линейного напряжения) обмоткой, которая вырабатывала напряжение в квадратуре с основными обмотками. Намерение состояло в том, чтобы использовать эту дополнительную обмотку «силового провода» для обеспечения пускового момента для асинхронных двигателей, при этом основная обмотка обеспечивает питание осветительных нагрузок.После истечения срока действия патентов Westinghouse на симметричные двухфазные и трехфазные системы распределения электроэнергии моноциклическая система вышла из употребления; его было трудно анализировать, и его хватило не на то, чтобы разработать удовлетворительный учет энергии.
• Созданы и испытаны системы высокого порядка фаз для передачи энергии. Такие линии передачи используют 6 или 12 фаз и конструктивные решения, характерные для линий передачи сверхвысокого напряжения. Линии передачи высокого порядка могут позволить передачу большей мощности через данную линию передачи на полосе отчуждения без затрат на преобразователь HVDC на каждом конце линии.

Многофазная система — это средство распределения электроэнергии переменного тока. Многофазные системы имеют три или более электрических проводника, находящихся под напряжением, по которым проходят переменные токи с определенным временным сдвигом между волнами напряжения в каждом проводнике. Полифазные системы особенно полезны для передачи энергии электродвигателям. Самый распространенный пример — трехфазная система питания, используемая в большинстве промышленных приложений.

Один цикл напряжения трехфазной системы

На заре коммерческой электроэнергетики на некоторых установках для двигателей использовались двухфазные четырехпроводные системы.Основным преимуществом этого было то, что конфигурация обмотки была такой же, как у однофазного двигателя с конденсаторным пуском, а при использовании четырехпроводной системы концептуально фазы были независимыми и легко анализировались с помощью математических инструментов, доступных в то время. . Двухфазные системы заменены трехфазными. Двухфазное питание с углом между фазами 90 градусов может быть получено из трехфазной системы с использованием трансформатора, подключенного по Скотту.

Многофазная система должна обеспечивать определенное направление вращения фаз, поэтому напряжения зеркального отображения не учитываются при определении порядка фаз.Трехпроводная система с двумя фазными проводниками, разнесенными на 180 градусов, по-прежнему остается только однофазной. Такие системы иногда называют разделенной фазой.

Полифазное питание особенно полезно в двигателях переменного тока, таких как асинхронный двигатель, где оно генерирует вращающееся магнитное поле. Когда трехфазный источник питания завершает один полный цикл, магнитное поле двухполюсного двигателя вращается на 360 ° в физическом пространстве; Двигатели с большим количеством пар полюсов требуют большего количества циклов питания, чтобы совершить один физический оборот магнитного поля, и поэтому эти двигатели работают медленнее.Никола Тесла и Михаил Доливо-Добровольский изобрели первые практические асинхронные двигатели, использующие вращающееся магнитное поле — ранее все коммерческие двигатели были постоянного тока, с дорогими коммутаторами, щетками, требующими большого технического обслуживания, и характеристиками, непригодными для работы в сети переменного тока. Многофазные двигатели просты в сборке, они самозапускаются и мало вибрируют.

Были использованы более высокие номера фаз, чем три. Обычной практикой для выпрямительных установок и преобразователей HVDC является обеспечение шести фаз с интервалом между фазами 60 градусов, чтобы уменьшить генерацию гармоник в системе питания переменного тока и обеспечить более плавный постоянный ток.Построены экспериментальные линии передачи высокого фазового порядка, содержащие до 12 фаз. Они позволяют применять правила проектирования сверхвысокого напряжения (СВН) при более низких напряжениях и позволяют увеличить передачу мощности в коридоре той же ширины линии электропередачи.

Жилые дома и малые предприятия обычно снабжаются одной фазой, взятой из одной из трех фаз коммунальных услуг. Индивидуальные клиенты распределяются по трем фазам, чтобы сбалансировать нагрузки. Однофазные нагрузки, такие как освещение, могут быть подключены от фазы под напряжением к нейтрали цепи, что позволяет сбалансировать нагрузку в большом здании по трем фазам питания.Сдвиг фаз линейных напряжений составляет 120 градусов; Напряжение между любыми двумя живыми проводами всегда в 3 раза больше между живым и нулевым проводом. См. Статью Системы электроснабжения для получения списка однофазных распределительных напряжений по всему миру; трехфазное линейное напряжение будет в 3 раза больше этих значений.

