3-3. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ ВИТКОМ НА ПОЛЮСЕ

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым витком на полюсе является самым простым типом самопускающегося однофазного электродвигателя. Устройство его показано на рис. 3-5. Статор подковообразной формы собран из штампованных листов 4 электротехнической стали.

Листы изолированы один от другого лаковой пленкой во избежание сильного нагревания статора переменным магнитным потоком, вызывающим появление вихревых токов в сердечнике электродвигателя. У статора только одна катушка 1, но он двухполюсный. Расстояние между полюсными наконечниками равно ширине катушки, поэтому ее можно наматывать на станке прямо на изолированный сердечник статора. Витки катушки изолированы от сердечника гильзой 3 и двумя фланцами 2 из электрокартона. Для того чтобы можно было надеть фланцы на сердечник, имеются прорези 14.

В полюсных наконечниках проштампованы два отверстия, в которые вставлены замкнутые витки медной проволоки 5, охватывающие примерно одну треть полюсной дуги. В промежутках между полюсными наконечниками ротор охватывается магнитными шунтами, представляющими собой стальные пластинки 6, вставленные в пазы полюсных наконечников.

Ротор собран из листов Р и имеет отверстие в центре для вала 13. В пазы, расположенные по окружности ротора, забиты медные стержни 8, которые на его торцах припаяны к медным кольцам 7. Обычно короткозамкнутые роторы выполняют со скосом пазов примерно на одно зубцовое деление.

Ротор вращается в двух подшипниках, представляющих собой латунные втулочки 10, зажатые между пластинками 11. Шаровидная поверхность втулочек позволяет им устанавливаться по оси вала, поэтому такие подшипники называются самоустанавливающимися. Смазка подшипников производится машинным маслом и поступает через отверстия во втулочках от пропитанной в масле фетровой шайбы 12. Эти подшипники проще шарикоподшипников и работают бесшумно.

Ток, проходящий по катушке, создает пульсирующий магнитный поток, часть которого пронизывает коротко-замкнутый виток на полюсе. Таким образом, в электродвигателе с короткозамкнутым витком на полюсе имеются два магнитных потока, сдвинутых на некоторый угол. Они создают вращающееся магнитное поле. Вследствие неравенства двух потоков вектор результирующего поля будет не только вращаться, но и изменяться по величине в разные промежутки времени. Поэтому конец вектора будет описывать не окружность, а эллипс. Однако этого вполне достаточно, чтобы сдвинуть ротор при пуске.

Пусковой момент у такого электродвигателя очень мал и составляет 20—40% номинального момента. Поэтому электродвигатели с короткозамкнутым витком на полюсе применяют только там, где не требуется большого пускового момента, например для настольных вентиляторов, магнитофонов, электропроигрывателей и т. п.

Для увеличения вращающего момента между наконечниками полюсов вставляют тонкие стальные пластинки 6, которые называются магнитными шунтами. В результате этого увеличивается магнитный поток, охватываемый короткозамкнутым витком, и магнитное поле больше приближается к круговому.

Перегрузочная способность электродвигателя очень мала, и максимальный вращающий момент едва достигает 1,2 номинального. Если нагрузка на валу превысит этот момент, то ротор остановится. В отличие от других типов электродвигателей в состоянии короткого замыкания ток статора увеличивается незначительно,

поэтому электродвигатель может долгое время быть включенным в сеть при неподвижном роторе. Это свойство используется в некоторых схемах. Ввиду значительных потерь энергии в короткозамкнутом витке к. п. д. электродвигателя не превышает 40%.

Двигатели с короткозамкнутым витком на полюсе нереверсивные. Ротор вращается всегда в сторону коротко-замкнутого витка, что показано стрелкой на рис. 3-5.

3-4. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ С ПУСКОВЫМИ ОБМОТКАМИ

Наибольшее распространение получили однофазные асинхронные электродвигатели с пусковыми обмотками, у которых обмотки не сосредоточены в виде катушек, как

На рис. 3-6 показан лист статора электродвигателя с пусковой обмоткой. На внутренней окружности равномерно распределены пазы 1, между которыми имеются зубцы 2; через них магнитный поток переходит из статора в ротор. Прорези 3 служат для вкладывания в пазы проводников обмотки. Расширенная часть зубца 4 называется коронкой.

На рис. 3-7 показана принципиальная схема однофазного электродвигателя с пусковой обмоткой. У таких электродвигателей две обмотки на статоре — рабочая С и пусковая П. Рабочая обмотка занимает 2 / 3 пазов, а пусковая 1 / 3 . Поэтому общее число пазов статора должно быть кратным трем. Рабочая обмотка остается включенной в сеть на все время работы электродвигателя, а пусковая включается только при разгоне ротора в момент пуска, а затем отключается выключателем 2, когда ротор достигнет частоты вращения 70—80% номинальной. В качестве выключателя применяют или кнопки с ручным отключением, или автоматические центробежные выключатели, расположенные на роторе и разрывающие цепь при достижении ротором частоты вращения выше 70% номинальной. В цепь пусковой обмотки включен пусковой элемент 1, который чаще всего представляет собой активное сопротивление или конденсатор.

Здесь необходимо познакомиться с понятием электрические градусы, которое часто встречается в обмотках электрических машин. Из геометрии известно, что окружность разбивается на 360°. Эти градусы называются геометрическими или пространственными. Поскольку статор представляет собой окружность, он всегда содержит 360 пространственных градусов. Число же электрических градусов в окружности статора может быть равно 360 или больше в целое число раз. Если на статоре расположены два полюса, то число электрических градусов также равно 360. Но если на статоре четыре полюса, то за 360° эл. следует принять часть окружности, на которой расположены один северный и один южный полюс. Так как вся окружность занимает четыре полюсных деления, то число электрических градусов будет в два раза больше, чем пространственных. Таким образом, в четырехполюсной обмотке окружность статора содержит 720° эл., в шестиполюсной обмотке 1 080° эл. и т. д.

Из этого можно вывести общее правило, что число электрических градусов в окружности равно 360 р, где р — число пар полюсов обмотки.

Для обеспечения наилучших характеристик электродвигателя необходимо выполнение следующих условий:

1) рабочая и пусковая обмотки должны быть расположены на окружности статора под углом 90° эл.;

2) векторы токов в рабочей и пусковой обмотке должны быть сдвинуты на 1 / 4 периода;

3) намагничивающие силы в обеих обмотках должны быть равны, т. ё. должны быть равны произведения токов обмоток на число их витков.

Векторы токов рабочей и пусковой обмоток образуют вращающееся магнитное поле. Это можно показать на следующей диаграмме (рис. 3-8). Изобразим токи рабочей и пусковой обмоток двумя синусоидами, сдвинутыми на 1 / 4 периода. Синусоида токов рабочей обмотки обозначена буквой С, а пусковой обмотки — буквой П. В разные моменты времени векторы токов будут находиться под разными углами и поэтому их придется складывать геометрически.

Период синусоиды пусковой обмотки разделим на 12 частей и обозначим их цифрами на горизонтальной оси.

Для каждой точки на оси синусоиды надо построить окружности, обозначив их теми же цифрами, что и точки на оси синусоиды. Каждая окружность соответствует одному значению токов в рабочей и пусковой обмотках. Будем откладывать векторы полей, создаваемые токами рабочей обмотки, по горизонтальному диаметру: положительные значения поля — вправо от центра окружности, а отрицательные — влево. Положительные значения полей пусковой обмотки будем откладывать по вертикальному диаметру вверх, а отрицательные — вниз.

