Как сделать однофазный двигатель

Обновлено: 06.07.2024

Практически всем хорошо известны трехфазные электродвигатели, они широко применяются в промышленности, позволяют решать самые различные задачи. Да и принцип получения переменного тока, как физической величины мы привыкли рассматривать на примере тех же трехфазных асинхронных генераторов. Но как быть в бытовых условиях, где присутствует только одна фаза, народные умельцы научились выполнять подключение трехфазных электрических машин, но это не обязательно. На практике давно используется однофазный асинхронный электродвигатель, который может выполнять все свои функции даже в домашней сети переменного тока.

Конструктивные особенности

Если сравнивать однофазный электродвигатель с другими электрическими машинами, то конструктивно он также состоит из подвижного и неподвижного элемента — статора и ротора. Статор, за счет протекания электрического тока по его обмоткам, создает магнитное поле, вступающее во взаимодействие с ротором. В результате электромагнитного взаимодействия ротор приводится во вращение.

Рис. 1. Конструкция однофазного асинхронного электродвигателя

Однако все не так просто, как может показаться на первый взгляд, если бы вы убрали из обычного трехфазного электродвигателя лишние две обмотки и подключили в розетку, вращение бы не началось. Мотору попросту не хватит момента для вращения ротора. Поэтому конструкция однофазного асинхронного электродвигателя имеет ряд особенностей.

Ротор

Ротор однофазного электродвигателя представляет собой такой же металлический вал, который оснащается обмоткой. На валу собирается ферромагнитный каркас из шихтованной стали по ее внешней поверхности проделываются пазы. В пазах на валу ротора устанавливаются стержни из меди или алюминия, которые выступают в роли обмотки, проводящей электрический ток. На концах стержни соединяются двумя кольцами, из-за такой конструкции его также называют беличьей клеткой.

При воздействии электромагнитного потока от статора на короткозамкнутые обмотки ротора в беличьей клетке начинает протекать ток. Ферромагнитная вставка на валу помогает усилить поток, проходящий через него. Однако далеко не во всех моделях существует магнитный проводник, в некоторых он выполняется из немагнитных сплавов.

Статор

Конструкция статора в однофазном электродвигателе имеет такой же состав, как и в большинстве электрических машин:

металлический корпус;
установленный внутри магнитопровод из ферромагнитного материала;
обмотка статора, представленная медными проводниками.

Обмотки статора такого электродвигателя подразделяются на две – основную, она же рабочая, через которую осуществляется постоянная циркуляция нагрузки и пусковая, которая задействуется только в момент запуска. Обе обмотки однофазного двигателя расположены под углом 90° друг относительно друга. Такая конструкция делает их схожими с двухфазными электродвигателями, где также применяются две обмотки.

Но их объем, относительно всего пространства асинхронного двигателя отличается, основная составляет только 2/3 от общего числа пазов, а пусковые обмотки занимают 1/3.

Принцип работы

Принцип действия однофазного асинхронного электродвигателя заключается в создании пульсирующего магнитного потока от протекания электрического тока по основной обмотке статора, если рассматривать вариант пуска от вспомогательного витка. Таким образом, подключение однофазного мотора к сети мы рассмотрим на примере одно витка.

Рис. 2. Принцип формирования магнитного потока в статоре

Как видите на рисунке выше, переменный электрический ток, протекая по проводнику, согласно правила буравчика, создает концентрические магнитные потоки. При появлении максимума синусоиды магнитный поток также достигнет своего максимума. Однако в сети однофазного переменного электрического напряжения ток меняет свое направление движения в витке с частотой в 50 Гц. Это означает, что как только кривая пересечет ось абсцисс, ток будет протекать по витку обмотки в противоположном направлении и создаваемый ним магнитный поток получит противоположные полюса и направленность результирующего вектора:

Рис. 3. Формирование потока обратного направления

С физической точки зрения оба потока равнозначны, поэтому их смена с периодичностью 100 раз в секунду даст нулевой результат при сложении. Прямой магнитный поток окажется равным обратному:

Это означает, что если в таком поле окажется ротор электродвигателя, вращаться он не будет. 100 раз в минуту в нем произойдет смена магнитного потока, и короткозамкнутый ротор будет просто гудеть, оставаясь на месте. Однако ситуация в корне измениться, если возникнет импульс к начальному движению. В таком случае появиться скольжение, которое и приведет к постоянному вращению вала:

n₁ – частота вращения магнитного поля однофазного электродвигателя;
n₂ – частота вращения ротора асинхронного электродвигателя;
S – величина скольжения однофазного индукционного мотора.