В Северной Америке в многоквартирных домах может быть напряжение 120 В (линия на нейтраль) и 208 В (линия на линию). Основные однофазные приборы, такие как духовки или варочные панели, предназначенные для системы с разделением фаз на 240 вольт, обычно используемой в односемейных домах, могут не работать должным образом при подключении к 208 вольт; нагревательные приборы будут развивать только 3/4 своей номинальной мощности, а электродвигатели не будут правильно работать при подаче напряжения на 13% ниже.

Двухфазный режим (электродвигатели)

6.2.1
Кто-то может задаться вопросом: «Зачем начинать с двухфазного двигателя, чтобы объяснить однофазный двигатель?» Однако однофазный двигатель спроектирован так, чтобы его «обманом» заставили действовать как несбалансированный двухфазный двигатель при запуске, даже если он работает от однофазного источника, когда на статоре имеются рабочие и пусковые обмотки.

РИСУНОК 6.6 Многофазная конфигурация с концентрической обмоткой.

РИСУНОК 6.7 Концентрическая обмотка однофазного четырехполюсного двигателя с двумя катушками на полюс. Сплошные линии обозначают комплекты катушек основной обмотки; пунктирными линиями обозначены наборы катушек вспомогательной обмотки.

РИСУНОК 6.8 Типичная намотанная катушка, готовая к установке.
Рассмотрим рисунок 6.11, показывающий концептуальную схему сбалансированного двухполюсного двухфазного двигателя, имеющего синусоидально распределенные обмотки a и b, расположенные под углом 90 ° друг к другу на статоре. Пунктирными линиями обозначено синусоидальное распределение обмоток.
Показаны направления магнитных осей обеих обмоток a и b для произвольно принятого положительного направления тока ia и ib. Мы понимаем, что отдельные волны mmf всегда будут лежать на двух неподвижных осях, но обязательно изменятся

РИСУНОК 6.9 Узел сердечника статора готов к установке катушки.

РИСУНОК 6.10 Частично вставленный узел статор / катушка.
по величине и направлению, когда в обмотках протекают синусоидальные токи.Назовем особое положение внутри статора tys, отсчитываемое от предполагаемого положительного направления оси обмотки против часовой стрелки (CCW). Предположим, что каждая обмотка имеет эффективное количество синусоидально распределенных витков Ns. Тогда МДС в воздушных зазорах (по два на ось обмотки) каждой обмотки можно выразить с допущением о магнитной цепи с бесконечной магнитной проницаемостью и МДС, равномерно распределенной по двум воздушным зазорам синусоидальным образом, следующим образом:

РИСУНОК 6.11 Концептуальная схема сбалансированного двухполюсного двухфазного двигателя.

, который представляет собой вращающийся mmf, имеющий такую ​​же постоянную величину, но вращающийся в направлении CW. Подумайте еще раз, как изменить направление в однофазном двигателе с ходовой и пусковой обмотками. Разве вы не меняете направление тока в одной из обмоток (то есть в пусковой или пусковой обмотке, но не в обеих)?
Таким образом, мы получили следующие результаты:
• С одной уравновешенной симметричной обмоткой статора мы получили две вращающиеся миллиметровые волны половинной амплитуды, одна идет по часовой стрелке, а другая — против часовой стрелки.(Позже мы обсудим анализ поля двухоборотного однофазного двигателя и будем использовать эту концепцию.)
• С двумя симметрично сбалансированными обмотками, электрическими разнесенными на 90 ° и работающими от двухфазного балансного источника, постоянная амплитуда вращающееся магнитное поле получается. Направление вращения зависит от направления тока в двух обмотках.
Давайте теперь посмотрим, что происходит с вращающимся mmf при рассмотрении двух случаев для двухфазного двигателя с однофазным двигателем.
1. Предположим, что обе симметричные симметричные обмотки возбуждаются от одного источника напряжения. Это, конечно, эквивалентно однофазному возбуждению. Вернуться к уравнениям. (6.1), (6.2) и (6.9) с источником возбуждения, равным

Следовательно, мы снова имеем две равные противоположно вращающиеся МДС. Первый член mmf вращается против часовой стрелки. Что это означает для однофазного двигателя? При равном токе возбуждения не может быть пускового момента, что означает, что две обмотки (пусковая и рабочая) идентичны по электрическим характеристикам.
2. Что делать, если две обмотки имеют разные электрические характеристики и разное количество витков? Рассмотрим следующее:

