Изменение направления вращения двигателя переменного тока. Реверсивное подключение однофазного асинхронного двигателя своими руками

12 Июн

Реверсивное подключение однофазового асинхронного двигателя своими руками

Перед выбором схемы подключения однофазового асинхронного двигателя принципиально найти, сделать ли реверс. Если для настоящей работы для вас нередко необходимо будет поменять направление вращения ротора, то целенаправлено организовать реверсирование с внедрением кнопочного поста. Если однобокого вращения для вас будет довольно, то подойдет самая обычная схема без способности переключения. Схема подключения однофазного двигателя кд-25. Как изменить направление вращения. Но что делать, если после подсоединения по ней вы решили, что направление необходимо все таки поменять?

Постановка задачи

Представим, что у уже подсоединенного с внедрением пускозарядной емкости асинхронного однофазового мотора вначале вращение вала ориентировано по часовой стрелке , как на картинке ниже.

Уточним принципиальные моменты:

Точкой А отмечено начало пусковой обмотки, а точкой В – ее окончание. К исходной клемме A подсоединен провод кофейного, а к конечной – зеленоватого цвета.
Точкой С помечено начало рабочей обмотки, а точкой D – ее окончание. К исходному контакту подсоединен провод красноватого, а к конечному – голубого цвета.
Направление вращения ротора обозначено при помощи стрелок.

Ставим впереди себя задачку – сделать реверс однофазного двигателя без вскрытия его корпуса так, чтоб ротор начал крутиться в другую сторону (в данном примере против движения стрелки часов). Ее можно решить 3-мя методами. Как изменить направление вращения однофазного эл. Двигателя?. Разглядим их подробнее.

Вариант 1: переподключение рабочей намотки

Чтоб поменять направление вращения мотора, можно только поменять местами начало и конец рабочей (неизменной включенной) обмотки, как это показано на рисунке. Можно пошевелить мозгами, что для этого придется вскрывать корпус, доставать намотку и крутить ее. Этого делать не надо, так как довольно поработать с контактами снаружи:

Из корпуса должны выходить четыре провода. 2 из их соответствуют началам рабочей и пусковой намоток, а 2 – их концам. Обусловьте, какая пара принадлежит только рабочей обмотке.
Вы увидите, что к этой паре подсоединены две полосы: фаза и ноль. При отключенном движке произведите реверс методом перекидывания фазы с исходного контакта намотки на конечный, а нуля – с конечного на исходный. Либо напротив.

Читайте так же

В итоге получаем схему, где точки С и D изменяются меж собой местами. Сейчас ротор асинхронного мотора будет крутиться в другую сторону.

КАК ИЗМЕНИТЬ НАПРАВЛЕНИЕ ВРАЩЕНИЕ ВАЛА В ОДНОФАЗНОМ ДВИГАТЕЛЕ

Моторчик взят от бытовой мясорубки. Направление движения нас не устраивало, пришлось его поменять Всю инфо.

Подключение однофазного электродвигателя с левого вращения на правое

Покажу на пальцах, как можно сделать реверс для однофасзного двигателя .

Вариант 2: переподключение пусковой намотки

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

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

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

Вариант 3: смена пусковой обмотки на рабочую, и наоборот

Организовать реверс однофазного мотора 220В теми способами, что описаны выше, можно только при условии, что из корпуса выходят отводки от обеих обмоток со всеми началами и концами: А, В, С и D. Если изменить полярность напряжения на электродвигателе, как показано на рис 3.21 в скобках, то изменения направления вращения (реверса) двигателя не произойдет. Но часто встречаются моторы, в которых производитель намеренно оставил снаружи только 3 контакта. Этим он обезопасил устройство от различных «самоделок». Но все же выход есть.

Читайте так же

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

В этом случае поступают так:

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

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

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

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

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

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

Здравствуйте, уважаемые читатели и посетители сайта «Заметки электрика».

В прошлой статье мы говорили про , знакомились со схемой его подключения к электрической сети напряжением 220 (В), обозначением и маркировкой выводов.

В той же статье я обещал Вам в ближайшее время рассказать о том, как можно организовать его реверс, т.е. управлять направлением вращения двигателя дистанционно, а не с помощью перемычек в клеммной коробке.

Итак, приступим.

В принципе ничего сложного нет. Принцип схемы управления аналогичен , за исключением некоторых деталей. Вообще то раньше мне не приходилось сталкиваться со схемой реверса однофазных двигателей, и данная схема была воплощена мною на практике впервые.