На рис. 3-8 показаны четыре окружности для точек синусоиды 1, 2, 3 и 4. Диагонали прямоугольников — это векторы результирующего поля. Предоставим читателям построить окружности и сложить векторы для точек 5, 6 и 7 и т. д. Сравнение круговых диаграмм показывает, что результирующее поле вращается с синхронной частотой. Результирующее поле будет наводить токи в обмотке ротора, и он придет во вращение.

Векторы токов рабочей и пусковой обмоток создают вращающееся магнитное поле. Если выполнены все три условия, перечисленные выше, то конец вектора результирующего поля описывает окружность и поле называется круговым. Но если не выполнено хотя бы одно из перечисленных условий, то вектор результирующего поля будет изменяться по величине и магнитное поле будет не круговым, а эллиптическим. Но и при эллиптическом поле электродвигатели могут иметь удовлетворительные рабочие и пусковые характеристики.

3-5. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ С ПУСКОВЫМИ СОПРОТИВЛЕНИЯМИ (РЕЗИСТОРАМИ) И КОНДЕНСАТОРАМИ

Как было указано выше, между векторами токов в рабочей и пусковой обмотках должен быть сдвиг, который для образования кругового поля должен быть равен 1 / 4 периода. Сдвиг векторов тока можно обеспечить, если индуктивное и активное сопротивления рабочей и пусковой обмоток будут разными. Это можно осуществить включением в цепь пусковой обмотки активного резистора или конденсатора.

Наибольшее распространение получили однофазные электродвигатели с пусковым резистором, который заключен в самой пусковой обмотке. Такие электродвигатели называются электродвигателями с встроенным резистором. У этих электродвигателей рабочая обмотка занимает % пазов и обладает большим индуктивным сопротивлением. Пусковая обмотка занимает только 1 / 3 пазов статора, имеет меньшее число витков и, следовательно, значительно меньшее индуктивное сопротивление.

Активное сопротивление пусковой обмотки должно быть больше активного сопротивления рабочей обмотки. Поэтому она намотана проводом меньшего сечения. В электродвигателях, работающих с редкими пусками, сечение провода пусковой обмотки снижают настолько, что плотность тока в ней достигает 40 А/мм 2 , а иногда и более. Активное сопротивление не может создать сдвиг между векторами рабочей и пусковой обмоток, равный 1 / 4 периода, поэтому результирующее поле будет не круговым, а эллиптическим. Эллиптическое поле можно рассматривать как сумму двух неравных по величине круговых полей, вращающихся в разные стороны. Одно из них прямое, создающее вращающий момент, а другое — обратное, создающее тормозящий момент. Обратно вращающееся поле ухудшает пусковые и рабочие свойства электродвигателя.

У электродвигателей с встроенным пусковым резистором отношение пускового момента к номинальному составляет 1 —1,2, а отношение пускового тока к номинальному 6,5—9. Поэтому их применяют там, где не требуются очень большие пусковые моменты (холодильники, стиральные машины). Заводами электропромышленности выпускаются электродвигатели с встроенным пусковым резистором типа АОЛБ в диапазоне мощностей от 18 до 600 Вт при напряжениях 127, 220 и 380 В, частотах вращения 3 000 и 1 500 об/мин (синхронных).

Для приводов с тяжелыми условиями пуска применяют электродвигатели, у которых в качестве пускового элемента 1 (см. рис. 3-7) использован конденсатор. Эти электродвигатели обозначаются буквами АОЛГ и имеют одинаковые номинальные данные, размеры, массу и рабочие обмотки с электродвигателями типа АОЛБ. Пусковые обмотки у них разные, а соответственно разные и пусковые характеристики.

Как известно из электротехники, включение в цепь конденсатора приводит к тому, что ток пусковой обмотки опережает ток рабочей обмотки. При помощи конденсатора можно получить сдвиг токов рабочей и пусковой обмоток на 90 о и таким образом создать при пуске круговое вращающееся поле. Электродвигатели с пусковыми конденсаторами имеют хорошие пусковые свойства, т. е. большое отношение пускового вращающего момента к номинальному (2—2,5), и низкую кратность пускового тока (3—4 номинального тока). Чтобы создать большой пусковой момент даже для небольшого электродвигателя мощностью 50 Вт при напряжении 127 В, требуется конденсатор емкостью 40 мкФ. С повышением напряжения емкость конденсатора резко падает и при напряжении электродвигателя 220 В составляет 15 мкФ.

В электродвигателях с пусковыми обмотками после отключения этих обмоток 1 / 3 пазов статора остается неиспользованной. Поэтому такие электродвигатели имеют пониженную мощность. Для увеличения мощности применяют электродвигатели, у которых пусковая обмотка остается включенной. Для создания сдвига токов в рабочей С и пусковой обмотках в цепь последней включают конденсатор (рис. 3-9). Такие электродвигатели называются конденсаторными, а пусковая обмотка, используемая при работе электродвигателя, называется вспомогательной или конденсаторной и обозначается буквой В, У конденсаторных электродвигателей обе обмотки занимают одинаковое число пазов. При помощи конденсатора можно создать сдвиг между векторами токов в обмотках на 90°.

Таким образом, в конденсаторном электродвигателе при номинальной мощности создается круговое поле. Благодаря этому конденсаторные электродвигатели имеют хорошие свойства: большую мощность на валу, высокий к. п. д. (60—75%) и высокий коэффициент мощности (cos φ=0,8÷0,95). Однако пусковой момент таких электродвигателей невысок. Обычно он не превышает 30% номинального. Это объясняется тем, что при пуске магнитное поле электродвигателя будет эллиптическим. Для улучшения пусковых свойств электродвигателя в момент пуска параллельно рабочему конденсатору включают пусковой конденсатор (рис. 3-10). Таким образом, при пуске сдвиг токов осуществляется двумя конденсаторами — рабочим и пусковым, что обеспечивает создание кругового поля при пуске. После пуска электродвигателя пусковой конденсатор отключается кнопкой или центробежным выключателем.

В настоящее время заводы электропромышленности выпускают конденсаторные электродвигатели серии АВЕ, у которых высокий к. п. д., коэффициент мощности приближается к единице, хорошие пусковые и рабочие характеристики. Они охватывают мощности от 10 до 400 Вт при частотах вращения 1 000, 1 500 и 3 000 об/мин (синхронных) для сетей с напряжением 127 и 220 В.

Разновидностью конденсаторного электродвигателя является электродвигатель с массивным ротором, выточенным из стали или чугуна и не имеющим пазов и обмоток. Эти электродвигатели имеют большой пусковой момент. Частоту вращения можно регулировать в широких пределах реостатом в цепи рабочей обмотки, причем на всех частотах вращения от холостого хода до полной нагрузки электродвигатель работает устойчиво. Электродвигатели с массивным ротором просты по устройству, надежны в работе и бесшумны. Такой электродвигатель можно получить из любого конденсаторного, заменив у него ротор.

По своим рабочим характеристикам электродвигатели с массивным ротором могут заменить коллекторные электродвигатели постоянного или переменного тока. Вследствие больших потерь в роторе и магнитного рассеяния они имеют низкие к. п. д. и коэффициент мощности, поэтому по размерам и массе они больше коллекторных электродвигателей такой же мощности.

Электродвигатели с пусковыми обмотками можно реверсировать. Для этого достаточно поменять местами концы рабочей или пусковой обмотки.

