Виды шаговых двигателей по типу соединения электромагнитов статора:
По типу соединения электромагнитов, шаговые двигатели делятся на: униполярные и биполярные.
На рисунке представлено упрощённое, схематическое, представление обмоток. На самом деле, каждая обмотка состоит из нескольких обмоток электромагнитов, соединённых последовательно или параллельно
- Биполярный двигатель имеет 4 вывода. Выводы A и A питают обмотку AA, выводы B и B питают обмотку BB. Для включения электромагнита, на выводы обмотки необходимо подать разность потенциалов (два разных уровня), поэтому двигатель называется биполярным. Направление магнитного поля зависит от полярности потенциалов на выводах.
- Униполярный двигатель имеет 5 выводов. Центральные точки его обмоток соединены между собой и являются общим (пятым) выводом, который, обычно, подключают к GND. Для включения электромагнита, достаточно подать положительный потенциал на один из выводов обмотки, поэтому двигатель называется униполярным. Направление магнитного поля зависит от того, на какой именно вывод обмотки подан положительный потенциал.
- 6-выводной двигатель имеет ответвление от центральных точек обмоток, но обмотка AA не соединена с обмоткой BB. Если не использовать выводы центральных точек обмоток, то двигатель будет биполярным, а если эти выводы соединить и подключить к GND, то двигатель будет униполярным.
- 8-выводной двигатель является наиболее гибким в плане подключения электромагнитов. Данный двигатель можно не только использовать как биполярный или униполярный, но и самим определять, как соединить электромагниты обмоток, последовательно или параллельно.
Подключение электродвигателя 380 на 220
Большинство асинхронных двигателей, предназначенных для работы в трехфазной сети 380 В можно спокойно переделать для работы в домашнем хозяйстве, например для точильного станка или сверлильного, где напряжение сети обычно составляет 220 В. На практике чаще всего применяется схема подключения в однофазную сеть с помощью конденсаторов. При этом стоит отметить, что при таком подключении мощность электродвигателя составит 50-60% от его номинальной мощности, но и этого зачастую будет вполне достаточно.
Для чего нам нужны конденсаторы? Если вспомнить теорию, обмотки в асинхронном двигателе имеют фазовый сдвиг в 120 градусов, благодаря чему создаётся вращающееся магнитное поле.
Обратите внимание
Вращающееся магнитное поле, пересекая обмотки ротора, индуцирует в них электродвижущую силу, что приводит к возникновению электромагнитной силы, под действием которой ротор начинает вращаться.
Но это действительно только для трехфазной сети.
При подключении в однофазную сеть трехфазного двигателя вращающий момент будет создаваться только одной обмоткой и этого усилия будет недостаточно для вращения ротора. Чтобы создать сдвиг фазы относительно питающей фазы и применяют фазосдвигающие конденсаторы.
Наиболее распространенными схемами подключения трехфазного двигателя к однофазной сети являются схема «треугольник» и схема «звезда». При подключении в «треугольник» выходная мощность электродвигателя будет больше чем у «звезды», поэтому в быту обычно применяют ее.
Для того, чтобы определить по какой схеме выполнено подключение двигателя, надо снять крышку клеммника и посмотреть каким образом установлены перемычки.
Если в клеммник выведено только 3 вывода, значит придется разбирать двигатель и находить общую точку подключения трех концов обмоток. Это соединение надо разорвать, к каждому концу припаять отдельный провод, после чего вывести их на клеммную колодку. Таким образом мы получим уже 6 проводов, которые соединим по схеме «треугольник».
После того как определились со схемой подключения, необходимо подобрать емкость конденсаторов. Емкость рабочего конденсатора можно определить по формуле С раб = 66·Р ном, где Р ном — номинальная мощность двигателя.
То есть берем на каждые 100 Вт мощности берем примерно 7 мкФ емкости рабочего конденсатора. Если конденсатора необходимой емкости нет в наличии, можно набрать из нескольких конденсаторов, подключая их в параллель.
Важно
Конденсаторы можно применять любого типа, кроме электролитических. Неплохо зарекомендовали себя конденсаторы типа МБГО, МБГП. Емкость пускового конденсатора должна быть примерно в в 2-3 раза больше, чем емкость рабочего конденсатора.