Суть схемы сводится к изменению направления вращения вала однофазного конденсаторного двигателя дистанционно с помощью кнопок (кнопочного поста). Помните, в предыдущей статье мы вручную меняли на клеммнике двигателя положение двух перемычек, чтобы изменить направление рабочей обмотки (U1-U2). Теперь Вам нужно убрать эти перемычки, т.к. их роль в данной схеме будут осуществлять нормально-открытые (н.о.) контакты контакторов.

Подготовка оборудования для реверса однофазного двигателя

Для начала перечислим все электрооборудование, которое нам необходимо приобрести для организации реверса конденсаторного двигателя АИРЕ 80С2:

1. Автоматический выключатель

Применяем двухполюсный 16 (А), с характеристикой «С» от фирмы IEK.

В этом кнопочном посту есть 3 кнопки:

кнопка «вперед» (черного цвета)
кнопка «назад» (черного цвета)
кнопка «стоп» (красного цвета)

Разберем кнопочный пост.

Мы видим, что каждая кнопка имеет 2 контакта:

нормально-открытый контакт (1-2), который замыкается в том случае, когда нажмете на кнопку
нормально-закрытый контакт (3-4), который замкнут до тех пор, пока не нажать кнопку

Прошу заметить, что на фотографии самая крайняя кнопка слева перевернута. Если будете подключать схему реверса однофазного двигателя самостоятельно, то будьте внимательны, кнопки в кнопочном посту могут быть перевернуты. Ориентируйтесь на маркировку контактов (1-2) и (3-4).

3. Контакторы

Также необходимо приобрести два контактора. В своем примере я использую малогабаритные контакторы КМИ-11210 от фирмы IEK, которые устанавливаются на DIN-рейку. Эти контакторы имеют 4 нормально-открытых (н.о.) контакта и способны коммутировать нагрузку до 3 (кВт) при переменном напряжении 230 (В). Вот они как раз нам и подходят, т.к. наш испытуемый однофазный двигатель АИРЕ 80С2 имеет мощность 2,2 (кВт).

Вместо контакторов можно приобрести , на примере которых я рассказывал их устройство и принцип действия.

Катушки этого контактора рассчитаны на переменное напряжение 220 (В), что нужно будет учесть при сборке схемы управления реверсом однофазного двигателя.

Вот, собственно говоря, мое произведение.

Я уже говорил в прошлой статье, что один из читателей сайта «Заметки электрика» по имени Владимир, попросил меня помочь ему мощностью 2,2 (кВт) и составить (придумать) для него схему реверса. По моим эскизам (в том числе монтажным) Владимир собрал вышеприведенную схему в . Чуть позже отписался мне в почту, что схему испытал, все работает, претензий нет.

Если у Вас по материалам сайта имеются какие то вопросы, то задавайте мне их в комментариях или на . В течение 12-24 часов, а может и быстрее, все зависит от моей занятости, я отвечу Вам.

А сейчас я расскажу, как эта схема работает.

Принцип работы схемы реверса однофазного двигателя

Первым делом включаем питающий автомат.

1. Вращение в прямом направлении

При нажатии на кнопку «вперед» катушка контактора К1 получает питание по следующей цепи: фаза - н.з. контакт (3-4) кнопки «стоп» - н.з. контакт (3-4) кнопки «назад» - н.о. контакт (1-2) нажатой кнопки «вперед» - катушка контактора К1 (А1-А2) - ноль.

Контактор К1 подтягивается и замыкает все свои нормально-открытые (н.о.) контакты:

1L1-2T1 (самоподхват катушки К1)
5L3-6T3 (имитирует перемычку U1-W2)
13НО-14НО (имитирует перемычку V1-U2)

Кнопку «вперед» удерживать не нужно, т.к. катушка контактора К1 встает на «самоподхват» через свой же н.о. контакт (1L1-2T1).

Однофазный двигатель начинает вращаться в прямом направлении.

2. Вращение в обратном направлении

При нажатии на кнопку «назад» катушка контактора К2 получает питание по следующей цепи: фаза - н.з. контакт (3-4) кнопки «стоп» - н.з. контакт (3-4) кнопки «вперед» - н.о. контакт (1-2) нажатой кнопки «назад» - катушка контактора К2 (А1-А2) - ноль.