3-6. СХЕМЫ ОБМОТОК ОДНОФАЗНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Схемы обмоток строят для распределенных обмоток статора. На схемах изображают проводники рабочей и пусковой обмоток и их соединения. Кроме того, на схемах указано, из каких пазов выходят начала и концы рабочей и пусковой обмоток. Выводы обмоток обозначают следующими буквами и цифрами: начало и конец рабочей обмотки С1 и С2 соответственно; начало и конец пусковой обмотки П1 и П2 соответственно.

У конденсаторных электродвигателей часто пусковую обмотку называют вспомогательной, так как она остается включенной на все время работы электродвигателя, и выводы ее обозначают: начало В1; конец В2.

Обмотки статора однофазных электродвигателей бывают однослойными и двухслойными. У первых сторона катушки занимает весь паз, а все стороны катушек, лежащие в пазах, образуют один слой.

У двухслойных обмоток в каждом пазу лежат стороны двух катушек, разделенные изоляционной прокладкой. Части катушек, лежащие в пазах, называются пазовыми. Части катушек, лежащие вне пазов, называются лобовыми.

Для построения схемы обмотки необходимо знать следующие данные статора:

У однослойных обмоток шаг по пазам вычисляют по формуле

Такой шаг называется диаметральным, так как в двухполюсных машинах стороны катушки расположены в двух диаметрально противоположных пазах.

В двухслойных обмотках обычно применяют укороченный шаг по следующим соображениям. Во всяком электродвигателе переменного тока, кроме основной синусоиды с периодом 1/50 с, проявляются еще синусоиды с меньшими периодами, которые называются высшими гармониками.

В однофазных и двухфазных электродвигателях особенно сильно сказывается третья гармоника с периодом 1/150 с. Она искажает характеристики электродвигателя. В кривой вращающего момента она создает так называемые провалы, из-за которых электродвигатель при пуске не может развить номинальной частоты вращения, а застревает на частоте вращения, равной 1/3 номинальной. Наиболее эффективным средством борьбы с третьей гармоникой является укорочение шага обмотки на 1/3 полюсного деления.

Из рис. 3-11 видно, что при диаметральном шаге стороны катушки лежат под серединами северного и южного полюсов и в создании э. д. с. участвует весь магнитный поток, приходящийся на полюсное деление.

На рис. 3-12 показано положение витка катушки с укороченным шагом на 1/3 полюсного деления. Катушка охватывает уже не все полюсное деление, а только 2/3 полюсного деления. Поэтому наводимая в ней э. д. с. будет меньше, чем при диаметральном шаге, но зато э. д. с., наводимые третьей гармоникой, взаимно уничтожаются. Уменьшение э. д. с. при укороченном шаге учитывают коэффициентом укорочения обмотки. В расчетах гл. 4 этот коэффициент введен в расчетные формулы.

Наибольшее распространение имеют электродвигатели с встроенными пусковыми резисторами. У таких электродвигателей необходимо получить большое активное сопротивление обмотки, не увеличивая ее индуктивного сопротивления. Это достигается применением катушек с бифилярными витками. На рис. 3-13 показана катушка с бифилярными витками. В этой катушке шесть витков, и все они участвуют в создании активного сопротивления катушки. Но последние два витка намотаны в обратном направлении. При прохождении тока по виткам катушки н.с. последних четырех витков взаимно компенсируются и в создании магнитного потока участвуют только два первых витка.

На рис. 3-14 показана схема обмотки статора со встроенным резистором. Статор имеет 24 паза, из которых 16 пазов занимает рабочая обмотка, а 8 пазов — пусковая обмотка. Как рабочая, так и пусковая обмотки имеют по четыре катушки. Следовательно, это четырехполюсный электродвигатель с синхронной частотой вращения 1500 об/мин. Сторона катушки рабочей обмотки занимает два паза, а сторона катушки пусковой обмотки— один паз. На схеме провода, лежащие в пазах, обозначены вертикальными линиями. В разрывах линий обозначены номера пазов. Схема представляет собой вид изнутри на окружность статора, которая как бы разрезана и развернута на плоскость. Некоторое затруднение для чтения развернутой схемы заключается в том, что начало и конец развертки (пазы 1 и 24), которые на статоре лежат рядом, на развернутой схеме получаются удаленными один от другого на всю длину схемы, а лобовая часть одной из катушек оказывается разрезанной.

При чтении схемы приходится мысленно проследить соединения от конца схемы к началу.

При составлении схемы надо выбрать место разреза так, чтобы наименьшее число катушек оказалось разрезанным и линия разреза располагалась симметрично по отношению к катушкам.

В развернутой схеме наглядно показаны соединения на обеих сторонах статора, направление токов и чередование полярностей. На этой схеме приняты направления токов в обмотке от зажимов С1 и П1. В пазовых частях направление стрелок вверх и вниз делит обмотку на четыре зоны в соответствии с числом полюсов электродвигателя. Косые черточки на лобовых частях показывают переходы от одной катушки полюса к другой.

Для создания бифилярных витков каждую катушку пусковой обмотки наматывают из двух катушек, а затем одну из них перевертывают на 180°. При этом образуются петли, которые видны в пазах 9, 10, 21 и 22.

Порядок составления схемы и укладки обмотки в пазы изложен в § 5-8.

На рис. 3-15 показана схема обмотки статора конденсаторного электродвигателя типа АВЕ. Это обмотка двухслойная и поэтому каждый паз обозначен на схеме двумя вертикальными линиями Пунктирная линия обозначает сторону катушки, лежащую на дне паза, а сплошная линия — сторону катушки, лежащую в верхней части паза. Вся обмотка состоит из симметричных катушек с одинаковым шагом по пазам. Толстыми линиями обозначены катушки рабочей обмотки, а тонкими —пусковой (вспомогательной) обмотки.

Статор имеет два полюса. Диаметральный шаг обмотки по пазам был бы у z = 18/2=9. Это означало бы, что первая катушка должна быть уложена в пазы 1 и 10, так как 1+9=10.

Из схемы видно, что катушка уложена в пазы 1 и 8. Значит, это обмотка с укороченным шагом. Укорочение шага произведено на 2/9 полюсного деления, поэтому третья гармоника компенсируется не полностью.

Как у всякого конденсаторного электродвигателя, каждая из обмоток занимает половину пазов статора, т. е. по девять пазов. Но так как девять — число нечетное, то рабочая обмотка первого полюса занимает четыре паза (1, 2, 3 и 4), а обмотка второго полюса — пять пазов (10, 11, 12, 13 и 14).

Для того чтобы катушки рабочей и пусковой обмоток были сдвинуты на 90° эл., пусковая обмотка первого полюса занимает пять пазов (5, 6, 7, 8 и 9), а второго Полюса — четыре паза (15, 16, 17 и 18). К несимметричному расположению обмоток в электродвигателях заводского изготовления приходится прибегать, чтобы использовать один и тот же штамп для листов статора при разных числах полюсов.

Двухслойные обмотки выполняют следующим образом. В каждой обмотке катушки одного полюса соединены последовательно и образуют катушечную группу. Эту группу наматывают непрерывным проводом на шаблон, имеющий столько желобков, сколько пазов занимает сторона катушки на статоре. Намотанные катушки вкладывают в пазы, изолированные гильзами. Сначала вкладывают нижние стороны катушек, лежащие на дне пазов, а затем верхние.

Затем концы гильз, выступающие из пазов, загибают и пазы заклинивают клиньями из текстолита или твердых пород дерева.

В табл. 3-1 приведены обмоточные данные двигателей, обмотки которых изготовляются по этой схеме. Это электродвигатели 4-го габарита с одинаковыми диаметрами статора, но с разными длинами.