При смене магнитного потока направление вращения и поля статора и ротора электродвигателя совпадут, поэтому скольжение получит иное выражение для вычисления:

Попеременное пересечение стержней магнитными потоками разного направления создаст в них ЭДС, которая сгенерирует электрический ток в роторе и ответный магнитный поток. А он, в свою очередь, также вступит во взаимодействие с полем статора однофазного электродвигателя, как показано на рисунке ниже.

Рис. 4. Получение ЭДС в роторе

Как видите, чтобы подключить трехфазный электродвигатель, достаточно подать на него напряжение, но с однофазным такой вариант не сработает.

Для запуска мотора необходим первичный импульс, который на практике может быть получен посредством:

раскрутки вала вручную;
кратковременного введения пусковой катушки;
расщепления магнитного поля короткозамкнутым контуром.

Из вышеприведенных способов сегодня первый используется только в лабораторных экспериментах, из практического применения он вышел из-за опасности травмирования оператора.

Схемы подключения

Для получения базового импульса вращения могут использоваться различные схемы подключения. Со временем, некоторые из них утрачивали свою актуальность и сменялись более прогрессивными, поэтому далее мы рассмотрим наиболее эффективные, которые применяются и сейчас.

С пусковым сопротивлением

Так как в индукционных электродвигателях сопротивление обмоток имеет комплексную форму, вектор магнитного потока можно легко сместить, если в пусковую обмотку добавить сопротивление. Наличие активной составляющей даст необходимый угол сдвига между рабочими катушками однофазного электродвигателя и пусковой, от 15° до 50°, что и обеспечит разницу для начального вращения.

Рис. 5. Схема с пусковым сопротивлением

С конденсаторным запуском

В отличии от предыдущего способа, в схеме с конденсаторным пуском электродвигателя применяется емкостной элемент, который позволяет сместить электрические величины в основной и пусковой катушках на 90°, обеспечивая максимальное усилие.

Рис. 6. Схема с конденсаторным пуском

На практике пусковой конденсатор вместе с дополнительной обмоткой вводятся кнопкой пуска одновременно с подачей основного питания. Пусковая кнопка устроена таким образом, что контакт C_n возвращается пружиной в изначальное положение, сразу после окончания конденсаторного запуска.

С расщепленными полюсами

В отличии от конденсаторных двигателей, такой способ пуска предусматривает наличие особой конструкции статорного магнитопровода. В этом случае каждый полюс разделяется на два, один из которых комплектуется короткозамкнутым витком, изменяющим характеристики магнитного потока.

Рис. 7. Схема с расщепленными полюсами

Существенным недостатком этого метода пуска однофазного электродвигателя является постоянная потеря мощности и снижение КПД мотора. Поэтому его применяют только в электрических машинах до 100 кВт.

Область применения

Однофазные электродвигатели находят широкое применение в бытовых устройствах или промышленных аппаратах малой механизации. Они охватывают относительно маломощное однофазное оборудование, которое питается от 220В.

Это различные станки для обработки древесины, металла, пластика и т.д. Также однофазные электродвигатели используются в установках сельскохозяйственной отрасли для смешивания зерновых, изготовления бетона и т.д. В быту их применяют в некоторых моделях микроволновок, вытяжек, стиральных машин и куллеров, питающихся от однофазного источника.

Видео по теме

Комментарии и отзывы (8)

Евгений

Статья правильная и полезная. Я сам не электрик, но когда потребовалось самостоятельно подключить однофазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым витком (кольцом) пересмотрел несколько букварей чтобы понять суть работы и способ подключения. Помог ваш рисунок с расщепленным ротором. Спасибо!

Руслан

Чего восторженные отзывы — не понял, статья слабая и малоинформативная.
ошибок куча. например: 1. конденсаторные 1ф ЭД чаще не с пусковой обмоткой, а с обоими рабочими. так КПД выше и на много; 2. какие 100кВт у двигателя с расщеплёнными полюсами. их больше 100 ВАТТ не делают, у них КПД ДО 50%!
самые мощные ОДНОфазные ЭД на единицы киловатт делают и только конденсаторные, причём, конденсаторы включены постоянно. например, движки насосов.

