Чем отличается трехфазный асинхронный двигатель от однофазного

В однофазной электрической энергии напряжения питания изменяются в унисон. Однако в трехфазной электрической энергии функция чередуется между выработкой, передачей и распределением электроэнергии. Трехфазная электрическая энергия является наиболее часто используемым методом электрических сетей во всем мире для передачи энергии. Для сравнения, однофазная электроэнергия редко используется для больших площадей или проектов. Это также связано с тем, что однофазная электроэнергия, как правило, более дорогая и менее надежная, чем трехфазная электроэнергия. Трехфазная электрическая мощность более экономична, поскольку для передачи электрической энергии используется меньше проводников.

Однако однофазная электроэнергия и соответствующие однофазные двигатели используются в меньших масштабах, таких как дома, офисы, магазины и небольшие фабрики. Основная причина этого заключается в том, что потребность в мощности в большинстве этих мест может быть легко удовлетворена однофазными двигателями. Трехфазные двигатели и электроэнергия чаще используются в крупных отраслях промышленности или проектах, поскольку они способны генерировать больше энергии.

Однофазный двигатель не имеет вращающегося поля, но оно разворачивается на 180 градусов. Следовательно, это обычно не само начало; однако иногда он имеет некоторые условия для этого, обычно путем отключения пусковой обмотки или с помощью конденсатора. Трехфазный двигатель обычно имеет механизм самозапуска. Кроме того, в трехфазном двигателе фазы разнесены на 120 градусов, так что можно создать правильное вращающееся поле.

Для сравнения, трехфазные двигатели, как правило, дешевле и эффективнее, чем однофазные. Однако однофазные двигатели обычно дешевле и экономичнее при меньшей потребляемой мощности. Они также легче построить и более надежны в их функции.

Сравнение между однофазным и трехфазным двигателем:

Отдельная фаза двигатель

Трехфазный мотор

Однофазный источник питания

Обычно это более чем однофазный источник питания. Может работать от однофазного источника питания, но не запускается самостоятельно.

Однофазные асинхронные двигатели широко используются для небольших нагрузок, таких как бытовые приборы, такие как пылесос, вентиляторы, стиральная машина, центробежный насос, воздуходувки, стиральная машина, маленькие игрушки и т. Д.

Трехфазные асинхронные двигатели широко используются в промышленных и коммерческих приводах, потому что они прочные, надежные и экономичные.

Устройство и схема подключения АД

Устройство однофазного асинхронного двигателя

Интересно! Трехфазный асинхронный двигатель можно использовать для работы в однофазном режиме. Предварительно необходимо провести расчет.

У статора две электрообмотки. Одна из них рабочая, которая является основной. Вторая пусковая и нужна, чтобы осуществлять пуск устройства. Отличие однофазовых моторов — отсутствие момента впуска. Ротор напоминает беличью клетку по структуре.Ток одной фазы производит магнитное поле. Оно состоит из двух полей. Включая устройство, ротор двигателя неподвижен.

Схема подключения обмоток однофазного двигателя

Расчет результирующего момента при неподвижном роторе лежит в основе магнитных полей образующих два вращающихся момента.

Противоположные моменты обозначаются М.

n – частота вращения

Характеристики асинхронного однофазного двигателя

Если неподвижную часть задействовать, тогда наступит вращающий момент. Из-за его недоступности при запуске, двигатели оборудованы дополнительным пусковым устройством.

Отличие однофазных асинхронных двигателей от трёхфазных — особенности статора. Пазы имеютдвухфазовую обмотку. Одна будет основной или рабочей, а вторая именуется пусковой.

Магнитные оси находятся по отношению друг к другу на 90 градусов. Включенная рабочая фаза не вызывает вращение ротора по причине неподвижной оси магнитного поля.

Существуют специальные программы для расчета обмоток статора.

Преимущества и недостатки

Обе системы питания имеют свои плюсы и минусы, которые меняются местами или становятся несущественными при переходе мощности через порог 10 кВт. Попробую перечислить.

