Включение трехфазного двигателя в однофазную сеть советы электрика

Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети

Асинхронные трехфазные двигатели, а именно их, из-за широкого распространения, часто приходится использовать, состоят из неподвижного статора и подвижного ротора. В пазах статора с угловым расстоянием в 120 электрических градусов уложены проводники обмоток, начала и концы которых (C1, C2, C3, C4, C5 и C6) выведены в распределительную коробку. Обмотки могут быть соединены по схеме “звезда” (концы обмоток соединены между собой, к их началам подводится питающее напряжение) или “треугольник” (концы одной обмотки соединены с началом другой).

В распределительной коробке контакты обычно сдвинуты – напротив С1 не С4, а С6, напротив С2 – С4.

При подключении трехфазного двигателя к трехфазной сети по его обмоткам в разный момент времени по очереди начинает идти ток, создающий вращающееся магнитное поле, которое взаимодействует с ротором, заставляя его вращаться. При включении двигателя в однофазную сеть, вращающий момент, способный сдвинуть ротор, не создается.

Среди разных способов подключения трехфазных электродвигателей в однофазную сеть наиболее простой – подключение третьего контакта через фазосдвигающий конденсатор.

Частота вращения трехфазного двигателя, работающего от однофазной сети, остается почти такой же, как и при его включении в трехфазную сеть. К сожалению, этого нельзя сказать о мощности, потери которой достигают значительных величин. Точные значения потери мощности зависят от схемы подключения, условий работы двигателя, величины емкости фазосдвигающего конденсатора. Ориентировочно, трехфазный двигатель в однофазной сети теряет около 30-50% своей мощности.

Не все трехфазные электродвигатели способны хорошо работать в однофазных сетях, однако большинство из них справляются с этой задачей вполне удовлетворительно – если не считать потери мощности. В основном для работы в однофазных сетях используются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (А, АО2, АОЛ, АПН и др.).

Асинхронные трехфазные двигатели рассчитаны на два номинальных напряжения сети – 220/127, 380/220 и т.д. Наиболее распространены электродвигатели с рабочим напряжением обмоток 380/220В (380В – для “звезды”, 220 – для “треугольника). Большее напряжение для “звезды”, меньшее – для “треугольника”. В паспорте и на табличке двигателей кроме прочих параметров указывается рабочее напряжение обмоток, схема их соединения и возможность ее изменения.

Обозначение на табличке А говорит о том, что обмотки двигателя могут быть подключены как “треугольником” (на 220В), так и “звездой” (на 380В). При включении трехфазного двигателя в однофазную сеть желательно использовать схему “треугольник”, поскольку в этом случае двигатель потеряет меньше мощности, чем при подключении “звездой”.

Табличка Б информирует, что обмотки двигателя подсоединены по схеме “звезда”, и в распределительной коробке не предусмотрена возможность переключить их на “треугольник” (имеется всего лишь три вывода). В этом случае остается или смириться с большой потерей мощности, подключив двигатель по схеме “звезда”, или, проникнув в обмотку электродвигателя, попытаться вывести недостающие концы, чтобы соединить обмотки по схеме “треугольник”.

Начала и концы обмоток (различные варианты)

Самый простой случай, когда в имеющемся двигателе на 380/220В обмотки уже подключены по схеме “треугольник”. В этом случае нужно просто подсоединить токоподводящие провода и рабочий и пусковой конденсаторы к клеммам двигателя согласно схеме подключения.

Если в двигателе обмотки соединены “звездой”, и имеется возможность изменить ее на “треугольник”, то этот случай тоже нельзя отнести к сложным. Нужно просто изменить схему подключения обмоток на “треугольник”, использовав для этого перемычки.

Определение начал и концов обмоток. Дело обстоит сложнее, если в распределительную коробку выведено 6 проводов без указания об их принадлежности к определенной обмотке и обозначения начал и концов. В этом случае дело сводится к решению двух задач (Но прежде чем этим заниматься, нужно попробовать найти в Интернете какую-либо документацию к электродвигателю. В ней может быть описано к чему относятся провода разных цветов.):

  • определению пар проводов, относящихся к одной обмотке;
  • нахождению начала и конца обмоток.

