СХЕМЫ ОБМОТОК ОДНОФАЗНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ.

Однофазные асинхронные электродвигатели мощностью до 1 кВт, редко до 2 кВт, широко применяются в условиях, когда имеется только однофазная сеть, например для привода механизмов различных приборов, электрифицированного инструмента, в бытовых механизмах и т. п. Если обмотку двигателя питать однофазным током, то электромагнитное поле в нем будет не вращающимся, как в трехфазных машинах, а пульсирующим, энергетические показатели станут хуже, чем у трехфазных, а. пусковой момент будет равен нулю, т. е. двигатель без специальных устройств не будет запускаться. Поэтому в статорах однофазных двигателей устанавливают две обмотки, которые часто называют также фазами обмотки. Одна из них главная, или рабочая, другая вспомогательная. Обмотки располагаются по пазам статора так, что их оси сдвинуты относительно друг друга в пространстве на электрический угол 90° (рис.1).

Рис.1. Оси обмоток двух- и однофазных двигателей: а — расположение катушек разных фаз в пазах статора; б — условное изображение фаз обмотки.

Если фазы токов обмоток будут не одинаковы, т. е. сдвинуты во времени, то электромагнитное поле в статоре двигателя становится вращающимся. Энергетические показатели двигателя улучшаются и появляется пусковой момент. При сдвиге фаз токов на электрический угол 90° и одинаковых МДС обмоток поле становится круговым и КПД однофазного двигателя будет наибольшим. Добиться этого можно, выполнив обе обмотки двигателя одинаковыми и последовательно подключив к одной из них конденсатор (рис. 2.а). Такие двигатели называются однофазными конденсаторными.

Рис. 2.. Схемы включения однофазных двигателей: а — с постоянно включенным конденсатором (конденсаторные двигатели); б — с рабочим и пусковым конденсаторами; в — с пусковым элементом; Ср — рабочий конденсатор; Сп — пусковой конденсатор; ПЭ — пусковой элемент.

Емкость конденсатора, необходимая для получения кругового поля, зависит от активных и индуктивных сопротивлений обмоток двигателя и от его нагрузки. Для однофазных конденсаторных двигателей конденсатор рассчитывают так, чтобы поле было круговым при номинальной нагрузке. Его включают последовательно с одной из фаз обмоток на все время работы. Этот конденсатор называют рабочим и обозначают Ср. Во время пуска двигателя емкость рабочего конденсатора оказывается недостаточной для образования кругового поля и пусковой момент двигателя невелик. Для увеличения пускового момента параллельно с рабочим конденсатором включается второй — пусковой конденсатор (Сп). Суммарная емкость пускового и рабочего конденсаторов обеспечивает получение кругового вращающегося поля во время пуска двигателя и пусковой момент его увеличивается. После разгона двигателя пусковой конденсатор отключается, а рабочий остается включенным (рис. 2.б). Таким образом, двигатель запускается и работает с номинальной нагрузкой при вращающемся круговом поле.

Рис. 3. Схема однослойной концентрической обмотки с m = 2, z = 16, 2р = 2,
выполненной вразвалку.

В статорах большинства одно- и двухфазных двигателей применяют всыпные однослойные обмотки с концентрическими катушками (рис. 3). Они имеют либо четыре вывода — начала и концы главной и вспомогательной фаз, либо только три. При трех выводах концы главной и вспомогательной фаз соединяются между собой внутри корпуса и наружу выводится провод от места их соединения общей точки обмотки.

Рис. 4. Схема однослойной концентрической обмотки с m = 2, z= 24, 2р = 4, q = 3, выполненной с «расчесанными» катушками.

Для уменьшения вылета лобовых частей катушек однослойные обмотки часто выполняют вразвалку. Если число пазов на полюс и фазу четное, то обмотки вразвалку по существу не отличаются от таких же обмоток трехфазных машин. Если же число ц нечетное, то большие катушки в группах делают «расчесанными» т. е. отгибают лобовые части половины их витков в одну, а второй половины — в другую сторону (рис. 4).
Необходимость установки конденсаторов удорожает однофазные двигатели, увеличивает их габариты и снижает надежность, так как конденсаторы выходят из строя чаще, чем двигатели. Поэтому большинство однофазных асинхронных двигателей рассчитывают на работу только с одной — главной обмоткой. Однако для того, чтобы их можно было пускать, устанавливают и вторую — вспомогательную обмотку, которую часто называют пусковой. Она предназначается только для создания вращающегося поля при пуске двигателя. Такие однофазные двигатели называются двигателями с пусковой фазой (или с пусковой обмоткой).
Сдвиг фаз токов главной (рабочей) и пусковой обмоток достигается изменением сопротивления пусковой обмотки путем последовательного включения с ней так называемого пускового элемента (рис. 2.в) — конденсатора или резистора (чаще всего используют более дешевый — резистор).
Пусковые обмотки, как правило, отличаются от рабочих и по числу витков, и по числу катушек, и сечением провода. Они обычно занимают 1/3 всех пазов статора. В оставшихся 2/3 пазов располагается рабочая обмотка. Схемы соединений и числа полюсов рабочей и пусковой обмоток одинаковы (рис. 5).

