Однофазные электродвигатели 220в

Однофазная электросеть предъявляет определенные условия к конструкции электродвигателя. В ней необходимо совместить один из способов получения крутящего момента с техническими возможностями однофазной электрической сети 220 В.

Трехфазная или двухфазная электросеть в принципе обеспечивает перемещение максимума магнитного поля. Но в однофазной сети этого нет. Тем не менее, однофазные движки работают. Далее более детально расскажем о том, почему это происходит.

Что общего в совершенно разных движках

Одной из технических задач, решаемых любым двигателем, является скорость вращения вала при заданном крутящем моменте. На частоте 50 Гц, основываясь на перемещении максимума магнитного поля при одной паре полюсов ротор, соответственно и вал, могут совершить лишь 3000 об/мин или менее. В таких случаях используются синхронные и асинхронные движки. У синхронных скорость определяется количеством пар полюсов, так же как и у асинхронных моделей. При необходимости получить более высокие скорости вращения с этими двигателями применяются специальные редукторы.

В коллекторных моделях в отношении скорости вращения существенно больше свободы. Скорость вращения, как и крутящий момент в них зависят от напряженности магнитных полей статора и ротора. Эти поля можно получить как прямым присоединением движка к однофазной сети 220 В, причем в двух вариантах, так и с использованием выпрямителя. Таким образом, один и то же коллекторный двигатель, присоединенный к сети 220 В, обеспечит четыре скорости вращения соответственно схемам соединения его обмоток и виду напряжения питания на его клеммах.

Хотя однофазные движки 220 В принципиально разные, их назначение одинаковое. Они применяются главным образом:

• в бытовых электроприборах;
• промышленных вентиляторах и кондиционерах небольшой мощности;
• маломощных насосах;
• определенной группе станков и т.п.

Это оборудование не требует электрической мощности более десяти киловатт. Помимо общего питающего напряжения, как и все движки с выходным валом, они состоят из статора и ротора. Но в коллекторном двигателе присутствует коллектор, а в некоторых моделях синхронных машин – кольца. А это значит, что в них нет изолированной электрической цепи, как в асинхронном двигателе. А контакт щетки с ламелями или кольцами сопровождается искрением.

По этой причине область применения коллекторных и синхронных движков ограничена условиями окружающей среды. Но для моделей с ротором, выполненным из специальных магнитных материалов, нет ограничений. А их работа отличается от асинхронных движков только более высоким значением скорости вращения синхронно с электромагнитным полем. Поэтому далее рассмотрим лишь однофазные асинхронные двигатели 220 В (ОАД).

Разновидности ОАД

Любой ОАД содержит рабочую обмотку. Она также именуется как основная. Примерно две трети поверхности статора, охватывающей ротор, приходится на основную обмотку. Остальная часть статора – это дополнительная (пусковая, вспомогательная) обмотка. Форма ротора может быть различной и обуславливается специализацией движка. Наиболее распространены модели, в которых ротор имеет вид цилиндрической болванки. В ОАД мощностью побольше – это биметаллическая конструкция.

Так называемая «беличья клетка» из материалов на основе меди, которые обеспечивают минимум потерь. В болванку эту конструкцию превращает заполнение свободного пространства алюминиевым сплавом. Но и сама клетка может изготавливаться из материала на основе алюминия. Другой разновидностью ротора ОАД может быть форма в виде стакана.

Этот ротор также именуется полым. Он менее инертный, а также менее прочный. По этой причине движки с этим ротором используются для специальных задач и распространены не так широко, как те, у которых ротор-болванка.  Пусковая обмотка создает магнитный поток, направленный под углом к магнитному потоку основной обмотки. Токи в обмотках должны характеризоваться определенным фазовым сдвигом. Его получают последовательным соединением с пусковой обмоткой одного из перечисленных элементов:

• резистора,
• дросселя,
• конденсатора.

Элемент вместе с пусковой обмоткой эмулирует двухфазную электросеть, которая обеспечивает пространственное перемещение максимума магнитного потока между обмотками. Однако это техническое решение необходимо лишь для того, чтобы ротор начал вращаться в нужном направлении. По мере увеличения скорости вращения задействованная пусковая обмотка все больше уменьшает крутящий момент на вале движка. По этой причине она тем или иным способом отсоединяется вскоре после разгона ротора до заданной скорости.

Резистор и дроссель могут быть встроены в двигатель, поскольку необходимые сопротивление или индуктивность легко достигаются отличием характеристик провода обмоток или конструкцией пусковой обмотки. Например, существуют такие разновидности ОАД, в которых в явно выраженных полюсах содержится короткозамкнутый виток. Это так называемые экранированные полюсы. Другой способ – несимметричные полюсы. Они определили наименование этих разновидностей ОАД. Эффективность движков невысока, но они получаются компактными. Широко применяются в бытовых вентиляторах.

Из трех элементов, используемых для получения фазового сдвига, самым лучшим является конденсатор. Резистор или дроссель могут обеспечить угол меньше 90 градусов. А конденсатор создает фазовый сдвиг именно в 90 градусов. При этом могут быть три схемы, которые отличаются пусковыми и рабочими характеристиками. При пуске движка необходим конденсатор с емкостью побольше. А в рабочем режиме оптимальный вариант – конденсатор небольшой емкости.

Емкость рабочего конденсатора в микрофарадах определяется примерно как 4/5 мощности движка в киловаттах. Емкость пускового конденсатора в микрофарадах определяется примерно как 2 мощности движка в киловаттах. Чтобы сэкономить на конденсаторах, которые должны быть рассчитаны как минимум на напряжение 330 В, путем переключения их получается как пусковая, так и рабочая емкость. Конденсаторные схемы показаны далее на изображениях:   

• Чтобы изменить направление вращения ротора в любом из вариантов с пусковым элементом, надо поменять местами концы пусковой обмотки.

Коллекторные движки (КД)

Эти двигатели в принципе только однофазные. Хотя их можно включать и в трехфазную сеть, но только через выпрямительные диоды. КД можно разделить на две группы по способу получения магнитного поля статора:

• от постоянного магнита; 
• от электромагнита.

Прямое присоединение к сети 220 В допустимо лишь для электромагнитных моделей КД. В них ротор является якорем и может соединяться с сетью либо напрямую (параллельное соединение), либо через обмотку статора (последовательное соединение). Изменение полярности происходит в обеих обмотках. Это определяет сохранение направления вращения ротора. А если магнит постоянный, значит, в якоре направление магнитного потока меняется, а в статоре нет. Поэтому ротор такого движка будет колебаться, но не вращаться.

• Если якорь и статор напрямую присоединены к сети 220 В, КД оказывается под угрозой разноса. Этот эффект появляется при пропадании контакта с сетью в обмотке статора.

Хотя параллельное соединение более эффективно, поскольку при этом величина тока больше, для надежности предпочтительнее последовательное соединение. Направление вращения при этом зависит от того, какими концами соединены между собой, а соответственно и с сетью, обмотки движка. Если при этом движок недостаточно эффективен, его надо присоединить к сети через выпрямительный мост. Если на его выходе будет применен конденсатор, это еще больше увеличит эффективность КД.

КД используются там, где необходима наиболее простая конструкция электрооборудования. Эти движки создают много шума, коллектор и щетки изнашиваются, загрязняют изделие графитовой пылью, уменьшая надежность и долговечность электрооборудования. Электробезопасность при этом также ухудшается. По мере развития высоковольтных транзисторов появляется все больше электрооборудования с асинхронными управляемыми приводами. Но определенная ниша электрооборудования для КД, безусловно, останется.