Включение трехфазного двигателя в однофазную сеть

Как подключить 3 фазный электродвигатель к сети 220 вольт через конденсатор

Многие любители и профессионалы применяют в работе электрооборудование различного предназначения. И во многих случаях электрооборудование приводится в движение трехфазными двигателями. Но трехфазная сеть зачастую недоступна в гаражных боксах и индивидуальных домовладениях. И тогда на помощь приходят схемы подключения трехфазного двигателя в однофазную сеть.

Для чего нужен конденсатор

Наиболее распространены и применяются в станках трехфазные асинхронные двигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором. Их подключение к однофазной сети мы и будем рассматривать. При включении двигателя в трехфазную сеть по трем обмоткам, в разный момент времени протекает переменный ток. Этот ток создает вращающееся магнитное поле, которое начинает вращать ротор двигателя.

При подключении двигателя к однофазной сети, ток по обмоткам течет, но вращающегося магнитного поля нет, ротор не крутится. Выход из этой ситуации был найден. Самым простым и действенным способом оказалось параллельное подключение конденсатора к одной из обмоток двигателя. Конденсатор, импульсно получая и отдавая энергию создает смещение фазы, в обмотках двигателя получается вращающееся магнитное поле и он работает. Емкость постоянно находится под напряжением и называется рабочим конденсатором.

ВАЖНО! Правильно рассчитать и подобрать емкость рабочего конденсатора и его тип.

Как правильно подобрать конденсаторы

Теоретически предполагается осуществлять расчет необходимой емкости путем деления силы тока на напряжение и полученную величину умножить на коэффициент. Для разного типа соединений обмоток коэффициент составляет:

  • звездой – 2800;
  • треугольником — 4800.

Недостатком этого метода является то, что не всегда на электродвигателе сохранилась табличка с данными. Невозможно точно знать коэффициент мощности и мощность двигателя, а следовательно и силу тока. К тому же на силу тока могут действовать такие факторы как отклонения напряжения в сети и величина нагрузки на двигатель.

Мощность электродвигателя, кВт0,40,60,81,11,52,2
Ёмкость конденсатора C2 в номинальном режиме, мкФ406080100150230
Ёмкость конденсатора C2 в недогруженном режиме, мкФ25406080130200
Ёмкость пускового конденсатора C1 в номинальном режиме, мкФ80120160200250300
Ёмкость конденсатора C1 в недогруженном режиме, мкФ2035456080100

Поэтому следует применять упрощенный расчет емкости рабочих конденсаторов. Просто учесть, что на каждые 100 ватт мощности необходимо 7 микрофарад емкости. Удобнее использовать несколько параллельно соединенных конденсаторов малой, желательно одинаковой емкости, чем один большой. Просто суммируя емкость собранных конденсаторов, можно легко определить и подобрать оптимальное значение. Для начала лучше процентов на десять занизить суммарную емкость.

Если двигатель легко запускается и мощности его достаточно для работы, то все подобрано правильно. Если нет – нужно еще подсоединять конденсаторы, пока двигатель не достигнет оптимальной мощности.

СПРАВКА. При подключении трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в однофазную сеть теряется не менее трети его мощности.

Следует помнить, что много не всегда хорошо, и при превышении оптимальной емкости рабочих конденсаторов двигатель будет перегреваться. Перегрев может привести к сгоранию обмоток и выходу электродвигателя из строя.

ВАЖНО! Конденсаторы следует соединять между собой параллельно.

Желательно выбирать конденсаторы с рабочим напряжением не менее 450 вольт. Самыми распространенными являются так называемые бумажные конденсаторы, с буквой Б в наименовании. В настоящее время выпускаются и специализированные, так называемые моторные конденсаторы, например К78-98.

ВНИМАНИЕ! Желательно выбирать конденсаторы для переменного тока. Использование иных тоже возможно, но связано с усложнением схемы и возможными нежелательными последствиями.

В случае, если запуск двигателя осуществляется под нагрузкой и происходит тяжело, необходим еще и пусковой конденсатор. Он включается параллельно рабочему на непродолжительное время пуска электродвигателя. Его емкость должна быть равной или не более чем в два раза превышать емкость рабочего.

Схема подключения электродвигателя 380 на 220 вольт с конденсатором

Подключить трехфазный двигатель в однофазную сеть несложно и с этим справится даже электромонтер-любитель. Если возникают затруднения, следует обратиться к друзьям или знакомым. Рядом всегда найдется грамотный электрик.

Обмотки трехфазных двигателей с рабочим напряжением 380 на 220 для работы в сети на триста восемьдесят вольт соединены по схеме звезда. Это значит, что концы обмоток соединены между собой, а начала подсоединяются в сеть. Для возможности работы электродвигателя в однофазной сети 220 вольт необходимо для начала его обмотки переключить на схему треугольник. Т.е. конец первой соединить с началом второй, конец второй с началом третьей и конец третьей с началом первой.

Эти соединения и будут выводами двигателя для подключения к электропитанию. Два вывода необходимо через двухполюсной выключатель подсоединить к нулю и фазе сети в 220 вольт. Третий вывод через рабочие конденсаторы, соединить с каким либо из первых двух выводов из двигателя. Можно пробовать запускать.

Если запуск прошел успешно, двигатель работает с приемлемой мощностью и не сильно греется, то можно ничего не менять. Получилась работоспособная схема только с рабочими конденсаторами.

В случае запуска под нагрузкой или просто тяжелого пуска двигателя, он может раскручиваться долго и не достигать приемлемой мощности. Тогда потребуется включить в схему еще и пусковую емкость. Пусковые конденсаторы выбираются того же типа, что и рабочие. Одинаковой или в два раза превышающей ёмкость рабочих. И подключаются параллельно им. Используются только для пуска электродвигателя.