Н.В. Виноградов, Ю.Н. Виноградов
Как самому рассчитать и сделать электродвигатель
Москва 1974

Напряжения сети и схемы статорных обмоток электродвигателя

Если в паспорте электродвигателя указано, например, 220/380 в, это означает, что электродвигатель может быть включен как в сеть 220 в (схема соединения обмоток - треугольник), так и в сеть 380 в (схема соединения обмоток - звезда). Статорные обмотки асинхронного электродвигателя имеют шесть концов.

По ГОСТу обмотки асинхронного двигателя имеют следующие обозначения: I фаза - С1 (начало), С4 (конец), II фаза - С2 (начало), С5 (конец), III фаза - С3 (начало), С6 (конец).

Рис. 1. Схема подключения обмоток асинхронного двигателя: а - в звезду, б - в треугольник, в - исполнение схем "звезда" и "треугольник" на доске зажимов.

Если в сети напряжения равно 380 В, то обмотки статора двигателя должны быть соединены по схеме "звезда". В общую точку при этом собраны или все начала (С1, С2, С3), или все концы (С4, С5, С6). Напряжение 380 в приложено между концами обмоток АВ, ВС, СА. На каждой же фазе, то есть между точками О и А, О и В, О и С, напряжение будет в √З раз меньше: 380/√З = 220 В.

Способы подключения электродвигателей

Если в сети напряжение 220 В (при системе напряжений 220/127 В, что в настоящее время, практически нигде не встречается) обмотки статора двигателя должны быть соединены по схеме "треугольник".

В точках А, В и С соединяются начало (Н) предыдущей с концом (К) последующей обмотки и с фазой сети (рис. 1, б). Если предположить, что между точками А и В включена I фаза, между точками В и С - II, а между точками С и А - III фаза, то при схеме "треугольник" соединены: начало I (С1) с концом III (С6), начало II (С2) с концом I (С4) и начало III (С3) с концом II (С5).

У некоторых двигателей концы фаз обмотки выведены на доску зажимов. По ГОСТу, начала и концы обмоток выводят.в том порядке, как эго показано на рисунке 1, в.

Если теперь необходимо соединить обмотки двигателя по схеме "звезда", зажимы, на которые выведены концы (или начала), замыкают между собой, а к зажимам двигателя, на которые выведены начала (или концы), присоединяют фазы сети.

При соединении обмоток двигателя в "треугольник" соединяют, зажимы по вертикали попарно и к перемычкам присоединяют фазы сети. Вертикальные перемычки соединяют начало I с концом III фазы, начало II с концом I фазы и начало III с концом II фазы.

При определении схемы соединения обмоток можно пользоваться следующей таблицей:

Паспорт электродвигателя

Определение согласованных выводов (начал и концов) фаз статорной обмотки.

На выводах статорных обмоток двигателя обычно имеются стандартные обозначения па металлических обжимающих кольцах. Однако эти обжимающие кольца теряются. Тогда возникает необходимость определить согласованные выводы. Это выполняют в такой последовательности.

Сначала при помощи контрольной лампы определяют пары выводов, принадлежащих отдельным фазным обмоткам (рис. 2).

Рис. 2 . Определение фазных обмоток при помощи контрольной лампы.

К зажиму сети 2 подключают один из шести выводов статорной обмотки двигателя, а к другому зажиму сети 3 подключают один конец контрольной лампы. Другим концом контрольной лампы поочередно касаются каждого из остальных пяти выводов статорных обмоток до тех пор, пока лампа не загорится. Если лампа загорелась, значит, два вывода, присоединенные к сети, принадлежат одной фазе.

Необходимо следить при этом, чтобы выводы обмоток не замыкались друг с другом. Каждую пару выводов помечают (например, завязав ее узелком).

Определив фазы статорной обмотки, приступают ко второй части работы - определению согласованных выводов или "начал" и "концов". Эта часть работы может быть выполнена двумя способами.

1. Способ трансформации. В одну из фаз включают контрольную лампу. Две другие фазы соединяют последовательно и включают и сеть на .

Если эти две фазы оказались включенными так, что и точке О условный "конец" одной фазы соединен с условным "началом" другой (рис. 3, а), то магнитный ноток ∑Ф пересекает третью обмотку и индуктирует в ней ЭДС.

Лампа укажет наличие ЭДС небольшим накалом. Если накал незаметен, то следует применить в качестве индикатора вольтметр со шкалой до 30 - 60 В.

Рис. 3. Определение начал и концов в фазных обмотках двигателя методом трансформации

Если в точке О встретятся, например, условные "концы" обмоток (рис. 3, б), то магнитные потоки обмоток будут направлены противоположно друг другу. Суммарный поток будет близок к нулю, и лампа не даст накала (вольтметр покажет О). В данном случае выводы, принадлежащие какой-либо из фаз, следует поменять местами и включить снова.

Если накал у лампы есть (или вольтметр показывает некоторое напряжение), то концы следует пометить. На одни из выводов, которые встретились в общей точке О, надевают бирку с пометкой Н1 (начало I фазы), а на другой вывод - К3 (или К2).

Бирки К1 и Н3 (или Н2) надевают па выводы, находящиеся в общих узелках (завязанных при выполнении первой части работы) с Н1 и К3 соответственно.

Для определения согласованных выводов третьей обмотки собирают схему, представленную на рисунке 3, в. Лампу включают в одну из фазе уже обозначенными выводами.

2. Способ подбора фаз. Этот способ определения согласованных выводов (начал и концов) фаз статорной обмотки можно использовать для двигателей небольшой мощности - до 3 - 5 кВт.

Рис. 4. Определение "начал" и "концов" обмотки методом подбора схемы "звезда".

После того как определены выводы отдельных фаз, их наугад соединяют в звезду (по одному выводу от фазы подключают к сети, а по одному - соединяют в общую точку) и включают двигатель в сеть. Если в общую точку попали все условные "начала" или все "концы", то двигатель будет работать нормально.

Но если одна из фаз (III ) оказалась "перевернутой" (рис. 4, а), то двигатель сильно гудит, хотя и может вращаться (но легко может быть заторможен). В этом случае выводы любой из обмоток наугад (например, I ) следует поменять местами (рис. 4, б).

Если двигатель опять гудит и плохо работает, то фазу следует снова включить, как прежде (как в схеме а), но повернуть другую фазу - III (рис. 3, в).

Если двигатель и после этого гудит, то эту фазу следует также поставить по-прежнему, а повернуть следующую фазу - II.

Когда двигатель станет работать нормально (рис. 4, в), все три вывода, которые соединены в общую точку, следует пометить одинаково, например "концами", а противоположные - "началами". После этого можно собирать рабочую схему, указанную в паспорте двигателя.

Есть трехфазный асинхронный двигатель, на котором отсутствует клеммная колодка, выходят шесть концов проводов, но разобраться с выходящим пучком не можете. Попробуем вместе разобраться с этой проблемой.
Прежде всего на пригодность. Сопротивление в норме — вызваниваем (находим) каждую обмотку, можно тем же мегаомметром, но лучше омметром. Одна определилась — сразу надо промаркировать ее выводы. Так будем делать для всех трех обмоток. Маркировать можно как угодно, только у каждого вывода должно быть свое название, чтоб его с другим выводом не перепутать.