Первая задача решается “прозваниванием” всех проводов тестером (замером сопротивления). Если прибора нет, можно решить её с помощью лампочки от фонарика и батареек, подсоединяя имеющиеся провода в цепь последовательно с лампочкой. Если последняя загорается, значит, два проверяемых конца относятся к одной обмотке. Таким способом определяются три пары проводов (A, B и C на рисунке ниже) относящихся к трем обмоткам.

Вторая задача (определение начала и конца обмоток) несколько сложнее и требует наличия батарейки и стрелочного вольтметра. Цифровой не годится из-за инертности. Порядок определения концов и начал обмоток показан на схемах 1 и 2.

К концам одной обмотки (например, A) подключается батарейка, к концам другой (например, B) – стрелочный вольтметр. Теперь, если разорвать контакт проводов А с батарейкой, стрелка вольтметра качнется в ту или иную сторону. Затем необходимо подключить вольтметр к обмотке С и проделать ту же операцию с разрывом контактов батарейки. При необходимости меняя полярность обмотки С (меняя местами концы С1 и С2) нужно добиться того, чтобы стрелка вольтметра качнулась в ту же сторону, как и в случае с обмоткой В. Таким же образом проверяется и обмотка А – с батарейкой, подсоединенной к обмотке C или B.

В итоге всех манипуляций должно получиться следующее: при разрыве контактов батарейки с любой из обмоток на 2-х других должен появляться электрический потенциал одной и той же полярности (стрелка прибора качается в одну сторону). Теперь остается пометить выводы одного пучка как начала (А1, В1, С1), а выводы другого – как концы (А2, В2, С2) и соединить их по необходимой схеме – “треугольник” или “звезда” (если напряжение двигателя 220/127В).

Извлечение недостающих концов. Пожалуй, самый сложный случай – когда двигатель имеет соединение обмоток по схеме “звезда”, и нет возможности переключить ее на “треугольник” (в распределительную коробку выведено всего лишь три провода – начала обмоток С1, С2, С3) (см. рисунок ниже). В этом случае для подключения двигателя по схеме “треугольник” необходимо вывести в коробку недостающие концы обмоток С4, С5, С6.

Чтобы сделать это, обеспечивают доступ к обмотке двигателя, сняв крышку и, возможно, удалив ротор. Отыскивают и освобождают от изоляции место спайки. Разъединяют концы и припаивают к ним гибкие многожильные изолированные провода. Все соединения надежно изолируют, крепят провода прочной нитью к обмотке и выводят концы на клеммный щиток электродвигателя. Определяют принадлежность концов началам обмоток и соединяют по схеме “треугольник”, подсоединив начала одних обмоток к концам других (С1 к С6, С2 к С4, С3 к С5). Работа по выводу недостающих концов требует определенного навыка. Обмотки двигателя могут содержать не одну, а несколько спаек, разобраться в которых не так-то и просто. Поэтому если нет должной квалификацией, возможно, не останется ничего иного, как подключить трехфазный двигатель по схеме “звезда”, смирившись со значительной потерей мощности.

Схемы подключения трехфазного двигателя в однофазную сеть

Обеспечение пуска. Пуск трехфазного двигателя без нагрузки можно осуществлять и от рабочего конденсатора (подробнее ниже), но если электродвигатель имеет какую-то нагрузку, он или не запустится, или будет набирать обороты очень медленно. Тогда для быстрого пуска необходим дополнительный пусковой конденсатор Сп (расчет емкости конденсаторов описан ниже). Пусковые конденсаторы включаются только на время пуска двигателя (2-3 сек, пока обороты не достигнут примерно 70% от номинальных), затем пусковой конденсатор нужно отключить и разрядить.

Удобен запуск трехфазного двигателя с помощью особого выключателя, одна пара контактов которого замыкается при нажатой кнопке. При ее отпускании одни контакты размыкаются, а другие остаются включенными – пока не будет нажата кнопка “стоп”.

Реверс. Направление вращения двигателя зависит от того, к какому контакту (“фазе”) подсоединена третья фазная обмотка.

Направлением вращения можно управлять, подсоединив последнюю, через конденсатор, к двухпозиционному тумблеру, соединенному двумя своими контактами с первой и второй обмотками. В зависимости от положения тумблера двигатель будет вращаться в одну или другую сторону.

На рисунке ниже представлена схема с пусковым и рабочим конденсатором и кнопкой реверса, позволяющая осуществлять удобное управление трехфазным двигателем.