Контактор К2 срабатывает и замыкает следующие свои нормально-открытые (н.о.) контакты:

1L1-2T1 (самоподхват катушки К2)
3L2-4T2 (фаза на двигатель в силовой цепи)
5L3-6T3 (имитирует перемычку W2-U2)
13НО-14НО (имитирует перемычку U1-V1)

Кнопку «назад» удерживать пальцем не требуется, т.к. катушка контактора К2 встает на «самоподхват» через свой же н.о. контакт (1L1-2T1).

Однофазный двигатель начинает вращаться в обратном направлении.

Чтобы остановить двигатель, нужно нажать на кнопку «стоп».

3. Блокировка

Представленная схема реверса конденсаторного однофазного двигателя имеет блокировку кнопок, т.е. если при включенном двигателе в прямом направлении Вы ошибочно нажмете на кнопку «назад», то вначале отключится контактор К1, а потом уже сработает контактор К2. И наоборот. Таким образом мы имеем блокировку от одновременно двух включенных контакторов К1 и К2.

Можно применить и другие виды блокировок, но я ограничился только этой.

P.S. На этом я завершаю свою статью. Если Вам понравилась моя статья, то буду очень благодарен, если Вы поделитесь ей в социальных сетях. А также не забывайте подписываться на мои новые статьи — дальше будет интереснее.

Изменение направления вращения в асинхронном двигателе переменой двух фаз в обмотках возможно только для ТРХФАЗНЫХ двигателей (предназначенных для включения в трхфазную сеть)!

Главный принцип изменения направления асинхронного двигателя-это изменение направления вращения

статора поля.

Однофазные асинхронные двигатели имеют несколько принципов создания вращающегося магнитного поля.

Есть однофазные конденсаторные двигатели: одна из двух обмоток включена через фазосмещающий конденсатор: здесь для изменения вращения необходимо изменить направление включения любой из двух обмоток (для этого из двигателя должно выходить 4 провода, т.е. точка соединения обмоток -не должна быть внутри).

Есть однофазные двигатели с коротокозамкнутым витком: здесь направление вращения обуславливается установкой короткозамкнутых витков на полюсах (именно они создают смещение по фазе)-здесь направление вращение не возможно изменить.

Есть однофазные двигатели с рабочей и пусковой обмотками (такие часто ставят на компрессоры холодильников) пусковая включается кратковременно на момент пуска (это производит пускозащитное реле): здесь также возможно изменение вращение изменением включения одной из обмоток (нужно чтобы из двигателя выходили все 4 конца обмоток).

Если концов выходит только три (или пусковая обмотка не работает), то при небольшой мощности -около киловатта-такой двигатель можно пустить в любую сторону, включив рабочую обмотку и резко крутнув вал в нужную сторону.

Если мощность больше-пуск можно осуществить вервкой, намотанной на вал..

Есть другие конструкции асинхронных двигателей и изменение вращения каждой из конструкции надо рассматривать отдельно.

А потому не изменяется вращение электродвигателя при замене двух фаз, что пусковой момент асинхронного двухфазного двигателя с симметричной обмоткой равен нулю. Чтобы изменить вращение асинхронного электродвигателя воспользуйтесь следующим советом-инструкцией:

Изменить вращение асинхронного электродвигателя не так уж и сложно. Главное - хоть немного в этом деле разбираться. Отключите питание, прочитайте инструкцию, поменяйте местами провода и включите заново. Таким образом поменяете вращение. Более подробно можно почитать вот здесь.

У асинхронного двигателя вращение возможно как в одну, так и в другую сторону. А зависит это от того, куда вращается магнитное поле вокруг статора. Есть несколько способов изменить вращения магнитного поля. Одна из них такая. Если трхфазная сеть питает двигатель, то нужно поменять местами два любых фазных провода.

Асинхронный двигатель действительно может менять направление движения. По часовой стрелке или против. В работе иногда это очень помогает. Не хочется на каждую работу покупать двигатель. Главное при работе с заменой направления движения двигателя отключите его от сети.

Такой тип двигателя может вращаться в двух направлениях: по часовой и против часовой стрелки. Существует много способов изменения вращения асинхронного двигателя, можно сделать это одним следующим способом:

Потому что пусковой момент асинхронного двухфазного двигателя с симметричной обмоткой равен нулю.