Рабочее напряжение конденсаторов должно быть в 1,5 раза больше напряжения сети.
Если двигатель после запуска начнет перегреваться, значит расчетная емкость конденсаторов завышена. Если емкости конденсаторов недостаточно, будет происходить сильное падение мощности двигателя.
При правильном подборе емкости конденсаторов ток в обмотке, подключенной через рабочий конденсатор, будет одинаков или незначительно отличаться от тока, потребляемого двумя другими обмотками.
Рекомендуют подбирать емкости, начиная с наименьшего допустимого значения, постепенно увеличивая емкость до необходимого значения.
В случае подключения маломощных двигателей, работающих первоначально без нагрузки, можно обойтись одним рабочим конденсатором.
Рис.1 Подключение с одним рабочим конденсаторомРис.2 Схема подключения трехфазного двигателя в однофазную сеть
Сп – Пусковой конденсатор Ср — Рабочий конденсатор SB — кнопка SA — тумблер
Конденсатор пусковой включается кратковременно кнопкой без фиксации только на время, пока электродвигатель 220в разгонится до номинальных оборотов. После выхода двигателя на оптимальный режим пусковой конденсатор необходимо отключить, иначе большая суммарная емкость вызовет перекос фаз и перегрев обмоток. Реверс двигателя осуществляется переключением тумблера.
Использование магнитного пускателя
Применение схемы подключения электродвигателя 380 через пускатель хорошо тем, что пуск производить можно дистанционно. Преимущество пускателя перед рубильником (или другим устройством) в том, что пускатель можно разместить в шкафу, а в рабочую зону вынести элементы управления, напряжение и токи при этом минимальны, следовательно, провода подойдут меньшего сечения.
Помимо этого, подключение с использованием пускателя обеспечивает безопасность в случае, если «пропадает» напряжение, поскольку при этом происходит размыкание силовых контактов, когда же напряжение вновь появится, пускатель без нажатия пусковой кнопки его не подаст на оборудование.
Схема подключения пускателя асинхронного двигателя электрического 380в:
На контактах 1,2,3 и пусковой кнопке 1 (разомкнутой) напряжение присутствует в начальный момент. Затем оно подается через замкнутые контакты этой кнопки (при нажатии на «Пуск») на контакты пускателя К2 катушки, замыкая ее. Катушкой создается магнитное поле, сердечник притягивается, контакты пускателя замыкаются, приводя в движение мотор.
Одновременно с этим происходит замыкание контакта NO, с которого подается фаза на катушку через кнопку «Стоп». Получается, что, когда отпускают кнопку «Пуск», цепь катушки остается замкнутой, как и силовые контакты.
Нажав «Стоп», цепь разрывают, возвращая размыкая силовые контакты. С питающих двигатель проводников и NO исчезает напряжение.
Видео: Подключение асинхронного двигателя. Определение типа двигателя.
Какой двигатель можно подключать в “звезду-треугольник”, а какой нет?
Двигатели наша (и не наша) промышленность выпускает разные. Но наиболее ходовые у нас (большинство читателей подтвердит) – низковольтные, для работы в сетях 0,4 кВ 50 Гц. Мы будем рассматривать как раз такие асинхронники. Они в 99% бывают на 2 вида напряжения – 220/380
и380/660 В. Первое число – это “треугольник”, второе – “звезда”. Такое разделение идёт в основном от мощности, “граница” проходит примерно по 4 кВт.
Как видим, оба вида имеют вариант подключения 380 В. В первом случае для этого нужно собрать схему “звезда”, во втором – “треугольник”.
Подробнее рассмотрим работу на этих напряжениях.
220/380 В
Вариант с низкими напряжениями 220/380
можно подключать на 220 В только в однофазную сеть через фазосдвигающий конденсатор либо от однофазного преобразователя частоты
И только в “Треугольнике”! А 380 В – можно подключать в трехфазную сеть через контактор, либо УПП, либо частотник только в “Звезде”!Важно, что такие двигатели для работы в схеме “Звезда/Треугольник” использовать нельзя! Центральная точка звезды, обозначенная “0”, может быть подключена к нейтрали N, если она, конечно, есть. Но этого никто никогда не делает – ток по этому проводу будет мизерный, ибо двигатель – нагрузка симметричная
Реальные примеры движков 220-380:
Шильдик электродвигателя на напряжение 220 – 380 В. Для схемы “Звезда-Треугольник” не подходит.