Макаров Дмитрий (Эксперт)

Вы не поняли отзывов по той простой причине, что невнимательно читали статью или не вникали в ее смысл. Вы путаете пусковой и рабочий конденсатор – это как Крым и Рим, звучит похоже, но совершенно разные вещи!

На рисунке выше показано, что есть схема:

только с пусковой обмоткой и таким же пусковым конденсатором, о которой говорилось в статье;
второй – только с рабочим конденсатором, который присутствует в схеме питания электродвигателя постоянно;
третий вариант включает и конденсатор для пуска, и рабочий – одни присутствует для увеличения момента в начале вращения, второй поддерживает смещение постоянно.

Далее разберем, в чем вы ошибаетесь.

Первое, в статье четко описано, почему однофазный двигатель (именно с одной обмоткой для одной фазы) не может начать вращаться от сети с одной фазой самостоятельно. Поэтому и существует несколько способов для приведения вала в начальное вращение, один из которых – это конденсаторный пуск. Пусковой конденсатор вводится с пусковой обмоткой на короткий промежуток времени, чтобы образовался сдвиг в магнитном поле, который приведет ротор в начальное вращение. Благодаря тому, что пусковая обмотка имеет большее сечение, ток в ней значительно больше тока в витках рабочей на этапе включения, создает более сильный магнитный поток, который и воздействует на ротор со смещением на величину емкости.
Затем и конденсатор, и пусковая обмотка выводится из работы, так как их функция уже выполнена и ротор начал вращаться. Ток продолжает протекать только в рабочей обмотке двигателя. Если бы пусковая обмотка, как вы написали выше, оставалась в работе постоянно, то произойдет смещение магнитного поля и его форма станет менее эффективной, что снизит КПД однофазной электрической машины.

А вот то, о чем вы пишите, называется рабочим конденсатором, а не пусковым – это две большие разницы. Рабочий конденсатор действительно вводится в схему работы электродвигателя на постоянной основе, но это делается не для однофазных двигателей, а минимум, для двухфазных, которые подключаются к бытовой сети. В двухфазной модели, в отличии от однофазной нет пусковой обмотки, в нем обе рабочие, одинаковые по сечению проводников, объему и с симметричным расположением. Так как в однофазной сети подача напряжения на обе обмотки никакого вращения не даст, вторую обмотку действительно подключают через рабочий конденсатор, что и дает возможность воздействовать на ротор. Но это не тот вариант, когда КПД двигателя достигнет своего максимума – скорее вынужденный режим. Таким же способом, через рабочий конденсатор может включаться и трехфазный двигатель к однофазной сети, но КПД от его работы будет еще ниже.

По поводу мощности двигателей с расщепленными полюсами, то это естественно, что сегодня вы встречаете только маломощные модели, которые применимы для вентиляторов, некоторых логических приводов и т.д. Технология, разработанная в 1890 году, в наше время утратила актуальность для электрических машин большой мощности из-за наличия других способов пуска, за счет совершенствования электроники и т.д. Однако еще при союзе, когда не считали каждый киловатт электроэнергии, ее действительно применяли в электродвигателях до 100кВт, как одну из прогрессивных технологий того времени. Поэтому и сегодня вы еще можете встретить применение подобных агрегатов в учебных лабораториях и некоторых предприятиях, где их еще не заменили, а вот в продаже вряд ли.

Руслан

Макаров Дмитрий (Эксперт)

Да, в тексте написано, что однофазный асинхронный электродвигатель имеет две обмотки – одна из них рабочая, а вторая используется для подачи импульса, который обеспечивает начальный ход ротора. Как только возникает разность вращения ротора и воздействия электромагнитного поля, пусковая катушка, она же пусковой виток, выводится из электрической цепи. Поэтому в работе остается только одна обмотка, из-за чего в тексте и говориться, что рабочая обмотка одна.

Ваше понимание удешевления вообще не подходит к мировым тенденциям – в одном случае выгодно обойтись без пусковой обмотки, а в другом, наоборот, именно пусковая обмотка и обеспечивает необходимую экономию, а если рассмотреть однофазную асинхронную машину, то у нее это один виток. Если послушать, что вы говорите о контактах, так со смеху можно упасть! Да это слабое место, согласен, но вы можете себе представить, что в мире перестали выпускать щеточные двигатели, у которых этот самый контакт является скользящим и находится в режиме постоянного транзита электротока? Износ сумасшедший, расход материала на контакты никого не интересует, по той причине, что это наиболее рациональное решение для определенных технологических процессов.