Обмотка двухфазного асинхронника состоит из двух - пусковой и рабочей, и они создают два магнитных момента, конструктивно смещенных один относительно другого. В пусковой обмотке может стоять конденсатор, он же и обеспечивает сдвиг фазы. Если его переставить в рабочую обмотку, то направление вращения изменится. Только вот рабочая обмотка рассчитана на больший ток. Ведь в цепи пусковой обмотке стоит сопротивление, которое, опять же обеспечивает сдвиг фаз тока нужный для пускового момента. Направление вращения вы таким образом измените, но долго он так не проработает.

Бывалые электрики расскажут вам, что трехфазник (он симметричен) можно запустить шворкой намотав шнур на вал и резко дернув за него. То есть создав пусковой внешний момент.

Асинхронный электродвигатель может быть подключен к сети несколькими способами:

непосредственно от трехфазной сети (в этом случае нужно поменять местами любые два из трех фазных проводов местами);
электродвигатель питается при помощи конденсатора от однофазной сети (здесь нам нужно отключить вывод конденсатора, который соединяется с одним из проводов, который питает его, а затем переключить на другой);
электродвигатель питается при помощи трехфазного инвертора (тут лучше довериться инструкции по применению).

Все манипуляции нужно проводить, конечно, когда электродвигатель отключен от сети.

Могу предложить вам два решения вашего вопроса:

1) что бы поменять направление вращения однофазного асинхронного двигателя, нужно переподключить рабочую обмотку.

2) или переподключить пусковую обмотку.

Асинхронный двигатель действительно может двигаться и по часовой стрелке и против нее. Есть разные способы изменить его вращение. В любом случае для начала нужно отключить его от питания. Важно знать, что способ подключения никак не влияет на направление вращения, так что в этом плане ничего менять не нужно. В случае, если питание идет непосредственно от трехфазной сети, нужно поменять местами два из трех идущих к нему фазных провода, причем любые. Если питание идет через трехфазный инвертор, тогда изменить направление поможет инструкция к самому прибору. В других условиях все немного сложнее, возможно, подскажут специалисты.

Инструкция

Независимо от того, каким образом асинхронный подключен к сети, отключите питание устройства, в котором он установлен. При наличии высоковольтных разрядите их перед прикосновения к любым деталям устройства.

Обязательно убедитесь в том, что изменение направления вращения не повлечет за собой выход из строя или ускоренный износ устройства, в состав которого входит электродвигатель.

Если питается от однофазной сети через , вначале обязательно убедитесь в том, что нагрузка на его валу мала, и что при изменении направления вращения она не возрастет. Помните, что возрастание нагрузки при таком способе питания может привести к остановке двигателя с последующим его возгоранием. Затем тот вывод конденсатора, который соединен не с , а с одним из питающих проводов, отключите от него и переключите на другой питающий провод. Если имеется второй, пусковой конденсатор, с ним проделайте то же самое (сохранив включенную последовательно с ним пусковую кнопку).

В случае, если двигатель питается через трехфазный инвертор, никаких переключений не производите. Узнайте из инструкции к прибору, как осуществить реверс (перестановкой джампера, нажатием кнопки, изменением настроек через меню или особой комбинацией клавиш, и т.п.), после чего осуществите описанные там действия.

Источники:

как поменять вращение двигателя

В наше время асинхронные агрегаты используются главным образом в режиме двигателя. Устройства, имеющие мощность более 0.5 кВт обычно изготавливают трёхфазными, меньшей мощности – однофазными. За свое долгое существование асинхронные двигатели нашли широкое применение в разных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Их используют в электроприводе подъёмно-транспортных машин, металлорежущих станков, транспортёров, вентиляторов и насосов. Менее мощные двигатели применяют в устройствах автоматики.

Вам понадобится

- омметр

Инструкция

Возьмите трехфазный асинхронный . Снимите клеммную коробку. Для этого выкрутите отверткой два винта, которыми она крепится к корпусу. Концы обмоток двигателя обычно выведены на 3-х или 6-и клеммную колодку. В первом случае это означает, что фазные статорные обмотки соединены «треугольником» или «звездой». Во втором - не подключены между собой. В этом случае на первый план выходит их правильное соединение. Включение «звездой» предусматривает объединение одноименных выводов обмоток (конец или начало) в нулевую точку. При подключении «треугольником» следует соединить конец первой обмотки с началом второй, затем конец второй - с началом третьей, а затем конец третьей - с началом первой.