Что это значит? У нас есть две неравные величины mmf: первая меньше и вращается по часовой стрелке, а вторая больше и вращается против часовой стрелки. Таким образом, чистый mmf вращается против часовой стрелки на коэф. Разве это не предлагает метод, с помощью которого мы можем запустить однофазный двигатель? Все, что нам нужно, это две обмотки с разными электрическими характеристиками, чтобы двигатель работал, так как одна ммс больше другой.В однофазном двигателе одна обмотка (пуск) разомкнута. Другая обмотка (пробег) создает двойное вращающееся поле по формуле. (6.5), и мы покажем, что крутящий момент, создаваемый mmfs CW и CCW, приведет к чистому крутящему моменту, который будет ускорять двигатель в направлении, которое дает пусковая обмотка при начальном вращении.
Мы показали, что однофазный двигатель может создавать вращающееся поле в условиях запуска и работы. Теперь приступим к разработке динамических уравнений для решения переходной характеристики.Из этих уравнений мы определим установившуюся схему, которую можно использовать для расчетов производительности.

Типы систем распределения питания переменного тока

Как мы все знаем, электроэнергия почти исключительно генерируется, передается и распределяется в форме переменного тока. Распределительная система обычно начинается с подстанции, где мощность доставляется по сети передачи. В некоторых случаях система распределения может начинаться с самой генерирующей станции, например, когда потребители находятся рядом с генерирующей станцией.Для больших территорий или промышленных зон также можно использовать первичное и вторичное распределение.

Типы систем распределения питания переменного тока

В зависимости от фаз и проводов распределительную систему переменного тока можно классифицировать как —

1. Однофазная 2-проводная система
2. Однофазная, 3-проводная система
3. Двухфазная, 3-проводная система
4. Двухфазная, 4-проводная система
5. Трехфазная, трехпроводная система
6. Трехфазная, 4-проводная система

Однофазное, 2-проводное распределение

Эта система может использоваться на очень короткие расстояния.На следующем рисунке показана однофазная двухпроводная система с заземленным — рис. (A) одним из двух проводов и рис. (б) средняя точка фазной обмотки заземлена.

Однофазная, 3-проводная система

Эта система в принципе идентична 3-проводной системе распределения постоянного тока. Нейтральный провод отводится от вторичной обмотки трансформатора и заземляется. Эта система также называется двухфазной системой распределения электроэнергии . Он обычно используется в Северной Америке для бытового питания.

Двухфазная, 3-проводная система

В этой системе нейтральный провод отводится от места соединения двух фазных обмоток, напряжения которых находятся в квадратуре друг с другом. Напряжение между нулевым проводом и любым из внешних фазных проводов составляет V. В то время как напряжение между внешними фазными проводами составляет √2V. По сравнению с двухфазной 4-проводной системой эта система страдает дисбалансом напряжений из-за несимметричного напряжения в нейтрали.

Двухфазная, 4-проводная система

В этой системе 4 провода отводятся от двух фазных обмоток, напряжения которых находятся в квадратуре друг с другом.Середины обеих фазных обмоток соединены вместе. Если напряжение между двумя проводами одной фазы равно В, то напряжение между двумя проводами разной фазы будет 0,707 В.

Трехфазная, 3-проводная система распределения

Трехфазные системы очень широко используются для распределения питания переменного тока . Три фазы могут быть соединены треугольником или звездой с заземлением нейтрали. Напряжение между двумя фазами или линиями для соединения треугольником равно V, где V — напряжение на фазной обмотке.При соединении звездой напряжение между двумя фазами составляет √3V.

Трехфазная, 4-проводная система распределения

В этой системе используются фазные обмотки, соединенные звездой, а четвертый провод или нейтральный провод отводится от звезды. Если напряжение каждой обмотки равно V, то линейное напряжение (линейное напряжение) равно √3V, а линейное напряжение (фазное напряжение) равно V. Этот тип распределительной системы широко используется в Индия и многие другие страны. В этих странах стандартное фазное напряжение составляет 230 вольт, а линейное напряжение √3×230 = 400 вольт.Однофазные бытовые нагрузки, однофазные двигатели, работающие от 230 В и т. Д., Подключаются между любой одной фазой и нейтралью. Трехфазные нагрузки, такие как трехфазные асинхронные двигатели, подключаются ко всем трем фазам и нейтрали.

