Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Как проверить двигатель однофазный


5 схем проверки электродвигателя мультиметром

Мне часто в последнее время друзья и соседи стали задавать вопрос: как проверить электродвигатель мультиметром? Вот я и решил написать небольшой обзор инструкцию для начинающих электриков.

Сразу замечу, что один мультиметр не позволяет выявить со 100% гарантией все возможные неисправности: мало его функций. Но порядка 90% дефектов им вполне можно найти.

Постарался сделать инструкцию универсальной для всех типов движков переменного тока. Эти же методики при вдумчивом подходе можно использовать в цепях постоянного напряжения.

Содержание статьи

Что следует знать о двигателе перед его проверкой: 2 важных момента

В рамках излагаемой темы достаточно представлять упрощенный принцип работы и особенности конструкции любого двигателя.

Принцип работы: какие электротехнические процессы необходимо хорошо представлять при ремонте

Любой движок состоит из стационарно закрепленного корпуса — статора и вращающегося в нем ротора, который еще называют якорь.

Его круговое движение создается за счет воздействия на него вращающегося магнитного поля статора, формируемого протеканием электрических токов по статорным обмоткам.

Когда обмотки исправны, то по ним текут номинальные расчетные токи, создающие магнитные потоки оптимальной величины.

Если сопротивление прводов или их изоляция нарушена, то создаются токи утечек, коротких замыканий и другие повреждения, влияющие на работу электродвигателя.

Между статором и ротором выполнен минимально возможный зазор. Его могут нарушить:

  • разбитые подшипники;
  • попавшие внутрь механические частицы;
  • неправильная сборка и другие причины.

Когда происходит задевание вращающихся частей о неподвижный корпус, то создается их разрушение и дополнительные механические нагрузки. Все это требует тщательного осмотра, анализа состояния внутренних частей до начала электрических проверок.

Довольно часто не квалифицированный разбор является дополнительной причиной поломок. Пользуйтесь специальным инструментом и съемниками, исключающими повреждения граней валов.

После разборки сразу во время осмотра проверяют люфты, свободный ход подшипников, их чистоту и смазку, правильность посадочных мест.

Кроме этого у коллекторного электродвигателя могут быть сильно изношены пластины или щетки.

Все это необходимо проверять до подачи рабочего напряжения.

Особенности конструкций, влияющие на технологию поиска дефектов

Обычно производитель электрические характеристики указывает на табличке, прикрепленной на корпусе. Этим сведениям стоит верить.

Однако часто во время ремонта или перемотки конструкция статора изменяется, а табличка остается прежняя. Этот вариант следует тоже учитывать.

Для бытовой сети 220 вольт могут использоваться двигатели:

  • коллекторные с щеточным механизмом;
  • асинхронные однофазные;
  • синхронные и асинхронные трехфазные.

В схемах 380 вольт работают трехфазные синхронные и асинхронные электродвигатели.

Все они отличаются по конструкции, но, в силу работы по общим законам электротехники, позволяют использовать одинаковые методики проверок, заключающиеся в замерах электрических характеристик косвенными и прямыми методами.

Как проверить обмотку электродвигателя на статоре: общие рекомендации

Трехфазный статор имеет три встроенные обмотки. Из него выходит шесть проводов. В отдельных конструкциях можно встретить 3 или 4 вывода, когда соединение треугольник или звезда собрано внутри корпуса. Но так делается редко.

Определить принадлежность выведенных концов обмоткам позволяет прозвонка их мультиметром в режиме омметра. Надо просто один щуп поставить на произвольный вывод, а другим — поочередно замерять активное сопротивление на всех остальных.

Пара проводов, на которой будет обнаружено сопротивление в Омах, будет относиться к одной обмотке. Их следует визуально отделить и пометить, например, цифрой 1. Аналогично поступают с другими проводами.

Здесь надо хорошо представлять, что по закону Ома ток в обмотке создается под действием приложенного напряжения, которому противодействует полное сопротивление, а не активное, замеряемое нами.

Учитываем, что обмотки наматываются из одного провода с одинаковым числом витков, создающих равное индуктивное сопротивление. Если провод в процессе работы будет закорочен или оборван, то его активная составляющая, как и полная величина, нарушится.

Межвитковое замыкание тоже сказывается на величине активной составляющей.

Поэтому замеры активного сопротивления обмоток и их сравнение позволяют достоверно судить об исправности статорных цепей, делать вывод, что их целостность не нарушена.

Однофазный асинхронный двигатель: особенности статорных обмоток

Такие модели создаются с двумя обмотками: рабочей и пусковой, как, например, у стиральной машины. Активное сопротивление у рабочей цепочки в подавляющем большинстве случаев всегда меньше.

Поэтому когда из статора выведено всего три конца, то это означает, что между всеми ими надо измерять сопротивление. Результаты трех замеров покажут:

  • меньшая величина — рабочую обмотку;
  • средняя — пусковую;
  • большая — последовательное соединение первых двух.

Как найти начало и конец каждой обмотки

Метод позволяет всего лишь выявить общее направление навивки каждого провода. Но для практической работы электродвигателя этого более чем достаточно.

Статор рассматривается как обычный трансформатор, что в принципе и есть на самом деле: в нем протекают те же процессы.

Для работы потребуется небольшой источник постоянного напряжения (обычная батарейка) и чувствительный вольтметр. Лучше стрелочный. Он более наглядно отображает информацию. На цифровом мультиметре сложно отслеживать смену знака быстро меняющегося импульса.

К одной обмотке подключают вольтметр, а на другую кратковременно подают напряжение от батарейки и сразу его снимают. Оценивают отклонение стрелки.

Если при подаче «плюса» в первую обмотку во второй трансформировался электромагнитный импульс, отклонивший стрелку вправо, а при его отключении наблюдается движение ее влево, то делается вывод, что провода имеют одинаковое направление, когда «+» прибора и источника совпадают.

В противном случае надо переключить вольтметр или батарейку — то есть поменять концы одной из обмоток. Следующая третья цепочка проверяется аналогично.

А далее я просто взял свой рабочий асинхронный движок с мультиметром и показываю на нем фотографиями методику его оценки.