Возьмите омметр. Его используйте в том случае, когда выводы обмоток асинхронного электродвигателя не маркированы. Определите прибором три обмотки, обозначьте их условно I, II и III. Соедините две любые из них последовательно, чтобы найти начало и конец каждой из обмоток. Подайте на них переменное напряжение величиной 6 - 36 В. К двум концам третьей обмотки подключите вольтметр переменного тока. Возникновение переменного напряжения говорит о том, что обмотки I и II были подключены согласно, если его нет, то встречно. В этом случае поменяйте местами выводы одной из обмоток. Затем отметьте начало и конец I и II обмоток. Для определения начало и конца третьей обмотки, поменяйте местами концы обмоток, допустим, II и III, и по вышеописанной методике повторите измерения.

Подключите к трехфазному асинхронному двигателю, который включен в однофазную сеть, фазосдвигающий конденсатор. Определить его требуемую емкость (в мкФ) можно по формуле С = k*Iф/U, где U - напряжение однофазной сети, В, k - коэффициент, который зависит от соединения обмоток, Iф - номинальный фазный ток электродвигателя, A. Учитывайте, что когда обмотки асинхронного электродвигателя соединены «треугольником», то k = 4800, «звездой» - k = 2800. Примените бумажные конденсаторы МБГЧ, К42-19, которые должны быть рассчитаны на напряжение не меньше, чем напряжение питающей сети. Помните, что даже при правильно рассчитанной емкости конденсатора, асинхронный электродвигатель разовьет мощность не более 50-60 % от номинала.

Источники:

Подключение трехфазного асинхронного двигателя к однофазной сети

Асинхронная машина представляет собой устройство, работающее на электричестве с переменным током, причем частота вращения машины не равна частоте вращения магнитного поля, которое создается в результате тока обмотки статора. Так какие существуют типы подобных устройств и по какому принципу они работают?

Инструкция

В некоторых странах к подобным устройствам также относят коллекторные машины и называют асинхронные еще и индукционными, что объясняется процессом, в ходе которого ток в обмотке ротора индуцируется полем статора. Современный мир нашел применение асинхронным машинам в качестве электродвигателей, являющихся преобразователями энергии электричества в механическую силу.

Большая востребованность подобных устройств объясняется двумя их достоинствами – легкое и достаточно простое изготовление и отсутствие контакта электричества в роторе с неподвижной частью машины. Но есть у асинхронных машин и свои недостатки – это сравнительно малый пусковой момент и значительный пусковой ток.

История создания устройств асинхронного типа идет еще от англичанина Галилео Феррариса и Николы Теслы. Первый в 1888 году опубликовал собственные исследования, в которых были изложены теоретические основы подобного двигателя. Но Феррарес ошибался, считая, что асинхронная машина обладает небольшим КПД. В том же году статью Галилео Феррариса прочитал россиянин Михаил Осипович Доливо-Добровольский, который уже в 1889-ом получил патент на трехфазный асинхронный двигатель, устроенный по типу короткозамкнутого ротора «беличье колесо». Именно эта троица и является первооткрывателем эры массового применения машин на электричестве в промышленности, а сейчас асинхронные устройства представляют собой самые распространенные двигатели.

Принцип действия асинхронных устройств состоит в подаче переменного напряжения по обмоткам с током и с дальнейшим созданием вращающегося магнитного поля. Последнее, в свою очередь, оказывает воздействие на обмотку ротора, согласуясь с законом электромеханической индукции, и вступает во взаимодействие с полем статора, которое вращается. Результатом этих действий является воздействие на каждый зубец ротора силы, складывающейся исключительно по окружности и создающей вращающийся электромагнитный момент. Именно данные процессы и заставляют ротор вращаться.

Современные и применяемые асинхронные двигатели разделяются по способам управления на следующие типы – реостатные, частотные, с переключением обмоток по схеме «звезда», импульсные, с изменением числа пар полюсов, с изменением амплитуды питающего напряжения, фазовые, амплитудно-фазовые, с включением в цепь подпитки статора реактора, а также с сопротивлением индуктивного типа.

Видео по теме

Из большого числа типов электродвигателей переменного тока, применяющихся в современной электротехнике, наиболее широко распространенным, удобным и экономичным является двигатель с вращающимся магнитным полем, основанный на применении трехфазного тока.

Чтобы понять основную идею, лежащую в основе конструкции этих двигателей, вернемся снова к опыту, изображенному на рис. 264. Мы видели там, что металлическое кольцо, помещенное во вращающееся магнитное поле, приходит во вращение в ту же сторону, в какую вращается поле. Причиной этого вращения является то обстоятельство, что при вращении поля изменяется магнитный поток через кольцо и при этом в кольце индуцируются токи, на которые поле действует с уже знакомыми нам силами, создающими вращающий момент.