Как будет выглядеть подключение подобного двигателя в коробке:
Внизу “тройная” клемма – та самая точка “0”, которая никуда не подключается.
380/660 В
Вариант двигателя с высокими напряжениями 380/660
идеально подходитдля работы в схеме “Звезда/Треугольник”. Для работы напрямую (через контактор или ПЧ) обмотки нужно собрать в “Треугольник”.
Подключение электрического двигателя через магнитный пускатель
В принципе, схема подключения 3 фазного двигателя через магнитный пускатель практически точно такая же, как и через автомат. Просто в нее добавляется блок включения и выключения с кнопками «Пуск» и «Стоп».
Одна из фаз подключения к электродвигателю проходит через кнопку «Пуск» (она нормально замкнутая). То есть, при ее нажатии смыкаются контакты, и ток начинает поступать на электродвигатель. Но тут есть один момент. Если отпустить Пуск, то контакты разомкнуться, и ток поступать не будет по назначению.
Поэтому в магнитном пускателе есть еще один дополнительный контактный разъем, который называется контактом самоподхвата. По сути, это блокировочный элемент. Он необходим для того чтобы при отжатой кнопке «Пуск» цепь подачи электроэнергии на электродвигатель не прерывалась. То есть, разъединить ее можно было бы только кнопкой «Стоп».
Что можно дополнить к теме, как подключить трехфазный двигатель к трехфазной сети через пускатель? Обратите внимание вот на какой момент. Иногда после долгой эксплуатации схемы подключения трехфазного электродвигателя кнопка «пуск» перестает работать
Основная причина – подгорели контакты кнопки, ведь при пуске двигателя появляется пусковая нагрузка с большой силой тока. Решить эту проблему можно очень просто – почистить контакты.
Звезда, треугольник — определения
В зависимости от способа соединения обмоток генератора и нагрузки различают соединения звездой и треугольником. Каждая фазная обмотка генератора имеет два вывода, которые условно называют началом и концом. За начало обмотки принимается тот вывод, к которому направлена положительная ЭДС.
При соединении звездой концы всех фаз генератора соединяют в один узел. Его называют нейтральным узлом или нейтральной точкой. Нейтральные точки генератора и нагрузки часто соединяют нейтральным (нулевым) проводом. Остальные провода, соединяющие обмотки генератора с приемником, называют линейными.
При соединении треугольником начало одной фазной обмотки соединяют с концом следующей так, чтобы три обмотки образовали замкнутый треугольник.
На практике используют различные комбинации соединения фаз генератора и нагрузки: звезда-звезда, звезда-треугольник, треугольник-треугольник. Есть и комбинации с зигзагом, но в данном обзоре мы из затрагивать не будем.
Напряжения и токи в фазах генератора и нагрузки называют фазными и обозначают Uф, Ia. Напряжения между линейными проводами и токи в них называют линейными и обозначают Uл, Iл. Из рассмотренных выше схем следует, что при соединении звездой Iл = Iф, а при соединении треугольником Uл = Uф.
Если обмотки источника питания 220 Вольт соединены треугольником, соответственно фазные и линейные напряжения равны 220 Вольт. Соотношения же между линейными и фазными напряжениями при соединении звездой уже иные. Найти их можно при помощи векторной диаграммы или методом анализа синусоид трех фаз, как показано в следующем ролике:
Расчет линейного напряжения по векторам сводиться к анализу равнобедренного треугольника с углами при основании 30°. Также можно рассчитать разность векторов через комплексные числа. Подробно на данных способах останавливаться не будем. Отметим лишь следствие — при соединении звездой линейное напряжение Uл = √3 × Uф (380 = √3 × 220).