Личный опыт: проверка статорных обмоток асинхронного электродвигателя

Для статьи я использовал свой новый карманный мультиметр Mestek MT102. Заодно продолжаю выявлять недостатки его конструкции, которые уже показал в статье раньше.

Электрические проверки выполнялись на трехфазном двигателе, подключенном в однофазную сеть через конденсаторы по схеме звезды.

Общая оценка состояния изоляции обмоток

Поскольку на клеммных выводах все обмотки уже собраны вместе, то замеры начал с проверки сопротивления их изоляции относительно корпуса. Один щуп стоит на клеммнике сборки нуля, а второй — на гнезде винта крепления крышки. Мой Mestek показал отсутствие утечек.

Другого результата я и не ожидал. Этот способ замера состояния изоляции очень неточный и большинство повреждений он выявить просто не сможет: питания батареек 3 вольта явно недостаточно.

Но все же лучше делать хоть так, чем полностью пренебрегать такой проверкой.

Для полноценного анализа диэлектрического слоя проводников необходимо использовать высокое напряжение, которое вырабатывают мегаомметры. Его величина обычно начинается от 500 вольт и выше. У домашнего мастера таких приборов нет.

Можно обойтись косвенным методом, используя бытовую сеть. Для этого на клеммы обмотки и корпуса подают напряжение 220 вольт через контрольную лампу накаливания мощностью порядка 75 ватт (токоограничивающее сопротивление, исключающее подачу потенциала фазы на замыкание) и последовательно включенный амперметр.

Ожидаемый ток утечки через нормальную изоляцию не превысит микроамперы или их доли, но рассчитывать надо на аварийный режим и начинать замеры на пределах ампер. Измерив ток и напряжение, вычисляют сопротивление изоляции.

Однако такая работа производится под действующим напряжением. Она опасна. Выполнять ее можно только тем работникам, кто имеет хорошие практические навыки электрика, имея минимум третью группу по технике безопасности.

Используя этот способ, учитывайте, что:

  • на корпус движка подается полноценная фаза: он должен располагаться на диэлектрическом основании, не иметь контактов с другими предметами;
  • даже временно собираемая схема требует надежной изоляции всех концов и проводов, прочного крепления всех зажимов;
  • колба лампы может разбиться: ее надо держать в защитном чехле.

Замер активного сопротивления обмоток

Здесь требуется разобрать схему подключения проводов и снять все перемычки. Перевожу мультиметр в режим омметра и определяю активное сопротивление каждой обмотки.

Прибор показал 80, 92 и 88 Ом. В принципе большой разницы нет, а отклонения на несколько Ом я объясняю тем, что крокодил не обеспечивает качественный электрический контакт. Создается разное переходное сопротивление.

Это один из недостатков этого мультиметра. Щуп плохо входит в паз крокодила, да к тому же тонкий металл зажима раздвигается. Мне сразу пришлось его поджимать пассатижами.

Замер сопротивления изоляции между обмотками

Показываю этот принцип потому, что его надо выполнять между каждыми обмотками. Однако вместо омметра нужен мегаомметр или проверяйте, в крайнем случае, бытовым напряжением по описанной мной выше методике.

Мультиметр же может ввести в заблуждение: покажет хорошую изоляцию там, где будут созданы скрытые дефекты.

Как проверить якорь электродвигателя: 4 типа разных конструкций

Роторные обмотки создают магнитное поле, на которое воздействует поле статора. Они тоже должны быть исправны. Иначе энергия вращающегося магнитного поля будет расходоваться впустую.

Обмотки якоря имеют разные конструкции у двигателей с фазным ротором, асинхронным и коллекторным. Это стоит учитывать.

Синхронные модели с фазным ротором

На якоре создаются выводы проводов в виде металлических колец, расположенных с одной стороны вала около подшипника качения.

Провода схемы уже собраны до этих колец, что наносит небольшие особенности на их проверку мультиметром. Отключать их не стоит, однако методика, описанная выше для статора, в принципе подходит и для этой конструкции.

Такой ротор тоже можно условно представить как работающий трансформатор. Требуется только сравнить индивидуальные сопротивления их цепочек и качество изоляции между ними, а также корпусом.

Якорь асинхронного электродвигателя

В большинстве случаев ситуация здесь намного проще, хотя могут быть и проблемы. Дело в том, что такой ротор выполнен формой «беличье колесо» и его сложно повредить: довольно надежная конструкция.

Короткозамкнутые обмотки выполнены из толстых стержней алюминия (редко меди) и прочно запрессованы в таких же втулках. Все это рассчитано на протекание токов коротких замыканий.

Однако на практике происходят различные повреждения даже в надежных устройствах, а их как-то требуется отыскивать и устранять.

Цифровой мультиметр для выявления неисправностей в обмотке «беличье колесо» не потребуется. Здесь нужно иное оборудование, подающее напряжение на короткое замыкание этого якоря и контролирующее магнитное поле вокруг него.

Однако внутренние поломки таких конструкций обычно сопровождаются трещинами на корпусе, а их можно заметить при внимательном внутреннем осмотре.

Кому интересна такая проверка электрическими методами, смотрите видеоролик владельца Viktor Yungblyudt. Он подробно показывает, как определить обрыв стержней подобного ротора, что позволяет в дальнейшем восстановить работоспособность всей конструкции.

Коллекторные электродвигатели: 3 метода анализа обмотки

Принципиальная электрическая схема коллекторного двигателя в упрощенной форме может быть представлена обмотками ротора и статора, подключенными через щеточный механизм.

Схема собранного электродвигателя с коллекторным механизмом и щетками показана на следующей картинке.

Обмотка ротора состоит из частей, последовательно подключенных между собой определенным числом витков на коллекторных пластинах. Они все одной конструкции и поэтому имеют равное активное сопротивление.

Это позволяет проверять их исправность мультиметром в режиме омметра тремя разными методиками.

Самый простой метод измерения

Принцип №1 определения сопротивления между коллекторными пластинами я показываю на фото ниже.