При наличии трехфазного тока, т. е. системы трех токов, сдвинутых по фазе друг относительно друга на (треть периода), очень легко получить вращающееся магнитное поле без механического вращения магнита и без всяких дополнительных устройств. Рис. 351,а показывает, как это осуществляется. Мы имеем здесь три надетые на железные сердечники катушки, расположенные друг относительно друга под углом 120°. Через каждую из этих катушек проходит один из токов системы, составляющей трехфазный ток. В катушках создаются магнитные поля, направления которых отмечены стрелками . Магнитная индукция же каждого из этих полей изменяется с течением времени по тому же синусоидальному закону, что и соответствующий ток (рис. 351,б). Таким образом, магнитное поле в пространстве между катушками представляет собой результат наложения трех переменных магнитных полей, которые, с одной стороны, направлены под углом 120° друг относительно друга, а с другой стороны, смещены по фазе на . Мгновенное значение результирующей магнитной индукции представляет собой векторную сумму трех составляющих полей в данный момент времени:

Если мы теперь станем искать, как изменяется со временем результирующая магнитная индукция , то расчет показывает, что по модулю магнитная индукция результирующего поля не изменяется ( сохраняет постоянное значение), но направление вектора равномерно поворачивается, описывая полный оборот за время одного периода тока.

Рис. 351. Получение вращающегося магнитного поля при сложении трех синусоидальных полей, направленных под углом 120° друг относительно друга и смещенных по фазе на : а) расположение катушек, создающих вращающееся поле; б) график изменения индукции полей со временем; в) результирующая индукция постоянна по модулю и за периода поворачивается на окружности

Не входя в подробности расчета, поясним, каким образом сложение трех полей дает постоянное по модулю вращающееся поле. На рис. 351,б стрелками отмечены значения магнитной индукции трех полей в момент , когда , в момент , когда , и в момент , когда , а на рис. 351,в выполнено сложение по правилу параллелограмма магнитных индукций и в эти три момента, причем направления стрелок и , и , и соответствуют рис. 351,а. Мы видим, что результирующая магнитная индукция имеет во все три указанных момента один и тот же модуль, но направление ее поворачивается за каждую треть периода на одну треть окружности.

Если в такое вращающееся поле поместить металлическое кольцо (или, еще лучше, катушку), то в нем будут индуцироваться токи так же, как если бы кольцо (катушка) вращалось в неподвижном поле. Взаимодействие магнитного поля с этими токами и создает силы, приводящие во вращение кольцо (катушку). В этом заключается основная идея трехфазного двигателя с вращающимся полем, впервые осуществленного М. О. Доливо-Добровольским.

Устройство такого двигателя ясно из рис. 352. Его неподвижная часть – статор – представляет собой собранный из листовой стали цилиндр, на внутренней поверхности которого имеются пазы, параллельные оси цилиндра. В эти пазы укладываются провода, соединяющиеся между собой по торцовым сторонам статора так, что они образуют три повернутые друг относительно друга на 120° катушки, о которых шла речь в предыдущем параграфе. Начала этих катушек 1, 2, 3 и концы их 1", 2", 3" присоединены к шести зажимам, находящимся на щитке, укрепленном на станине машины. Расположение зажимов показано на рис. 353.

Рис. 352. Трехфазный двигатель переменного тока в разобранном виде: 1 – статор, 2 – ротор, 3 – подшипниковые щитки, 4 – вентиляторы, 5 – вентиляционные отверстия

Рис. 353. Расположение зажимов на щитке двигателя

Внутри статора помещается вращающаяся часть двигателя – его ротор. Это – также набранный из отдельных листов стали цилиндр, укрепленный на валу, вместе с которым он может вращаться в подшипниках, находящихся в боковых щитках (крышках) двигателя. На краях этого цилиндра имеются вентиляционные лопасти, которые при вращении ротора создают в двигателе сильную струю воздуха, охлаждающую его. На цилиндрической поверхности ротора, в пазах, параллельных его оси, расположен ряд проводов, соединенных кольцами на торцах цилиндра. Такой ротор, изображенный отдельно на рис. 354, носит название «короткозамкнутого» (иногда его называют «беличьим колесом»). Он приходит во вращение, когда в пространстве внутри статора возникает вращающееся магнитное поле.