Например, я определил первую обмотку L1, концы ее обозначил Н1, К1. Почему так? Мы ведь будем определять начало и конец обмоток статора. Где начало, а где конец у первой — нет никакой разницы. Главное, другие согласовать с ней. Поэтому в первой обмотке один вывод обозначен началом (Н1), второй — концом (К1), чтобы уже потом не переписывать. Маркировку можно сделать маркером на кембриках, надетых на провода, можно скотчем примотать простую бумажку, а потом переделать на кембрик. На бумажке даже удобней, когда придется переделывать маркировку. А вот на выводы Н1, К1 можно сразу надеть трубку с обозначением, здесь все готово.
Определяем L2, найденные выводы обозначим как 2, 3. Для третьей (L3) — цифры 4, 5.
Теперь, собственно, будем определять начало и конец обмоток асинхронного двигателя. Последовательность действий соблюдать в следующем порядке:

• К выводу К1 присоединяем провод с цифрой 2 (Рис. 1).
• К выводам 4, 5 подключаем вольтметр для замера переменного напряжения.
• К проводам Н1, 3 подключаем 220V, можно меньше, но только переменное напряжение.
• Фиксируем показание вольтметра, отключаем напряжение.
• Меняем друг с другом провода 2, 3; подключаем напряжение, фиксируем показание вольтметра.

Значительно превосходящее показание вольтметра указывает на правильное соединение обмоток Н1, К1 — 2, 3. Допустим, наибольшее показание было с первым подключением. Значит, вывод 2 является началом, а вывод 3 — концом. Провод 2 окончательно маркируем как Н2, а провод 3 — К2.
Далее.

• Вместо теперь уже Н2, К2 присоединяем к К1 провод 4, а вольтметр — к Н2, К2 (Рис. 2).
• На провода Н1, 5 подаем напряжение. Фиксируем показание.
• Отключаем напряжение. Меняем 4 провод с 5. Включаем. Показание.

Допустим, во втором случае показание вольтметра было значительно больше. Значит, 5 провод — начало L3 (обозначим как Н3), 4 — конец L3 (К3).
Таким образом определились начало и конец обмоток статора асинхронного двигателя, осталось только .

Важная составная часть электродвигателей - ее обмотки, в которых происходят основные рабочие процессы по преобразованию энергии. В наиболее распространенных типах электрических машин можно выделить:

трехфазные обмотки машин переменного тока, используемые обычно в статорах трехфазных асинхронных и синхронных машин, а также в роторах асинхронных двигателей с контактными кольцами.

однофазные обмотки статоров асинхронных однофазных двигателей с короткозамкнутым ротором.

обмотки якорей коллекторных машин постоянного и однофазного переменного тока.

короткозамкнутые обмотки роторов асинхронных электродвигателей.

обмотки возбуждения синхронных и коллекторных машин.

Обмотки возбуждения синхронных и коллекторных машин состоят, как правило, из сравнительно простых полюсных катушек. Несложным является и устройство короткозамкнутых обмоток роторов асинхронных двигателей. Остальные же виды перечисленных выше обмоток представляют собой достаточно сложные системы размещенных в пазах изолированных проводников, соединенных по особым схемам, требующим специального изучения.

Виток обмоток:

Простейшим элементом обмотки является виток, который состоит из двух последовательно соединенных проводников, размещенных в пазах, находящихся, как правило, под соседними разноименными полюсами.

Лежащие в пазах проводники витка являются его активными сторонами, поскольку именно здесь наводится ЭДС от главного магнитного поля машины. Находящиеся вне паза части витка, соединяющие между собой активные проводники и располагающиеся по торцам магнитопровода, называются лобовыми частями.

Проводники, образующие виток, могут состоять из нескольких параллельных проводов. Обычно к этому прибегают, чтобы сделать обмотку мягкой и облегчить ее укладку в пазы.

Один или несколько последовательно соединенных витков образуют катушку или секцию обмотки. Если секция состоит из одного витка, то такую обмотку называют стержневой, так как в этом случае находящиеся в пазах проводники обычно представляют собой жесткие стержни. Обмотка, состоящая из многовитковых секций, называется катушечной.

Катушка обмотки:

Катушка, или секция обмотки, характеризуется числом витков wc и шагом y, т. е. количеством охватываемых ею зубцов магнитопровода. Так, например, если одна сторона катушки (секции) лежит в первом пазу, а вторая - в шестом, то катушка охватывает пять зубцов и шаг ее равен пяти (у = 5). Шаг, таким образом, может быть определен как разность между номерами пазов, в которые уложены обе стороны катушки (у = 6 - 1 = 5).

Зачастую в обмоточных данных и технической литературе шаг обозначают номерами пазов (начиная с первого), в которые уложены стороны катушки, т. е. в данном случае это обозначение выглядит так: у = 1 - 6.

Шаг обмотки называют диаметральным, если он равен полюсному делению τ, т. е. расстоянию между осями соседних разноименных полюсов, или, что то же самое, числу пазов (зубцов), приходящихся на один полюс. В этом случае у = τ = z/2p, где z - число пазов (зубцов) сердечника, в котором размещена обмотка; 2р - число полюсов обмотки.

Если шаг катушки меньше диаметрального, то его называют укороченным. Укорочение шага, характеризуемое коэффициентом укорочения ky = у / τ, широко применяется в обмотках статоров трехфазных асинхронных электродвигателей, так как при этом экономится обмоточный провод (за счет более коротких лобовых частей), облегчается укладка обмотки и улучшаются характеристики двигателей. Применяемое укорочение шага обычно лежит в пределах 0,85 - 0,66.

В духполюсной электрической машине центральный угол, соответствующий полюсному делению, равен 180°. Хотя в четырехполюсных машинах этот геометрический угол равен 90°, в шестиполюсных - 60° и т. д., принято считать, что между осями соседних разноименных полюсов во всех случаях угол равен 180 электрическим градусам (180 эл. град.). Иначе говоря, полюсное деление τ = 180 эл. град.

Различают однослойные обмотки, где каждый паз занят стороной одной катушки (секции), и двухслойные, где в пазах размещены стороны разных катушек (секций) в два слоя.

Способы изображения обмоток:

Способы изображения обмоток электрических машин достаточно условны и своеобразны. Обмотки содержат большое число проводников, и изобразить все соединения и проводники на чертеже практически невозможно. Поэтому приходится прибегать к изображению обмоток в виде схем.

Преимущественно пользуются двумя основными способами изображения обмоток на схемах.

При первом способе цилиндрическую поверхность сердечника вместе с обмоткой (а у коллекторных машин - вместе с коллектором) как бы мысленно разрезают по образующей и разворачивают на плоскость чертежа. Такого типа схемы называются развернутыми, или схемами-развертками (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Развернутая схема трехфазной однослойной концентрической обмотки с z = 24, 2р = 4.

При втором способе обмотку как бы проектируют на плоскость, перпендикулярную оси сердечника, показывая вид обмотки с торца (для коллекторных машин обычно со стороны коллектора). Проводники (или активные стороны секций и катушек), расположенные в пазах па поверхности сердечника, изображают кружочками и показывают торцевые (лобовые) соединения обмотки. При необходимости изображают не только видимые с данной стороны торцевые соединения обмотки, но и размещенные с обратной стороны сердечника невидимые лобовые части, причем их изображение в этом случае выносится за окружность сердечника. Схемы такого типа называют торцевыми, или круговыми (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Торцевая схема обмотки m = 3, z = 24, 2р = 4.

Торцевая и развернутая схемы обмоток:

Наиболее распространены схемы, выполненные по первому способу. Они легче читаются и более наглядны. Для облегчения чтения и выполнения торцевых схем их выполняют упрощенным способом (рис. 2.3). Но даже после этого для обмотчика, не имеющего достаточного опыта работы с торцевыми схемами, они кажутся непонятными и неудобочитаемыми. В развернутых схемах расположение катушек и катушечных групп, соединение катушек и катушечных групп выглядит более реально и понятно.