Подключение по схеме “звезда”. Подобная схема подключения трехфазного двигателя в сеть с напряжением 220В используется для электродвигателей, у которых обмотки рассчитаны на напряжение 220/127В.

Конденсаторы. Необходимая емкость рабочих конденсаторов для работы трехфазного двигателя в однофазной сети зависит от схемы подключения обмоток двигателя и других параметров. Для соединения “звездой” емкость рассчитывается по формуле:

Для соединения “треугольником”:

Где Ср – емкость рабочего конденсатора в мкФ, I – ток в А, U – напряжение сети в В. Ток рассчитывается по формуле:

Где Р – мощность электродвигателя кВт; n – КПД двигателя; cosф – коэффициент мощности, 1.73 – коэффициент, характеризующий соотношение между линейным и фазным токами. КПД и коэффициент мощности указаны в паспорте и на табличке двигателя. Обычно их значение находится в диапазоне 0,8-0,9.

На практике величину емкости рабочего конденсатора при подсоединении “треугольником” можно посчитать по упрощенной формуле C = 70•Pн, где Pн – номинальная мощность электродвигателя в кВт. Согласно этой формуле на каждые 100 Вт мощности электродвигателя необходимо около 7 мкФ емкости рабочего конденсатора.

Правильность подбора емкости конденсатора проверяется результатами эксплуатации двигателя. Если её значение оказалось больше, чем требуется при данных условиях работы, двигатель будет перегреваться. Если емкость оказалась меньше требуемой, выходная мощность электродвигателя будет слишком низкой. Имеет резон подбирать конденсатор для трехфазного двигателя, начиная с малой емкости и постепенно увеличивая её значение до оптимального. Если есть возможность, лучше подобрать емкость измерением тока в проводах подключенных к сети и к рабочему конденсатору, например токоизмерительными клещами. Значение тока должно быть наиболее близким. Замеры следует производить при том режиме, в котором двигатель будет работать.

При определении пусковой емкости исходят, прежде всего, из требований создания необходимого пускового момента. Не путать пусковую емкость с емкостью пускового конденсатора. На приведенных выше схемах, пусковая емкость равна сумме емкостей рабочего (Ср) и пускового (Сп) конденсаторов.

Если по условиям работы пуск электродвигателя происходит без нагрузки, то пусковая емкость обычно принимается равной рабочей, то есть пусковой конденсатор не нужен. В этом случае схема включения упрощается и удешевляется. Для такого упрощения и главное удешевления схемы, можно организовать возможность отключения нагрузки, например, сделав возможность быстро и удобно изменять положение двигателя для ослабления ременной передачи, или сделав для ременной передачи прижимной ролик, например, как у ременного сцепления мотоблоков.

Пуск под нагрузкой требует наличия дополнительной емкости (Сп) подключаемой на время запуска двигателя. Увеличение отключаемой емкости приводит к возрастанию пускового момента, и при некотором определенном ее значении момент достигает своего наибольшего значения. Дальнейшее увеличение емкости приводит к обратному результату: пусковой момент начинает уменьшаться.

Исходя из условия запуска двигателя под нагрузкой близкой к номинальной, пусковая емкость должна быть в 2-3 раза больше рабочей, то есть, если емкость рабочего конденсатора 80 мкФ, то емкость пускового конденсатора должна быть 80-160 мкФ, что даст пусковую емкость (сумма емкости рабочего и пускового конденсаторов) 160-240 мкФ. Но если двигатель имеет небольшую нагрузку при запуске, емкость пускового конденсатора может быть меньше или, как писалось выше, его вообще может не быть.

Пусковые конденсаторы работают непродолжительное время (всего несколько секунд за весь период включения). Это позволяет использовать при запуске двигателя наиболее дешевые пусковые электролитические конденсаторы, специально предназначенные для этой цели (http://www.platan.ru/cgi-bin/qweryv.pl/0w10609.html).

Отметим, что у двигателя подключенного к однофазной сети через конденсатор, работающего без нагрузки, по обмотке, питаемой через конденсатор, идет ток на 20-30% превышающий номинальный. Поэтому, если двигатель используется в недогруженном режиме, то емкость рабочего конденсатора следует уменьшить. Но тогда, если двигатель запускался без пускового конденсатора, последний может потребоваться.