Рис. 5. Схема однослойной концентрической обмотки однофазного двигателя с пусковой фазой с z = 24, 2р = 4; С1—С2 — главная фаза, В1—В2 — пусковая фаза.

Чтобы избежать установки резисторов, которые должны быть рассчитаны на полный пусковой ток, во многих однофазных двигателях пусковую обмотку выполняют с повышенным сопротивлением пусковой фазы. Для этой цели пусковую обмотку наматывают из провода меньшего сечения, чем рабочую, или выполняют ее с частично бифилярной намоткой.

Рис. 6. Образование бифилярных витков.

При этом длина провода возрастает, ее активное сопротивление увеличивается, а индуктивное сопротивление и МДС остаются такими же, как и без бифилярных витков. Чтобы образовались бифилярные витки, катушку пусковой обмотки выполняют из двух секций со встречным направлением намотки (рис. 6). Одна секция, направление намотки которой совпадает с нужной для пуска машины полярностью, называется основной, а секция со встречной намоткой — бифилярной. Последняя имеет всегда меньше витков, чем основная. На схемах обмоток катушки, имеющие частично бифилярную намотку, обозначаются петлей (рис. 7а). На рис. 7б показана схема обмотки с пусковой фазой, имеющей частично бифилярную намотку. Главная обмотка выполнена концентрическими катушками вразвалку. Петли у катушек пусковой фазы указывают на то, что катушки выполнены с частично бифилярной намоткой.

Рис. 7. Схема обмотки с катушками, имеющими бифилярные витки: a — изображение катушек с бифилярными витками на схеме обмотки, б — схема обмотки с z = 24, 2р = 4.

В обмотке с бифилярными катушками надо учитывать, что в каждой катушке вспомогательной фазы часть витков намотана встречно. Это уменьшает число эффективных проводников в пазу, нейтрализуя действие такого же количества витков, намотанных в основном направлении, поэтому для нахождения числа эффективных витков в катушке (эффективных проводников в пазу) надо из общего числа вычесть удвоенное число встречно намотанных витков. Если, например, в пазу лежит катушка, в которой всего 81 виток, из них встречно намотаны 22, то число эффективных проводников в пазу будет: 81-2-22 = 37.
Для определения числа встречно намотанных витков при известных общем числе проводников в пазу и числе эффективных проводников в пазу надо произвести обратное действие, т. е. из общего числа вычесть число эффективных проводников и полученный результат разделить на два. При общем числе проводников 81 и числе эффективных 37 число встречно намотанных витков должно быть: (81-37)/2 = 22.
Бифилярную катушку можно получить, если уложить в одни и те же пазы две секции катушки, одна из которых поворачивается на 180° вокруг оси параллельной пазам. Правая и левая стороны повернутой секции при этом меняются местами.
Пусковая обмотка однофазных двигателей рассчитана только на кратковременную работу — на время пуска двигателя. Ее необходимо отключать от сети сразу же, как только двигатель разгонится, иначе она перегреется и двигатель выйдет из строя. Такие двигатели применяются, например, для привода компрессоров во всех бытовых холодильниках, привода стиральных машин и т. д. Пускозащитное реле, установленное на холодильниках и стиральных машинах, включает обе обмотки двигателя, а после его разгона отключает пусковую обмотку. Двигатель работает с одной включенной рабочей обмоткой.

Справочник

Схема обмоток трехфазных электрических двигателей и их соединение на клеммных панелях 11.07.2006 18:57

Начала и концы обмоток выведены в электрическую распределительную коробку клеммную панель и зафиксированы. К зажимам клеммной панели с внутренней стороны двигателей подводятся выводные провода статорных обмоток. Всего на клеммник может быть выведено 3 или 6 выводов фазных обмоток статора.

Клеммник, его еще называют «борно», — клеммная коробка- чаще всего устанавливается сверху, реже – сбоку. Некоторые клеммники можно разворачивать на 180 градусов, для удобства подводки питающих кабелей.

Фазы статорных обмоток при подключении к питающей сети электродвигателя соединяют по одной из электрических схем – «звезда» Y или «треугольник» Δ .

Оба способы отличаются тем, что у них на каждую фазу двигателя прикладывается напряжение разной величины.

Знаком Y обозначают двигатели, где возможность подключения в «треугольник» не предусмотрена. В распределительной коробке таких моделей вместо 6 контактов находятся только три, соединение трех других выполнено под корпусом.

Наличие метки вида Δ/Y указывает на возможность соединения обмоток и «звездой», и «треугольником». То есть, к примеру, напряжение в 220 В подается на «треугольник», 380 В – на «звезду», в противном случае двигатель быстро перегорит. Подключение по комбинированной схеме обычно применяется для двигателей мощностью свыше 5 кВт.

! Более низкие значения напряжения используются при подключении в «треугольник», высокие – исключительно в соединениях статорных обмоток по схеме «звезда».

В паспорте двигателя и на его бирке, обычно указывают все основные рабочие характеристики и величины, среди которых мощность, обороты, частота сети, коэффициент мощности, рабочее напряжение, а также приведены условными рисунками схема соединения обмоток и какая существует возможность ее изменения, для электродвигателей с комбинированной схемой.

Так же электродвигателях малой мощности обозначают фазы обмоток разноцветными проводами.

При соединении звездой начало первой фазы имеет желтый провод, второй фазы — зеленый, третьей фазы — красный, нулевая точка — черный.

При шести выводах начала фаз обмоток имеют такую же расцветку, как и при соединении звездой, а конец первой фазы — желтый с черным провод, второй фазы — зеленый с черным, третьей фазы — красный с черным. У асинхронных однофазных электродвигателей начало вывода главной обмотки — красный провод, конец — красный с черным. У пусковой обмотки начало вывода — синий провод, конец — синий с черным.

Выводы секционированных обмоток многоскоростных асинхронных двигателей, позволяющих изменять число полюсов, имеют следующие обозначения:

Схемы обмоток трехфазных двигателей и их соединения на клеммных панелях приводятся на рисунках.

Схемы обмоток односкоростных трехфазных двигателей и их соединения на клеммных панелях с соединением в звезду Y или в треугольник Δ или переключаемых Δ/Y

Если требуется подключение ЗВЕЗДОЙ, тогда объединяют верхний ряд клемм, а к нижнему подводят провода сети ( см рис ). Можно объединять также нижние клеммы, а к верхним подводить провода сети. Соединяя обмотки электродвигателя в ЗВЕЗДУ объединяют Ul, VI, Wl (CI, С2, СЗ), а к остальным выводам подводят провода сети или, наоборот, объединяют U2, V2, W2 (С4, С5, С6), а к Ul, VI, Wl (CI, С2, СЗ) подводят провода сети.

Соединение в ТРЕУГОЛЬНИК получают, объединяя попарно клеммы верхнего и нижнего рядов и подводя к ним провода сети ( см рис) Соединение обмотоки электродвигателя в ТРЕУГОЛЬНИК получают, объединяя U1 и W2, VI и U2, W1 и V2 (С1 и С6, С2 и С4, СЗ и С5).

Как поменять направление вращения электродвигатели при подключении звездой или треугольником ?

! Если нужно поменять направление вращения вала электродвигателя на противоположное, то поменяйте местами две любые фазы сети.

При соединении звездой обмоток асинхронного электродвигателя наблюдается более мягкий запуск и плавная его работа, а также возможность кратковременной перегрузки.

При соединении треугольником обмоток асинхронного электродвигателя происходит достижение его максимальной мощности, но во время пуска пусковые токи имеют большое значение. Также по отзывам, что при соединении треугольником двигатель больше нагревается.

Функцию пуска для схем переключения «звезда»-«треугольник» используют только для двигателей с пометкой Δ/Y, в которых реализована возможность обоих вариантов соединения. Запуск двигателя производят при подключении «звездой», чтобы уменьшить пусковой ток. Переключение режимов звезда-треугольник нельзя применять для электродвигателей, изначально имеющих на валу неинерционную нагрузку, такую как вес груза лебедки или сопротивление поршневого компрессора. Переключение звезда треугольник можно применять только для электродвигателей, имеющих на валу свободно вращающуюся нагрузку – вентиляторы, центробежные насосы, валы станков, центрифуг и другого подобного оборудования.

Схемы обмоток односкоростных трехфазных двигателей и их соединения на клеммных панелях с последовательным или параллельным соединением параллельных ветвей фаз звезда — двойная звезда Y/YY

Схемы обмоток двухскоростных трехфазных двигателей и их соединения на клеммных панелях с полюсно-переключаемой по схеме Далендера обмоткой статора или с полюсно-переключаемой обмоткой по принципу амплитудно-фазовой модуляции треугольник — двойная звезда Δ /YY

Схемы обмоток двухскоростных трехфазных двигателей и их соединения на клеммных панелях с полюсно-переключаемой обмоткой по принципу амплитудно-фазовой модуляции тройная звезда-тройная звезда YYY /YYY

Схемы для трехскоростных двигателей с двумя независимыми обмотками с полюсно-переключаемой с соединением треугольник-звезда Δ / Y ; односкоростной с соединением в звезду Y

Для четырехскоростных двигателей с двумя обмотками, каждая из которых полюсно-переключаемая с соединением треугольнки-двойная звезда Δ /YY