Схема однофазного реверсивного двигателя

Реверс однофазного двигателя

Однофазным называется такой асинхронный двигатель, на статоре которого имеется лишь одна рабочая обмотка, напрямую питаемая от единственной фазы сети. Есть в однофазном двигателе и вспомогательная (пусковая) обмотка, которая используется только в момент старта двигателя, для того чтобы придать ротору начальный импульс, фактически пусковая обмотка включается с целью вывести ротор из положения равновесия, иначе бы он не сдвинулся с места без посторонней помощи, и его пришлось бы сталкивать как-то иначе.

Как и в любом двигателе, в однофазном тоже имеются ротор, который вращается, и статор, который неподвижен, а служит лишь для создания изменяющегося во времени магнитного поля. Рабочая и пусковая обмотки расположены на статоре друг относительно друга под прямым углом, причем рабочая обмотка занимает вдвое больше пазов, чем пусковая.

Можно сказать, что в момент пуска такой двигатель работает как двухфазный, а после — переходит в однофазный рабочий режим. Ротор однофазного асинхронного двигателя по конструкции самый обычный — короткозамкнутый (типа «беличья клетка») или цилиндрический (полый).

Что получилось бы, если б пусковой обмотки на статоре вообще не было, или она была бы, но не использовалась. В этом случае, при включении двигателя в сеть, в рабочей обмотке появилось бы пульсирующее магнитное поле, и ротор бы попал в условия пронизывающего его изменяющегося магнитного потока.

Но если ротор изначально неподвижен, а мы внезапно подали переменный ток лишь в рабочую обмотку, то ротор с места не сдвинется, потому что суммарный вращательный момент (против часовой стрелки и по часовой стрелке) будет равен нулю, несмотря на индуцируемые в роторе ЭДС, и нет причин для вращения, ведь возникающие силы Ампера друг друга точно компенсируют.

Но совсем другое дело, если ротор подтолкнуть, – тогда он продолжит вращение в том же направлении, что и стартовый толчок, ведь теперь не только по закону электромагнитной индукции в роторе наведутся ЭДС и возникнут соответствующие токи, которые по закону Ампера станут от магнитного поля отталкиваться, но и (поскольку ротор уже имеет вращение) результирующий момент по направлению толчка окажется большим, чем момент против направления толчка. В итоге получим продолжение вращения ротора.

Чтобы пусковая обмотка смогла ротор в начальный момент толкнуть, она должна быть не просто смещена в пространстве относительно рабочей обмотки, но еще и ток в ней должен быть сдвинут по фазе относительно тока рабочей обмотки, тогда совместное действие двух этих обмоток статора окажется эквивалентно не просто пульсирующему магнитному полю, но уже вращающемуся магнитному полю. А это – как раз то, что необходимо для разгона ротора в момент пуска однофазного двигателя.

Для смещения по фазе тока в пусковой обмотке, как правило применяют необходимой емкости конденсатор, включенный последовательно с пусковой обмоткой, и создающий сдвиг фаз в 90 градусов. Это стандартное решение для двигателя с расщепленной фазой.

Как только двигатель включается в сеть, оператор нажимает на кнопку выключателя, который подает питание к цепи пусковой обмотки, и как только обороты достигнут необходимого значения соответствующего номиналу при данной частоте сети, кнопку отпускают.

Для получения реверса однофазного двигателя с конденсаторным пуском, достаточно обеспечить условие, когда пусковой толчок будет подаваться в другом направлении, чем подавался изначально. Это достигается путем изменения относительного порядка чередования фаз в рабочей и пусковой обмотках.

Для обеспечения данных условия, необходимо переключить рабочую или пусковую обмотку, то есть поменять «полярность» подключения ее выводов к сети либо к сети и к конденсатору. Это несложно реализовать, поскольку на однофазном двигателе есть клеммник, на который выведены каждый из концов как пусковой, так и рабочей обмоток. Рабочая обмотка имеет меньшее активное сопротивление, чем пусковая, поэтому ее несложно найти при помощи мультиметра. Лучшее решение — разместить выводы пусковой обмотки на двухполюсный переключатель без фиксации.

Реверсивное подключение однофазного асинхронного двигателя своими руками

Перед выбором схемы подключения однофазного асинхронного двигателя важно определить, сделать ли реверс. Если для полноценной работы вам часто нужно будет менять направление вращения ротора, то целесообразно организовать реверсирование с использованием кнопочного поста. Если одностороннего вращения вам будет достаточно, то подойдет самая простая схема без возможности переключения. Но что делать, если после подсоединения по ней вы решили, что направление нужно все же поменять?

Постановка задачи

Предположим, что у уже подсоединенного с использованием пускозарядной емкости асинхронного однофазного двигателя изначально вращение вала направлено по часовой стрелке, как на картинке ниже.

