Преимущества асинхронных двигателей
Асинхронные двигатели имеют четко определенные преимущества, в том числе простоту конструкции, так как они не содержат щеток и коллектора. Это делает их менее прихотливыми в эксплуатации и обеспечивает их долговечность, если соблюдать регламент технического обслуживания. Однако основной недостаток этих машин заключается в необходимости трехфазного питания. Но это не уменьшает возможностей их использования в бытовой сети 220 В с однофазным питанием.
Основы теории трехфазного питания
Трехфазная сеть состоит из трех однофазных линий питания, имеющих фазовый сдвиг в 120 градусов. Обмотки двигателя физически расположены друг относительно друга так, чтобы ток последовательно протекал через первую, вторую и третью обмотку. Именно это создает крутящий момент, который вращает ротор двигателя.
Когда асинхронную машину подключают к однофазной сети, необходимо имитировать наличие еще двух фаз. Существуют различные способы достижения этого, в том числе сдвиг фазы через конденсатор, Этот метод до сих пор используется. Но такие методы часто приводят к значительным (иногда превышающим 30%) потерям мощности и снижению КПД двигателя. В настоящее время более приемлемыми стали методы подключения через преобразователь частоты (ПЧ), что считается наиболее оптимальным вариантом.
Режимы работы асинхронных двигателей
Асинхронные двигатели работают в двух основных режимах: «звезда» и «треугольник», которые получили свои названия от способа соединения обмоток. В режиме звезды, несмотря на межфазное (линейное) напряжение 380 В, к каждой обмотке подается лишь 220 В, что обусловливает меньшие рабочие и пусковые токи. Данная схема подключения очень часто используется в промышленности.
В режиме треугольник концы обмоток соединены между собой, что обеспечивает напряжение 220 В между ними. Это позволяет обеспечить большие токи и подключать менее мощные двигатели, которые не превышают как правило 5,5 кВт.
Комбинированный режим звезда/треугольник позволяет уменьшить пусковые токи и повысить крутящий момент при запуске (звезда), после чего включается треугольник, оптимальный для мощных двигателей. Переключение между режимами обычно происходит автоматически, например, с помощью таймера. Для реализации данного алгоритма работы двигатель должен иметь 6 выводов с обмоток.
Функции преобразователя частоты (ПЧ)
Преобразователь частоты (ПЧ) — это устройство, которое преобразует синусоиду 50 Гц в ряд импульсов (ШИМ модуляция) с частотой до 16 кГц. Это позволяет регулировать скорость вращения ротора, осуществлять плавный старт машины, а также обеспечивать стабильною работу без потери номинальной мощности. Современные ПЧ, такие как Veichi серии AC10, AC310 могут автоматически преобразовывать одну фазу на три полноценные фазы 220 В/50 Гц, что упрощает подключение трехфазных двигателей к бытовой сети. Также данные частотники имеют:
- Защита от короткого замыкания, перегрузок и скачков напряжения, с обеспечением аварийного отключения нагрузки;
- Индикация основных параметров работы двигателя, с возможностью их сохранения;
- Оптимизация энергопотребления в зависимости от нагрузки и уменьшение пускового тока.
Кроме того, подключение через ПЧ снижает шум и температуру обмоток двигателя, что способствует продлению срока эксплуатации двигателя и механизма .
Единственный недостаток использования ПЧ для питания асинхронных двигателей от одной фазы — ограничение мощности до 7,5 кВт. Однако для большинства потребностей, требующих подключения трехфазных двигателей к 220 В, этого вполне достаточно, так как большинство таких механизмов оснащаются двигателями мощностью 1,5 кВт - 4 кВт.