Лучше использовать не один большой конденсатор, а несколько поменьше, отчасти из-за возможности подбора оптимальной емкости, подсоединяя дополнительные или отключая ненужные, последние можно использовать в качестве пусковых. Необходимое количество микрофарад набирается параллельным соединением нескольких конденсаторов, исходя из того, что суммарная емкость при параллельном соединении подсчитывается по формуле: Cобщ = C1 + C1 + . + Сn.

В качестве рабочих используются обычно металлизированные бумажные или пленочные конденсаторы (МБГО, МБГ4, К75-12, К78-17 МБГП, КГБ, МБГЧ, БГТ, СВВ-60). Допустимое напряжение должно не менее чем в 1,5 раза превышать напряжение сети.

Включение трехфазного двигателя в однофазную сеть советы электрика

Способы включения трехфазных двигателей в однофазную сеть

Общие сведения.

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).

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.

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.

Обобщающая схема включения

С1- пусковой, С2- рабочий, К1- нефиксирующаяся кнопка, диод и резистор- система торможения.

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.

Схема реверсивного включения и торможения.

Эта схема развитие предыдущей, здесь автоматически происходит запуск при помощи токового реле и торможение электролитическим конденсатором, а также реверсивное включение. Отличие этой схемы: сдвоеный трехпозиционный переключатель и пусковое реле. Выкидывая из этой схемы лишние элементы, каждый из которых имеет свой цвет, можно собрать схему нужную для конкретных целей. При желании можно перейти на кнопочное включение, для этого понадобятся один или два автоматических пускателя с катушкой на 220В Используется сдвоеный переключатель на три 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 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.

Сейчас в доводке электронная схема включения, но пока она сложна в повторении и настройке.

Схема подключения трехфазного электродвигателя

Здравствуйте. Информацию по этой теме трудно не найти, но я постараюсь сделать данную статью наиболее полной. Речь пойдет о такой теме, как схема подключения трехфазного двигателя на 220 вольт и схема подключения трехфазного двигателя на 380 вольт.

Для начала немного разберемся, что такое три фазы и для чего они нужны. В обычной жизни три фазы нужны только для того, чтобы не прокладывать по квартире или по дому провода большого сечения. Но когда речь идет о двигателях, то здесь три фазы нужны для создания кругового магнитного поля и как результат, более высокого КПД. Двигатели бывают синхронные и асинхронные. Если очень грубо, то синхронные двигатели имеют большой пусковой момент и возможность плавной регулировки оборотов, но более сложные в изготовлении. Там, где эти характеристики не нужны, получили распространение асинхронные двигатели. Нижеизложенный материал подходит для обоих типов двигателей, но в бóльшей степени относится к асинхронным.

Что нужно знать о двигателе? На всех моторах есть шильдики с информацией, где указаны основные характеристики двигателя. Как правило, двигатели выпускаются сразу на два напряжения. Хотя если у вас двигатель на одно напряжение, то при сильном желании его можно переделать на два. Это возможно из-за конструктивной особенности. Все асинхронные двигатели имеют минимум три обмотки. Начала и концы этих обмоток выводятся в коробку БРНО (блок расключения (или распределения) начал обмоток) и в неё же, как правило, вкладывается паспорт двигателя:

Если двигатель на два напряжения, то в БРНО будет шесть выводов. Если двигатель на одно напряжение, то вывода будет три, а остальные выводы расключены и находятся внутри двигателя. Как их оттуда «достать» в этой статье мы рассматривать не будем.

Итак, какие двигатели нам подойдут. Для включения трёхфазного двигателя на 220 вольт подойдут только те, где есть напряжение 220 вольт, а именно 127/220 или 220/380 вольт. Как я уже говорил, двигатель имеет три независимых обмотки и в зависимости от схемы соединения они способны работать на двух напряжениях. Схемы эти называются «треугольник» и «звезда»:

Думаю, даже не нужно объяснять, почему они так называются. Нужно обратить внимание, что у обмоток есть начало и конец и это не просто слова. Если, к примеру, лампочке неважно, куда подключить фазу, а куда ноль, то в двигателе при неправильном подключении возникнет «короткое замыкание» магнитного потока. Сразу двигатель не сгорит, но как минимум не будет вращаться, как максимум потеряет 33% своей мощности, начнёт сильно греться и, в итоге, сгорит. В то же время, нет чёткого определения, что «вот это начало», а «вот это конец». Тут речь идет скорее об однонаправленности обмоток. Дам небольшой пример.