Однофазная сеть 220 В, плюсы

• Простота
• Дешевизна
• Ниже опасное напряжение

Однофазная сеть 220 В, минусы

• Ограниченная мощность потребителя

Трехфазная сеть 380 В, плюсы

• Мощность ограничена только сечением проводов
• Экономия при трехфазном потреблении
• Питание промышленного оборудования
• Возможность переключения однофазной нагрузки на “хорошую” фазу при ухудшении качества или пропадании питания

Трехфазная сеть 380 В, минусы

• Дороже оборудование
• Более опасное напряжение
• Ограничивается максимальная мощность однофазных нагрузок

Схемы подключения

Для того чтобы подключить трехфазный асинхронный двигатель используют несколько различных схем, но чаще всего применяются «треугольник» и «звезда».

Треугольник

Преимущество данной схемы заключается в том, что при подключении согласно ей трехфазный двигатель может развивать наибольшую номинальную мощность. Для этого обмотки соединяются по принципу конец-начало, что на схематичном изображении похоже на треугольник, однако в виде треугольника понять что к чему, не всегда удобно. По этому предлагаем для анализа схему снизу, а затем фотографию уже в сборе (еще ниже).

схема подключения «треугольник»

В трехфазных электрических сетях величина линейного напряжения между выводами обмоток составляет 380 В. При этом нет необходимости создания рабочего нуля. Важно отметить, что в такой схеме может возникнуть большой пусковой ток, значительно перегружающий проводку.

Звезда

Этот способ подключения является наиболее используемым в сетях с трехфазным током 380 В. Название схемы связано с тем, что концы обмоток соединяются в одной точке, словно звездные лучи. Начала обмоток подключаются посредством аппаратуры коммутации к фазным проводникам. В такой конструкции линейной напряжение между начал составляет 380 В, а между местом соединения и подключения проводника – 200 В. Ниже представлена схема, а еще ниже уже фотография в собранном виде.

схема подключения «звезда»

Трехфазный двигатель для 380 В сетей, подключенный таким образом, не способен развить максимальную силу из-за того, что напряжение на каждой обмотке составляет 220 В. В свою очередь, такая схема предотвращает возникновение перегрузок по току, чем обеспечивается плавный пуск.

Возможность подключения двигателя тем или иным способом, как правило, указывается на его табличке. Значок Y означает «звезду», а ∆ — «треугольник». Определить схему на уже подключенной машине можно по виду обмоток – одна двойная перемычка между ними говорит, что использована «звезда» (первое фото снизу), а если между клеммами обмоток видно три перемычки – «треугольник» (первое фото сверху).

Асинхронный двигатель, треугольник в сборе.

Асинхронный двигатель, звезда в сборе

В случае, когда необходимо запустить трехфазный асинхронный электродвигатель в обратном направлении вращения, следует поменять два питающих провода от трехфазного источника местами.

Направление вращения

В некоторых случаях при включении двигателя вал начинает вращаться не в том направлении. Чтобы решить эту проблему, придётся поменять положение выводов в том месте, где один соединялся с выключателем, а другой — с концом рабочей обмотки.

Вращение вала в обоих направлениях можно обеспечить путём установки тумблера реверса. Он должен иметь два или три рабочих положения и шесть выводов. В процессе установки такого тумблера на конденсаторный двигатель нужно предусмотреть возможность его переключения во время работы мотора. Центральные клеммы требуется соединить с проводами одной из обмоток, крайние подключить по диагонали и отвести два провода. Отведённые провода присоединить к местам, где находились концы обмотки. После этого мотор будет крутиться в обе стороны.

Какие конденсаторы применяются для подключения электродвигателя

Для подключения трехфазного электродвигателя можно использовать частотные, металлобумажные, герметизированные и термостойкие конденсаторы. В качестве пусковых конденсаторов для подключения двигателя предпочтительно брать электролитические конденсаторы.