Рис. 2.3. Торцевая схема при 2р = 4, а = 1.

Схемы дают достаточно четкое представление об устройстве и размещении на сердечнике всех элементов обмотки и соединений между ними. На схемах в основном изображают лишь проводники обмотки, стараясь по возможности опустить все остальные детали, загромождающие схему и затрудняющие ее чтение. Необходимые дополнительные технические данные приводятся на схемах в виде надписей.

Катушка, или секция на схеме изображается одной линией независимо от того, намотана она в один провод или в несколько параллельных проводов, состоит из одного витка или является многовитковой. На развернутой схеме секция или катушка изображаются в виде замкнутой, напоминающей действительную конфигурацию секции (катушки) фигуры, от которой ответвляются выводы.

В развернутых схемах двухслойных обмоток стороны катушек или секций, лежащие ближе к воздушному зазору, т. е. в верхнем слое паза, изображают сплошными линиями, а стороны, лежащие в нижнем слое, - штриховыми (пунктирными). Иногда (в книгах старых изданий) активные стороны катушек в обоих слоях паза изображают сплошными линиями, но те стороны, что лежат в верхнем слое, располагают слева, а те, что лежат в нижнем слое, - справа.

На схемах трехфазных обмоток провода разных фаз могут изображаться различающимися между собой линиями, например сплошными, штриховыми и штрихпунктирными, линиями разной расцветки или разной толщины, двойными линиями с разной штриховкой между ними.

На схемах обычно указывают номера пазов, номера коллекторных пластин, могут быть также обозначены номера секций и их сторон, номера и маркировка выводных концов катушечных групп, фаз обмотки, указаны направления токов, фазные зоны, полюса магнитного поля и т. д. (рис. 2.4 - 2.6).

Рис. 2.4. Развернутая схема двухслойной обмотки при z = 24, 2р = 4, q = 2.

Рис. 2.5. Изображение катушечных групп на схемах: а - развернутой, б – условной.

Рис. 2.6. Условные схемы двухслойной обмотки статора: а - для трех фаз при 2р = 2; б - для одной фазы при 2р = 2, в - для одной обмотки статора при 1р = 4.

Схемы необходимы не только при изучении принципа работы обмоток, их устройства, свойств и особенностей, но также и для выполнения обмоточных работ. Не имея схемы и не сверяясь с ней в процессе работы, трудно выполнить обмотку, поэтому перед началом ремонта обмотки надлежит составить ее схему или найти в справочнике аналогичную.

Упрощенные торцевые схемы:

Следует отметить, что полные развернутые и торцевые схемы сложных многополюсных обмоток с большим числом пазов получаются очень громоздкими и трудными для чтения.

В этих случаях в процессе выполнения обмоток, элементы которых повторяются, часто используют практические развернутые схемы, где изображена, например, лишь одна фаза (иногда часть фазы) трехфазной обмотки или несколько секций обмотки коллекторной машины. Широко используются также упрощенные торцевые схемы, где целые катушечные группы изображаются в виде части дуги с обозначениями выводов, а более мелкие элементы обмотки не изображают или изображают на схеме отдельно. Упрощенные торцевые схемы удобны при выполнении соединений между катушечными группами в сложных обмотках.

Определение начала и конца обмоток трехфазного двигателя.

Иногда встречаются трехфазные электродвигатели, у которых выводы обмоток не маркированы, как правило, после перемотки, или при слишком «бережной» эксплуатации. Чтобы определить, начала и концы обмоток, необходимо:
- при помощи омметра, определить обмотки, отметить три пары – три обмотки;
- на одной из обмоток пометить один провод и подключить к нему минус батареи;
- к другой обмотке подключить стрелочный вольтметр;
- коснуться вторым проводом первой обмотки плюса батареи, и посмотреть, в какую сторону отклонятся стрелка. Необходимо, чтобы она отклонялась вперед;
- убедившись в этом, пометить вывод, подключенный к плюсу вольтметра;
- аналогично проверить и пометить вывод на третьей обмотке.
Отмеченные выводы можно считать либо началами, либо концами, и соответственно подключать двигатель к трехфазной цепи.

Определяем количество выводов обмоток статора электродвигателя и их назначение
Электродвигатель подключается к источнику питания выводами его внутренних обмоток. Таких обмоток в трёхфазном двигателе - три. Следовательно, выводов всего должно быть шесть. Но из-под крышки идёт, как правило, семь проводов, один из них "корпусной", присоединён к корпусу электродвигателя. В схеме питания он не участвует, но необходим для безопасной работы.
Нередко случается, что число выводов, выходящих из корпуса двигателя всего три. В этом случае остальные три вывода "спрятаны" внутри корпуса и, чтобы добраться к ним, необходимо аккуратно разобрать электродвигатель, сняв ротор. Найдя и разъединив недостающие три провода (соединённые между собой в схеме "звезда"), следует удлинить каждый из них и вывести их все наружу.
Иногда провода внутри корпуса электродвигателя соединены не звездой (три в одной точке), а треугольником. В этом случае, задача трудней, но та же самая: разъединить все (три пары) соединений проводов между собой, удлинить концы и вывести их наружу. Правда, в нашем случае делать этого не стоит, поскольку все способы схем подключения приведены здесь для электродвигателей, обмотки которых включены по схеме треугольника.
Обычно на крышке корпуса электродвигателя установлена коробка, в которой имеется коммутационная колодка с перемычками, по их конфигурации можно легко проследить схему соединения обмоток.

Как определить по какой схеме соединены концы обмоток электродвигателя?
Если визуально соединение обмоток не просматриваются (соединения выполнены внутри корпуса электродвигателя), то придется определять тип соединений (звезда или треугольник) косвенно. Теоретически, сделать это очень просто.
Схема соединений обмоток электродвигателя "звездой" выполняется соединением трёх одноименных (например, концов) выводов между собой в одной точке. Поэтому, если подключить к любым двум выводам (из трёх!) электродвигателя генератор переменного тока, то трансформации напряжения на вторичную обмотку, в качестве которой для измерений используется третья обмотка, не произойдёт и вольтметр, подключенный, как показано на Рис. 1, покажет отсутствие напряжения или напряжение, близкое к нулю вольт.

На практике вместо генератора переменного тока можно использовать обычный полуторавольтный элемент питания (например 316), кратковременно подключая его к выводам электродвигателя. Измерения напряжений в этом случае следует производить на минимальном пределе шкалы вольтметра. Если электродвигатель большой мощности, то прибор следует установить для измерения тока (микроампер).
В крайних случаях, соблюдая все меры предосторожности, вместо генератора переменного тока можно использовать сетевое напряжение 220 вольт, подключая источник к обмоткам последовательно с лампой мощностью 60 ватт.

Как определить начала и концы выводов обмоток электродвигателя?
После, того как мы научились определять способ соединения обмоток электродвигателя, вызвонить и промаркировать концы обмоток совсем простое дело! Вначале нужно вызвонить три пары выводов обмоток. Сопротивления обмоток мощных электродвигателей очень малы и составляют десятые доли Ома, а маломощных электродвигателей - единицы Ом. Седьмой "корпусной" провод вызванивается относительно корпуса. Остальные 6 проводов ни в коем случае не должны иметь контакта с корпусом. Сопротивление между проводами обмоток и корпусом составляет сотни мегаом.
Итак, в результате замеров, мы имеем три пары выводов обмоток и один провод "корпусной". Теперь произвольно промаркируем выводы (концы) одной любой обмотки буквами "Н" и "К" - начало и конец. Далее, также произвольно, промаркируем выводы другой любой обмотки буквами "Н" и "К" - начало и конец.