Представим, что у нас есть три трубки в некоем сосуде. Примем за начала этих трубок обозначения с заглавными буквами (A1, B1, C1), а за концы со строчными (a1, b1, c1) Теперь, если мы подадим воду в начала трубок, то вода закрутится по часовой стрелке, а если в концы трубок, то против часовой. Ключевое слово здесь «примем». То есть, от того назовём мы три однонаправленных вывода обмотки началом или концом меняется только направление вращения.

А вот такая картина будет, если мы перепутаем начало и конец одной из обмоток, а точнее не начало и конец, а направление обмотки. Эта обмотка начнёт работать «против течения». В итоге, неважно, какой именно вывод мы называем началом, а какой концом, важно, чтобы при подаче фаз на концы или начала обмоток не произошло замыкания магнитных потоков, создаваемых обмотками, то есть, совпало направление обмоток, или ещё точнее, направление магнитных потоков, которые создают обмотки.

В идеале, для трёхфазного двигателя желательно использовать три фазы, потому что конденсаторное включение в однофазную сеть даёт потерю мощности порядка 30%.

Ну, а теперь непосредственно к практике. Смотрим на шильдик двигателя. Если напряжение на двигателе 127/220 вольт, то схема соединения будет «звезда», если 220/380 – «треугольник». Если напряжения другие, например, 380/660, то для включения двигателя в сеть 220 вольт такой двигатель не подойдет. Точнее, двигатель напряжением 380/660 можно включить, но потери мощности здесь уже будут более 70%. Как правило, на внутренней стороне крышки коробки БРНО указано, как надо соединить выводы двигателя, чтобы получить нужную схему. Посмотрите ещё раз внимательно на схему соединения:

Что мы здесь видим: при включении треугольником напряжение 220 вольт подаётся на одну обмотку, а при включении звездой — 380 вольт подаётся на две последовательно соединённых обмотки, что в результате даёт те же 220 вольт на одну обмотку. Именно за счёт этого и появляется возможность использовать для одного двигателя сразу два напряжения.

Существует два метода включения трехфазного двигателя в однофазную сеть.

  1. Использовать частотный преобразователь, который преобразует одну фазу 220 вольт в три фазы 220 вольт (в этой статье мы рассматривать такой метод не будем)
  2. Использовать конденсаторы (этот метод мы и рассмотрим более подробно).

Схема включения трехфазного двигателя на 220 вольт

Для этого нам потребуются конденсаторы, но не абы какие, а для переменного напряжения и номиналом не менее 300, а лучше 350 вольт и выше. Схема очень простая.

А это более наглядная картинка:

Как правило, используется два конденсатора (или два набора конденсаторов), которые условно называются пусковые и рабочие. Пусковой конденсатор используется только для старта и разгона двигателя, а рабочий включен постоянно и служит для формирования кругового магнитного поля. Для того, чтобы рассчитать ёмкость конденсатора применяются две формулы:

Ток для расчёта мы возьмём с шильдика двигателя:

Здесь, на шильдике мы видим через дробь несколько окошек: треугольник/звезда, 220/380V и 2,0/1,16А. То есть, если мы соединяем обмотки по схеме треугольник (первое значение дроби), то рабочее напряжение двигателя будет 220 вольт и ток 2,0 ампера. Осталось подставить в формулу:

Ёмкость пусковых конденсаторов, как правило, берётся в 2-3 раза больше, здесь всё зависит от того, какая нагрузка находится на двигателе – чем больше нагрузка, тем больше нужно брать пусковых конденсаторов, чтобы двигатель запустился. Иногда для запуска хватает и рабочих конденсаторов, но это обычно случается, когда нагрузка на валу двигателя мала.

Чаще всего, на пусковые конденсаторы ставят кнопку, которую нажимают в момент запуска, а после того, как двигатель набирает обороты, отпускают. Наиболее продвинутые мастера ставят полуавтоматические системы запуска на основе реле тока или таймера.