Основная функция пускового конденсатора — запустить ротор двигателя. После запуска мотора пусковой конденсатор сразу же разряжается и отключается.

При таком подходе к подключению трехфазного двигателя можно практически полностью сохранить его рабочую частоту вращения. Использование конденсаторов при подключении позволяет получить до 70% мощности трехфазного электродвигателя при работе в однофазной сети 220 В.

Схемы и способы подключения

Так как есть несколько обмоток внутри двигателя — обмотки статора, — и сеть переменного тока бывает однофазной, а бывает трехфазной, то и схема включения всего этого хозяйства допускает вариации.

Обмоток на статоре обычно три. Ну а если их больше, то все равно обмотки каждой фазы внутри уже соединены последовательно. То есть в качестве выходных клемм максимум может быть 6. И их подсоединить к сети можно по-разному. Систем обозначений клемм две. На старых обозначались буквами С и цифрами 1,2,3 — начала обмоток; цифрами 4,5,6 — концы обмоток. В новых обозначениях для разных обмоток употребляются буквы U, V, W, а для начал и концов цифры 1 и 2 соответственно.

Как подключить двигатель по схеме «звезда»

При соединении обмоток по типу «звезда» концы обмоток нужно объединить, а на клеммы начала обмоток подать напряжения фаз из сети.

Здесь использованы обозначения клемм электродвигателей трехфазных, применяемые на схемах, старые и новые

При подключении типа «звезда» нулевой провод из сети желательно подавать на общую клемму двигателя. Это защитит его от порчи в случае перекоса фаз в сети.

Как подключить электромотор по схеме «треугольник»

Подключить трехфазный двигатель обмотками в «треугольник» в сеть переменного тока не сложнее. Надо начало одной обмотки соединять с концом следующей. И еще все начала подключить к фазным проводам переменного тока.

Два эти подключения — «звезда» и «треугольник» — в сети дают разные результаты по токам и мощностям. В «звезде» на каждую обмотку подано фазное напряжение 220 В, а две обмотки вместе нагружены линейным напряжением в 380 В. Протекающие в обмотках токи при этом меньше, чем при конфигурации «треугольник». Отсюда и работа отличается: «звезда» дает мягкий запуск, но при работе развивает меньшую мощность, чем «треугольник». Зато «треугольник» при запуске дает большие стартовые токи, превышающие номинал раз в 7–8.

Чтобы сочетать преимущества обеих конфигураций, коммутацию делает особая схема. Она при запуске двигателя коммутирована как «звезда», а при достижении определенной мощности переключается в вариант «треугольник». В этом случае (и в других случаях с постоянными подключениями обмоток), на входном клеммнике оставляют только 3 или 4 клеммы, и вариантов по переключению обмоток по своему усмотрению не остается. В этом случае просто подключаются фазы в нужном порядке.

Подключение трехфазного двигателя в однофазную сеть

Трехфазное напряжение нашей сети можно представить как одну и ту же фазу, только повторенную еще два раза со сдвигом, сначала на 120°, потом плюс еще на столько же, то есть в результате на 240°. И такое напряжение вполне схематически посильно «добыть» из одной выделенной фазы. Однако когда мы запускаем «бегущее поле» статора, совсем не обязательно делать его именно с таким сдвигом между поданными на обмотки фазами. Потому что увеличение количества полюсов в обмотках проявляется как уменьшение скорости вращения, но механизм работает. Поэтому разработаны простые схемы получения сдвинутых фаз из однофазной линии не под таким углом, а под 90°. Это можно сделать простой схемой, дающей подключение трехфазного двигателя в однофазную сеть с применением одного конденсатора. Результатом является снижение мощности двигателя. При маркировке двигателей, которые можно использовать в однофазной сети 220 В и в сети 380 В трехфазной, так и пишется — двигатель 220/380, а который предназначен для работы только в трехфазной — двигатель 380.

Схема подключения «звезда» в этом случае дает потерю мощности, поэтому для более полного использования двигателя при подключении к однофазному напряжению чаще применяют «треугольник».