Электродвигатель асинхронный: устройство
Как говаривал Антон Павлович Чехов:
Начать повторение темы электрических асинхронных двигателей логично детальным обзором конструкции. Двигатели стандартного исполнения построены на базе следующих конструктивных элементов:
- алюминиевый корпус с элементами охлаждения и крепёжным шасси;
- статор – три катушки, намотанные медным проводом на кольцевой основе внутри корпуса и размещённые противоположно одна другой под угловым радиусом 120º;
- ротор – металлическая болванка, жёстко закреплённая на валу, вставляемая внутрь кольцевой основы статора;
- подшипники упорные для вала ротора – передний и задний;
- крышки корпуса – передняя и задняя, плюс крыльчатка для охлаждения;
- БРНО – верхняя часть корпуса в виде небольшой прямоугольной ниши с крышкой, где размещается клеммник крепления выводов обмоток статора.
Структура мотора: 1 – БРНО, где размещается клеммник; 2 – вал ротора; 3 – часть общих статорных обмоток; 4 – крепёжное шасси; 5 – тело ротора; 6 – корпус алюминиевый с рёбрами охлаждения; 7 – крыльчатка пластиковая или алюминиевая
Вот, собственно, вся конструкция. Большая часть асинхронных электродвигателей являются прообразом именно такого исполнения. Правда, встречаются иногда экземпляры несколько иной конфигурации. Но это уже исключение из правил.
Обозначение и разводка статорных обмоток
Остаются в эксплуатации ещё достаточно большое число асинхронных электродвигателей, где обозначение статорных обмоток выполнено по устаревшему стандарту. Таким стандартом предусматривалась маркировка символом «С» и добавлением к нему цифры — номера вывода обмотки, обозначающего её начало либо конец.
При этом цифры 1, 2, 3 – всегда относятся к началу, а цифры 4, 5, 6, соответственно, обозначают концы. Например, маркеры «С1» и «С4» обозначают начало и конец первой статорной обмотки.
Маркировка концевых частей проводников, выводимых на клеммник БРНО: А – устаревшее обозначение, но всё ещё встречающееся на практике; В – современное обозначение, традиционно присутствующее на маркерах проводников новых моторов
Современные стандарты изменили эту маркировку. Теперь отмеченные выше символы заменены другими, соответствующими международному образцу (U1, V1, W1 – начальные точки, U2, V2, W2 – концевые точки) и традиционно встречаются при работе с асинхронными движками нового поколения.
Проводники, исходящие от каждой из обмоток статора, выводятся в область клеммной коробки, что находится на корпусе электродвигателя и подключаются к индивидуальной клемме. В общей сложности количество индивидуальных клемм равно числу выведенных начальных и конечных проводов общей намотки. Обычно это 6 проводников и такое же число клемм.
Таким выглядит клеммник движка стандартной конфигурации. Шесть выводов соединяются латунными (медными) перемычками перед подключением мотора под соответствующее напряжение
Между тем, встречаются также вариации развода проводников (редко и обычно на старых моторах), когда в область БРНО выведены 3 провода и присутствуют только 3 клеммы.
Этапы переделки
Чтобы переделать электродвигатель с 380 Вольт на 220 сначала откиньте крышку мотора, чтобы посмотреть, сколько снаружи концов у статорных намоток. Их может быть 6 или 3. Если 6, то есть возможность поменять схему соединения: если была «звезда», можно перейти на «треугольник», и наоборот.
Если конца всего 3, значит, внутри короба намотки уже соединяются либо «звездой», либо «треугольником» (всего 6 концов, которые попарно объединяются клеммами, их и будет 3, так как на каждую клемму – 2 конца). В таком случае придется оставить прежнюю схему.
Соединение обмоток
Неважно, каков источник питания, трехфазный или однофазный, соединять статорные намотки можно любым из способов (можете прочитать подробнее про способы подключения электродвигателей):
Звездой обычно соединяют намотки, если двигатель будет питаться от сети 380 В. Благодаря этому пуск становится плавным, хотя теряется треть мощности. Треугольник же рекомендуется при запитывании от 220 Вольт. Пусковые токи при этом не так высоки по сравнению с теми, что возникают от трехфазного питания. Зато мощность равна той, что дает «звездное» соединение, если мотор подключен к 380 В.
Схемы посмотрите ниже. Разница в том, что в первом случае соединяются все начала так, что получается трехконечная звезда. А во втором – конец одной обмотки соединяется с началом следующей так, что образуется фигура с тремя вершинами (треугольник).