Есть ещё один способ определения ёмкости, чтобы получилась схема включения трёхфазного двигателя на 220 вольт. Для этого потребуется два вольтметра. Как вы помните, из закона Ома, сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению. Сопротивление двигателя можно считать константой, следовательно, если мы создадим равные напряжения на обмотках двигателя, то автоматически получим требуемое круговое поле. Схема выглядит так:

Суть метода, как я уже говорил, заключается в том, чтобы показания вольтметра V1 и вольтметра V2 были одинаковые. Добиваются равенства показаний изменением номинала ёмкости «Cраб»

Подключение трехфазного двигателя на 380 вольт

Здесь вообще нет ничего сложного. Есть три фазы, есть три вывода двигателя и рубильник. Нулевую точку (где соединяются три обмотки, началами или концами – как я уже говорил выше, абсолютно неважно, как мы назовём выводы обмоток) при схеме соединения обмоток звездой, подключать к нулевому проводу не надо. То есть, для включения трехфазного двигателя в трехфазную сеть 380 вольт (если двигатель 220/380) нужно соединить обмотки по схеме звезда, и подать на двигатель только три провода с тремя фазами. А если двигатель 380/660 вольт, то схема соединения обмоток будет треугольник, ну а там точно нулевой провод некуда подключать.

Смена направления вращения вала трехфазного двигателя

Независимо от того, будет это конденсаторная схема включения или полноценная трехфазная, для смены вращения вала нужно поменять местами две любые обмотки. Другими словами поменять местами два любых провода.

На чём хочется остановиться более подробно. Когда мы считали ёмкость рабочего конденсатора, то мы использовали номинальный ток двигателя. Проще говоря, такой ток в двигателе будет только тогда, когда он будет полностью нагружен. Чем меньше нагружен двигатель, тем меньше будет ток, поэтому ёмкость рабочего конденсатора, полученная по этой формуле будет МАКСИМАЛЬНО ВОЗМОЖНОЙ ёмкостью для данного двигателя. Чем плохо использовать максимальную емкость для недогруженного двигателя – это вызывает повышенный нагрев обмоток. В общем, чем-то приходится жертвовать: маленькая ёмкость не даёт двигателю набрать полную мощность, большая ёмкость при недогрузке вызывает повышенный нагрев. Обычно в этом случае я предлагаю такой выход – сделать рабочие конденсаторы из четырёх одинаковых конденсаторов с переключателем или набором переключателей (что будет доступнее). Допустим, мы посчитали ёмкость 40 мкФ. Значит, для работы нам надо использовать 4 конденсатора по 10 мкФ (или три конденсатора 10, 10 и 20 мкФ) и в зависимости от нагрузки использовать 10, 20, 30 или 40 мкФ.

Ещё один момент по пусковым конденсаторам. Конденсаторы для переменного напряжения стоят гораздо дороже конденсаторов для постоянного. Использовать конденсаторы для постоянного напряжения в сетях с переменным, крайне не рекомендуется по причине того, что конденсаторы взрываются. Однако, для двигателей существует специальная серия конденсаторов Starter, предназначенная именно для работы, как пусковые. Использовать конденсаторы серии Starter в качестве рабочих тоже запрещено.

И в завершение нужно отметить такой момент – добиваться идеальных значений нет смысла, поскольку это возможно только, если нагрузка будет стабильной, например, если двигатель будет использоваться в качестве вытяжки. Погрешность в 30-40% это нормально. Другими словами, конденсаторы надо подбирать так, чтобы был запас по мощности в 30-40%.

Онлайн журнал электрика

Статьи по электроремонту и электромонтажу

Включение 3-х фазного двигателя в однофазную сеть

Среди разных методов пуска трехфазных электродвигателей в однофазную сеть, более обычный базируется на подключении третьей обмотки через фазосдвигающий конденсатор. Нужная мощность развиваемая движком в данном случае составляет 50…60% от его мощности в трехфазном включении. Не все трехфазные электродвигатели, однако, хорошо работают при подключении к однофазной сети. Среди таких электродвигателей можно выделить, к примеру, с двойной секцией короткозамкнутого ротора серии МА. В связи с этим при выборе трехфазных электродвигателей для работы в однофазной сети следует дать предпочтение движкам серий А, АО, АО2, АПН, УАД и др.

Для обычной работы электродвигателя с конденсаторным запуском нужно, чтоб емкость применяемого конденсатора изменялась зависимо от числа оборотов. На практике это условие выполнить достаточно трудно, потому употребляют двухступенчатое управление движком. При пуске мотора подключают два конденсатора, а после разгона один конденсатор отключают и оставляют только рабочий конденсатор.