Следующий шаг - соединим две промаркированные обмотки между собой последовательно выводами "Н" и "К", как показано на Рис 3. К оставшимся свободным концам соединённых обмоток ("Н" и "К") подключим амперметр, установленный на малом пределе измерений (мА или даже мкА). К выводам немаркированной обмотки подсоединим кратковременно источник постоянного тока - батарею 1.5 вольта (элемент 316). Амперметр должен показать всплеск напряжения. Если этого не произошло, то соедините маркированные обмотки между собой выводами "Н" и "Н", а микроамперметр подключите к свободным их концам ("К" и "К"). Если амперметр зафиксирует всплеск тока, то поменяйте местами надписи "Н" и "К" на одной любой обмотке.

Может случиться, что амперметр не обнаруживает всплеска напряжения ни в каком случае, или всплеск этот очень слабый. Такой признак указывает на неисправность электродвигателя - межвитковое замыкание какой либо обмотки.
Далее, разъединяем обмотки, отключаем источник питания и вновь соединяем между собой последовательно две обмотки. Причём, любой вывод немаркированной обмотки соединим с выводом "Н" любой маркированной обмотки. К оставшимся свободным концам, последовательно соединённых между собой обмоток (вывод "К" и вывод немаркированный) подключим микроамперметр, установленный на малом пределе измерений. Подсоединяем кратковременно источник питания к выводам оставшейся маркированной обмотки. Прибор должен показать всплеск напряжения.
Если этого не происходит, то меняем в схеме местами выводы немаркированной обмотки. Вновь кратковременно подсоединяем источник питания. Если микроамперметр зафиксирует всплеск напряжения, то обозначаем (маркируем) тот вывод немаркированной обмотки, который был соединён с выводом "Н" буквой "К", а другой вывод буквой "Н". Всё!

При измерениях тока или напряжения нежелательно пользоваться цифровым мультиметром, поскольку существующая задержка измерения (индикации) в цифровых приборах может не успевать зафиксировать кратковременные всплески тока (напряжения).

Соединение обмоток трёхфазного электродвигателя по схеме треугольника
Нет ничего проще соединения уже промаркированных выводов электродвигателя в схему треугольника! Соединяем последовательно (в кольцо) обмотки в таком порядке: начало одной ("Н") с концом другой ("К"). Получим три вывода электродвигателя, обмотки которого соединены по схеме "треугольника". К ним добавим ещё один провод "корпусной" для подсоединения его к внешнему контуру заземления

Классический способ включения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть
Самая простая и самая распространённая схема подключения трёхфазного электродвигателя к однофазному источнику питания 220 вольт приведена на рисунке 1.

Существуют методики расчёта величины ёмкости фазосдвигающего конденсатора C1, но большого значения придавать им не стоит, поскольку эти расчёты приводят практически к тем же результатам, которые получаются при грубом расчёте ёмкости по следующей простой формуле.

Где С - ёмкость фазосдвигающего конденсатора в микрофарадах, а P - паспортная мощность электродвигателя в киловаттах. Величина ёмкости сильно зависит от режима работы электродвигателя, в частности от его нагруженности.
В случаях, когда электродвигатель работает при переменных нагрузках, приходится в процессе работы, параллельно с постоянно подключенным фазосдвигающим конденсатором, включать дополнительные. Приведённая выше расчётная формула работает для слабонагруженных электродвигателей. При значительных нагрузках ёмкость фазосдвигающего конденсатора следует увеличивать вдвое от расчётной.

Что произойдёт, если величина ёмкости конденсатора выбрана неправильно?
Если величина ёмкости фазосдвигающего конденсатора выбрана больше, чем требуется при данных конкретных условиях работы электродвигателя, то двигатель будет быстро перегреваться. Если величина ёмкости выбрана меньше требуемой, то мощность электродвигатель будет занижена в сравнении с оптимальной. Отсюда вывод: при подборе фазосдвигающего конденсатора следует начинать выбор величины емкости от минимальной, постепенно увеличивая её до того значения, когда электродвигатель сможет обеспечить механическую работу привода.

Почему рабочее напряжение фазосдвигающего конденсатора должно быть не ниже 400 вольт?
Причин, по которым рабочее напряжение фазосдвигающего конденсатора должно быть не ниже 400 вольт, три. Первая причина та, что амплитудное значение переменного напряжения в бытовой сети 220 вольт составляет почти триста вольт (220х1,3). Почему так? Как мы помним из школьного курса физики, напряжение бытовой сети переменного тока 220 вольт является действующим напряжением.

По определению: действующим значением переменного тока является такой постоянный ток, который за то же время и на той же нагрузке вызывает такую же мощность, как и переменный ток.
А поскольку у переменного тока существуют экстремумы - точки с максимальным и минимальным значениями, то они, конечно, будут отличаться от некоторого среднего (действующего) значения. Фазосдвигающий конденсатор должен гарантированно выдерживать эти участки повышенного отрицательного и положительного напряжений.
Вторая причина в том, что рабочее напряжение на конденсаторах, как правило, указывается для постоянного тока. Но переменное напряжение меняет свою полярность во времени от + 220 вольт до - 220 вольт. А, значит, конденсатор в некоторых условиях может зарядиться до почти удвоенного значения сети, до 400 вольт.
Третья причина - фазосдвигающий конденсатор устанавливается в цепи обмоток статора, обладающих большой индуктивностью. При работе электродвигателя, особенно при его пуске и остановке, на обмотках высвобождается большая электродвижущая сила самоиндукции (ЭДС), в виде всплесков повышенного напряжения 300-600 вольт, приложенная именно к конденсатору.

Как подобрать оптимальную ёмкость фазосдвигающего конденсатора?
Выбор оптимальной величины ёмкости фазосдвигающего конденсатора следует выполнять в реальных условиях работы электродвигателя, подключив к нему электропривод и подсоединив эффективную схему пуска . Вся процедура сводится к подбору фазосдвигающего конденсатора такой ёмкости, чтобы величины токов, втекающих в каждый из трёх отводов обмоток электродвигателя, минимально отличалась друг от друга. Порядок подбора тот, который был указан выше - от меньшей ёмкости к большей. Подбирая оптимальную ёмкость конденсатора, контролируйте и учитывайте нагрев корпуса электродвигателя!

Почему нельзя перегревать электродвигатель?
В процессе работы любой электродвигатель неизбежно нагревается. Температура корпуса работающего двигателя без ущерба эксплуатационным характеристикам вполне может достигать 70°C. Чтобы предотвратить перегрев, корпус электродвигателя выполнен ребристым с целью увеличения поверхности, отводящей тепло. Эффективность теплоотвода загрязнённого корпуса электродвигателя резко снижается.
Что происходит при перегреве электродвигателя? Изолирующее лаковое покрытие проводов обмотки высыхает (или даже обугливается) и отслаивается. В результате оголённые соседние провода замыкают между собой. Происходит межвитковое короткое замыкание обмотки электродвигателя.
Межвитковое замыкание, в зависимости от величины замыкаемого участка, приводит либо к последующему быстрому перегреву электродвигателя, либо к мгновенному расплаву (замыканию или перегоранию) проводов обмотки. Практически, электродвигатель с перемкнутым небольшим участком обмотки (несколько соседних витков), перегреваясь и теряя мощность, может ещё поработать. Но всякий новый цикл - перегрева обмоток при работе и остывания при выключении, ухудшает состояние изоляции обмоток и приводит к тому же результату - отслаиванию изоляции, замыканию витков обмоток и выходу электродвигателя из строя.
Кроме того, при перегреве электродвигателя перегреваются подшипники, в которых вращается ротор. Перегревание смазки подшипников приводит к снижению её эффективности и еще большему перегреву подшипника. В результате, сильно разогретая смазка частично испаряется, частично вытекает из корпуса подшипника и подшипник начинает заклинивать. Аварийная принудительная остановка электродвигателя во время работы (без его обесточивания) также приводит к быстрому и недопустимому перегреву его обмоток и даже их возгоранию и выходу электродвигателя из строя.