Очень удобно для такого пуска использовать своеобразный выключатель серии АП. Важно чтобы он был в исполнении с блок контактами. В нем при нажатии кнопки Пуск пара контактов остается замкнутыми до нажатия на кнопку Стоп. К ним подключают выводы двигателя и электросеть. Третий контакт замкнут только во время удержания кнопки Пуск, через него и подсоединяется пусковой конденсатор. Выключатели такого типа, только без предохранительной аппаратуры часто устанавливали на старые советские центрифуговые стиральные машинки.

Схема подключения электродвигателя без конденсаторов

Реально работающих схем подключения трехфазного двигателя в бытовую сеть 220 вольт без конденсаторов нет. Некоторые изобретатели предлагают подключать двигатели через индукционные катушки или сопротивления. Якобы, таким образом, создается сдвиг фаз на необходимый угол и двигатель вращается. Другие предлагают тиристорные схемы подключения. На практике это не работает, и не стоит изобретать велосипед. Когда есть дешевый и проверенный способ пуска посредством конденсаторов.

Действительно рабочим вариантом является подключение трехфазного асинхронного двигателя через преобразователь частоты. Преобразователь подключается в бытовую сеть и выдает трехфазный ток, причем с возможностью плавного пуска и регулировки оборотов. Но стоит такое чудо примерно от 7000 рублей с подключаемой мощностью всего в 250 ватт. Мощные приборы стоят гораздо дороже. За такие деньги можно приобрести электрооборудование с возможностью подключения к однофазной цепи. Будь то мини токарный станок, циркулярка, насос или компрессор.

Включение 3-х фазного двигателя в однофазную сеть, от теории к практике

В домашнем хозяйстве иногда возникает необходимость запустить 3х фазный асинхронный электродвигатель (АД). При наличии 3х фазной сети это не составляет трудностей. При отсутствии 3х фазной сети двигатель можно запустить и от однофазной сети, добавив в схему конденсаторы.

Конструктивно АД состоит из неподвижной части – статора, и подвижной – ротора. На статоре в пазах укладываются обмотки. Обмотка статора представляет собой трёхфазную обмотку, проводники которой равномерно распределены по окружности статора и пофазно уложены в пазах с угловым расстоянием 120 эл. градусов. Концы и начала обмоток выводятся в соединительную коробку. Обмотки образуют пары полюсов. От числа пар полюсов зависит номинальная частота вращения ротора двигателя. Большинство общепромышленных двигателей имеют 1-3 пары полюсов, реже 4. АД с большим числом пар полюсов имеют низкий КПД, больше габариты, поэтому используются редко. Чем больше пар полюсов, тем меньше частота вращение ротора двигателя. Общепромышленые АД выпускаются с рядом стандартных скоростей вращения ротора: 300, 1000, 1500, 3000 об/мин.

Ротор АД представляет собой вал, на котором находится короткозамкнутая обмотка. В АД малой и средней мощности обмотку обычно изготавливают путём заливки расплавленного алюминиевого сплава в пазы сердечника ротора. Вместе со стержнями отливают короткозамкнутые кольца и торцевые лопасти, осуществляющие вентиляцию машины. В машинах большой мощности обмотку выполняют из медных стержней, концы которых соединяют с короткозамкнутыми кольцами при помощи сварки.

При включении АД в 3ф сеть по обмоткам по очереди в разный момент времени начинает идти ток. В один период времени ток проходит по полюсу фазы А, в другой по полюсу фазы В, в третий по полюсу фасы С. Проходя через полюса обмоток, ток поочередно создает вращающее магнитное поле, которое взаимодействует с обмоткой ротора и заставляет его вращаться, как бы подталкивая его в разных плоскостях в разный момент времени.

Если включить АД в 1ф сеть, вращающий момент будет создаваться только одной обмоткой. Действовать на ротор такой момент будет в одной плоскости. Такого момента не достаточно, чтоб сдвинуть и вращать ротор. Чтобы создать сдвиг фазы тока полюса, относительно питающей фазы, применяют фазосдвигающие конденсаторы рис.1.


Рис.1

Конденсаторы можно применять любых типов, кроме электролитических. Хорошо подходят конденсаторы типа МБГО, МБГ4, К75-12, К78-17. Некоторые данные конденсаторов приведены в таблице 1.

Если необходимо набрать определенную емкость, то конденсаторы следует соединить параллельно.

Основные электрические характеристики АД приводятся в паспорте рис.2.


Рис.2

Из паспорта видно, что двигатель трехфазный, мощностью 0,25 кВт, 1370 об/мин, есть возможность менять схему соединения обмоток. Схема соединения обмоток «треугольник» при напряжении 220В, «звезда», при напряжении 380В ,соответственно ток 2,0/1,16А.

Схема соединения «звезда» изображена на рис.3. При таком включении к обмоткам электродвигателя между точками АВ (линейное напряжение Uл) подводится напряжение в раза больше напряжения между точками АО (фазное напряжение Uф).


Рис.3 Схема подключения «звезда».

Таким образом линейное напряжение в раза больше фазного напряжения: . При этом фазный ток Iф равен линейному току Iл.

Рассмотрим схему соединения «треугольник» рис. 4:


Рис.4 Схема соединения «треугольник»

При таком соединении линейное напряжение UЛ равное фазному напряжению Uф., а ток в линии Iл в раза больше фазного тока Iф: .

Таким образом если АД рассчитан на напряжение 220/380 В, то для его подключения к фазному напряжению 220 В используется схема соединения обмоток статора «треугольник». А для подключения к линейному напряжению 380 В – соединение «звезда».

Читайте также:  Какие бывают выключатели

Для пуска данного АД от однофазной сети напряжением 220В нам следует включить обмотки по схеме «треугольник», рис.5.


Рис.5 Схема соединения обмоток ЭД по схеме «треугольник»

Схема соединение обмоток в выводной коробке показана на рис. 6


Рис.6 Соединение в выводной коробке ЭД по схеме «треугольник»

Чтобы подключить электродвигатель по схеме «звезда» необходимо две фазные обмотки подключить непосредственно в однофазную сеть, а третью – через рабочий конденсатор Ср к любому из проводов сети рис. 6.

Соединение в выводной коробке для схемы «звезда» изображено на рис. 7.


Рис.7 Схема соединения обмоток ЭД по схеме «звезда»

Схема соединение обмоток в выводной коробке показана на рис. 8


Рис.8 Соединение в выводной коробке ЭД по схеме «звезда»

Емкость рабочего конденсатора Ср для данных схем рассчитывается по формуле:
,
где Iн— номинальный ток, Uн— номинальное рабочее напряжение.

В нашем случае, для включения по схеме «треугольник» емкость рабочего конденсатора Cр = 25 мкФ.

Рабочее напряжение конденсатора должно быть в 1.15 раз больше номинального напряжения питающей сети.

Для пуска АД не большой мощности обычно достаточно рабочего конденсатора, но при мощности более 1.5 кВт двигатель либо не запускается, либо очень медленно набирает обороты, поэтому необходимо применить еще пусковой конденсатор Сп . Емкость пускового конденсатора должна быть в 2.5-3 раза больше емкости рабочего конденсатора.

Схема соединения обмоток электродвигателя, соединенных по схеме «треугольник» с применением пусковых конденсаторов Сп представлена на рис. 9.


Рис.9 Схема соединения обмоток ЭД по схеме «треугольник» с применением пусковых конденсатов

Схема соединения обмоток двигателя «звезда» с применением пусковых конденсаторов представлена на рис. 10.


Рис.10 Схема соединения обмоток ЭД по схеме «звезда» с применением пусковых конденсаторов.

Пусковые конденсаторы Сп подключают параллельно рабочим конденсаторам при помощи кнопки КН на время 2-3 с. При этом скорость вращения ротора электродвигателя должна достигнуть 0.7…0.8 от номинальной скорости вращения.

Для запуска АД с применением пусковых конденсаторов удобно применять кнопку рис.11.


Рис.11

Конструктивно кнопка представляет собой трехполюсный выключатель, одна пара контактов которого замыкается, когда кнопка нажата. При отпускании контакты размыкаются, а остальная пара контактов остается включенной, до тех пор, пока не будет нажата кнопка стоп. Средняя пара контактов выполняет функцию кнопки КН (рис.9, рис.10), через которую подключают пусковые конденсаторы, две остальных пары работают как выключатель.

Может оказаться так, что в соединительной коробке электродвигателя концы фазных обмоток выполнены внутри двигателя. Тогда АД можно подключить только по схемам рис.7, рис. 10, в зависимости от мощности.

Существует еще схема соединения обмоток статора трехфазного электродвигателя — неполная звезда рис. 12. Выполнение соединения по данной схеме возможно, если начала и концы фазных обмоток статора выведены в соединительную коробку.


Рис.12

Подключать ЭД по такой схеме целесообразно, когда необходимо создать пусковой момент, превышающий номинальный. Такая необходимость возникает в приводах механизмов с тяжелыми условиями пуска, при пуске механизмов под нагрузкой. Следует отметить, что результирующий ток в питающих проводах превышает номинальный ток на 70-75%. Это необходимо учитывать при выборе сечения провода для подключения электродвигателя

Емкость рабочего конденсатора Ср для схемы рис. 12 рассчитывается по формуле:
.

Емкости пусковых конденсаторов должны быть в 2.5-3 раза больше емкости Ср. Рабочее напряжение конденсаторов в обеих схемах должно быть в 2.2 раза больше номинального напряжения.

Обычно выводы статорных обмоток электродвигателей маркируют металлическими или картонными бирками с обозначением начал и концов обмоток. Если же бирок по каким-либо причинам не окажется, поступают следующим образом. Сначала определяют принадлежность проводов к отдельным фазам статорной обмотки. Для этого следует взять любой из 6 наружных выводов электродвигателя и присоединить его к какому-либо источнику питания, а второй вывод источника подсоедините к контрольной лампочке и вторым проводом от лампы поочередно прикоснитесь к оставшимся 5 выводам статорной обмотки, пока лампочка не загорится. Загорание лампочки означает, что 2 вывода принадлежат к одной фазе. Условно пометим бирками начало первого провода С1 ,а его конец — С4. Аналогично найдем начало и конец второй обмотки и обозначим их С2 и С5, а начало и конец третьей — С3 и С6.

Следующим и основным этапом будет определение начала и конца статорных обмоток. Для этого воспользуемся способом подбора, который применяется для электродвигателей мощностью до 5 кВт. Соединим все начала фазных обмоток электродвигатели согласно ранее присоединенным биркам в одну точку (используя схему «звезда») и включим электродвигатель в однофазную сеть с использованием конденсаторов.

Если двигатель без сильного гудения сразу наберет номинальную часто­ту вращения, это означает, что в общую точку попали все начала или все концы обмотки. Если при включении двигатель сильно гудит и ротор не может набрать номинальную частоту вращения, то в первой обмотке следует поменять местами выводы С1 и С4. Если это не помогает, концы первой обмотки необходимо вернуть в первоначальное положение и теперь уже выводы С2 и С5 поменяйте местами. То же самоё сделайте; в отношении третьей пары, если двигатель продолжает гудеть.

При определении начал и концов обмоток строго придерживайтесь правил техники безопасности. В частности, прикасаясь к зажимам статорной обмотки, провода держите только за изолированную часть. Это необходимо делать еще и потому, что электродвигатель имеет общий стальной магнитопровод и на зажимах других обмоток может появиться большое напряжение.

Для изменения направления вращения ротора АД, включенного в однофазную сеть по схеме «треугольник» (см. рис.5), достаточно третью фазную обмотку статора (W) подсоединить через конденсатор к зажиму второй фазной обмотки статора (V).

Чтобы изменить направление вращения АД, включенного в однофазную сеть по схеме «звезда» (см. рис.7), нужно третью фазную обмотку статора (W) подсоединить через конденсатор к зажиму второй обмотки (V).

При проверке технического состояния электродвигателей нередко можно с огорчением заметить, что после продолжительной работы появляются посторонний, шум и вибрация, а ротор трудно повернуть вручную. Причиной этого может быть плохое состояние подшипников: беговые дорожки покрыты ржавчиной, глубокими царапинами и вмятинами, повреждены отдельные шарики и сепаратор. Во всех случаях необходимо осмотреть электродвигатель и устранить имеющиеся неисправности. При незначительном повреждении достаточно промыть подшипники бензином, и смазать их.

Однофазное подключение трехфазного двигателя

Асинхронные электродвигатели широко применяются в промышленности благодаря относительной простоте конструкции, хорошим рабочим характеристикам, удобству управления.

Подобные устройства часто попадают в руки домашнего мастера и он, пользуясь знанием основ электротехники, подключает такой электродвигатель для работы от однофазной сети 220 вольт. Чаще всего его используют для наждака, обработки древесины, измельчения зерен и выполнения других простых работ.

Даже на отдельных промышленных станках и механизмах с приводами встречаются образцы различных двигателей, способных работать от одной или трех фаз.

Чаще всего у них используется конденсаторный запуск, как наиболее простой и приемлемый, хотя это не единственный способ, известный большинству грамотных электриков.

Принцип работы трехфазного двигателя

Промышленные асинхронные электрические устройства систем 0,4 кВ выпускаются с тремя обмотками статора. К ним прикладываются напряжения, сдвинутые по углу на 120 градусов и вызывающие токи аналогичной формы.

Для запуска электродвигателя токи направляют таким образом, чтобы они создали суммарное вращающееся электромагнитное поле, оптимально воздействующее на ротор.

Конструкция статора, используемая для этих целей, представлена:

2. магнитопроводом сердечника с уложенными в него тремя обмотками;

3. клеммными выводами.

В обычном исполнении изолированные провода обмоток собраны по схеме звезды за счет установки перемычек между винтами клемм. Кроме этого способа еще существует подключение, называемое треугольником.

В обоих случаях обмоткам назначено направление: начало и конец, связанное со способом монтажа — навивки при изготовлении.

Обмотки нумеруются арабскими цифрами 1, 2, 3. Их концы обозначаются К1, К2, К3, а начала — Н1, Н2, Н3. У отдельных типов двигателей подобный способ маркировки может быть изменен, например, С1, С2, С3 и С4, С5, С6 или другими символами либо вообще не применяться.

Правильно нанесенная маркировка упрощает подключение проводов питания. При создании на обмотках симметричной схемы расположения напряжений, обеспечивается создание номинальных токов, осуществляющих оптимальную работу электродвигателя. В этом случае их форма в обмотках полностью соответствует подводимому напряжению, повторяет его без каких-либо искажений.

Естественно, следует понимать, что это чисто теоретическое заявление, ибо на практике токи преодолевают различные сопротивления, незначительно отклоняются.

Наглядному восприятию происходящих процессов помогает изображение векторных величин на комплексной плоскости. Для трехфазного двигателя токи в обмотках, создаваемые приложенным симметричным напряжением, изображаются следующим образом.

При питании электродвигателя системой напряжений с тремя равномерно разнесенными по углу и одинаковыми по величине векторами в обмотках протекают такие же симметричные токи.

Каждый из них образует электромагнитное поле, сила индукции которого наводит в обмотке ротора собственное магнитное поле. В результате сложного взаимодействия трех полей статора с полем ротора создается вращательное движение последнего, обеспечивается создание максимальной механической мощности, вращающей ротор.

Принципы подключения однофазного напряжения к трехфазному двигателю

Для полноценного подключения к трем одинаковым статорным обмоткам, разнесенных по углу на 120 градусов, два вектора напряжения отсутствуют, имеется только один из них.

Можно подать его всего в одну обмотку и заставить ротор вращаться. Но, эффективно использовать такой двигатель не получится. Он будет обладать очень малой выходной мощностью на валу.

Поэтому возникает задача подключения этой фазы таким образом, чтобы она в разных обмотках создавала симметричную систему токов. Другими словами, нужен преобразователь напряжения однофазной сети в трехфазную. Подобная задача решается разными методами.

Если отбросить сложные схемы современных инверторных установок, то можно реализовать следующие распространенные способы:

1. использование конденсаторного запуска;

2. применение дросселей, индуктивных сопротивлений;

3. создание различных направлений токов в обмотках;

4. комбинированный способ с выравниванием сопротивлений фаз для образования одинаковых амплитуд у токов.

Кратко разберем эти принципы.

Отклонение тока при прохождении через емкость

Наиболее широко практикуется конденсаторный запуск, позволяющий отклонять ток в одной из обмоток за счет подключения емкостного сопротивления, когда создается опережение тока от вектора приложенного напряжения на 90 градусов.

В качестве конденсаторов обычно используются металлобумажные конструкции серий МБГО, МБГП, КБГ и подобные. Электролиты не приспособлены для пропускания переменного тока, быстро взрываются, а схемы, предусматривающие их использование, отличаются сложностью, низкой надежностью.

В этой схеме ток отличается по углу от номинальной величины. Он отклоняется всего на 90 градусов, не доходя на 30 о (120-90=30).

Отклонение тока при прохождении через индуктивность

Ситуация аналогична предыдущей. Только здесь ток отстает от напряжения на те же 90 градусов, а тридцати недобирает. Кроме того, конструкция дросселя не такая простая, как у конденсатора. Его надо рассчитать, собрать, настроить под индивидуальные условия. Этот способ не получил широкого распространения.

Читайте также:  Что лучше: светодиодные лампы или энергосберегающие?

При использовании конденсаторов или дросселей токи в обмотках электродвигателя не доходят до требуемого угла на тридцатиградусный сектор, показанный красным цветом на картинке, что уже создает повышенные потери энергии. Но, с ними приходится мириться.

Они мешают созданию равномерного распределения сил индукции, создают тормозящий эффект. Точно оценить его влияние сложно, но при простом подходе деления углов получается (30/120=1/4) потеря 25%. Однако, можно ли так считать?

Отклонение тока подачей напряжения обратной полярности

В схеме звезды принято фазный провод напряжения подключать на вход обмотки, а нулевой — на ее конец.

Если в две разнесенные на 120 о фазы подать одно и то же напряжение, но разделить их, а во второй изменить полярность, то токи сдвинутся по углу относительно друг друга. Они станут формировать электромагнитные поля разного направления, влияющего на вырабатываемую мощность.

Только при этом способе по углу получается отклонение токов на небольшое значение — 30 о .

Этим методом пользуются в отдельных случаях.

Способы комплексного применения конденсаторов, индуктивностей, изменения полярности обмоток

Первые три перечисленных метода не позволяют поодиночке создавать оптимально симметричное отклонение токов в обмотках. Всегда возникает их перекос по углу относительно стационарной схемы, предусмотренной для трехфазного полноценного питания. За счет этого происходит образование противодействующих моментов, тормозящих раскрутку, снижающих КПД.

Поэтому исследователи провели многочисленные эксперименты, основанные на разных сочетаниях этих способов с целью создания преобразователя, обеспечивающего наибольшую эффективность работы трехфазного двигателя. Эти схемы с подробным разбором электротехнических процессов приводятся в специальной учебной литературе. Их изучение повышает уровень теоретических знаний, но в своем большинстве они редко применяются на практике.

Хорошая картина распределения токов создается в схеме, когда:

1. на одну обмотку подается фаза прямого включения;

2. на вторую и третью обмотки напряжение подключают через конденсатор и дроссель, соответственно;

3. внутри схемы преобразователя осуществляется выравнивание амплитуд токов за счет подбора реактивных сопротивлений с компенсацией дисбаланса активными резисторами.

Хочется обратись внимание на третий пункт, которому многие электрики не придают значения. Просто посмотрите на следующую картинку и сделайте вывод о возможности равномерного вращения ротора при симметричном приложении к нему сил одинаковых и разных по величине.

Комплексный метод позволяет создать довольно сложную схему. Она очень редко применяется на практике. Один из вариантов ее реализации для электродвигателя мощностью в 1кВт показан ниже.

Для изготовления преобразователя необходимо создать непростой дроссель. Это требует затрат времени и материальных средств.

Также трудности возникнут при поиске резистора R1, который будет работать с токами, превышающими 3 ампера. Он должен:

обладать мощностью, превышающей 700 ватт;

надежно изолироваться от токоведущих частей.

Существует еще несколько технических сложностей, которые придется преодолеть для создания такого преобразователя трехфазного напряжения. Однако, он довольно универсален, позволяет подключать двигатели с мощностью до 2,5 киловатт, обеспечивает их устойчивую работу.

Итак, технический вопрос подключения трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть решен посредством создания сложной схемы преобразователя. Но, он не нашел практического применения по одной простой причине, от которой невозможно избавиться — завышенное потребление электроэнергии самим преобразователем.

Мощность, затрачиваемая на создание схемы трехфазных напряжений подобной конструкцией, превышает минимум в полтора раза потребности самого электродвигателя. При этом суммарные нагрузки, создаваемые на подводящую питание электропроводку, сравнимы с работой старых сварочных аппаратов.

Электрический счетчик, к радости продавцов электроэнергии, очень быстро начинает перечислять деньги из кошелька домашнего мастера на счет энергоснабжающей организации, а это хозяевам совсем не нравится. В итоге сложное техническое решение создания хорошего преобразователя напряжения оказалось ненужным для практического применения в домашнем хозяйстве, да и на промышленных предприятиях тоже.

4 заключительных вывода

1. Технически использовать однофазное подключение трехфазного двигателя можно. Для этого создано много разнообразных схем с различной элементной базой.

2. Практически применять этот способ для длительной работы приводов в промышленных станках и механизмах нецелесообразно из-за больших потерь энергии потребления, создаваемых посторонними процессами, ведущими к низкому КПД системы, повышению материальных затрат.

3. В домашних условиях схему можно использовать для выполнения кратковременных работ на неответственных механизмах. Длительно работать подобные устройства могут, но при этом оплата электроэнергии значительно возрастает, а мощность работающего привода не обеспечивается.

4. Для эффективной эксплуатации асинхронного двигателя лучше использовать полноценную трехфазную сеть питания. Если такой возможности нет, то лучше отказаться от этой затеи и приобрести специальный однофазный электродвигатель соответствующей мощности.

Подключение трехфазного двигателя к сети 220 и 380

Для работы разнообразных электрических устройств используются асинхронные двигатели, которые просты и надежны в работе и монтаже – их легко можно установить своими руками. Подключение трехфазного двигателя к однофазной и трехфазной сети осуществляется звездой и треугольником.

Общая информация

Асинхронный трехфазный двигатель состоит из следующих основных частей: обмоток, подвижного ротора и неподвижного статора. Обмотки могут быть соединены межу собой, а к их открытым контактам подключается основное питание сети или последовательно, т. е. конец одной обмотки соединен с началом следующей.

Фото — схема звезда наглядно

Подключение может осуществляться к однофазной, двухфазной и трехфазной сети, при этом двигатели в основном рассчитаны на два напряжения – 220/380 В. Переключение типа соединения обмоток позволяет менять номинальное напряжение. Несмотря на то, что в принципе подключение двигателя возможно и к однофазной сети, оно редко используется, т. к. конденсатор снижает эффективность устройства. И от номинальной мощности потребитель получает приблизительно 60 %. Но если иного варианта нет, то нужно подключать схемой «треугольник», тогда перегрузка мотора будет меньшей, чем при звезде.

Перед подсоединением обмоток в однофазной сети нужно обязательно проверить емкость конденсатора, который будет использоваться. Для этого нужна формула:

Если исходные параметры конденсатора неизвестны, то рекомендуется использовать пусковую модель, которая может «подстроиться» под работу двигателя и контролировать его обороты. Также часто для работы устройства с короткозамкнутым ротором используют реле тока или стандартный магнитный пускатель. Эта деталь схемы позволяет обеспечить полную автоматизацию рабочего процесса. Причем для бытовых моделей (с мощностью от 500 в до 1 кВт) можно использовать пускатель от стиралки или холодильника, в дальнейшем увеличивая емкость конденсатора или изменяя обмотку реле.

Видео: как подключать трехфазный двигатель в 220В

Способы подключения

При однофазной сети необходимо сдвигать фазу при помощи специальных деталей, чаще всего это конденсатор. Но в некоторых условиях его заменят тиристор. Если установить тиристорный ключ в корпус электродвигателя, то при закрытом положении он не только сдвигает фазы, но и значительно увеличивает пусковой момент. Это способствует повышению КПД до 70 %, что является прекрасным показателем для такого подсоединения. Используя только эту деталь можно отказаться от применения вентилятора и основных типов конденсаторов – пускового и рабочего.

Но и это подключение не является идеальным. При работе ЭД с тиристором потребляется на 30 % больше электрического тока, чем с конденсаторами. Поэтому такой вариант применяется только на производстве или при отсутствии выбора.

Рассмотрим, как производится подключение трехфазного асинхронного двигателя к трехфазной сети, если используется схема треугольник.

Фото — простой треугольник

На чертеже указаны два конденсатора – пусковой и рабочий, кнопка пуска, диод, сигнализирующий о начале работы и резисторная система торможения и полной остановки. Также в данном случае применяется переключатель, который имеет три позиции: «удержание», «старт», «стоп». При установке рукоятки в первом положении к контактам начинает поступать электрический ток. Здесь важно сразу же после того, как двигатель заведется перейти в режим «старт», иначе обмотки могут загореться из-за перегрузки. Во время окончания рабочего процесса рукоятка фиксируется в точке «стоп».

Фото — подключение при помощи конденсаторов электролитов

Иногда при подключении в фазу удобнее останавливать трехфазный двигатель за счет энергии, которая запасена в конденсаторе. Иногда вместо них используются электролиты, но это более сложный вариант установки устройства. В этом случае очень важны параметры конденсатора, в частности, его емкость – от неё зависит торможение и время полной остановки движущихся частей. Также в этой схеме используются выпрямляющие диоды и резисторы. Они помогут при необходимости ускорить остановку двигателя. Но их технические характеристики должны иметь следующий вид:

  1. У резистора сопротивление не должно превышать 7 кОм;
  2. Конденсатор должен выдерживать напряжение 350 вольт и выше (в зависимости от напряжения сети).

Имея под рукой схему с остановки мотора, при помощи конденсатора можно осуществить подключение с реверсом. Главным отличием от предыдущего чертежа является модернизация трехфазного двухскоростного двигателя за счет двойного переключателя и магнитного пускового реле. Переключатель также как и в предыдущих вариантах имеет несколько основных позиций, но фиксируется только на «старт» и «стоп» — это очень важно.

Фото — реверс при помощи пускателя

Реверсивное подключение двигателя возможно также через магнитный пускатель. В таком случае нужно изменить порядок очередности фаз статора, тогда можно будет обеспечить перемену направления вращения. Чтобы это сделать, нужно сразу после нажатия на кнопку пускателя «Вперед», нажать кнопку «Назад». После этого блокировочный контакт отключит катушку переднего хода и переведет питание на задний – направление вращения изменится. Но нужно быть внимательным при подключении пускателя – если перепутать местами контакты, то при переходе произойдет не реверсирование, а короткое замыкание.

Еще одним необычным способом, как можно подключить трехфазный двигатель, является вариант с использованием четырехполюсного УЗО. Её особенностью является возможность использования без нуля сети.

  1. В большинстве случаев, ЭД требуется только 3 фазы и 1 провод заземления, ноль необязателен, т. к. нагрузка симметрична;
  2. Принцип подключения таков: фазы питания отводим к автоматическому выключателю, а ноль соединяем прямо с клеммой УЗО – N, после этого её ни к чему не подключаем;
  3. От автомата кабели также аналогично подсоединяются к УЗО. Заземляем двигатель и все.

Toyota Tercel Франкенштейн › Бортжурнал › Схемы включения асинхронных двигателей

Простые способы включения трехфазных двигателей в однофазную сеть

Всякий асинхронный трехфазный двигатель рассчитан на два номинальных напряжения
трехфазной сети 380 /220 — 220/127 и т. д. Наиболее часто встречаются двигатели 380/220В.
Переключение двигателя с одного напряжения на другое производится подключением обмоток «на
звезду» — для 380 В или на «треугольник» — на 220 В. Если у двигателя имеется колодка
подключения, имеющая 6 выводов с установленными перемычками, следует обратить внимание в
каком порядке установлены перемычки. Если у двигателя отсутствует колодка и имеются 6 выводов
— обычно они собраны в пучки по 3 вывода. В одном пучке собраны начала обмоток, в другом концы
(начала обмоток на схеме обозначены точкой).

Читайте также:  Как измерять мультиметром

В данном случае «начало» и «конец» — понятия условные, важно лишь чтобы направления намоток
совпадали, т. е. на примере «звезды» нулевой точкой могут быть как начала, так и концы обмоток, а
в «треугольнике» — обмотки должны быть соединены последовательно, т. е. конец одной с началом
следующей. Для правильного подключения на «треугольник» нужно определить выводы каждой
обмотки, разложить их попарно и подключить по след. схеме:

Если развернуть эту схему, то будет видно, что катушки подключены «треугольником».
Если у двигателя имеется только 3 вывода, следует разобрать двигатель: снять крышку со
стороны колодки и в обмотках найти соединение трёх обмоточных проводов (все остальные
провода соединены по 2). Соединение трёх проводов является нулевой точкой звезды. Эти 3
провода следует разорвать, припаять к ним выводные провода и объединить их в один пучок. Таким
образом мы имеем уже 6 проводов, которые нужно соединить по схеме треугольника. Если имеется
6 выводов, но не объединены в пучки и не имеется возможности определить начала и концы.
можно посмотреть здесь.
Трехфазный двигатель вполне успешно может работать и в однофазной сети, но ждать от
него чудес при работе с конденсаторами не приходится. Мощность в самом лучшем случае будет не
более 70% от номинала, пусковой момент сильно зависит от пусковой емкости, сложность подбора
рабочей емкости при изменяющейся нагрузке. Трехфазный двигатель в однофазной сети это
компромис, но во многих случаях это является единственным выходом.
Существуют формулы для рассчета емкости рабочего конденсатора, но я считаю их не
корректными по следующим причинам:
1. Рассчет производится на номинальную мощность, а двигатель редко работает в таком
режиме и при недогрузке двигатель будет греться из-за лишней емкости рабочего конденсатора и
как следствие увеличенного тока в обмотке.
2. Номинальная емкость конденсатора указаная на его корпусе отличается от фактической +
/- 20%, что тоже указано не конденсаторе. А если измерять емкость отдельного конденсатора, она
может быть в два раза большей или на половину меньшей. Поэтому я предлагаю подбирать емкость
к конкретному двигателю и под конкретную нагрузку, измеряя ток в каждой точке треугольника,
стараясь максимально выравнять подбором емкости. Поскольку однофазная сеть имеет
напряжение 220 В, то двигатель следует подключать по схеме «треугольник». Для запуска
ненагруженного двигателя можно обойтись только рабочим конденсатором.

Направление вращения двигателя зависит от подключения конденсатора (точка а) к точке б
или в.
Практически ориентировочную ёмкость конденсатора можно определить по сл. формуле: C
мкф = P Вт /10, где C – ёмкость конденсатора в микрофарадах, P – номинальная мощность
двигателя в ваттах. Для начала достаточно, а точная подгонка должна производиться после
нагрузки двигателя конкретной работой. Рабочее напряжение конденсатора должно быть выше
напряжения сети, но практика показывает, что успешно работают старые советские бумажные
конденсаторы рассчитаные на 160В. А их найти значительно легче, даже в мусоре.
У меня мотор на сверлилке работает с такими конденсаторами, расположеными для защиты
от хлопка в заземленной коробке от пускателя не помню сколько лет и пока все цело. Но к такому
подходу я не призываю, просто информация для размышления. Кроме того, если включить 160и
Вольтовые конденсаторы последовательно, вдвое потеряем в емкости зато рабочее напряжение
увеличится вдвое 320В и из пар таких конденсаторов можно собрать батарею нужной емкости.
Включение двигателей с оборотами выше 1500 об/мин, либо нагруженных в момент пуска,
затруднено. В таких случаях следует применить пусковой конденсатор, ёмкость которого зависит от
нагрузки двигателя, подбирается экспериментально и ориентировочно может быть от равной
рабочему конденсатору до в 1,5 – 2 раза большей. В дальнейшем, для понятности, все что
относится к работе будет зеленого цвета, все что относится к пуску будет красного, что к
торможению синего.

Включать пусковой конденсатор в простейшем случае можно при помощи нефиксированной
кнопки.
Для автоматизации пуска двигателя можно применить реле тока. Для двигателей
мощностью до 500 Вт подойдёт реле тока от стиральной машины или холодильника с небольшой
переделкой. Т. к. конденсатор остаётся заряженным и в момент повторного запуска двигателя,
между контактами возникает довольно сильная дуга и серебряные контакты свариваются, не
отключая пусковой конденсатор после пуска двигателя. Чтобы этого не происходило, следует
контактную пластинку пускового реле изготовить из графитовой или угольной щётки (но не из медно-
графитовой, т. к. она тоже залипает). Также необходимо отключить тепловую защиту этого реле,
если мощность двигателя превышает номинальную мощность реле.
Если мощность двигателя выше 500 Вт, до 1,1кВт можно перемотать обмотку пускового реле
более толстым проводом и с меньшим количеством витков с таким расчётом, чтобы реле
отключалось сразу же при выходе двигателя на номинальные обороты.
Для более мощного двигателя можно изготовить самодельное реле тока, увеличив размеры
оригинального.
Большинство трехфазных двигателей мощностью до трех кВт хорошо работают и в
однофазной сети за исключением двигателей с двойной беличьей клеткой, из наших это серия МА,
с ними лучше не связываться, в однофазной сети они не работают.

Практические схемы включения

Работает схема следующим образом: при переводе переключателя в положение 3 и
нажатии на кнопку К1 происходит пуск двигателя, после отпускания кнопки остается только рабочий
конденсатор и двигатель работает на полезную нагрузку. При переводе переключателя в положение
1, на обмотку двигателя подается постоянный ток и двигатель тормозится, после остановки
необходимо перевести переключатель в положениие 2, иначе двигатель сгорит, поэтому
переключатель должен быть специальным и фиксироваться только в положении 3 и 2, а положение
1 должно быть включено только при удержании. При мощности двигателя до 300Вт и
необходимости быстрого торможения, гасяший резистор можно не применять, при большей
мощности сопротивление резистора подбирается по желаемому времени торможения, но не должно
быть меньше сопротивления обмотки двигателя.

Эта схема похожа на первую, но торможение здесь происходит за счет энергии запасенной в
электролитическом конденсаторе С1 и время торможения будет зависить от его емкости. Как и в
любой схеме пусковую кнопку можно заменить на реле тока. При включении переключателя в сеть
двигатель запускается и происходит заряд конденсатора С1 через VD1 и R1. Сопротивление R1
подбирается в зависимости от мощности диода, емкости конденсатора и времени работы двигателя
до начала торможения. Если время работы двигателя между пуском и торможением превышает 1
минуту, можно использовать диод КД226Г и резистор 7кОм не менее 4Вт. рабочее напряжение
конденсатора не менее 350В Для быстрого торможения хорошо подходит конденсатор от
фотовспышки, фотовспышек много, а нужды в них больше нет. При выключении переключатель
переходит в положение замыкающее конденсатор на обмотку двигателя и происходит торможение
постоянным током. Используется обычный переключатель на два положения.

Еще одна не совсем обычная схема автоматического включения.
Как и в других схемах здесь есть система торможения, но ее при ненадобности легко
выкинуть. В этой схеме включения две обмотки соединены паралельно, а третья через систему
пуска и вспомогательный конденсатор, емкость которого примерно в два раза меньше необходимого
при включении треугольником. Для изменения направления вращения нужно поменять местами
начало и конец вспомогательной обмотки, обозначеной красной и зеленой точками. Запуск
происходит за счет зарядки конденсатора С3 и продолжительность запуска зависит от емкости
конденсатора, а емкость должна быть достаточно велика, чтобы двигатель успел выйти на
номинальные обороты. Емкость можно брать с запасом, так как после заряда конденсатор не
оказывает заметного действия на работу двигателя. Резистор R2 нужен для разрядки конденсатора
и тем самым подготовки его для следующего пуска, подойдет 30 кОм 2Вт. Диоды Д245 — 248
подойдут любому двигателю. Для двигателей меньшей мощности соответственно уменьшится и
мощность диодов, и емкость конденсатора. Хоть и затруднительно сделать реверсивное включение
по данной схеме, но при желании и это можно. Потребуется сложный переключатель или пусковые
автоматы.

Использование электролитических конденсаторов в качестве пусковых и рабочих

Стоимость неполярных конденсаторов достаточно высока, да и не везде их можно найти.
Поэтому, если их нет, можно применить электролитические конденсаторы, включенные по схеме не
намного сложнее. Емкость их достаточно велика при небольшом объеме, они не дефицитны и не
дороги. Но нужно учесть вновь возникшие факторы. Рабочее напряжение должно быть не менее
350 Вольт, включаться они могут только парами, как указано на схеме черным цветом, а в таком
случае емкость уменьшается вдвое. И если двигателю для работы нужно 100 мкФ, то конденсаторы
С1 и С2 должны быть по 200мкФ.
У электролитических конденсаторов большой допуск по емкости, поэтому лучше собрать
батарею конденсаторов (обозначена зеленым цветом), легче будет подбирать фактическую емкость
нужную двигателю и кроме того у электролитов очень тонкие выводы, а ток при большой емкости
может достигать значительных величин и выводы могут греться, а при внутреннем обрыве вызвать
взрыв конденсатора. Поэтому вся батарея конденсаторов должна находиться в закрытой коробке,
особенно во время экспериментов. Диоды должны быть с запасом по напряжению и по току,
необходимому для работы. До 2кВт вполне подойдут Д 245 — 248. При пробое диода сгорает (
взрывается) конденсатор. Взрыв конечно сказано громко, пластмассовая коробка вполне защитит от
разлета деталей конденсатора и от блестящего серпантина тоже. Ну вот, страшилки рассказаны,
теперь немного о конструкции.
Как видно из схемы, минусы всех конденсаторов соединены вместе и, стало быть,
конденсаторы старой конструкции с минусом на корпусе можно просто плотно перемотать
изолентой и поместить в пластмассовую коробку соответствующих размеров. Диоды нужно
расположить на изоляционной пластинке и при большой мощности поставить их на небольшие
радиаторы, а если мощность не велика и диоды не греются, то их можно поместить в ту же коробку.
Включенные по такой схеме электролитические конденсаторы, вполне успешно работают как
пусковыми так и рабочими.

Включение пускового конденсатора при помощи реле тока.

Из теории известно, что пусковой ток в несколько раз превышает номинальный ток рабочего
двигателя, поэтому включение пускового конденсатора при включении трехфазного двигателя в
однофазную сеть, можно осуществить автоматически, — при помощи реле тока.
Для двигателей до 0,5 кВт подойдёт пусковое реле от холодильника, стиральной машины
типа РП-1, с небольшой переделкой. Подвижные контакты надо заменить на графитовую или
угольную пластинку, выточенную из щётки коллекторного двигателя, по размерам оригинала. Т. к.
при повторном включении, ток заряженного конденсатора даёт большую искру на контактах, и
стандартные контакты свариваются между собой. При применении графита, такого явления не
наблюдалось. (Кроме того, следует отключить термореле).
Для двигателей до 1 кВт можно перемотать РП-1 проводом Ф1,2мм до заполнения катушки
40-45 витков.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...