电机控制中三相电机改为单相电机的原理和方法

工业控制

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三相电机改两相电机(实际上单相),本质是在模仿单相电机在工作,是需要增加电容的。三相异步电机,一共三组线圈,这样一共有6个接线头,但是电机往往只有3个接线柱(不算地线),因此一个接线柱要接上两个线头。如果上边有U1V1W1和U2V2W2之类,是可以不用测量什么的,直接肉眼都可以看到电容。如果电机上的接线柱标号都没有了,就要用万用表细心测量判断了。

单相电机工作原理

三相异步电机,需要使用三相380伏电源,在工业领域应用非常广泛,但是民用电是单相220伏,所以往往使用了单相电机。有些时候,手头只有三相电机,而家里又是220伏电源,有人就动脑筋让单相220伏电源来驱动三相380伏异步电机,听起来有点荒唐,实际还真是可行的,不过这个是牺牲原本功率为前提的。

 

单相电机,是可以直接使用220伏单相电源来工作的。单相电机理论上虽然只要一组线圈就可以运转了,因为交流电可以产生相反的脉动磁场,产生相反的扭矩来连续运转。但是只有一组线圈无法启动(静止状态下正反合力矩的大小是零),所以单相电机需要另外一个推力来推动它打破禁止状态,只要打破了,即使去掉了这个启动推力,它靠一个线圈也可以远远不断的工作下去。

很典型的例子,有些小风扇,就是单相电机,无法启动的时候,你用手去推动一下扇叶,给了它一个第一推动力,它很快就可以持续转动工作了,而你手早已经离开了它,它还是可以继续工作没有任何影响。

但是单相电机要工作,总不能老靠外界推动力去推动的,那样没有实际使用的意义,所以工程师们另外给单相电机设计了一组绕组,对比工作那组主绕组,这组绕组叫做启动绕组,它和启动绕组是正交90°的,而另给给这组启动绕组串联了一个合适的电容,电容的特点是能避免电压突变,只要电容容量合适,就可以让启动绕组的电流和主绕组的电流刚好相差90°,这样产生的磁场,刚好用来驱动主绕组的磁场,产生第一推动力,让单相电机静止状态被打破,类似于你用手推动它工作一样,从而实现了单相电机的正常启动和工作。

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单相电机启动以后,虽然可以切断启动绕组的电流和磁场,但是不切断它也没有什么大的影响,所以大多数单相电机的启动绕组在单相电机运转的过程中会继续保持通电的。

三相电机改单相的方法

三相电机有星形接法和三角形接法两种,一般大功率的接成三角形,而小功率的往往接成星形,两种都可以改单相运行。改的过程,基本上是让两组线圈参与了运转,可能是串联,也可能是并联,这样两组线圈在功率,最大功率不会超过三相电机额定功率的三分之二。

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而另外一组线圈,主体使用来和电容结合起来,当作启动线圈,当然在回路上,会和主线圈存在“耦合”,只会影响到启动磁场的强弱而已,并不会造成相位上的混乱,只要电容选择合适,完全可以达到单相电机那种启动和运行效果。

 

比如一种接法是,原来三相电机三个接线柱不动,随便拿U1和V1来接火线和零线,W1接电容一端,电容另外一端可以接U1也可以接V1,具体看转向需要,因为这样会改变了电机转动方向。

 

因为三相线圈是完全对称的,所以完全可以任意使用其中两组来做运行绕组,另外一组做启动绕组,理论上是可以随意组合的,所以启动电容是可以任何和其中一组线圈来配合使用的。因此,完全可以用肉眼跟线的方法去跟出两条电容线来,当然用万用表的电阻档来两两测量U1V1W1之间,只要是瞬间体现出来的阻值对比其他两组差异比较大的,一定是接上启动电容的。

 

如果想让电机工作的功率大一点,也可以通过一个变压器,把单相220伏电,变成单相380伏电,这样电机的实际功率会大出380/220倍。

三相电机6个接线柱判定方法

上边说到的情况,是三相电机的U1V1W1U2V2W2线头完全弄清楚情况下的接法,如果三相电机的这6个线头弄乱了,先要用万用表的电阻档,把3组线圈找出来,这个比较容易,只要两两之间是通的(一般电阻都很小,比如几欧姆以内),说明就是一组线圈的两个线头,确定线头后,下来就要判断三组线圈的同名端。

 

三相电机的三组线圈,理论上是一致对称的,在正常工作时候,如果负载没有异常,星形接法的时候,它们之间在零线上产生的电流为零。如果反过来理解,把它们当作发电机来发电,比如手摇转轴,理应在零线上也不会产生电流。因为电机里边有剩磁,所以反过来发电是可以的,虽然产生的电流非常小,但是已经足以能用来判断同名端了。

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利用这个道理,如果三组线圈的同名端同时接成星形的连接点,这个连接点不会有电动势,串联一个万用表电流档进去,这个万用表并不会有电流流过,也就是万用表的显示电流值为零。如果其中一组同名端弄错了,会造成三相线圈发电过程中,星形连接点会产生电动势,会让一定的电流流过万用表,随便调转某组线圈的两头,一直到让万用表显示的电流为零为止,这时候就可以给每组线圈标注上U1U2V1V2W1W2六个线号。

判断出来了电机线圈的线号,就可以使用上边说到的方法,接上合适容量的电容,使得三相电机工作在单相状态。

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