Классификация по схеме подключения

Распределительную систему можно классифицировать по схеме подключения или топологии следующим образом —

1. Радиальная система
2. Кольцевая основная система
3. Объединенная система

Вы можете узнать об этом больше здесь.

▷ Работа Трехфазных электродвигателей от однофазной сети

Электродвигатели можно классифицировать по количеству фаз питания. Их можно разделить на однофазные, двухфазные и трехфазные.

Давайте узнаем больше об этом благодаря новой статье Удо, которую он любезно прислал нам несколько дней назад.

Двухфазные двигатели больше не используются. Однофазный двигатель имеет два типа проводки; живой и нейтральный. Эти двигатели работают от однофазного источника питания и имеют одно переменное напряжение.Поскольку они генерируют только переменное, а не вращающееся магнитное поле, для запуска им требуется конденсатор. Однофазные двигатели обычно используются для малых мощностей.

Трехфазные двигатели, с другой стороны, для работы требуют трехфазного источника питания. Эти двигатели приводятся в действие тремя отдельными переменными токами одинаковой частоты, которые достигают пика в разные моменты времени. Трехфазный двигатель имеет три провода под напряжением, а иногда и нейтраль.

Рис. 1: Детали трехфазного двигателя | изображение: electricalengineeringtoolbox

Трехфазные двигатели обычно имеют мощность на 150% больше, чем их однофазные аналоги.Они самозапускаются, поскольку создают вращающееся магнитное поле. Эти двигатели не создают вибрации и менее шумны, чем однофазные двигатели. К сожалению, большинство конструкций подключено к однофазному питанию.

Хотя в здании часто используется более одной фазы, единовременно может использоваться только одна фаза. Это создает проблемы, когда приложение требует трехфазного двигателя или когда доступен только трехфазный двигатель. К счастью, есть способы, которыми трехфазный двигатель можно «настроить» для работы от однофазной сети.

Преобразователь частоты

Самый простой способ — использовать частотно-регулируемый привод (VFD). ЧРП — это электрическое устройство, которое управляет двигателями, которые работают с регулируемой скоростью. Он состоит из выпрямителя, конденсатора промежуточного контура и инвертора. ЧРП выполняет преобразование мощности трехфазного двигателя в однофазное, выпрямляя каждую пару фаз в постоянный ток, а затем инвертируя постоянный ток в трехфазную выходную мощность. Это не только устраняет пиковый ток во время пуска двигателя, но также позволяет двигателю плавно переходить от нулевой скорости к максимальной.

Рис. 2: Преобразователь частоты | изображение: indiamart

ПЧ

доступны с разной номинальной мощностью для разных двигателей. Все, что вам нужно сделать, это подключить источник питания ко входу частотно-регулируемого привода и подключить трехфазный двигатель к его выходу.

Поворотный фазовый преобразователь

Другой метод работы трехфазного двигателя от однофазного источника питания — это использование вращающегося фазового преобразователя (RPC). Вращающийся фазовый преобразователь — это электрическая машина, которая переводит энергию из одной многофазной системы в другую.

Рис. 4. Подключение схемы преобразования вращающегося фазового преобразователя | изображение: plantengineering

Эти преобразователи генерируют чистые трехфазные сигналы от однофазной сети посредством вращательного движения. RPC намного дороже, чем частотно-регулируемые приводы, поэтому их редко можно использовать для преобразования фазы двигателя.

Рис. 5: Поворотный фазовый преобразователь | изображение: scosarg.com

Перемотка мотора

Последний способ заставить трехфазный двигатель работать от однофазной сети — это перемотка двигателя.Этот метод также известен как однофазное. Он предполагает перемотку электродвигателя с помощью конденсаторов. Трехфазная мощность поступает через три симметричные синусоидальные волны. Эти волны не совпадают по фазе друг с другом на 120 электрических градусов.

Для преобразования трехфазного двигателя две его фазы подключаются к однофазному источнику питания. Фантомная ветвь создается для третьей фазы с помощью конденсаторов. Конденсаторы вызывают смещение на 90 электрических градусов между вспомогательной и основной обмотками.Чтобы ток был уравновешенным, используемые конденсаторы должны быть подходящей емкости для нагрузки. На рисунке ниже показана принципиальная схема преобразования трехфазного в двухфазный режим с использованием однофазного метода.