Вот то, что каждый тип электрической машины применяется в соответствии со своими техническими параметрами – это однозначно верно. Асинхронные машины действительно самые дешевые и простые в работе, за счет чего получили такое широкое распространение. Но никто и не говорит, что они должны вытеснить все остальные виды агрегатов.

Как правило, наши дома, гаражи и другие хозяйственные постройки подключены к источнику 220V, представляющую однофазную сеть. В связи с этим все потребители рассчитываются для работы от однофазной сети, выполненной двумя проводами, один из которых является нулевым, а другой фазным. В работе многих электрических приборов задействованы однофазные электрические двигатели, подключение которых связано с некоторыми тонкостями.

Как определиться с типом двигателя

Если двигатель новый, то особых проблем не будет, поскольку на его табличке указан тип двигателя и другие данные. Если двигатель подвергался ремонту, то определение его типа связано с некоторыми трудностями: табличку могли просто потерять или повредить ее механически. Поэтому в таких случаях лучше знать, как самостоятельно определить тип двигателя.

Коллекторные двигатели

Коллекторный двигатель

Определить, двигатель коллекторный или асинхронный, совсем несложно, поскольку они имеют разное строение. Характерное отличие коллекторного двигателя – это наличие щеток, которые находятся неподвижно, а также коллектора, который вращается и представляет набор медных пластин. К этим пластинам прижимаются щетки, передающие электрический ток на обмотку якоря двигателя.

Достоинство таких двигателей заключается в том, что они быстро разгоняются и позволяют получить большие обороты. К тому же, поменяв полярность, допустимо сменить направление вращения устройства. Не менее важным можно считать тот фактор, что можно легко организовать контроль частоты вращения двигателя, с его регулировкой в широких пределах.

К существенному минусу коллекторных двигателей следует отнести их повышенную шумность в работе, особенно на повышенных оборотах. Что касается небольших оборотов, то работу этих двигателей можно считать вполне приемлемой. Следует учитывать также тот факт, что трение щеток и коллектора приводят к тому, что изнашиваются, как щетки, так и коллектор. В результате приходится менять щетки или протачивать коллектор. Если не осуществлять постоянного контроля за состоянием щеток и коллектора, то имеется высокая вероятность того, что устройство придется ремонтировать.

Асинхронные двигатели

Строение асинхронного двигателя

Конструкция асинхронного двигателя несколько отличается от конструкции коллекторного двигателя несмотря на то, что у него также имеется статор и ротор (якорь), при этом асинхронные двигатели могут быть, как однофазными, так и трехфазными. Как правило, бытовые электроприборы оснащаются однофазными асинхронными двигателями.

Достоинство асинхронных двигателей заключается в том, что они более бесшумные, поэтому их устанавливают в бытовых приборах, работа которых связана с критическими уровнями шумов при длительной работе.

Различают два типа асинхронных двигателей – конденсаторные и с пусковой обмоткой (бифилярные). Пусковая обмотка необходима лишь для запуска двигателя, после чего она отключается и в работе двигателя никакого участия не принимает.

Конденсаторные двигатели отличаются тем, что дополнительная конденсаторная обмотка работает постоянно. Эта обмотка смещается по отношению к рабочей обмотке на 90 градусов. Благодаря такому построению, возможно менять направление вращения двигателя. Наличие конденсатора на двигателе свидетельствует о том, что это конденсаторный двигатель.

Если измерить сопротивление пусковой и рабочей обмоток, то можно легко определить тип асинхронного двигателя. Как правило, пусковая обмотка выполняется более тонким проводом и ее сопротивление больше в несколько раз, по сравнению с рабочей обмоткой. Нормальная работа таких двигателей обеспечивается за счет специального включающего устройства. Конденсаторные двигатели запускаются обычным выключателем, тумблером или кнопкой.

Варианты подключения однофазных асинхронных двигателей

Двигатели с пусковой обмоткой

Если двигатель с пусковой обмоткой, то у него может быть 3 или 4 вывода. Измерив их сопротивление, можно узнать, какой из концов или каких 2 конца имеют отношение к пусковой обмотке.