Расчет конденсаторов
Когда концы намоток соединяют звездой или треугольником, образуется 3 места, где они стыкуются. На этих местах ставят клеммы. При питании от 380 Вольт на каждую из них подают фазу. Но наша задача, имея те же 3 контакта, подать лишь 1 фазу 220 Вольт и нуль. Это можно реализовать своими руками, компенсировав отсутствие трехфазного питания конденсаторами. Пусковой будет активным только на время запуска, а рабочий – постоянно.
Чтобы электрический двигатель хорошо запускался и работал, нужно правильно подобрать емкость конденсаторов. У рабочего накопителя она зависит от схемы соединения. Если это звезда, то работает формула:
Если треугольник, то формула преобразует свой вид:
Ср – искомая емкость рабочего накопительного элемента. U – напряжение в сети (220 Вольт). I – сила тока, которую находят по формуле:
Р – мощность, U – уже известное нам напряжение, ƞ – КПД, косинус «фи» — коэффициент мощности. Все эти значения можно посмотреть в техническом паспорте от вашего трехфазного мотора.
Расчет емкости пускового конденсатора (Сп) прост: умножьте Ср на 1,5 или 2. Если Ср=50 мкФ, то Сп будет от 75 до 100 мкФ. Поочередно ставьте то одну емкость, то другую, запуская каждый раз мотор. По звуку хода слушайте: если нет гула, то все в порядке.
Сборка по схеме
Схема выше показывает, как правильно соединить своими руками намотки статора с конденсаторами и проводами сети 220 В. К одной из вершин треугольника или звезды нужно подключить накопительные элементы параллельно друг другу (предусмотрите ключ для ручного отключения пускового накопителя после разгона)
Затем их выводят либо на фазу, либо на ноль: неважно. От этого будет зависеть только направление вращения вала
Определение схемы
Если не разобраться с тем, как соединяются между собой фазы обмоток, то включить устройство не удастся. В электродвигателях на 3 фазы соединение происходит в треугольник или звезду, иногда эти методы комбинируют между собой.
Все основные параметры устройства указаны на шильде, поэтому по ней чаще всего определяют возможности мотора. Помимо технических параметров там есть номинал рабочего напряжения. Среди обозначений есть параметры подключения двигателя на 220/380 В. Многое здесь зависит от производителя, иногда указывают обозначения сразу для треугольника и звезды, это предпочтительный вариант.
Шильд есть не на всех двигателях, иногда подключение электродвигателя на 380 В невозможно только потому, что информация с таблички стерлась. В этом случае схему узнают после открытия блока. Когда под крышкой находятся 6 выводов с клеммными соединениями, тип обмотки определить проще всего. Модели с тремя выводами и внутренним способом подключения доставляют больше проблем. Тут для получения информации придется полностью разобрать мотор.
Чем отличаются схемы подключения обмоток «звездой» и «треугольником»
В электротехнике обе схемы используются весьма активно, и отнюдь не только для подключения обмоток электродвигателей – если имеется нагрузка, то часто она подключается звездой или треугольником. Взять, к примеру, тэны промышленных и бытовых электрокотлов. Но поскольку мы рассматриваем их в разрезе работы трёхфазного асинхронного мотора, то в дальнейшем будем говорить об этих схемах исключительно в разрезе подключения обмоток статора, который и является источником электродвижущей силы, заставляя вращаться ротор.
На этом рисунке показано, как три фазы промышленной сети подключаются к обмоткам статора, но из него не совсем ясно, почему одна схемная реализация называется звездой, а другая – треугольником.
А вот здесь всё становится более-менее понятно – это тот же рисунок, но сделанный с другого ракурса. Как видим, в «звезде» нагрузка (или обмотка, как в нашем случае) каждой из трёх фаз сходится в единой точке, которая называется нейтральной. Нейтральной потому, что к ней обычно подводится нулевой (нейтральный) провод. На верхнем рисунке он синего цвета, а внизу для простоты не показан.