Уточним важные моменты:

• Точкой А отмечено начало пусковой обмотки, а точкой В – ее окончание. К начальной клемме A подсоединен провод коричневого, а к конечной – зеленого цвета.
• Точкой С помечено начало рабочей обмотки, а точкой D – ее окончание. К начальному контакту подсоединен провод красного, а к конечному – синего цвета.
• Направление вращения ротора обозначено с помощью стрелок.

Ставим перед собой задачу – сделать реверс однофазного двигателя без вскрытия его корпуса так, чтобы ротор начал вращаться в другую сторону (в данном примере против движения стрелки часов). Ее можно решить тремя способами. Рассмотрим их подробнее.

Вариант 1: переподключение рабочей намотки

Чтобы изменить направление вращения двигателя, можно только поменять местами начало и конец рабочей (постоянной включенной) обмотки, как это показано на рисунке. Можно подумать, что для этого придется вскрывать корпус, доставать намотку и переворачивать ее. Этого делать не нужно, потому что достаточно поработать с контактами снаружи:

1. Из корпуса должны выходить четыре провода. 2 из них соответствуют началам рабочей и пусковой намоток, а 2 – их концам. Определите, какая пара принадлежит только рабочей обмотке.
2. Вы увидите, что к этой паре подсоединены две линии: фаза и ноль. При отключенном двигателе произведите реверс путем перекидывания фазы с начального контакта намотки на конечный, а нуля – с конечного на начальный. Или наоборот.

В результате получаем схему, где точки С и D меняются между собой местами. Теперь ротор асинхронного двигателя будет вращаться в другую сторону.

Вариант 2: переподключение пусковой намотки

Второй способ организовать реверс асинхронного мотора 220 Вольт – поменять местами начало и конец пусковой обмотки. Делается это по аналогии с первым вариантом:

1. Из четырех проводов, выходящих из коробки мотора, выясните, какие из них соответствуют отводкам пусковой намотки.
2. Изначально конец В пусковой обмотки соединялся с началом С рабочей, а начало А подключалось к пускозарядному конденсатору. Сделать реверс однофазного двигателя можно, подключив емкость к выводу В, а начало С с началом А.

После описанных выше действий получаем схему, как на рисунке выше: точки А и В поменялись местами, значит ротор стал обращаться в противоположную сторону.

Вариант 3: смена пусковой обмотки на рабочую, и наоборот

Организовать реверс однофазного мотора 220В теми способами, что описаны выше, можно только при условии, что из корпуса выходят отводки от обеих обмоток со всеми началами и концами: А, В, С и D. Но часто встречаются моторы, в которых производитель намеренно оставил снаружи только 3 контакта. Этим он обезопасил устройство от различных «самоделок». Но все же выход есть.

На рисунке выше изображена схема такого, «проблемного», мотора. У него выходят из корпуса только три провода. Они помечены коричневым, синим и фиолетовым цветами. Зеленая и красная линии, соответствующие концу В пусковой и началу С рабочей намотки, соединены между собой внутри. Доступ к ним без разборки двигателя мы получить не сможем. Поэтому изменить вращение ротора одним из первых двух вариантов не представляется возможным.

В этом случае поступают так:

1. Снимают конденсатор с начального вывода А;
2. Подсоединяют его к конечному выводу D;
3. От проводов А и D, а также фазы, пускают отводки (можно сделать реверс с использованием ключа).

Посмотрите на рисунок выше. Теперь, если подключить фазу к отводку D, то ротор вращается в одну сторону. Если же фазный провод перекинуть на ветку A, то можно изменить направление вращения в противоположную сторону. Реверс можно осуществлять, вручную разъединяя и соединяя провода. Облегчить работу поможет использование ключа.

Важно! Последний вариант реверсивной схемы подключения асинхронного однофазного мотора неправильный. Его можно использовать, только если соблюдаются условия:

• Длина пусковой и рабочей намоток одинакова;
• Площадь их поперечного сечения соответствует друг другу;
• Эти провода изготовлены из одного и того же материала.

Все эти величины влияют на сопротивление. Оно у обмоток должно быть постоянным. Если вдруг длина или толщина проводов отличаются друг от друга, то после того, как вы организуете реверс, окажется, что сопротивление рабочей намотки станет таким же, как было раньше у пусковой, и наоборот. Это может стать и причиной того, что мотор не сможет запуститься.

Внимание! Даже если длина, толщина и материал обмоток совпадают, работа при измененном направлении вращения ротора не должна быть продолжительной. Это чревато перегревом и выходом из строя двигателя. КПД при этом тоже оставляет желать лучшего.