У двигателя, имеющего 3 вывода, один из концов пусковой обмотки уже соединен с рабочей обмоткой. Как уже было сказано выше, рабочая обмотка всегда имеет меньшее сопротивление, по сравнению с пусковой. У двигателя с 4-мя выводами пусковую обмотку придется соединять с рабочей самостоятельно, на пусковой кнопке. В результате, получится также 3 вывода, которые принимают участие в работе двигателя:

Один конец от рабочей обмотки.
Другой конец от пусковой обмотки.
Третий конец общий (соединение рабочей и пусковой обмотки).

Подключение однофазного двигателя с пусковой обмоткой посредством кнопки ПНВС.

Правильное подключение:

Три провода, выходящие из двигателя, подключаются так: провод, представляющий пусковую обмотку, крепится к среднему контакту (верхнему), а остальные два на крайние (тоже верхние) контакты. Питание 220 V подается на крайние контакты (нижние), при этом средний нижний контакт соединяется перемычкой с боковым контактом (нижним), который включает рабочую обмотку, но не общую, представляющую соединение рабочей и пусковой обмотки. В противном случае двигатель просто не запустится.

Конденсаторные двигатели

Существует три варианта (схемы) подключения конденсаторных двигателей к сети 220V. Без конденсаторов двигатель работать не будет. Он не запустится и будет гудеть. Такая длительная работа может привести к перегреву и выходу его из строя.

Первая схема связана с включением конденсатора в цепь питания конденсаторной обмотки. Подобная схема легко запускает двигатель, но его работа связана с низким К.П.Д. Схема, где конденсатор включен к цепи питания рабочей обмотки обладает лучшими показателями к.п.д., но при этом возникают проблемы с пуском двигателя. Поэтому первая схема используется для условий с тяжелым пуском, если при этом не требуются высокие рабочие характеристики.

Схема с двумя конденсаторами

Третий вариант подключения связан с установкой 2-х конденсаторов, поэтому схема представляет что-то среднее между вышеописанными двумя вариантами. Схема располагается в середине и более детально ее подключение представлено на фото ниже. Для реализации такой схемы включения потребуется кнопка ПНВС. Она необходима лишь для того, чтобы кратковременно подключать второй конденсатор, на время разгона двигателя. После отключения пускового конденсатора в работе останется две обмотки, причем пусковая обмотка должна быть подключена через конденсатор.

Подключение с двумя конденсаторами

Другие схемы подключения не требуют кнопки ПНВС, поскольку подключение конденсаторов фиксированное, на все время работы электродвигателя. Поэтому достаточно воспользоваться обычным автоматическим выключателем с фиксацией включенных контактов.

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

Особенности конструкции и схема однофазного электродвигателя 220в.

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

Преимущества механизма двигателя однофазного типа.

Среди достоинств 1-фазных двигателей отмечают следующие:

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

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

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

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

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

Принцип работы однофазного электродвигателя 220 В.

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

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

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

Особенности подключения однофазного электродвигателя 220 В.

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

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

Советы при покупке однофазного электродвигателя 220 В.

При покупке однофазного электрического двигателя стоит учесть следующие характеристики оборудования:

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

Производители обычно предоставляют гарантию на бесперебойную работу моторов.

Реверс однофазного двигателя — важная часть его работы, которая широко используется в самых разных системах с электродвижками. Мы рассмотрим ,Каким образом происходит запуск ротора в обратную сторону ,что такое противовключение и как его осуществляют в домашних условиях.

Асинхронные двигатели переменного тока широко используются во многих отраслях, где используются электрические машины. Благодаря высокому КПД, простоте конструкции и в обслуживании, такие моторы заняли прочную энергетическую нишу. При этом они различаются по количеству фаз, на которые влияет число обмоток и многие другие факторы. Наиболее широко распространены трёх- и однофазные двигатели, причём последние не только имеют упрощённый принцип работы, но и способны подключаться к сети 220 Вольт без каких-либо преобразователей. В этой статье мы рассмотрим принцип работу однофазного двигателя и каким образом можно заставить его вращаться в принципиально обратную сторону

Принцип работы

Однофазным асинхронным двигателем называют машину, имеющую лишь одну обмотку на статоре, которая питается всего лишь от одной фазы. На самом деле обмоток даже в самой простой конструкции две, однако вторая выступает в качестве вспомогательной и работает исключительно при запуске двигателя, отключаясь в процессе. Таким образом пусковая обмотка придаёт ротору необходимый импульс, выводя систему из равновесия — это наиболее простой и распространённый способ столкнуть его.