Что касается «треугольника», то здесь оба вывода каждой обмотки подключены к разным фазам, но не абы как, а в определённом порядке: к началу первой обмотки подключается фаза А, к концу – фаза В, к началу второй обмотки подключается фаза В, к концу – С, и так далее. Если перепутать концы обмоток в одной из обмоток – двигатель работать не будет.
Но в чём заключается практическое различие между этими двумя схемами? В схеме «звезда» перегорание одной из обмоток не скажется на работоспособности двух оставшихся. Но если перегорит ещё одна, третья работать уже не будет. При использовании «треугольника» перегорание двух обмоток не критично, поскольку здесь нулевой провод не задействован. А в звезде нулевой провод, как мы уже знаем, подключен к нейтральной точке – это необходимо для обеспечения выравнивания рабочих токов фаз, если электрические характеристики обмоток не будут равными (в том же примере с электрокотлом, если тэны одного номинала подключены по-разному – один параллельно, а два последовательно). Если сгорит ноль, возникнет перекос фаз, поскольку напряжения уже выравниваться не будут.
Но в трёхфазном асинхронном электромоторе обмотки в большинстве случаев имеют одинаковые характеристики, поэтому ноль в нейтральной точке подключают не всегда.
Предупреждения:
- Переключение со звезды в треугольник допустимо лишь для двигателей с легким режимом пуска, так как при соединении в звезду пусковой момент примерно вдвое меньше момента, который был бы при прямом пуске. Значит, этот способ снижения пускового тока не всегда пригоден, и если нужно снизить пусковой ток и одновременно добиться большого пускового момента, то берут электродвигатель с фазным ротором, а в цепь ротора вводят пусковой реостат.
- Переключать со звезды в треугольник можно только те электродвигатели, которые предназначены для работы при соединении в треугольник, т. е. имеющие обмотки, рассчитанные на линейное напряжение сети.
Временные диаграммы работы схемы “Звезда-Треугольник”
С привязкой к моей схеме управления, диаграммы включения контакторов:
Временные диаграммы схемы управления звезда-треугольник
Тут вроде всё понятно, но есть одно важное замечание. Ещё раз
Между зеленой и красной областями обязательно нужен небольшой зазор (пауза). Его может не быть (пауза = 0), но эти области могут налазить друг на друга, если используются контакторы с катушкой постоянного тока (=24 VDC). В особенности при использовании обратновключенного диода (а он обязателен!), время выключения может быть больше времени включения в 7-10 раз!
Это я к тому, что однажды мучался с такой схемой, в ней выбивал периодически вводной автомат. Поставили спец.реле с паузой, проблема была решена!
Схемы подключения ЗВЕЗДА и ТРЕУГОЛЬНИК
Производители предлагают трехфазные электродвигатели как с возможностью изменять схему подключения, так и без таковой.
Более раннему обозначению выводов обмоток С1 – С6 соответствует современное U1 – U2, W1 – W2 и V1 – V2.
В распред. коробке выведены провода в количестве трёх (заводом изготовителем по умолчанию осуществлена схема подключения *звезда*)
или шести (двигатель можно подключать к трехфазной сети как звездой, так и треугольником). В первом случае необходимо начала обмоток (W2, U2, V2) соединить в единой точке,
три оставшихся провода (W1, U1, V1) подключить к фазам питающей сети (L1, L2, L3).
Преимущество метода звезда – плавный запуск мотора и мягкая работа (обусловленная щадящим режимом и благоприятно сказывающаяся на эксплуатационном сроке агрегата),
а также меньший пусковой ток.
Недостаток – потеря по мощности примерно в полтора раза и меньший крутящий момент. Применяется для оборудования, имеющего на валу свободно вращающуюся нагрузку – вентиляторы, центробежные насосы, валы станков, центрифуг и другого оборудования, не требовательного к крутящему моменту.
Схему треугольник применяют для электродвигателей, изначально имеющих на валу неинерционную нагрузку,
такую как вес груза лебедки или сопротивление поршневого компрессора. Для снижения пускового тока осуществляют комбинированный тип включения (применим для электромоторов мощностью от 5 кВт) – сочетающий в себе преимущества первых двух схем – пуск происходит по схеме звезда, а после вхождения электромотора в рабочее состояние происходит автоматическое (реле времени) или ручное переключение (пакетник) – мощность возрастает до номинальной.