Рис. 354. Короткозамкнутый ротор трехфазного двигателя

Вращающееся поле создается трехфазной системой токов, подводимых к обмоткам статора, которые могут быть соединены между собой либо звездой (рис. 355), либо треугольником (рис. 356). В первом случае (§ 170) напряжение на каждой обмотке в раз меньше линейного напряжения сети, а во втором – равно ему. Если, например, напряжение между каждой парой проводов трехфазной сети (линейное напряжение) равно 220 В, то при соединении обмоток треугольником каждая из них находится под напряжением 220 В, а если они соединены звездой, то каждая обмотка находится под напряжением 127 В.

Рис. 355. Включение обмоток статора звездой: а) схема включения двигателя; б) соединение зажимов на щитке. Зажимы 1", 2", 3" соединены «накоротко» металлическими шинами; к зажимам 1, 2, 3 присоединены провода трехфазной сети

Рис. 356. Включение обмоток статора треугольником: а) схема включения двигателя; б) соединение зажимов на щитке. Металлическими шинами соединены зажимы 1 и 3", 2 и 1", 3 и 2"; к зажимам 1, 2, 3 присоединены провода трехфазной сети

Таким образом, если обмотки двигателя рассчитаны на напряжение 127 В, то двигатель может работать с нормальной мощностью как от сети 220 В при соединении его обмоток звездой, так и от сети 127 В при соединении его обмоток треугольником. На табличке, прикрепленной к станине каждого двигателя, указываются поэтому два напряжения сети, при которых данный двигатель может работать, например 127/220 В или 220/380 В. При включении в сеть с меньшим линейным напряжением обмотки двигателя соединяют треугольником, а при питании от сети с более высоким напряжением их соединяют звездой.

Вращающий момент двигателя создается силами взаимодействия магнитного поля и токов, индуцируемых им в роторе, а сила этих токов (или соответствующая э. д. с.) определяется относительной частотой вращения поля по отношению к ротору, который сам вращается в ту же сторону, что и поле. Поэтому, если бы ротор вращался с той же частотой, что и поле, то никакого относительного движения их не было бы. Тогда ротор находился бы в покое относительно поля и в нем не возникала бы никакая индуцированная э. д. с., т. е. в роторе не было бы тока и не могли бы возникнуть, силы, приводящие его во вращение. Отсюда ясно, что двигатель описываемого типа может работать только при частоте вращения ротора, несколько отличающейся от частоты вращения поля, т. е. от частоты тока. Поэтому такие двигатели в технике принято называть «асинхронными» (от греческого слова «синхронос» – совпадающий или согласованный во времени, частица «а» означает отрицание).

Таким образом, если поле вращается с частотой , а ротор – с частотой , то вращение поля относительно ротора происходит с частотой , и именно этой частотой определяются индуцируемые в роторе э. д. с. и ток.

Величина называется в технике «скольжением». Она играет очень важную роль во всех расчетах. Обычно скольжение выражается в процентах.

Когда мы включаем в сеть ненагруженный двигатель, то в первые моменты равно или близко к нулю, частота вращения поля относительно ротора велика и индуцированная в роторе э. д. с. соответственно также велика – она раз в 20 превосходит ту э. д. с., которая возникает в роторе при работе двигателя с нормальной мощностью. Ток в роторе при этом тоже значительно превосходит нормальный. Двигатель развивает в момент пуска довольно значительный вращающий момент, и так как инерция его сравнительно невелика, то частота вращения ротора быстро нарастает и почти сравнивается с частотой вращения поля, так что относительная частота их становится почти равной нулю и ток в роторе быстро спадает. Для двигателей малой и средней мощности кратковременная перегрузка их при пуске не представляет опасности, при запуске же очень мощных двигателей (десятки и сотни киловатт) применяются специальные пусковые реостаты, ослабляющие ток в обмотке; по мере достижения нормальной частоты вращения ротора эти реостаты постепенно выключают.

По мере того как возрастает нагрузка двигателя, частота вращения ротора несколько уменьшается, частота вращения поля относительно ротора возрастает, и вместе с тем растут ток в роторе и развиваемый двигателем вращающий момент. Однако для изменения мощности двигателя от нуля до нормального значения требуется очень небольшое изменение частоты вращения ротора, примерно до 6 % от максимального значения. Таким образом, асинхронный трехфазный двигатель сохраняет почти постоянную частоту вращения ротора при очень широких колебаниях нагрузки. Регулировать эту частоту в принципе возможно, но соответствующие устройства сложны и неэкономичны и потому на практике применяются очень редко. Если машины, приводимые в действие двигателем, требуют иной частоты вращения, чем этот двигатель дает, то предпочитают применять зубчатые или ременные передачи с различными передаточными числами.