Здесь я допустил одно упрощение, которое в реальной проверке нельзя совершать: поленился извлекать щетки из щеткодежателя, а они создают дополнительные цепочки, способные исказить информацию. Всегда вынимайте их для точного измерения.

Щупы ставятся на соседние ламели. Такое измерение требует точности и усидчивости. На коллекторе необходимо нанести метку краской или фломастером. От нее придется двигаться по кругу, совершая последовательные замеры между всеми очередными пластинами.

Постоянно контролируйте показания прибора. Они все должны быть одинаковыми. Однако сопротивление таких участков маленькое и если омметр недостаточно точно на него реагирует, то можно его очувствить увеличением длины измеряемой цепочки.

Способ №2: диаметральный замер

При этом втором методе потребуется еще большая внимательность и сосредоточенность. Щупы омметра необходимо располагать не на соседние ближайшие пластины, а на диаметрально противоположные.

Другими словами, щупы мультиметра должны попадать на те пластины, которые при работе электродвигателя подключаются щетками. А для этого их потребуется как-то помечать, дабы не запутаться.

Однако даже в этом случае могут встретиться сложности, связанные с точностью замера. Тогда придется использовать третий способ.

Способ №3: косвенный метод сравнения величин маленьких сопротивлений

Для измерения нам потребуется собрать схему, в которую входит:

  • аккумулятор на 12 вольт;
  • мощное сопротивление порядка 20 Ом;
  • мультиметр с концами и соединительные провода.

Следует представлять, что точность измерения увеличивает стабильность созданного источника тока за счет:

  • высокой емкости аккумулятора, обеспечивающей одинаковый уровень напряжения во время работы;
  • повышенная мощность резистора, исключающая его нагрев и отклонение параметров при токах до одного ампера;
  • короткие и толстые соединительные провода.

Один соединительный провод подключают напрямую к клемме аккумулятора и ламели коллектора, а во второй врезают токоограничивающий резистор, исключающий большие токи. Параллельно контактным пластинам садится вольтметр.

Щупами последовательно перебираются очередные пары ламелей на коллекторе и снимаются отсчеты вольтметром.

Поскольку аккумулятором и резистором на короткое время каждого замера мы выдаем одинаковое напряжение, то показания вольтметра будут зависеть только от величины сопротивления цепочки, подключенной к его выводам.

Поэтому при равных показаниях можно делать вывод об отсутствии дефектов в электрической схеме.

При желании можно измерить миллиамперметром величину тока через ламели и по закону Ома, воспользовавшись онлайн калькулятором, посчитать величину активного сопротивления.

Проверка состояния обмоток ротора коллекторного двигателя сильно зависит от класса точности мультиметра в режиме омметра.

Мой цифровой Mestek MT102, несмотря на выявленные в нем недостатки, нормально справляется с этой задачей.

Двигатели постоянного тока

Конструкция их ротора напоминает устройство якоря коллекторного двигателя, а статорные обмотки создаются для работы со схемой включения при параллельном, последовательном или смешанном возбуждении.

Раскрытые выше методики проверок статора и якоря позволяют проверять двигатель постоянного тока, как асинхронный и коллекторный.

Заключительный этап: особенности проверок двигателей под нагрузкой

Нельзя делать заключение об исправности электродвигателя, полагаясь только на показания мультиметра. Необходимо проверить рабочие характеристики под нагрузкой привода, когда ему необходимо совершать номинальную работу, расходуя приложенную мощность.

Включение подачей напряжения на холостой ход и проверка начала вращения ротора, как делают некоторые начинающие электрики, является типичной ошибкой.

Например, владелец очень короткого видео ЧАО Дунайсудоремонт считает, что замерив ток в обмотках, он убедился в готовности отремонтированного движка к дальнейшей эксплуатации.

Однако такое заключение можно дать только после выполнения длительной работы и оценки не только величин токов, но и замера температур статора и ротора, анализа систем теплоотвода.

Не выявленные дефекты неправильной сборки или повреждения отдельных элементов могут повторно вызвать дополнительный ремонт с большими трудозатратами. Если же у вас еще остались вопросы по теме, как проверить электродвигатель мультиметром, то задавайте их в комментариях. Обязательно обсудим.

Однофазный асинхронный двигатель

Дмитрий Левкин

Однофазный асинхронный электродвигатель представляет собой асинхронный электродвигатель, который работает от однофазной сети переменного тока без использования преобразователя частоты и который в базовом режиме работы (после запуска) использует только одну обмотку (фазу). статора.

Сплитфазный двигатель - это однофазный асинхронный двигатель, имеющий вспомогательную (пусковую) обмотку на статоре, смещенную от основной, и короткозамкнутый ротор [2].

Конструкция однофазного асинхронного двигателя с вспомогательной или пусковой обмоткой

Основными компонентами любого электродвигателя являются ротор и статор. Ротор является вращающейся частью электродвигателя, статор является неподвижной частью электродвигателя, с помощью которого создается магнитное поле для вращения ротора. Construction of a single-phase motor

Основные части однофазного асинхронного двигателя: ротор и статор

Статор имеет две обмотки, расположенные под углом 90 ° относительно друг друга.Основная (рабочая) обмотка обычно занимает 2/3 пазов сердечника статора, другая обмотка называется вспомогательной (пусковой) и обычно занимает 1/3 пазов статора.

Двигатель фактически двухфазный, но поскольку после запуска работает только одна обмотка, электродвигатель называется однофазным.

Ротор типа обычно представляет собой короткозамкнутую обмотку, также называемую «короткозамкнутой клеткой» из-за сходства. Чьи медные или алюминиевые стержни закрыты кольцами на концах, а пространство между стержнями часто заполнено алюминиевым сплавом.Ротор однофазного двигателя также может быть выполнен в виде полого немагнитного или полого ферромагнитного цилиндра.

Windings of single-phase motor

Однофазный асинхронный двигатель со вспомогательной обмоткой имеет две обмотки, расположенные перпендикулярно друг другу

Принцип работы однофазного асинхронного двигателя

Чтобы лучше понять работу однофазного асинхронного двигателя, давайте рассмотрим его только с одним витком в главной и вспомогательной обмотках.

