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

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

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

Однофазные двигатели с пусковой обмоткой

Т акие двигатели, установленные в герметичных компрессорах, питаются напряжением 220 В. Они состоят из двух обмоток (см. рис. 1).

• Основная обмотка Р, называемая часто рабочей обмоткой или на английском языке - Run (R), имеет провод большего диаметра (по сравнению с проводом пусковой обмотки), который в течение всего периода работы двигателя остается под напряжением.

• Вспомогательная обмотка А, именуемая также пусковой обмоткой или на английском - S(Start), имеет провод более тонкого сечения, следовательно, большее сопротивление, что позволяет легко отличить ее от основной обмотки.

Вспомогательная или пусковая обмотка, согласно названию, служит для обеспечения запуска двигателя.

Если попытаться запустить двигатель, подав напряжение только на рабочую обмотку (и не запитать вспомогательную), то ротор вращаться, не начнет. Если в этот момент вручную быстро повернуть вал, двигатель запустится, и будет вращаться в том же направлении, в котором его закрутили вручную. Такой способ запуска не годится для практики, особенно если электродвигатель находится в герметичном кожухе.

П усковая обмотка служит, для того, чтобы запустить двигатель и обеспечить величину пускового момента выше, чем момент сопротивления на валу двигателя. В некоторых случаях последовательно с пусковой обмоткой в цепь вводится, конденсатор, обеспечивающий необходимый сдвиг по фазе (около 90°) между током основной и пусковой обмоток. Это искусственная расфазировка позволяет запустить двигатель. Рассмотрим клеммную коробку однофазного двигателя герметичного компрессора, представленную на рис. 2.

На ней легко можно заметить тепловое реле защиты, которое защищает компрессор от возможности случайного перегрева. Три клеммы двигателя обозначены цифрами 1, 2 и 3.

При отключенных от сети клеммах замерим сопротивление между ними. Допустим, мы получили следующие значения:

1 – 2: R =11 Ом; 1 – 3: R = З Ома; 2 – 3: R = 14 Ом.

При измерении следует использовать шкалу с небольшим номиналом (например, 200 Ом), так как максимальные значения сопротивлений обмоток не превышают нескольких десятков Ом.

Н а основании замеров можно представить схему, приведенную на рис. 3.

• Наибольшее сопротивление между точками 3 и 2, следовательно, клемма 1 является общей С.

• Самое низкое сопротивление между клеммами 1 и 3, следовательно, между ними находится основная обмотка Р.

• Таким образом, клеммы 1 и 2 соединены со вспомогательной обмоткой (А).

Замеры должны выполнятся с большой аккуратностью и точностью, особенно в случаях, если модель двигателя неизвестна или схема соединения обмоток отсутствует.

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

Примечание.

Если двигатель трехфазный, омметр покажет одинаковые значения сопротивлений между всеми тремя клеммами (см. рис. 4). Таким образом, представляется, что трудно ошибиться, прозванивая этот тип двигателя.

В любом случае возьмите в привычку читать справочные данные на корпусе двигателя, а также подумайте о том, как заглянуть вовнутрь клеммной коробки, сняв ее крышку, поскольку там часто приводится схема соединения обмоток двигателя.

Проверка двигателя. Одним из наиболее сложных вопросов является принятие решения о том, какой двигатель по результатам проведенной проверки следует считать сгоревшим. Основные дефекты электрического характера, наиболее часто встречающиеся в двигателях (неважно, однофазных или трехфазных). Большинство этих дефектов имеют причиной сильный перегрев двигателя, обусловленный чрезмерной величиной потребляемого тока. Повышение силы тока может быть следствием электрических (продолжительное падение напряжения, перенапряжение, неправильная настройка пусковых и защитных реле, плохой электрический контакт, неисправный контактор) или механических (заклинивание из-за нехватки масла) неполадок, а также аномалий в холодильном контуре (слишком большое давление конденсации, присутствие кислот в контуре...).

Одна из обмоток может быть оборвана (см. рис. 5).

В этом случае омметр при измерении ее сопротивления будет показывать очень большую величину вместо нормального сопротивления.

Обмотка рабочего электродвигателя имеет максимальное сопротивление в несколько десятков Ом для небольших двигателей и несколько десятых долей Ома для мощных двигателей. Между двумя обмотками может существовать короткое замыкание. Чтобы выполнить такую проверку, необходимо убрать соединительные провода (и соединительные перемычки на трехфазном двигателе).

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ОДНОФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ

Только мегомметр позволяет выполнить качественную проверку изоляции двух обмоток. В любом случае недостаточно только заменить двигатель, но необходимо найти первопричину неисправности (механического, электрического или иного характера) с тем, чтобы исключить всякую возможность ее повторения.

В холодильных компрессорах, где имеется большая вероятность наличия кислоты в хладагенте и масле (обнаруживаемой химическим анализом) после замены сгоревшего электродвигателя необходимо выполнить ряд работ.

Осмотреть электроаппаратуру (при необходимости заменяя контактор и прерыватель, проверяя соединения и предохранители...).

Строго выполнять технологический процесс ремонта: собрать (выпустить) хладагент, промыть контур, установить антикислотный фильтр на всасывающей магистрали, заменить фильтр - осушитель, определить место утечки, осушить отдельные элементы, отвакуумировать систему, заправить контур хладагентом и проконтролировать функционирование всех систем.

Конденсаторы

Чтобы запустить однофазный двигатель с пусковой обмоткой, необходимо обеспечить сдвиг по фазе переменного тока в пусковой обмотке по отношению к рабочей. Для достижения сдвига по фазе и, обеспечения пускового момента используют конденсаторы, установленные последовательно с пусковой обмоткой. Если емкость конденсатора выбрана неправильно, достигнутая величина фазового сдвига не обеспечит запуск двигателя (двигатель стопорится).

В электросхемах бытовых холодильников используются два типа конденсаторов:

• рабочие конденсаторы (бумажные) небольшой емкости (редко более 30 мкФ) и значительных размеров:

• пусковые конденсаторы (электролитические), имеющие большую емкость (может превышать 100 мкФ) при относительно небольших размерах. Конденсаторы не должны постоянно находиться под напряжением, иначе они быстро перегреваются и могут взорваться. Время их нахождения под напряжением не должно превышать 5 секунд, а максимально допустимое число запусков не более 20 - ти в час.

Размеры конденсаторов зависят от их емкости (чем больше емкость, тем больше размеры). Емкость указывается на корпусе конденсатора в микрофарадах (цР или uF или MF и MPD в зависимости от разработчика) с допуском изготовителя, например: 15 мкФ ± 10 % (емкость может составлять от 13,5 до 16,5 мкФ), или 88-108 MFD (емкость составляет от 88 до 108 мкФ).

Размеры конденсатора также зависят от величины напряжения, указанного на нем (чем выше напряжение, тем больше конденсатор). Указанное напряжение является максимальным напряжением, которое можно подавать на конденсатор не опасаясь его разрушения. Если на конденсаторе указано 20 мкФ/360 Вольт, это значит, что такой конденсатор свободно можно использовать в сети с напряжением 220 В, но ни в коем случае нельзя подавать на него напряжение 380 В.

О пределите для конденсаторов, изображенных на рис. 9 в одном и том же масштабе, какие из них являются рабочими, а какие пусковыми.

Ответ (см. рис. 10).

Конденсатор №1, самый большой по размерам из всех других, имеет довольно низкую емкость в сравнении с его размерами. По-видимому, это рабочий конденсатор. Конденсаторы №3 и №4 при одинаковых размерах имеют очень небольшую емкость.

С ледовательно, эти два конденсатора также рабочие. Конденсатор №2 имеет, в сравнении с его размерами, очень большую емкость, следовательно это пусковой конденсатор. Конденсатор №5 имеет емкость несколько меньше, чем №2, но он предназначен для более высокого напряжения: это также пусковой конденсатор.

Что произойдет, если к их выводам подключить омметр (рис. 11 )?

Фиг.1. Пластины конденсатора полностью разряжены и напряжение U₁ на его выводах равно нулю. После подключения к выводам омметра, его стрелка отклонится к 0, что свидетельствует о прохождении через омметр большого тока l₁.

Фиг.2. Затем стрелка омметра медленно возвращается влево, что свидетельствует об уменьшении силы тока 1₂ по отношению к l₁. Одновременно напряжение на выводах конденсатора U₂ медленно повышается (конденсатор заряжается).

Фиг.З. Стрелка омметра указывает бесконечность (∞), то есть ток 1_з равен нулю и пластины конденсатора полностью заряжены. Напряжение U₃ на конденсаторе стало равным напряжению источника питания омметра.

Постепенное уменьшение силы тока объясняется тем, что по мере зарядки пластин конденсатора (что приводит к повышению напряжения между пластинами), разница между напряжением на выводах конденсатора и напряжением батареи омметра уменьшается. Когда эта разница станет нулевой, ток также будет равен нулю (фиг.З). В рассмотренном случае, когда конденсатор полностью заряжен, напряжение на его выводах равно напряжению элемента питания омметра (несколько вольт), и если убрать омметр, конденсатор остается заряженным. Но когда конденсатор соединен с сетью напряжением 220В, это значит, что на его концах может быть напряжение 220В, даже если питание отключено.

Если в этот момент коснуться пальцами выводов конденсатора, произойдет электрический удар, как при касании источника тока. Следовательно, перед любыми работами с конденсатором необходимо полностью разрядить его, например, замыкая его концы накоротко с помощью отвертки с изолированной ручкой (происходящий при этом разряд может быть очень сильным, рис. 12).

Н екоторые конденсаторы снабжены разрядным сопротивлением.

Это сопротивление, соединяющее выводы конденсатора, имеет достаточно большую величину (R = 15 кОм), чтобы не изменить работу конденсатора, но вместе с тем обеспечить его разрядку, когда питание отключено. Однако даже если конденсатор снабжен разрядным сопротивлением, перед каждой операцией с ним замкните накоротко его выводы с помощью отвертки. При снятии напряжения конденсатор не разряжается мгновенно и может потребовать для разрядки несколько минут.

Перед тем, как приступить к изучению обычных неисправностей в конденсаторах, напомним, что при подключении омметра к выводам исправного конденсатора (предварительно разрядив конденсатор) стрелка быстро указывает на ноль, затем медленно возвращается к бесконечности. Если поменять местами зажимы омметра (изменить полярность), картина повторится.

П ри использовании цифровых омметров, наиболее часто встречающихся в настоящее время, это явление менее заметно. Однако в них на табло можно четко увидеть медленный рост цифрового значения до «∞». При смене полярности на табло появится «∞», затем 0.

Смена показаний будет происходить тем медленнее, чем меньше выбранный диапазон измерений (обычно используют диапазоны 20 кОм или 200 кОм).