Пусковая обмотка также отличается от рабочей размерами — обычно в ней вдвое меньше пазов. Как и в двухфазных системах, обе обмотки расположены друг относительно друга под прямым углом. Это позволяет генерировать необходимое усилие при старте работы, затем пусковая фаза отключается, и дальше двигатель поддерживает работу исключительно как однофазный.

Конструкция машины имеет ротор и статор причём первый должен постоянно вращаться, а второй — оставаться неподвижным. Это нужно для генерации магнитного поля, которое будет изменяться со временем. Именно на статоре располагаются обмотки, в то время как ротор своим вращением обеспечивает работу всего механизма. В однофазном двигателе устанавливается один из двух типов роторов:

короткозамкнутый — также известный как “беличье колесо”. Он состоит из ряда алюминиевых стержней, замкнутых при помощи колец на торцах;
цилиндрический — полый внутри, он представляет собой пустой цилиндр.

Отметим, что при вращении ротора без использования пусковой обмотки он попадает в пронизывающий магнитный поток, который генерируется пульсирующим полем. Если же система находится в состоянии покоя, то ротор не запустится в принципе, поскольку суммарный вращательный момент равен нулю, а обе силы Ампера, действующие на ротор, полностью друг друга компенсируют.

Ситуация меняется, если ротор толкают — она начинает двигаться в направлении стартового толчка. Начинает работать закон электромагнитной индукции, вследствие чего система генерирует соответствующие токи в направлении толчка. Однако возникает вопрос — от чего зависит его направление?

Для этого нужно учитывать два фактора:

размещение пусковой обмотки относительно ротора;
сдвиг тока по фазе относительно рабочей обмотки.

Если оба фактора удовлетворяют показателям системы, то их совместного действия будет достаточно для генерации пульсирующего и вращающегося магнитного поля. Это и приводит двигатель в движение, после чего пусковая фаза отключается, и дальше он работает лишь на одной — её достаточно для поддержания заданной скорости вращения.

Смещение в большинстве случаев производится при помощи специального конденсатора, встроенного в систему. Подключённый с пусковой обмоткой в последовательной цепи, он создаёт сдвиг фаз, равный 90 градусам. С технической точки зрения оператор машины должен нажать на кнопку выключателя, подающего питание к цепи, и отпустить её только в тот момент, когда обороты станут равно соответствующему номиналу, указанному в данной частоте цепи.

Таким образом для конденсаторного пуска реверс осуществляется при создании условия, при которых толчок, запускающий ротор, производится в обратном направлении, нежели в обычных условиях. Добиться этого можно, если правильно чередовать фазы в обеих обмотках, что требует тонкой настройки. Для этого требуется переключить между собой пусковую и рабочую обмотки, чтобы изменить общую полярность подключения. Выполнить подобную процедуру можно и вручную, просто сменив выведенные наружу клеммы. Чтобы понять, какая из них к какой обмотке относится, используйте мультиметр — меньшее активное сопротивление, по которому и получится найти рабочую.

Реверс двигателя при помощи кнопки ПНВ

В широком смысле реверс означает изменение движения ротора в обратную сторону относительного его обычного старта. Отметим, что это довольно важная функция, которая является необходимой в подавляющем большинстве систем. Осуществить реверс можно в электродвигателе любого типа, как асинхронного, работающего от переменного тока, так и для мотора на постоянном токе.

Поскольку асинхронные двигатели, в том числе и однофазные, применяются в большинстве сфер деятельности и даже в бытовых приборах, реверс является необходимой функцией для выполнения базовых механических действий. Ярким примером могут служить грузоподъёмные механизмы, которым нужно двигаться во всех направлениях, разнообразные запорные устройства формата “открыть-закрыть” и подобные исполнительные конструкции. Для них необходимость в реверсе ротора является постоянной, поскольку его движение в обоих направлениях является базовой функцией, без которой они не смогут выполнять свои обязанности.

Временный реверс применяется не так часто, и обычно нужен в аварийных ситуациях. Например, асинхронные двигатели, установленные в конвейерах, на эскалаторах и в насосах работают строго в одну сторону. Однако если механизм сломался или заедает, включается реверс, позволяющий остановить или обратить работу системы.