Осуществить реверс асинхронного мотора 220В просто, если концы обмоток отводятся из корпуса наружу. Сложнее его организовать, когда выводов всего три. Рассмотренный нами третий способ реверсирования подходит только для кратковременного включения двигателя в сеть. Если работа с обратным вращением обещает быть продолжительной, то мы рекомендуем вскрыть коробку для переключения методами, описанными в 1 и 2 варианте: так безопасно для агрегата, и сохраняется КПД.

Как сделать реверс асинхронного двигателя через кнопку ПНВ?

При использовании электродвигателей, реверс движка считается неотъемлемой функцией, которая необходима для 85% схем применяемого электрооборудования. Реверс электродвигателя — это перемена вращения ротора в обратном направлении. Поменять направление движения возможно у любого электродвигателя, как постоянного тока, так и асинхронного, работающего с использованием переменного тока.

Для чего нужен реверс двигателя?

Многие механические действия в бытовых и промышленных устройствах, осуществляются с помощью асинхронного движка. В связи, с чем часто возникает необходимость изменения направления движения, исходя из выполняемых задач. Иногда функция реверса для механизма является постоянной, а иногда — временной.

1. К первой разновидности относятся все грузоподъемные механизмы краны, электроприводы запорно-регулирующих устройств и исполнительных механизмов, работающих в режиме «открыть/закрыть».
2. К другой разновидности реверса, относят механизмы, в которых данная функция используется очень редко, обычно в аварийных случаях: конвейеры, эскалаторы, насосные агрегаты.

Функцию реверса в электродвигателе иногда используют для торможения, поскольку при отсоединении его от электросети, ротор, располагая значительной инерционностью, продолжает свою работу. Такой кратковременный пуск реверса вызывает процесс торможения движка. Данный способ еще называют противовключением.

Принцип реверсивного движения

Чтобы изменить направление вращения электродвигателя переменного тока, нужно изменить магнитные поля, вызывающие движение в противоположном направлении. Поскольку в магнитных полях каждый провод подключен к положительному и отрицательному току, замена основного и пускового проводов заставит двигатель вращаться в обратном направлении. Это простой метод переключения проводов действует, поскольку полярность магнитного поля меняется на противоположную.

Как реализовать схему реверса?

Для перемены направленности вращения ротора, нужно поменять местами 2 из 3 фазы его обмотки. Тогда электромагнитное поле статора меняет свою направленность движения, при этом ротор в первоначальный период времени, двигаясь по инерции, станет притормаживаться, пока окончательно не остановится. И только потом он будет крутиться в другом направлении.

Замену полярности электро-пусковой обмотки возможно сделать с управляющим тумблером по схеме. Его можно подобрать с 2 или 3 зафиксированными положениями и 6 выходами. Выбирать такое устройство нужно по токовой нагрузке и разрешенному напряжению.

Пропускать ток на тумблер предпочтительнее от вспомогательной обмотки, которая работает непродолжительно. Перечисленное, даст возможность значительно увеличить рабочий ресурс контактной группы.

Реверс асинхронного двигателя с конденсаторным запуском лучше выполнять по следующей схеме:

• При тяжелом пуске параллельно к главному конденсатору, используя средний контакт с самовозвратом ПНВ, подсоединяют добавочный конденсатор.
• В таком примере переключают тумблер реверса только при заторможенном роторе, и никак не при его вращении.
• Случайная перемена направленности работы мотора под напряжением, сопряжена с огромными скачками тока, что истощает его мото-ресурс. По этой причине посадочное место тумблера реверса на оборудовании нужно подбирать таким образом, чтобы сделать невозможным случайное включение его во время работы. Лучше установить его в каком-то углубленном месте конструкции.

Если электродвигатель не работает должным образом после сборки схемы, потребуется дважды перепроверить, что провода идут к правильным клеммам переключателя. И также удостоверится, что проводка не ослаблена или не повреждена.

Рекомендуется использовать увеличительное стекло, чтобы убедиться, что соединения выполнены правильно и даже самая тонкая нить провода случайно не касается другого проводка или клеммы.

Устройство и подключение однофазных электродвигателей 220В

Однофазные электродвигатели 220В широко используются в разнообразных бытовых и промышленных устройствах: холодильниках, стиральных машинах, насосах, дрелях, заточных и подобных им обрабатывающих станках. Их технические характеристики несколько уступают свойствам трехфазных двигателей. Существует два наиболее распространенных типа однофазных электродвигателей для сети переменного тока промышленной частоты:

Первые более просты по своему устройству, но обладают рядом недостатков, главные из которых – трудности с изменением направления и частоты вращения ротора.

Далее рассмотрены однофазные асинхронные электродвигатели и коллекторные двигатели переменного тока.