Induction motor windings

Анализ корпуса с двумя обмотками, имеющими один оборот

Рассмотрим случай, когда ток не течет во вспомогательной обмотке.При включении основной обмотки статора переменный ток, проходящий через обмотку, создает пульсирующее магнитное поле, стационарное в пространстве, но колеблющееся от + Ф макс. до -Ф макс. .

Старт

Стоп

Pulsating magnetic field

Колеблющееся магнитное поле

Если вы поместите короткозамкнутый ротор с начальным вращением в флуктуирующее магнитное поле, он продолжит вращаться в том же направлении.

Чтобы понять принцип работы однофазного асинхронного двигателя, мы разделяем флуктуирующее магнитное поле на два одинаковых вращающихся поля с амплитудой, равной Ф макс. /2 и вращающихся в противоположных направлениях с одинаковой частотой:

,

  • где n f - скорость вращения магнитного поля в прямом направлении, об / мин,
  • n r - скорость вращения магнитного поля в обратном направлении, об / мин,
  • f 1 - частота тока статора, Гц,
  • - число пар полюсов,
  • n 1 - скорость вращения магнитного потока, об / мин

Старт

Стоп

The decomposition of the fluctuating magnetic field

Разложение флуктуирующего магнитного потока на два вращающихся

Действие флуктуирующего поля на вращающийся ротор

Рассмотрим случай, когда ротор в флуктуирующем магнитном потоке имеет начальное вращение.Например, мы вручную вращали вал однофазного двигателя, одна обмотка которого подключена к электросети переменного тока. В этом случае при определенных условиях двигатель будет продолжать развивать крутящий момент, поскольку скольжение ротора относительно прямого и обратного магнитного потока будет неравным.

Предположим, что прямой магнитный поток Ф f вращается в направлении вращения ротора, а обратный магнитный поток Ф r в противоположном направлении. Поскольку скорость вращения ротора n 2 меньше скорости вращения магнитного потока n 1 , то скольжение ротора относительно потока Ф f будет:

,

  • где s f - скольжение ротора относительно прямого магнитного потока,
  • n 2 - частота вращения ротора,
  • с асинхронным двигателем скольжения
Single-phase motor magnetic field

Прямой и обратный вращающийся магнитный поток вместо флуктуирующего магнитного потока

Магнитный поток Ф r вращается против вращения ротора, скорость вращения ротора n 2 относительно этого потока отрицательна, а скольжение ротора относительно Ф r

,

  • , где s r - скольжение ротора относительно обратного магнитного потока

Старт

Magnetic field penetrating the rotor

Стоп

Rotating magnetic field

Вращающееся магнитное поле, пронизывающее ротор

The current of induction motor rotor

Ток, индуцированный в роторе переменным магнитным полем

Согласно закону электромагнитной индукции, магнитные потоки прямого Ф f и обратного Ф r , генерируемые обмоткой статора, индуцируют ЭДС в обмотке ротора, которая, соответственно, в короткозамкнутом роторе генерирует токи I 2f. а я .Частота тока в роторе пропорциональна скольжению, поэтому:

,

  • где f 2f - частота тока I 2f , индуцированного прямым магнитным потоком, Гц

,

  • где f 2r - частота тока I 2r , индуцированного обратным магнитным потоком, Гц

Таким образом, когда ротор вращается, электрический ток I 2r , индуцированный обратным магнитным полем в обмотке ротора, имеет частоту f 2r , намного превышающую частоту f 2f тока ротора I 2f индуцируется передним полем.

Пример: для однофазного асинхронного двигателя, работающего от сети с частотой f 1 = 50 Гц при n 1 = 1500 и n 2 = 1440 об / мин,

скольжения ротора относительно прямой магнитный поток s f = 0,04;
частота тока, индуцированного прямым магнитным потоком f 2f = 2 Гц;
проскальзывание ротора относительно обратного магнитного потока а с р = 1,96;
частота тока, индуцированного обратным магнитным потоком f 2r = 98 Гц

Magnetic torque acting on the rotor

Согласно закону Ампера, крутящий момент возникает в результате взаимодействия электрического тока I 2f с магнитным полем F f

,

  • где M f - магнитный момент, создаваемый прямым магнитным потоком, Н, м,
  • с М - постоянный коэффициент, определяемый конструкцией двигателя

Электрический ток I 2r , взаимодействуя с магнитным полем Ф r , создает тормозной момент M r , направленный против вращения ротора, то есть в противоположность моменту M f :

,

  • , где M r - магнитный момент, создаваемый обратным магнитным потоком, Н 900 м

Результирующий крутящий момент, действующий на ротор однофазного асинхронного двигателя,

,

Примечание: В связи с тем, что во вращающемся роторе прямое и обратное магнитное поле будет индуцировать ток различной частоты, крутящие моменты, действующие на ротор в разных направлениях, не будут одинаковыми.Следовательно, ротор будет продолжать вращаться в флуктуирующем магнитном поле в направлении, в котором он имел начальное вращение.

Эффект торможения обратного поля

Когда однофазный двигатель работает в пределах номинальной нагрузки, то есть при малых значениях скольжения s = s f , крутящий момент создается в основном за счет крутящего момента M f . Эффект торможения от крутящего момента обратного поля M r незначительный. Это связано с тем, что частота f 2r значительно выше частоты f 2f , поэтому индуктивное сопротивление обмотки ротора а х 2r = x 2 с r к току У меня намного больше, чем у него активное сопротивление.Поэтому ток I 2r , имеющий большую индуктивную составляющую, оказывает сильное размагничивающее действие на обратный магнитный поток Ф r , значительно ослабляя его.

,

  • где r 2 - сопротивление стержней ротора, Ом,
  • x 2r - реактивное сопротивление стержней ротора, Ом.

Если учесть, что коэффициент мощности мал, то станет понятно, почему M r под нагрузкой двигателя не оказывает существенного тормозного воздействия на ротор однофазного двигателя.

Torques acting on the fixed rotor

При одной фазе ротор не может быть запущен.