Также реверс используется для резкого и быстрого торможения электродвигателя. В обычных случаях ротор продолжает вращаться даже после отключения механизма от сети, поскольку набранная за время работы инерция тратится очень неохотно. Таким образом мотор работает и после отключения сети, что в ряде случаев крайне нежелательно. Кратковременный запуск реверса создаёт противонаправленную силу, поглощающую инерцию, в результате чего ротор удаётся остановить гораздо быстрее, чем он прекратил вращаться естественным способом. В профессиональной среде такой тормоз называется противовключением.

В чём состоит принцип реверсивного движения

Поскольку принцип работы электродвигателя переменного тока построен на вращении магнитных полей в определённом направлении, то и для его изменения придётся менять магнитные поля. Сам принцип работы реверса невероятно прост — необходимо поменять местами провода, отвечающие за основное вращение и запуск. Поскольку каждый из них подключён как к плюсу, так и к минусу, смена проводом полностью инвертирует полярность магнитного поля. В свою очередь это значит, что двигаться оно начнёт в обратном направлении, увлекая за собой ротор, а вместе с этим и всю систему в принципе.

Схема реверса — реализация на практике

Чтобы ротор начал вращаться в противоположную сторону, необходимо поменять вторую и третью фазу местами. Отметим, что сначала он будет продолжать двигаться в первоначальном направлении по инерции, и лишь спустя некоторое время перейдёт в состояние равновесия, из которого сменит направленность.

Полярность пусковой обмотки, необходимой для задания направления, можно выполнить по схеме с использованием специального управляющего тумблера. Прежде всего его необходимо подобрать, исходя из разрешённого напряжения мотора и токовой нагрузке, а также необходимых зафиксированных положений — 2 или 3. Ток на тумблер стоит выводить от стартовой обмотки, поскольку она работает не так долго и в целом экономит ресурс. Таким образом можно сократить расходы на обслуживание всей системы и контактной группы в частности.

Специалисты советуют выполнять реверс асинхронного двигателя следующим образом:

если пуск предполагается тяжёлый, то его можно упростить при помощи добавочного конденсатора. Это актуально только для схем, которые используют подключение с самовозвратом ПНВ. Тогда тумблер реверса будет осуществлять включение только если ротор заторможен, но не во время работы, повышая эффективность и стабильность системы;
посадочное место тумблера для реверса должно быть защищено от случайного срабатывания. Поскольку это сопровождается огромными скачками тока, подобное позволит сэкономить энергию и моторесурс двигателя;
если механизм не выполняет реверс нужным образом, то после подключения нужно проверить правильность подключения проводов — нередко клеммы путают и вся схема сбивается. Также работоспособность зависит от целостности проводки.

С учётом того факта, что даже мельчайшие проблемы могут привести к сбою работы реверса, важно хорошо проверить весь механизм перед запуском. Это позволить избежать поломок и аварийных ситуаций.

Коллекторные однофазные двигатели и их особенности

Однофазный двигатель является наиболее распространённым в бытовых условиях двигателем, который часто воспроизводят своими руками. Причина этого кроется в однофазной сети на 220В, подведённой к большинству мастерских, домов и частных участков. Однако перед началом работы важно определить, какого типа перед вами мотор — коллекторный или асинхронный. В большинстве ситуацию на механизме присутствует маркировка, но если в вашу руки он попал после ремонта или перестройки, то надёжнее будет обратить внимание на наличие щёток в механизме, расположенных возле коллектора, а также медного барабана, который разделён на равные секции.

Коллекторные двигатели исключительно однофазные и весьма распространены в бытовой технике. Из их преимуществ стоит выделить:

быстрый старт — сразу после подачи электричества мотор начинает разгоняться с большим числом оборотов;
удобство реверса — благодаря системе, обратить движение ротора в обратную сторону не составляет труда. Для этого нужно поменять полярность магнитного поля;
регулировка скорости вращения — меняя амплитуду напряжения и угла отсечки, можно контролировать интенсивность работы ротора.