Как изменить направление вращения ротора электродвигателя?
Так же, как и при работе электродвигателя от трёхфазного источника, при питании от однофазной сети напряжением 220 вольт, ротор электродвигателя приводится в движение вращающимся магнитным полем, направление вращения которого зависит от порядка чередования фаз. При работе электродвигателя один конец фазосдвигающего конденсатора всегда подключен к свободной точке соединения обмоток, а второй конец к проводу питающей сети - фазному или нулевому.

Направление вращения ротора электродвигателя зависит от того, куда подключен тот конец фазосдвигающего конденсатора, который соединён с проводом сетевого питания. Попросту, чтобы изменить направление вращения ротора электродвигателя, следует этот вывод конденсатора отключить от одного провода питающей сети и подключить к другому проводу питающей сети. Другими словами, перекоммутировать вывод с клеммы А электродвигателя на клемму В.

Схема пуска трехфазного электродвигателя при работе в однофазной сети
Трёхфазный электродвигатель нормально работает при подключении к однофазному источнику питания переменного тока с напряжением бытовой сети 220 вольт по схемам приведённым на рисунках 1 и 2. Однако, запустить под нагрузкой его не удастся. Для того, чтобы обеспечить вращение ротора электродвигателя при пуске нужна специальная схема. Согласно этой схеме, при пуске, параллельно фазосдвигающему конденсатору (С1) подключается дополнительный "пусковой" конденсатор С2 с примерно такой же величиной ёмкости, как и у фазосдвигающего. Такая схема приведена ниже на Рис.3.

При пуске, после включения переключателя SA, требуется вручную нажать кнопку SB и удерживать её нажатой несколько секунд, пока обороты ротора электродвигателя достигнут 70% от номинальных.

Подключение электродвигателя к сети через контактор, кнопки "пуск" и "стоп"
При возникновении неисправностей, в аварийных ситуациях и при пропадании напряжения питающей сети электродвигатель должен выключаться быстро и легко. Кроме того, при возобновлении питания, во избежание поражения людей электрическим током, предотвращения поломок электропривода и самого электродвигателя, электродвигатель не должен автоматически запускаться повторно.
Всем этим требованиям отвечает схема включения электродвигателя контактором К1. Двигатель запускается нажатием кнопки "Пуск". Последующее выключение осуществляется нажатием кнопки "Стоп". Такая схема приведена ниже на Рис.4.

Для включения электродвигателя нажимается кнопка SA1 "Пуск". Напряжение сети 220 вольт поступает на обмотку контактора К1. Сердечник контактора втягивается, замыкая контакты К1.1 и К1.2. Контакты кнопки "Пуск" самоблокируются контактами К1.1, а контактами К1.2 к сети подключаются обмотки двигателя.
При нажатии кнопки "Стоп" цепь обмотки контактора К1 размыкается, обмотка обесточивается. Контакты К1.1 размыкаются, кнопка "Пуск" разблокируется. Размыкаются контакты К1.2 и снимается напряжение с обмоток электродвигателя. Двигатель выключается. Состояние схемы не изменяется и после отпускания кнопки "Стоп". Электродвигатель остается в выключенном состоянии.

Схема автоматического запуска трёхфазного электродвигателя
На схеме Рис. 4, так же, как и на предыдущих схемах, приходится вручную нажимать кнопку SA3, подключая пусковой конденсатор С2, и ожидать, когда ротор электродвигателя наберёт обороты, что не очень удобно. Вместо ручной кнопки можно воспользоваться схемой пуска, в которой применяется реле задержки , с заданным временем задержки включения (после подачи на него напряжения питания) 3-10 секунд. Схема замены ручной кнопки автоматом приведена ниже на Рис.5.

При включении электродвигателя нажимается кнопка SA1 "Пуск". Напряжение сети 220 вольт приходит на обмотку контактора К1. Сердечник контактора втягивается, замыкая контакты К1.1 и К1.2. Контактами К1.1, как и в предыдущей схеме, самоблокируется кнопка "Пуск" (перемыкаются её контакты), а контактами К1.2 к сети подключаются обмотки двигателя. В это время через нормально замкнутые контакты реле задержки КТ1.1 параллельно фазосдвигающему конденсатору С1 подключен пусковой конденсатор С2.
Одновременно с подачей напряжения на контактор К1, напряжение питания подаётся на реле задержки КТ. Начинается отсчёт времени задержки размыкания нормально замкнутых контактов КТ1.1 реле КТ. По истечению нескольких секунд задержки, реле КТ срабатывает, размыкая контакты КТ1.1. Пусковая ёмкость С2 отсоединяется от фазосдвигающей ёмкости С1. Процесс пуска завершён.

Подключение пускового конденсатора через мощные контакты
Подключение пускового конденсатора параллельно фазосдвигающему конденсатору сопровождается сильным искрением контактов. Маломощные контакты реле задержки К1, как показано в предыдущей схеме, не смогут длительно обеспечивать работу электродвигателя в пусковом режиме. Они попросту залипнут или выгорят. Поэтому целесообразно управлять подключением пускового конденсатора контактами мощного реле (контактора). Такая схема изображена на Рис.6.

При нажатии кнопки "Пуск" точно так же напряжение подаётся на реле задержки КТ1. Но пусковой конденсатор С2 при пуске сразу же подключится к фазосдвигающему конденсатору контактами дополнительного контактора К2, обмотка которого в свою очередь подключится при пуске к сети 220 вольт через нормально замкнутые контакты реле задержки КТ1.
Когда закончится задержка времени реле КТ1, оно включится и его контакты КТ1.1 разомкнутся, разъединяя цепь обмотки контактора К2 от источника 220 вольт. Обмотка контактора К2 обесточится, его контакты К2.1 разомкнутся и отсоединят от фазосдвигающего конденсатора С1 пусковой конденсатор С2, завершая, тем самым, процесс пуска.

Токовая защита трёхфазного электродвигателя
В приведённых выше схемах обмотка электродвигателя оказывается постоянно подключенной к сети 220 вольт, что создаёт опасность поражения людей электрическим током и не соответствует требованиям техники безопасности. По завершению работ электроинструмент должен быть полностью обесточен. Опасное для жизни напряжение 220 вольт не должно присутствовать ни на одной из частей электрооборудования.
Кроме того, необходима защита электродвигателя от серьёзных повреждений при коротких замыканиях схемы или токоведущих компонентов конструкции электродвигателя. Для защиты внешней электропроводки от критических и аварийных токов также необходима токовая защита. Такую защиту с успехом выполнит трёхфазный токовый автомат. Схема подключения электродвигателя через токовый автомат изображена на Рис.7.

Когда включен токовый автомат SA3, горит синий светодиод VL1.1. При пуске и работе электродвигателя загорается красный светодиод VL1.2 (правый по схеме), а синий светодиод гаснет. Резисторы R1 и R2, мощностью по 1 ватту, ограничивают ток через светодиоды на уровне 4 миллиампер. Диоды VD1 и VD2 защищают светодиоды от пробоя обратным напряжением 220 вольт.