Однофазные асинхронные электродвигатели

Устройство и принцип действия

Мощность такого однофазного двигателя 220В может в зависимости от конструкции находиться в пределах от 5 Вт до 10 кВт. Его ротор – это обычно короткозамкнутая обмотка («беличья клетка») – медные или алюминиевые стержни, замкнутые с торцов.

Такой однофазный двигатель, как правило, имеет две смещенные на 90° друг относительно друга обмотки. Рабочая (главная) при этом занимает большую часть пазов статора, а пусковая (вспомогательная) – оставшуюся. И однофазным его называют потому, что у него лишь одна рабочая обмотка.

Переменный ток, протекающий по главной обмотке, создает периодически меняющееся магнитное поле. Его можно считать состоящим из двух круговых с одинаковой амплитудой, вращающихся навстречу друг другу.

По закону электромагнитной индукции в замкнутых витках ротора меняющийся магнитный поток создает индукционный ток, взаимодействующий с порождающим его полем. Если ротор неподвижен, моменты действующих на него сил одинаковы, вследствие чего ротор остается неподвижным.

Если же ротор начать вращать, то равенство моментов этих сил нарушится, поскольку скольжение его витков относительно вращающихся магнитных полей станет разным. Как следствие – сила Ампера, действующая на витки ротора со стороны прямого магнитного поля, будет значительно больше, чем со стороны обратного.

Индукционный ток в витках ротора может возникать лишь при пересечении ими силовых линий магнитного поля. А для этого они должны вращаться со скоростью, чуть меньшей, чем частота вращения поля (при одной паре полюсов – 3000 об/мин). Отсюда и название, которое получили такие электродвигатели, асинхронные.

При увеличении механической нагрузки скорость вращения уменьшается, возрастает величина индукционного тока в витках ротора. Как следствие – возрастают и механическая мощность двигателя, и мощность потребляемого им переменного тока.

Схема запуска и подключения

Понятно, что раскручивать вручную ротор при каждом запуске электродвигателя неудобно. Для создания первоначального пускового момента и используется пусковая обмотка. Поскольку она составляет с рабочей обмоткой прямой угол, для создания вращающегося магнитного поля ток в ней должен быть сдвинут по фазе относительно тока в рабочей обмотке тоже на 90°.

Добиться этого можно включением в цепь ее питания фазосмещающего элемента. Резистор или дроссель обеспечить фазовый сдвиг в 90° не могут, поэтому в большинстве ситуаций логично использование конденсатора в качестве фазосмещающего элемента. В этом случае однофазный электродвигатель обладает наилучшими пусковыми свойствами.

Когда фазовращающий элемент является конденсатором, однофазные электродвигатели конструктивно могут быть такими:

• с пусковым конденсатором (рис. а);
• с пусковым и рабочим (рис. б);
• только с рабочим конденсатором (рис. в).

Первый (наиболее распространенный) вариант предусматривает подключение пусковой обмотки с конденсатором ненадолго на время пуска, после чего они отключаются. Реализовать его можно с помощью реле времени, а то и просто за счет замыкания цепи во время нажатия пусковой кнопки. Эта схема запуска характеризуется сравнительно небольшим пусковым током, но в номинальном режиме характеристики невысоки. Причина в том, что поле статора является эллиптическим (в направлении полюсов оно сильнее, чем в перпендикулярном).

Схема с рабочим, постоянно включенным конденсатором лучше работает в номинальном режиме, но имеет посредственные пусковые характеристики. Вариант с пусковым и рабочим конденсатором является промежуточным между двумя описанными выше. Расчет значений их емкостей сравнительно прост: у рабочего 0,75 мкФ на 1 кВт мощности, у пускового – в 2,5 раза больше.

Коллекторный двигатель переменного тока

Рассмотрим коллекторный двигатель переменного тока. Универсальные коллекторные электродвигатели могут питаться от источников как переменного, так и постоянного тока. Они часто используются в электроинструментах, швейных и стиральных машинах, мясорубках – там, где нужен реверс, регулировка частоты вращения ротора или его вращение с частотой более 3000 об/мин.

Обмотки статора и ротора коллекторного электродвигателя соединяются последовательно. К обмоткам ротора ток подводится через щетки, соприкасающиеся с пластинами коллектора, к которым подсоединяются концы обмоток ротора.

Реверс однофазного двигателя с коллектором осуществляется за счет изменения полярности включения в сеть обмоток статора или ротора, а скорость вращения можно регулировать, изменяя величину тока в обмотках.

Основные недостатки такого двигателя:

• высокая стоимость;
• сложность устройства, практическая невозможность самостоятельно осуществить его ремонт;
• значительный уровень шума, трудное управление, создание радиопомех.

Остается добавить, что при использовании устройств, содержащих однофазный электродвигатель, следует самое пристальное внимание уделить выбору его типа, схеме подключения, тому, как правильно осуществить расчет элементов.