По этим причинам коллекторные двигатели находят своё применение в бытовой и строительной технике. Однако они имеют и ряд недостатков:

высокая шумность — при выходе на большие обороты движок начинает очень сильно шуметь. Это сглаживается на малых вращениях, но не так часто;
сложность техобслуживания — коллекторный двигатель нужно регулярно проверять и чистить. Графит от стирающихся щёток загрязняет токоприёмник и выводит всю систему из строя.

Строение и принцип работы асинхронных двигателей мы уже рассматривали выше. В отличие от коллекторных, такие движки работают практически незаметно даже при большом числе оборотов. Поэтому их используют в технике, которой критично иметь низкие шумовые пределы при продолжительной работе — например, холодильники, кондиционеры и климатические системы.

Реверс конденсаторного двигателя

Из-за особенностей механизма, конденсаторный движок подключает реверс только при наличии конденсаторов. Если исключить их из системы, мотор будет включаться, но запуска не произойдёт, так как не генерируется достаточная для старта сила.

Первая схема включает конденсатор, установленный в цепи питания пусковой обмотки. Имея отличный старт, такой механизм сильно проседает в мощности, которая оказывается ниже номинальной. Вторая схема подключения действует обратным образом — подключая конденсатор в цепь рабочей обмотки, вы получаете сравнительно тяжёлый старт, но рабочие характеристики остаются на высоком уровне. Таким образом обе схемы находят своё применение в разных условиях — первая нужна для устройств с тяжёлым пуском, а вторая в устройствах, которым жизненно необходимо рабочие характеристики.

Третий вариант предусматривает установку сразу двух конденсаторов. Чаще всего выбирают именно этот вариант, поскольку он берёт лучшее от обеих схем — отличный старт и приличные рабочие характеристик, но взамен требует более тщательной настройки, регулярного техобслуживания и специальной кнопки ПНВС. При работе активными остаются обе обмотки, и пусковая, и рабочая, причём первая даже при отключении продолжает работать через конденсатор.

Ключевым моментом в реализации реверса при помощи конденсаторов — их правильный выбор. Чтобы правильно рассчитать их характеристики, специалисты используют сложную формулу с несколькими переменными. Однако на практике всё оказывается проще, если соблюдать пару рекомендаций:

для рабочего конденсатора следует выбирать характеристики в районе 70-80 мкФ на 1 кВт полной мощности двигателя;
для пускового конденсатора такие показатели должны быть в 2, а то и 3 раза выше;
напряжение конденсатора должно превосходить напряжение сети минимум в полтора раза. Например, для стандартной однофазной сети в 220 В следует подобрать ёмкость в 330, 380 В или больше.

Отметим, что на рынке электроники присутствуют специализированные конденсаторы, изначально рассчитанные под старт. Они имеют соответствующую маркировку и обеспечивают плавный пуск.

Схемы реверса однофазного асинхронного двигателя без вскрытия корпуса

Если вмешиваться в систему автоматического асинхронного двигателя не хочется, по той или иной причине доступ под корпус отсутствует, можно воспользоваться одним из трёх достаточно простых способов реверса.

Переподключение рабочей намотки

Подобную схему подключения мы уже рассматривали выше — он используется чаще всего ввиду простоты. Для него не требуется вскрывать корпус или переворачивать намотку — достаточно просто переподключить клеммы рабочих проводов так, чтобы фаза перешла с начального на конечный контакт, а нуль — наоборот.

Переподключение пусковой обмотки

Система такая же, как и в предыдущем варианте, но с той разницей, что поменять провода придётся уже у пусковой обмотки. После переподключения крутящий момент ротора также должен смениться.

Полная замена обмотки

Если вы хотите создать надёжное подключение, или модель мотора нетипичная (например, с тремя проводами вместо четырёх), стоит полностью заменить обмотку. Для этого используется конденсатор, который присоединяется к конечному выводу, а от проводов пускают реверс-отводки. Плюсом данной схемы является тот факт, что реверс можно контролировать, если соединять провода вручную.

Выводы

Как можно заметить, реверс однофазного двигателя не является чем-то сложным — наоборот, он широко используется во многих системах и механизмах как часть работы движка. Однако в тех случаях, когда обратное вращение не предусмотрено, приходится искать альтернативный способ реверсировать вращение. В зависимости от конструкции мотора, сделать это можно без разбора всего механизма. Важно только проводить работу с большим вниманием к деталям и со знанием дела, начертить схему, чтобы не возникало проблем и аварийных ситуаций в будущем.

Читайте также: