Однофазные двигатели с пусковой обмоткой

Однофазными электродвигателями оборудовано большое количество холодильных агрегатов используемых в быту (холодильники, морозильники, бытовые кондиционеры, тепловые насосы).

Электродвигатели с вспомогательной (пусковой) обмоткой нашли самое широкое распространение, однако их зачастую недооцениваются по сравнению с трехфазными двигателями.

Целью данной лекции является изучение правил подключения однофазных электродвигателей, а также рассмотрение узлов и элементов, необходимых для их работы (конденсаторы, пусковые реле).

Однофазные двигатели с пусковой обмоткой

• Основная обмотка Р, называемая часто рабочей обмоткой или на английском языке - Run (R), имеет провод большего диаметра (по сравнению с проводом… • Вспомогательная обмотка А, именуемая также пусковой обмоткой или на… Вспомогательная или пусковая обмотка, согласно названию, служит для обеспечения запуска двигателя.

Случайное перепутывание основной и вспомогательной обмоток приводит к тому, что вскоре после подачи напряжения электродвигатель сгорает.

Если двигатель трехфазный, омметр покажет одинаковые значения сопротивлений между всеми тремя клеммами (см. рис. 4). Таким образом, представляется,… В любом случае возьмите в привычку читать справочные данные на корпусе двигателя, а также подумайте о том, как…

При разборке электрической схемы (отсоединении проводов), необходимо предварительно разработать детальную схему соединений и сделать максимум пометок, чтобы в дальнейшем при сборке поставить на место соединительные провода и перемычки.

На рис. 6 во время замера сопротивления омметр должен показывать бесконечность. Однако, он показывает ноль (или очень низкое сопротивление), что означает короткое замыкание между двумя обмотками.

Для однофазного двигателя обмотки невозможно разъединить (т.к. общая точка С, соединяющая две обмотки, находится внутри двигателя). Поэтому в зависимости от места нахождения точки короткого замыкания, замеры сопротивлений, осуществленные между тремя клеммами (С - А, С - Р и Р - А) (рис. 7), дают пониженные, но достаточно несвязанные между собой величины. Сопротивление, измеренное между точками А и Р, не соответствует сумме сопротивлений С - А + С - Р. Также, как и в случае обрыва обмоток, при коротком замыкании между обмотками необходимо заменить двигатель.

Обмотка может быть замкнута на массу. Сопротивление изоляции нового двигателя (между каждой из обмоток и массой) должно быть не менее 10 МОм. Со временем это сопротивление несколько уменьшается. Начиная с 1 МОм (1000 кОм) эксплуатация двигателя не допускается (необходимо заменить двигатель).

Если электроизоляция нарушена, измерение сопротивления между клеммой обмотки и кожухом компрессора дает нулевую величину (или очень низкое сопротивление) вместо бесконечности (см. рис. 8).

Измерения выполняются на каждой клемме двигателя с помощью омметра. Необходимо быть уверенным, что зажимы омметра имеют хороший контакт с клеммой и металлом корпуса двигателя.

В примере на рис. 8 измерение указывает на то, что обмотка несомненно замкнута на корпус.

Однако контакт обмотки с массой может быть более или менее полным. Действительно, сопротивление изоляции между обмотками и корпусом может становиться достаточно низким, когда двигатель находится под напряжением, чтобы вызвать срабатывание предохранительного автомата, в то же время оставаясь достаточно высоким, чтобы в отсутствие напряжения не быть обнаруженным с помощью обычного омметра.

В этом случае необходимо использовать мегомметр (или аналогичный прибор), который позволяет контролировать сопротивление изоляции с использованием постоянного напряжения от 500 Вольт, вместо нескольких вольт для обычного омметра (см. рис. 8а).

При вращении ручного индуктора мегомметра, если сопротивление изоляции в норме, стрелка прибора должна отклоняться влево (поз.1) и указывать бесконечность (∞). Более слабое отклонение, например, на уровне 10 МОм (поз.2), указывает на ухудшение свойств электроизоляции, которое приведет к остановке двигателя.

ОДНОФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ

В холодильных компрессорах, где имеется большая вероятность наличия кислоты в хладагенте и масле (обнаруживаемой химическим анализом) после замены… Осмотреть электроаппаратуру (при необходимости заменяя контактор и… Строго выполнять технологический процесс ремонта: собрать (выпустить) хладагент, промыть контур, установить…

Конденсаторы

В электросхемах бытовых холодильников используются два типа конденсаторов: • рабочие конденсаторы (бумажные) небольшой емкости (редко более 30 мкФ) и… • пусковые конденсаторы (электролитические), имеющие большую емкость (может превышать 100 мкФ) при относительно…

Проверка конденсаторов.

Измерения при помощи омметра, когда они дают вышеизложенные результаты, являются свидетельством исправности конденсатора. Тем не менее, необходимо измерить фактическую емкость конденсатора (ниже будет изложен порядок измерения).

Теперь изучим типичные неисправности конденсаторов (обрыв цепи, короткое замыкание между пластинами, замыкание на массу, пониженная емкость) и способы их выявления.

Вздутие корпуса конденсатора недопустимо.

Обрыв вывода (рис. 15).

В этот момент омметр, подключенный к выводам и установленный на максимальный диапазон, постоянно показывает бесконечность. При такой неисправности все происходит, как если бы конденсатора не было совсем. Двигатель не будет запускаться, что будет обусловливать срабатывание тепловой защиты (тепловое реле защиты, автомат защиты).

Короткое замыкание между пластинами (рис. 16).

При такой неисправности омметр будет показывать нулевое или очень низкое сопротивление (используйте небольшой диапазон). В некоторых случаях компрессор может запуститься, но в большинстве случаев короткое замыкание в конденсаторе приводит к срабатыванию тепловой защиты.

Замыкание пластин на массу (рис. 17).

Пластины конденсатора, также как и обмотки электродвигателя, изолированы от массы. Если сопротивление изоляции резко снижается, утечка тока приводит к отключение установки автоматом защиты.

Такая неисправность может возникать, если конденсатор имеет металлическую оболочку. Сопротивление, измеренное между одним из выводов и корпусом в этом случае стремится к «О», вместо того, чтобы быть бесконечным (проверяются оба вывода).

Емкость конденсатора ниже указанной на корпусе (рис. 18)

В этом случае действительная величина емкости, измеренная на его концах, ниже емкости, указанной на корпусе с учетом допуска изготовителя.

В примере на рис. 18 измеренная емкость должна была бы находиться в пределах от 90 до 110 мкФ. Следовательно, на самом деле емкость слишком низкая, что не обеспечит требуемые величины сдвига по фазе и пускового момента. В результате двигатель может больше не запуститься.

Как провести измерение фактической емкости конденсатора?

Внешне исправный конденсатор подключить к сети переменного тока напряжением 220В и измерить потребляемый ток (рабочее напряжение конденсатора должно быть не ниже 220В).

Схему необходимо защитить либо автоматом защиты, либо плавким предохранителем с рубильником. Измерение (рис. 19) должно быть как можно более коротким по времени, т.к., пусковой конденсатор опасно долго держать под напряжением.

При напряжении 220В действительная емкость конденсатора (в мкФ) примерно в 14 раз больше потребляемого тока (в амперах).

Например, необходимо проверить емкость конденсатора изображенного на рис. 20 (очевидно, это пусковой конденсатор, поэтому время его нахождения под напряжением должно быть очень небольшим). Поскольку на нем указано, что рабочее напряжение равно 240В, его можно включить в сеть напряжением 220В. Если емкость, обозначенная на конденсаторе составляет 60 мкФ ± 10% (то есть от 54 до 66 мкФ), теоретически он должен потреблять ток силой 60/14=4,ЗА.

Установим автомат или плавкий предохранитель, рассчитанный на такой ток, подключим трансформаторные клещи и установим на амперметре диапазон измерения, например, 10 Ампер.

Подадим напряжение на конденсатор, считаем показания амперметра и тотчас отключим питание.

Когда измеряется емкость пускового конденсатора, время его нахождения под напряжением не должно превышать 5 секунд (практика показывает, что этого времени вполне достаточно для выполнения замера).

Рассчитанная емкость составляет около 4,1х14=57 мкФ, то есть конденсатор исправный, поскольку его емкость должна находиться между 54 и 66 мкФ. Если замеренный ток составил бы, например, 3 ампера, фактическая емкость была бы Зх14=42мкФ. Эта величина выходит за пределы допуска, следовательно, нужно было бы заменить конденсатор.