1.2. Расчет характеристик и частей электродвигателя.

Если, к примеру, в паспорте электродвигателя обозначено напряжение его питания 220/380, то движок включают в однофазную сеть по схеме, представленной на рис. 1

Схема включения трехфазного электродвигателя в сеть 220 В

С р – рабочий конденсатор;
С п – пусковой конденсатор;
П1 – пакетный выключатель

После включения пакетного выключателя П1 замыкаются контакты П1.1 и П1.2, после чего нужно сразу надавить кнопку “Разгон”. После набора оборотов кнопка отпускается. Реверсирование электродвигателя осуществляется методом переключения фазы на его обмотке переключателем SA1.

Емкость рабочего конденсатора Ср в случае соединения обмоток мотора в “ треугольник” определяется по формуле:

, где
Ср – емкость рабочего конденсатора в мкФ;
I – потребляемый электродвигателем ток в А;
U -напряжение в сети, В

А в случае соединения обмоток мотора в “звезду” определяется по формуле:

, где
Ср – емкость рабочего конденсатора в мкФ;
I – потребляемый электродвигателем ток в А;
U -напряжение в сети, В

Потребляемый электродвигателем ток в выше приведенных формулах, при известной мощности электродвигателя, можно вычислить из последующего выражения:

, где
Р – мощность мотора в Вт, обозначенная в его паспорте;
h – КПД;
cos j – коэффициент мощности;
U -напряжение в сети, В

Емкость пускового конденсатора Сп выбирают в 2..2,5 раза больше емкости рабочего конденсатора. Эти конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение в 1,5 раза больше напряжения сети. Для сети 220 В лучше использовать конденсаторы типа МБГО, МБПГ, МБГЧ с рабочим напряжением 500 В и выше. При условии краткосрочного включения в качестве пусковых конденсаторов можно использовать и электролитические конденсаторы типа К50-3, ЭГЦ-М, КЭ-2 с рабочим напряжением более 450 В. Для большей надежности электролитические конденсаторы соединяют поочередно, соединяя меж собой их минусовые выводы, и шунтируют диодами (рис. 2)

Схема соединения электролитических конденсаторов для использования их в качестве пусковых конденсаторов.

Общая емкость соединенных конденсаторов составит (С1+С2)/2.

На практике величину емкостей рабочих и пусковых конденсаторов выбирают зависимо от мощности мотора по табл. 1

Таблица 1. Значение емкостей рабочих и пусковых конденсаторов трехфазного электродвигателя зависимо от его мощности при включении в сеть 220 В.

Мощность трехфазного мотора, кВт Малая емкость рабочего конденсатора Ср, мкФ Малая емкость пускового конденсатора Ср, мкФ
0,4
0,6
0,8
1,1
1,5
2,2
40
60
80
100
150
230
80
120
160
200
250
300

Необходимо подчеркнуть, что у электродвигателя с конденсаторным запуском в режиме холостого хода по обмотке, питаемой через конденсатор, протекает ток на 20…30 % превосходящий номинальный. В связи с этим, если движок нередко используется в недогруженном режиме либо вхолостую, то в данном случае емкость конденсатора Ср следует уменьшить. Может случиться, что во время перегрузки электродвигатель тормознул, тогда для его пуска опять подключают пусковой конденсатор, сняв нагрузку полностью либо снизив ее до минимума.

Емкость пускового конденсатора Сп можно уменьшить при пуске электродвигателей на холостом ходу либо с маленькой нагрузкой. Для включения, к примеру, электродвигателя АО2 мощностью 2,2 кВт на 1420 об/мин можно использовать рабочий конденсатор емкостью 230 мкФ, а пусковой – 150 мкФ. В данном случае электродвигатель уверенно запускается при маленький нагрузке на валу.

1.3. Переносной универсальный блок для запуска трехфазных электродвигателей мощностью около 0,5 кВт от сети 220 В.

Для пуска электродвигателей разных серий, мощностью около 0,5 кВт, от однофазной сети без реверсирования, можно собрать переносной универсальный пусковой блок (рис. 3)

Схема переносного универсального блока для запуска трехфазных электродвигателей мощностью около 0,5 кВт от сети 220 В без реверса.