Torques acting on the rotating rotor

Ротор с начальным вращением будет продолжать вращаться в поле, создаваемом однофазным статором

Действие флуктуирующего поля на неподвижный ротор

При неподвижном роторе (n 2 = 0) скольжение s f = s r = 1 и M f = M r , поэтому начальный пусковой момент однофазного асинхронного двигателя M f = 0.Чтобы создать пусковой момент, необходимо привести ротор во вращение в ту или иную сторону. Тогда s ≠ 1, равенство моментов М f и М r нарушается, и результирующий электромагнитный момент приобретает некоторое значение M = M f - M r ≠ 0.

Запуск однофазного асинхронного двигателя. Как создать начальный поворот?

Одним из способов создания пускового крутящего момента в однофазном асинхронном двигателе является расположение вспомогательной (пусковой) обмотки B, которая смещена в пространстве относительно главной (рабочей) обмотки A под углом 90 электрических градусов.Для того чтобы обмотки статора создавали вращающееся магнитное поле, токи I A и I B в обмотках должны быть не в фазе относительно друг друга. Для получения фазового сдвига между токами I A и I B вспомогательная (пусковая) обмотка B соединяется с фазосдвигающим элементом, который представляет собой сопротивление (резистор), индуктивность (дроссель) или емкость (конденсатор). [1].

После того, как ротор двигателя ускоряется до скорости вращения, близкой к постоянной, пусковая обмотка B отключается.Вспомогательная обмотка отключается либо автоматически с помощью центробежного переключателя, реле задержки времени, тока или дифференциального реле, либо вручную с помощью кнопки.

Таким образом, во время запуска однофазный асинхронный двигатель работает как двухфазный, а после запуска - как однофазный.

Подключение однофазного асинхронного двигателя

Сопротивление пуска асинхронного двигателя

Сопротивление пуска Асинхронный двигатель представляет собой двухфазный двигатель, в котором цепь вспомогательной обмотки отличается повышенным сопротивлением.

Wiring diagram of a single-phase motor with starting resistance

Омический фазовый сдвиг, бифилярная пусковая обмотка

Single phase motor with different winding resistance

Различное сопротивление и индуктивность обмоток

Для запуска однофазного асинхронного двигателя вы можете использовать пусковой резистор, который последовательно подключен к пусковой обмотке. В этом случае можно добиться сдвига фаз на 30 ° между токами главной и вспомогательной обмоток, чего вполне достаточно для запуска двигателя.В двигателе с пусковым сопротивлением разность фаз объясняется различным комплексным сопротивлением цепей.

Кроме того, фазовый сдвиг можно создать с помощью пусковой обмотки с меньшей индуктивностью и большим сопротивлением. Для этого пусковая обмотка выполняется с меньшим числом витков и с использованием более тонкой проволоки, чем в основной обмотке.

Пусковой конденсаторный асинхронный двигатель

Конденсаторный запуск Асинхронный двигатель представляет собой двухфазный двигатель, в котором цепь вспомогательной обмотки с конденсатором включается только на время пуска.

Wiring diagram of a single-phase motor with starting capacitor

Емкостный фазовый сдвиг с пусковым конденсатором

Для достижения максимального пускового крутящего момента необходимо создать круговое вращающееся магнитное поле, для этого необходимо, чтобы токи в основной и вспомогательной обмотках были смещены относительно друг друга на 90 °. Использование резистора или дросселя в качестве элемента, сдвигающего фазу, не обеспечивает требуемого сдвига фаз. Только включение конденсатора определенной емкости позволяет сдвиг фазы на 90 °.

Среди фазосдвигающих элементов только конденсатор позволяет достичь наилучших пусковых свойств однофазного асинхронного электродвигателя.

Двигатели, в цепи которых постоянно включенный конденсатор, используют две фазы для работы и называются конденсаторными. Принцип работы этих двигателей основан на использовании вращающегося магнитного поля.

Асинхронный двигатель с заштрихованными полюсами представляет собой двухфазный двигатель, в котором вспомогательная обмотка замкнута накоротко.

Статор однофазного асинхронного двигателя с заштрихованными полюсами обычно имеет выступающие полюса. Каждый полюс статора разделен на две неравные секции осевой канавкой. Меньшая часть полюса имеет короткозамкнутый виток. Ротор однофазного двигателя с заштрихованными полюсами закорочен в виде короткозамкнутого сепаратора.

Когда однофазная обмотка статора включена в электрическую сеть, в магнитной цепи двигателя создается флуктуирующий магнитный поток.Одна часть которого проходит через затененный Ф ', а другая Ф' вдоль затененного участка полюса. Поток Ф 'вызывает короткое замыкание ЭДС E k , в результате чего ток I k отстает от E В фазе к из-за индуктивности катушки. Ток I к создает магнитный поток Ф к , направленный противоположно Ф ", создавая результирующий поток в затененном участке полюса Ф с = Ф" + Ф к . Таким образом, в двигателе потоки затененных и незатененных участков полюса смещаются во времени на определенный угол.

Пространственные и временные углы сдвига между потоками Ф с и Ф 'создают условия для появления вращающегося эллиптического магнитного поля в двигателе, начиная с Ф с ≠ Ф'.

Пусковые и рабочие свойства рассматриваемого двигателя низкие. КПД намного ниже, чем у асинхронных двигателей с пусковым конденсатором той же мощности, что связано со значительными электрическими потерями в короткозамкнутой катушке.

Single-phase induction motor with asymmetrical stator

Статор такого однофазного двигателя выполнен с выступающими полюсами на несимметричном многослойном сердечнике.Ротор имеет короткозамкнутую обмотку.

Этот двигатель для работы не требует использования фазосдвигающих элементов. Недостатком этого мотора является низкий КПД.

Также прочитайте

.

Три способа управления однофазным асинхронным двигателем

Каждый день инженеры разрабатывают продукты, в которых используются однофазные асинхронные двигатели. Регулирование скорости однофазных асинхронных двигателей является желательным в большинстве приложений управления двигателями, поскольку оно не только обеспечивает переменную скорость, но также снижает потребление энергии и слышимый шум.

Большинство однофазных асинхронных двигателей являются однонаправленными, что означает, что они предназначены для вращения в одном направлении.Либо добавив дополнительные обмотки, внешние реле и переключатели, либо добавив зубчатые механизмы, можно изменить направление вращения. Используя микроконтроллерные системы управления, можно добавить изменение скорости в систему. В дополнение к опции изменения скорости, направление вращения также может быть изменено в зависимости от используемых алгоритмов управления двигателем.

Двигатели с постоянным разделенным конденсатором (PSC) являются наиболее популярным типом однофазных асинхронных двигателей. В этой статье будут обсуждаться различные методы и топологии привода для управления скоростью двигателя PSC в одном и двух направлениях.

Интерфейс микроконтроллера

Микроконтроллер является мозгом системы. Часто контроллеры, используемые для управления двигателем, имеют специализированные периферийные устройства, такие как ШИМ управления двигателем, высокоскоростные аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и диагностические выводы. PIC18F2431 и dsPIC30F2010 от Microchip оба имеют эти встроенные функции.

Наличие доступа к специализированной микроконтроллерной периферии облегчает реализацию алгоритмов управления.

Каналы АЦП

используются для измерения тока двигателя, температуры двигателя и температуры радиатора (подключенных к выключателям питания). Третий канал АЦП используется для считывания уровней потенциометра, который затем используется для установки скорости двигателя. Дополнительные каналы АЦП могут использоваться в конечном приложении для считывания различных датчиков, таких как датчик приближения, датчики мутности, уровень воды, температура морозильной камеры и т. Д.

Входы и выходы общего назначения (входы / выходы) могут использоваться для сопряжения переключает и отображает в приложении.Например, в холодильной установке эти универсальные входы / выходы могут использоваться для управления ЖК-дисплеем, семисегментным светодиодным дисплеем, кнопочным интерфейсом и т. Д. Каналы связи, такие как I2C (TM) или SPI ( TM) используются для соединения платы управления двигателем с другой платой для обмена данными.

Интерфейсы неисправностей и диагностики включают входные линии со специальными функциями, такими как возможность отключения ШИМ в случае катастрофических неисправностей в системе. Например, в посудомоечной машине, если привод заблокирован из-за скопившихся отходов, это может помешать вращению двигателя.Эта блокировка может быть обнаружена в виде перегрузки по току в системе управления двигателем. Используя функции диагностики, эти типы неисправностей могут быть зарегистрированы и / или отображены, или переданы на ПК для устранения неисправностей обслуживающего персонала. Зачастую это предотвращает серьезные сбои и сокращает время простоя продукта, что приводит к снижению затрат на обслуживание.

Аппаратный интерфейс для PIC 18F2431 или dsPIC30F2010.

ШИМ являются основными периферийными устройствами, используемыми для управления двигателем. Используя вышеуказанные входы, алгоритм управления двигателем микроконтроллера определяет рабочий цикл ШИМ и схему выхода. Наиболее ценные функции ШИМ включают дополнительные каналы с программируемым временем простоя. ШИМ могут быть выровнены по краям или по центру. Выровненные по центру ШИМ имеют преимущество в том, что продукт излучает электромагнитные помехи.

Вариант № 1: однонаправленный контроль

Управление

VF в одном направлении делает топологию привода и алгоритм управления относительно простыми.Задача состоит в том, чтобы генерировать источник питания переменного напряжения и частоты из источника питания с фиксированным напряжением и частотой (такого как источник питания от настенной розетки). На рисунке на стр. 85 показано структурное представление этой топологии привода с тремя основными разделами сборки, которые обсуждались ранее. Обмотки двигателя подключены к центру каждого полумоста в секции выходного инвертора. Многие имеющиеся в продаже двигатели имеют как главную, так и пусковую обмотки, соединенные вместе с конденсатором, соединенным последовательно с пусковой обмоткой.При такой конфигурации двигатель может иметь только два выступающих провода (M1 и M2).

MCU, показанный на блок-схеме, имеет модуль PWM Power Control (PCPWM), который способен выводить до трех пар ШИМ с мертвой зоной между парами. Зона нечувствительности необходима в приложении управления асинхронным двигателем, чтобы избежать перекрестной проводимости шины постоянного тока через выключатели питания, когда один выключается, а другой включается. Диагностическая схема может включать в себя контроль тока двигателя, контроль напряжения шины постоянного тока и контроль температуры на радиаторе, подключенном к выключателям питания и двигателю.

Блок-схема топологии привода с тремя основными строительными секциями. При такой конфигурации двигатель может иметь только два выступающих провода (M1 и M2). Показанный MCU имеет модуль ШИМ, который способен выводить до трех пар ШИМ с мертвой зоной между парами.
Двунаправленный контроль с использованием H-моста.

Двунаправленный контроль

Большинство двигателей PSC предназначены для работы в одном направлении. Тем не менее, многие приложения требуют двунаправленного вращения двигателя. Исторически зубчатые механизмы или внешние реле и переключатели использовались для достижения двунаправленного вращения. При использовании механических передач вал двигателя вращается в одном направлении, а шестерни для прямого и обратного хода включаются и выключаются в соответствии с требуемым направлением. С помощью реле и переключателей полярность пусковой обмотки электрически меняется в зависимости от требуемого направления.

К сожалению, все эти компоненты увеличивают стоимость системы для базового управления ВКЛ и ВЫКЛ в двух направлениях.

В этом разделе мы обсудим два метода двунаправленного управления скоростью для двигателей PSC с использованием привода на основе микроконтроллера. Топологии привода, обсуждаемые здесь, создают эффективные напряжения, которые приводят в движение главную обмотку и начинают намотку при фазовых сдвигах на 90 градусов друг к другу. Это позволяет разработчику системы постоянно удалять конденсатор, последовательно включенный в пусковую обмотку, из цепи, что снижает общую стоимость системы.

Вариант № 2: H-Bridge Inverter

Этот метод имеет удвоитель напряжения на входной стороне; на выходной стороне используется H-мост или двухфазный инвертор (см. рисунок выше). Один конец главной и пусковой обмоток соединен с каждой полумостом; другие концы соединены вместе в нейтральной точке источника питания переменного тока, которая также служит центральной точкой удвоителя напряжения.

Для схемы управления требуется четыре ШИМ с двумя комплементарными парами и достаточной зоной нечувствительности между комплементарными выходами.PWM0-PWM1 и PWM2-PWM3 являются парами ШИМ с мертвой зоной. Используя ШИМ, шина постоянного тока синтезируется, чтобы обеспечить два синусоидальных напряжения при 90 градусах в противофазе с переменной амплитудой и переменной частотой, согласно профилю VF. Если напряжение, подаваемое на главную обмотку, отстает от пусковой обмотки на 90 градусов, то двигатель вращается в прямом направлении. Чтобы изменить направление вращения, напряжение, подаваемое на главную обмотку, должно привести к напряжению, подаваемому на пусковую обмотку.

Фазовые напряжения, когда двигатель работает в прямом и обратном направлении.

Этот инверторный способ управления двигателем типа PSC имеет следующие недостатки.

Основные и пусковые обмотки имеют разные электрические характеристики. Таким образом, ток, протекающий через каждый переключатель, не сбалансирован. Это может привести к преждевременному выходу из строя переключающих устройств в преобразователе.

Общая точка обмоток напрямую связана с нейтральным источником питания. Это может увеличить переключающие сигналы, проникающие в основной источник питания, и может увеличить шум, излучаемый на линию.В свою очередь, это может ограничивать уровень электромагнитных помех изделия, нарушая определенные цели и нормы проектирования.

Эффективное обрабатываемое напряжение постоянного тока является относительно высоким из-за цепи удвоителя входного напряжения.

Наконец, стоимость самой цепи удвоения напряжения высока из-за двух больших конденсаторов мощности.

Лучшим решением для минимизации этих проблем было бы использование трехфазного инверторного моста, как описано в следующем разделе.

Вариант № 3: Использование трехфазного инверторного моста

Входная секция заменена стандартным диодно-мостовым выпрямителем.Выходная секция имеет трехфазный инверторный мост. Основным отличием от предыдущей схемы является метод, используемый для подключения обмоток двигателя к инвертору. Один конец главной и стартовой обмоток соединен с одним полумостом каждая. Другие концы связаны между собой и соединены с третьей половинкой моста.

Управление с использованием трехфазного инверторного моста.

Благодаря этой топологии привода управление становится более эффективным.Однако алгоритм управления становится более сложным. Напряжения обмоток, Va, Vb и Vc, должны контролироваться для достижения разности фаз между эффективными напряжениями на основной и пусковой обмотках, чтобы иметь фазовый сдвиг на 90 градусов друг к другу.

Чтобы иметь равные уровни напряжения-напряжения на всех устройствах, что улучшает использование устройства и обеспечивает максимально возможное выходное напряжение для данного напряжения шины постоянного тока, все три напряжения фазы инвертора поддерживаются на одной амплитуде, как указано в :

| Ва | = | Vb | = | Vc |

Эффективное напряжение на главной и пусковой обмотках определяется следующим образом:

Vmain = Va-Vc

Vstart = Vb-Vc

Направление вращения можно легко контролировать с помощью фазового угла Vc относительно Va и Vb ,

На рисунках на странице 87 показаны фазные напряжения Va, Vb и Vc, действующие напряжения на основной обмотке (Vmain) и пусковой обмотке (Vstart) для прямого и обратного направлений соответственно.

Использование метода управления трехфазным инвертором на компрессоре мощностью 300 Вт позволило сэкономить 30% энергии по сравнению с первыми двумя методами.

Микроконтроллер Необходимые ресурсы
Ресурс Однонаправленный двунаправленный Н-мост Двунаправленный с трехфазным мостом Примечания
.

ЧРП для однофазных приложений

ЧРП и однофазные двигатели переменного тока

Моя первая работа вне школы была связана с техникой, которая занималась технической поддержкой. Находясь на Среднем Западе, у нас было много фермеров и сельскохозяйственных клиентов.

Область их применения варьировалась от работы вентиляторов, насосов, элеваторов, мешалок, шнеков, конвейеров и т. Д. На фермерских установках часто не было доступа к трехфазному питанию, и им приходилось обходиться однофазным напряжением 230 В.Мы продали много однофазных двигателей в эти установки.

Многие из однофазных двигателей были относительно большими - от 5 до 15 л.с.

Однофазный двигатель Farm Duty

Существует ряд проблем при эксплуатации больших однофазных двигателей. Частый вопрос от этих клиентов звучал так: «Могу ли я добавить VFD к своему однофазному двигателю?».

В этом посте рассказывается об использовании VFD в однофазных приложениях - почему человек захочет добавить VFD, рассмотрит размеры, приблизительное сравнение затрат и преимущества, предлагаемые VFD.

Проблема с питанием от линии однофазных двигателей

Одной из проблем при эксплуатации больших однофазных двигателей переменного тока от линии является пусковой ток. Однофазный двигатель мощностью 10 л.с. будет тянуть номинал 38 А (при 230 В).

Но этот двигатель (конструкция NEMA B) будет тянуть в 6-8 раз больше номинального тока при запуске - или 234 А!

Однофазный двигатель мощностью 10 л.с. будет тянуть пусковой ток 234 А при напряжении 230 В.

Этого достаточно, чтобы энергетические компании обратили внимание, особенно если одновременно запускаются несколько двигателей или электроснабжение удаленной фермы приближается к мощности.

Справедливости ради, проблемы, связанные с высокими пусковыми токами, также будут влиять на трехфазный двигатель с питанием от сети. Но в случае трехфазного двигателя человек может легко добавить VFD. Одно из преимуществ работы ЧРП заключается в том, что при увеличении скорости двигателя он ограничивает ток двигателя.

Проблема в том, что VFD не может работать с большинством однофазных двигателей - по крайней мере, на пониженных скоростях.

Центробежный выключатель при запуске конденсатора Однофазные двигатели

Существует несколько различных конструкций однофазных двигателей.Я выделю тот, который я видел больше всего в промышленных приложениях - с конденсатором и центробежным переключателем. В конструкции используется конденсаторная сеть, которая находится в цепи двигателя на низких скоростях. Конденсаторы помогают развить крутящий момент при нулевой скорости и запустить двигатель в правильном направлении.

Общая схема подключения однофазного двигателя - с конденсаторами и центробежным выключателем

Когда двигатель вращается и имеет инерцию, размыкается центробежный выключатель, и сеть конденсаторов отключается от первичных обмоток двигателя.Скорость, с которой размыкается переключатель, происходит до достижения номинальной скорости скольжения.

По этой причине не рекомендуется использовать двигатель, рассчитанный на 60 Гц, на 50 Гц. По крайней мере, без замены или регулировки центробежного переключателя. Вполне возможно, что переключатель не открывается при работе на частоте 50 Гц. Это может привести к повреждению конденсаторов или перегреву обмоток двигателя.

Аналогичная проблема связана с использованием ЧРП для управления скоростью однофазного двигателя.Понижение скорости будет эффективно удерживать конденсаторы в цепи и потенциально повредить двигатель.

Однофазный вход для VFD

Итак, если вы не можете использовать ЧРП с такой конструкцией однофазного двигателя, каково решение? Ответ заключается в том, чтобы вводить одну фазу в VFD. ЧРП может действовать как фазовый преобразователь и выводить трехфазный двигатель на трехфазный двигатель.

Есть некоторые соображения, особенно в отношении размеров.Некоторые ЧРП предназначены и рассчитаны на ввод как однофазных, так и трехфазных. Обратитесь к производителю VFD, но вы увидите нечто подобное в руководстве, которое обозначает обе фазы.

Для более крупных приводов номинальные характеристики указывают только на трехфазный вход. Возможен однофазный ввод, но, скорее всего, необходимо снижение характеристик.

Давайте рассмотрим приложение VFD с трехфазным входом, работающим на двигателе 10 л.с. Предположим, что потерь нет, и PowerIN = PowerOUT.Входной ток и выход будут одинаковыми.

Входная мощность распределяется по трем фазам

Теперь возьмем то же самое приложение, работающее с двигателем 10 л.с., но с однофазным входом. PowerIN = PowerOUT. За исключением того, что вся мощность на входе теперь проходит через один провод вместо трех. Фактически к однофазному входному току применяется коэффициент √ (3) по сравнению с трехфазным током.

Вся входная мощность (ток) протекает через один проводник

Опять же, некоторые приводы уже имеют слишком большие размеры входных выпрямителей и могут по своей природе справляться с повышенным однофазным входным током - это должно быть отражено в номинальных характеристиках ступени мощности.Для более крупных приложений HP результатом может быть увеличение размера диска, чтобы выдержать больший входной ток.

Как правило, мы рекомендуем округлить и предположить, что однофазный входной ток будет в два раза больше, чем трехфазный входной ток.

Наконец, также неплохо использовать 5% линейный реактор при подаче однофазной входной мощности на привод. Во время включения питания на накопитель будет подан зарядный ток.5% реактор поможет уменьшить пиковый зарядный ток и защитит входной выпрямитель VFD.

Как насчет стоимости

Существует ценовая премия для однофазных двигателей, особенно для двигателей большой мощности. Выполнение быстрого расчета того же двигателя на 10 л.с. сверху и однофазного варианта - это + 60% к стоимости. Я предполагаю, что некоторые из дополнительных затрат связаны с добавлением частей конденсаторной сети и коммутатора.

Другая часть стоимости заключается в том, что более крупные однофазные асинхронные двигатели являются более специализированной по сравнению с трехфазными типами.

Добавьте дополнительную стоимость VFD / реактора, но также вычтите премию за однофазный двигатель. Я думаю, вы найдете стоимость добавления VFD гораздо меньше, чем вы думаете.

Почему бы просто не использовать поворотный фазовый преобразователь вместо однофазного ЧРП?

Фазовый преобразователь, конечно, вариант. Он преобразует однофазную мощность в трехфазную. Но это все, что он делает. Он не предлагает много преимуществ, которые предлагает VFD.

Существует также аналогичный аргумент в отношении стоимости фазового преобразователя. Фазовый преобразователь, скорее всего, не сильно сэкономит, если вообще будет денег, по сравнению с приводом.

Преимущества использования ЧРП в однофазных приложениях

Пользователь выиграет от перехода от двигателя с питанием от сети к двигателю с частотно-регулируемым приводом. Они смогут оптимизировать скорость двигателя для этого процесса. Возможно, это означает замедление конвейера во время загрузки, а не полное отключение двигателя.Слегка нагруженные двигатели также могут быть перегружены для ускорения процессов.

Пользователь также выиграет от экономии энергии благодаря VFD. Особенно в приложениях с квадратичной нагрузкой, таких как вентиляторы и насосы. Чем выше пошлина в приложении, тем больше будет экономии. Добавьте некоторую базовую обратную связь к приложению, например, датчик температуры или влажности, и VFD может быть подключен для регулирования процесса. В KEB F5 даже есть встроенный ПИД-регулятор, поэтому весь процесс можно регулировать внутри привода, что устраняет необходимость во внешнем ПЛК или контроле

Одним из преимуществ VFD, которые часто упускаются из виду, являются все защитные функции, которые они имеют, которые обнаруживают нештатные ситуации.

  • Повышенное / пониженное напряжение - автоматически отключается при отключении питания или скачке напряжения.
  • Перегрев двигателя - для этой опции требуется термистор или датчик температуры двигателя. Он защищает инвестиции в двигатели и является хорошей идеей для дорогих двигателей, сложных в обслуживании двигателей и для применений с высокой температурой окружающей среды.
  • Защита от перегрузки по току - это может обнаружить ненормальную неисправность, такую ​​как замыкание обмотки двигателя и отключение.

Конечно, есть еще много защитных функций, но вы поняли.

Если вы хотите обсудить, как эта технология может использоваться в вашей установке, или хотите узнать больше о любых продуктах KEB, вы можете связаться с нами, используя форму ниже.

,

Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020
Карта сайта, XML.