Пусковые реле

Вне зависимости от конструкции задачей пускового реле является отключение пусковой обмотки, как только двигатель наберет примерно 80% номинального числа оборотов. После этого двигатель ротор продолжает вращение только с помощью рабочей обмотки.

Существует три основных типа пусковых реле: реле тока, реле напряжения, а также запуск с помощью термистора (СТР).

Пусковое реле тока

В большинстве случаев (но не всегда) эти реле устанавливаются непосредственно на кожухе компрессора при помощи трех гнезд, в которые входят штекеры… На верхней крышке реле как правило нанесены следующие обозначения:

ВНИМАНИЕ! При замене неисправного реле тока новое реле всегда должно быть с тем же индексом, что и неисправное.

характеристики, то либо его контакты никогда не будут замыкаться, либо будут оставаться постоянно замкнутыми. Если контакты никогда не замыкаются, например, из-за того, что пусковое реле…  

ВНИМАНИЕ! При замене неисправного реле тока новое реле всегда должно быть с тем же индексом, что и неисправною.

Если контакты никогда не замыкаются, например, из-за того, что пусковое реле тока слишком мощное (рассчитано на замыкание при пусковом токе 12А, в… В крайнем случае проверить эту гипотезу можно замкнув накоротко на несколько… Если контакт остается постоянно замкнутым, например, из-за низкой мощности пускового реле тока (оно должно размыкаться…

ВНИМАНИЕ ! Если вы подадите напряжение на клеммы 1 и 2 (клеммы нормально замкнутых контактов), то получите короткое замыкание, что может быть очень опасным (см. рис. 29)!

Чтобы выполнить такую проверку, вы должны использовать напряжение 220 Вольт, если реле предназначено для оснащения двигателя на 220 Вольт (настоятельно рекомендуем использовать в цепи плавкий предохранитель, чтобы защитить схему от возможных ошибок при подключении). Однако может так случиться, что контакты реле не будут размыкаться ни при подаче питания на клеммы 1 и 5, ни при его подаче на клеммы 2 и 5. хотя катушка будет исправной (при прозвонке омметром сопротивление 1-5 и 2-5 одинаково высокое). Это может быть обусловлено самим принципом, заложенным в основу работы схемы с реле напряжения (сразу после данного абзаца мы его рассмотрим), который требует для срабатывания реле повышенного напряжения. Чтобы продолжить проверку, вы можете увеличить напряжение до 380 Вольт (реле при этом ничего не угрожает, так как оно способно выдержать напряжение до 400 Вольт).

Изучим теперь работу реле напряжения в схеме, представленной на рис. 30 и находящейся пока без питания.

Как только на схему подается питание, ток проходит через тепловое реле защиты и основную обмотку (С->Р). Одновременно он проходит через пусковую обмотку (С->А), нормально замкнутые контакты 2-1 и пусковой конденсатор (Cd). Все условия для запуска соблюдены и двигатель начинает вращение.

По мере того, как двигатель набирает обороты, в пусковой обмотке наводится дополнительное напряжение, которое добавляется к напряжению питания.

В конце запуска наведенное напряжение становится максимальным и напряжение на концах пусковой обмотки может достигать 400 Вольт (при напряжении питания 220 вольт). Катушка реле напряжения сконструирована таким образом, чтобы разомкнуть контакты точно в тот момент, когда напряжение на ней превысит напряжение питания на величину, определенную разработчиком двигателя. Когда контакты 1-2 разомкнуться, катушка реле остается запитанной напряжением, наведенным в пусковой обмотке (эта обмотка, намотанная на основную обмотку, представляет собой как бы вторичную обмотку трансформатора ).

Во время запуска очень важно, чтобы напряжение на клеммах реле в точности соответствовало напряжению на концах пусковой обмотки. Поэтому пусковой конденсатор всегда должен включаться в схему между точками 1и Р, а не между А и 2 (см. схему на рис. 31).

Отметим, что при размыкании контактов 1-2 пусковой конденсатор полностью исключается из схемы.

Существует множество различных моделей реле напряжения, отличающихся своими характеристиками (напряжением замыкания и размыкания контактов).

Поэтому при необходимости замены неисправного реле напряжения нужно для этого использовать реле той же самой модели.

Отметим, что такие же признаки будут иметь место в случае поломки контакта. … В крайнем случае, всегда можно проверить эту гипотезу, замкнув на мгновение накоротко контакты 1 и 2. Если двигатель…

Примечание. Мы часто указывали на важность соблюдения идентичности моделей при замене неисправных элементов электрооборудования (тепловые реле защиты, пусковые реле...) на новые, либо на те, которые рекомендуется для замены разработчиком. Мы советуем также при замене компрессора менять и комплект пусковых устройств (реле + конденсатор(ы)).

D) Обобщение наиболее часто встречающихся схем пусковых устройств.

В документации различных разработчиков встречается множество схем с несколько экзотическими названиями, которые мы сейчас разъясним. Воспользовавшись этим случаем, мы пополним наши знания и увидим роль рабочих конденсаторов.

Для лучшего понимания дальнейшего материала напомним, что в отличие от пусковых конденсаторов рабочие конденсаторы рассчитаны на постоянное нахождение под напряжением и что конденсатор включается в схему последовательно с пусковой обмоткой, позволяя повысить крутящий момент на валу двигателя.

Схема PSC (Permanent Split Capacitor) - схема с постоянно подключенным конденсатором является самой простой, поскольку в ней отсутствует пусковое реле.

Конденсатор, постоянно находясь под напряжением (см. рис. 38) должен быть рабочим конденсатором.

Поскольку с ростом емкости такой тип конденсаторов быстро увеличивается в размерах, их емкость ограничивается небольшими значениями (редко более 30 мкФ).

Следовательно, схема PSC используется, как правило, в небольших двигателях с незначительным моментом сопротивления на валу (малые холодильные компрессоры для капиллярных расширительных устройств, обеспечивающих выравнивание давлений при остановках, вентиляторные двигатели небольших кондиционеров).

При подаче напряжения на схему постоянно подключенный конденсатор (Ср) дает толчок, позволяя запустить двигатель. Когда двигатель запущен, пусковая обмотка остается под напряжением вместе с последовательно включенным конденсатором, что ограничивает сипу тока и позволяет повысить крутящий момент при работе двигателя.

2) Схема СТР. изученная ранее, называется также РТС (Positive Temperature Coefficient) и используется в качестве относительно простого пускового устройства.

Она может быть усовершенствована добавлением постоянно подключенного конденсатора, как показано пунктиром на схеме рис. 39.

При подаче напряжения на схему (после остановки длительностью не менее 5 минут), сопротивление термистора СТР очень низкое и конденсатор Ср. будучи замкнутым накоротко, не влияет на процесс запуска (следовательно, момент сопротивления на валу должен быть незначительным, что требует выравнивания давлений при остановке).

В конце запуска сопротивление СТР резко возрастает, но вспомогательная обмотка остается подключенной к сети через конденсатор Ср. который позволяет повысить крутящийся момент при работе двигателя (например, при росте давления конденсации).

Поскольку конденсаторвсе время находится под напряжением, пусковые конденсаторы в схемах этого типа использовать нельзя.

3) Схема RSIR (Resistance Start Induction Run) использует пусковое реле без конденсатора (см. рис. 40).

Используемое в схеме пусковое реле может быть реле тока (наиболее частый случай) или реле напряжения. Результат один и тот же.

Поскольку конденсатор в схеме отсутствует, пусковой момент достаточно слабый, и данная схема используется, в основном, в небольших домашних холодильниках с капиллярным расширительным устройством, обеспечивающим выравнивание давлений при остановках.

4) Схема CSIR (Capacitor Start Induction Run) аналогична схеме RSIR, в которую добавлен пусковой конденсатор (см. рис. 41).

Данная схема используется в случаях, когда есть опасность возрастания момента сопротивления на запуске. Повышение пускового момента на валу двигателя обеспечивается при помощи пускового конденсатора. Схема может быть использована в холодильных контурах с термостатическим ТРВ.

5) Схема CSR (Capacitor Start and Run) аналогична схеме CSIR, в которую добавлен рабочий конденсатор (Спп), как показано на рис. 42.

Такая схема позво­ляет обеспечить сразу и повышен­ный пусковой момент и повышенный момент при работе двигателя.

При запуске установленные параллельно Cd и Спп, емкости которых складываются, помогают запустить двигатель, а когда запуск оканчивается и двигатель выходит на номинальный режим, конденсатор Cd исключается, и пусковая обмотка остается запитанной через конденсатор Ст.

Использование рабочего конденсатора позволяет повысить крутящий момент двигателя при его работе, например, в составе теплового насоса, у которого в зимнем режиме может заметно возрасти степень сжатия (а следовательно, и момент сопротивления).

Одновременно рабочий конденсатор позволяет увеличить cos(p двигателя, что приводит к снижению потребляемого тока (проверить это можно очень быстро, измерив силу тока при наличии конденсатора Ст, а затем после его отключения: можно убедиться, что после отключения Ст полная сила потребляемого тока растет и зачастую компрессор начинает сильнее гудеть).

Вспомним, что для контроля электрических параметров однофазного двигателя дополнительно к ознакомлению с надписями на его корпусе необходимо использовать трансформаторные клещи с целью измерения полного потребляемого двигателем тока.

Никогда не пренебрегайте также измерением силы тока, который проходит через конденсатор(ы). S)

Многоскоростные двигатели

Принципиальная схема ступенчатого регулирования скорости вращения вентиляторного двигателя, устанавливаемого во многих кондиционерах, приведена на рис. 43.

Принцип регулирования скорости заключается в снижении напряжения на клеммах двигателя, что уменьшает крутящий момент и приводит к падению числа оборотов.

Для этого в цепь питания двигателя с пусковой схемой типа PSC последовательно включается индуктивное исопротивление. Когда переключатель установлен в положение МС (малая скорость), на сопротивлении создается падение напряжения, которое приводит к уменьшению напряжения, питающего двигатель, в результате чего последний вращается в режиме МС. При положении переключателя БС (большая скорость) индуктивное сопротивление исключается из цепи и двигатель питается полным напряжением сети, вращаясь в режиме БС.

2. УПРАЖНЕНИЕ 2

Однофазный двигатель с напряжением питания 220 В, Табл.1 оснащенный рабочим конденсатором с емкостью 3 мкФ, вращает вентилятор кондиционера

Переключатель имеет 4 клеммы: Вход (В), Малая скорость (МС), Средняя скорость (СС), Большая скорость (БС), позволяющие скоммутировать двигатель с сетью таким образом, чтобы выбрать требуемое значение (МС, СС или БС) числа оборотов.

Из двигателя выходят 5 проводов различного цвета: Голубой (Г), Красный (К), Черный (Ч), Желтый (Ж) и Зеленый (3).

В таблице 1 приведены величины, полученные в результате измерения сопротивлении между каждой из двух пар проводов (например, между проводами Ж и 3 сопротивление составляет 270 0м).

Нарисуйте внутреннюю схему двигателя.

Ответ:

Самое слабое сопротивление находится между Ч и Ж (90) - значит это основная обмотка.

Тогда вспомогательная обмотка будет между Ч (который, по видимому, соединен с общей точкой) и Ж, поскольку здесь Р=1800м.

Первое гасящее сопротивление расположено между Ч и Г (110 0м), второе между Г и К (также 110 0м).

Набросаем согласно нашему предположению внутреннюю схему двигателя, сверяясь с данными измерения сопротивлений в таблице 2 (например, между Г и Ж должно быть 290 0м, а между Г и 3 200 0м).

Остается только включить в схему переключатель, помня о том, что максимальная скорость вращения (БС) достигается, если двигатель напрямую подключен к сети (см. рис. 44).

И напротив, минимальное число оборотов будет обеспечено при самом слабом напряжении питания, следовательно при задействовании максимального значения гасящего сопротивления.

7) Однофазные двигатели с двумя направлениями вращения.

Такие двигатели, редко встречающиеся в настоящее время, могут однако использоваться в качестве привода открытых компрессоров. Чтобы изменить направление вращения двигателя, достаточно крест-накрест поменять точку соединения пусковой и основной обмоток.

В качестве примера на схеме рис. 45 показано, как конец пусковой обмотки стал началом, а начало - концом.

Заметим, что в этом случае направление прохождения тока по пусковой обмотке изменилось на противоположное, что позволяет дать в момент запуска импульс магнитного поля в обратном направлении.

Наконец, отметим также двухпроводные двигатели с «витком Фраже» или с «фазосдвигающим кольцом», широко используемые для привода небольших вентиляторов с низким моментом сопротивления (как правило, лопастных). Эти двигатели очень надежные, хотя и имеют малый крутящий момент, и при их включении в сеть отсутствуют какие-либо особые проблемы, поскольку они имеют всего два провода (конечно, плюс заземление).