Само собой разумеется, что при возрастании нагрузки двигателя, т. е. отдаваемой им механической мощности, должен возрастать не только ток в роторе, но и ток в статоре для того, чтобы двигатель мог поглощать из сети соответствующую электрическую мощность. Это осуществляется автоматически вследствие того, что ток в роторе также создает в окружающем пространстве свое магнитное поле, воздействующее на обмотки статора и индуцирующее в них некоторую э. д. с. Связь между магнитным потоком ротора и статора, или, как говорят, «реакция якоря», обусловливает изменения тока в статоре и обеспечивает согласование электрической мощности, отбираемой из сети, с механической мощностью, отдаваемой двигателем. Детали этого процесса довольно сложны, и мы в них входить не будем.

Очень важно, однако, помнить, что хотя недогруженный двигатель и отбирает от сети такое количество энергии, которое соответствует совершаемой им работе, но при недогрузке его, когда ток в статоре падает, это обусловлено возрастанием индуктивного сопротивления статора, т. е. уменьшением коэффициента мощности (§ 163), что портит условия эксплуатации сети в целом. Если, например, для работы станка достаточно мощности 3 кВт, а мы установим на нем мотор 10 кВт, то данное предприятие почти не понесет ущерба – мотор все равно возьмет только ту мощность, которая требуется для его работы, плюс потери в самом двигателе. Но такой недогруженный мотор имеет большое индуктивное сопротивление и уменьшает коэффициент мощности сети. Он убыточен с точки зрения народного хозяйства в целом. Чтобы стимулировать борьбу за повышение коэффициента мощности, организации, отпускающие потребителям электроэнергию, применяют систему штрафов за слишком низкий по сравнению с установленной нормой коэффициент мощности и поощрений за его повышение.

Поэтому при работе с двигателями необходимо твердо соблюдать следующие правила:

1. Необходимо всегда подбирать двигатель такой мощности, какую фактически требует приводимая им в действие машина.

2. Если нагрузка двигателя не достигает 40 % нормальной, а обмотки статора включены треугольником, то целесообразно переключить их на звезду. При этом напряжение на обмотках уменьшается в раз, а намагничивающий ток – почти в три раза. В тех случаях, когда такое переключение приходится производить часто, двигатель включают в сеть при помощи перекидного рубильника по схеме, изображенной на рис. 357. В одном положении рубильника обмотки включены треугольником, в другом - звездой.

Рис. 357. Схема переключения обмоток двигателя с треугольника (положение рубильника I, I, I) на звезду (положение рубильника II, II, II)

Для того чтобы изменить направление вращения вала двигателя на обратное, необходимо поменять местами два линейных провода, присоединенных к двигателю. Это легко осуществить при помощи двухполюсного переключателя, как показано на рис. 358. Переводя переключатель из положения I-I в положение II-II, мы меняем направление вращения магнитного поля и вместе с тем направление вращения вала двигателя.

Рис. 358. Схема включения для изменения направления вращения трехфазного двигателя

Мы видели, что при наличии в статоре двигателя трех катушек, смещенных друг относительно друга на 120°, магнитное поле вращается с частотой тока, т. е. совершает один оборот за часть секунды, или 3000 оборотов в минуту. Почти с такой же частотой будет вращаться и вал двигателя. Во многих случаях такая частота вращения является чрезмерно большой. Чтобы уменьшить ее, в статоре двигателя размещают не три катушки, а шесть или двенадцать и соединяют их так, чтобы северные и южные полюсы по окружности статора чередовались. При этом поле поворачивается за каждый период тока только на половину или четверть оборота, т. е. вал машины вращается c частотой около 1500 или 750 оборотов в минуту.

Наконец, еще одно практически важное замечание. При повреждении (пробое) изоляции станины и кожухи электрических машин и трансформаторов оказываются под напряжением относительно Земли. Прикосновение к этим частям машин может при таких условиях быть опасным для людей. Для предупреждения этой опасности следует при напряжениях свыше 150 В относительно Земли заземлять станины и кожухи электрических машин и трансформаторов, т. е. надежно соединять их металлическими проводами или стержнями с Землей. Это выполняется по специальным правилам, которые необходимо строго соблюдать во избежание несчастных случаев.