При нажатии на кнопку SB1 срабатывает магнитный пускатель КМ1 (переключатель SA1 замкнут) и собственной контактной системой КМ 1.1, КМ 1.2 подключает электродвигатель М1 к сети 220 В. Сразу с этим 3-я контактная группа КМ 1.3 замыкает кнопку SB1. После полного разгона мотора переключателем SA1 отключают пусковой конденсатор С1. Остановка мотора осуществляется нажатием на кнопку SB2.

1.3.1. Детали.

В устройстве используется электродвигатель А471А4 (АО2-21-4) мощностью 0,55 кВт на 1420 об/мин и магнитный пускатель типа ПМЛ, рассчитанный на переменный ток напряжением 220 В. Кнопки SB1 и SB2 – спаренные типа ПКЕ612. В качестве тумблера SA1 используется переключатель Т2-1. В устройстве постоянный резистор R1 – проволочный, типа ПЭ-20, а резистор R2 типа МЛТ-2. Конденсаторы С1 и С2 типа МБГЧ на напряжение 400 В. Конденсатор С2 составлен из параллельно соединенных конденсаторов по 20 мкФ 400 В. Лампа HL1 типа КМ-24 и 100 мА.

Пусковое устройство смонтировано в железном корпусе размером 170х140х50 мм (рис. 4)

1 – корпус
2 – ручка для переноски
3 – сигнальная лампа
4 – переключатель отключения пускового конденсатора
5 – кнопки “Запуск” и “Стоп”
6 – доработанная электровилка
7 – панель с гнездами разъема

На верхней панели корпуса размещены кнопки “Запуск” и “Стоп” – сигнальная лампа и переключатель для отключения пускового конденсатора. На фронтальной панели корпуса устройства находится разъем для подключения электродвигателя.

Для отключения пускового конденсатора можно использовать дополнительное реле К1, тогда надобность в тумблере SA1 отпадает, а конденсатор будет отключаться автоматом (рис.5)

Схема пускового устройства с автоматическим отключением пускового конденсатора.

При нажатии на кнопку SB1 срабатывает реле К1 и контактной парой К1.1 включает магнитный пускатель КМ1, а К1.2 – пусковой конденсатор Сп. Магнитный пускатель КМ1 само блокируется при помощи собственной контактной пары КМ 1.1, а контакты КМ 1.2 и КМ 1.3 подсоединяют электродвигатель к сети. Кнопку “Запуск” держат нажатой до полного разгона мотора, а после отпускают. Реле К1 обесточивается и отключает пусковой конденсатор, который разряжается через резистор R2. В это время магнитный пускатель КМ 1 остается включенным и обеспечивает питание электродвигателя в рабочем режиме. Для остановки электродвигателя следует нажать кнопку “Стоп”. В улучшенном пусковом устройстве по схеме рис.5, можно использовать реле типа МКУ-48 либо ему схожее.

2. Внедрение электролитических конденсаторов в схемах пуска электродвигателей.

При включении трехфазных асинхронных электродвигателей в однофазную сеть, обычно используют простые бумажные конденсаторы. Но практика показала, что вместо массивных бумажных конденсаторов можно использовать оксидные (электролитические) конденсаторы, которые имеют наименьшие габариты и более доступны в плане покупки. Схема эквивалентной замены обычного бумажного конденсатора дана на рис. 6

Схема задмены бумажного конденсатора (а) электролитическим (б, в).

Положительная полуволна переменного тока проходит через цепочку VD1, С2, а отрицательная VD2, С2. Исходя из этого можно использовать оксидные конденсаторы с допустимым напряжением вдвое наименьшим, чем для обычных конденсаторов той же емкости. К примеру, если в схеме для однофазной сети напряжением 220 В употребляется бумажный конденсатор на напряжение 400 В, то при его подмене, по вышеприведенной схеме, можно использовать электролитический конденсатор на напряжение 200 В. В приведенной схеме емкости обоих конденсаторов схожи и выбираются аналогично методике выбора бумажных конденсаторов для пускового устройства.

2.1. Включение трехфазного мотора в однофазовую сеть с внедрением электролитических конденсаторов.

Схема включения трехфазного мотора в однофазную сеть с внедрением электролитических конденсаторов приведена на рис.7.

Схема включения трехфазного мотора в однофазовую сеть с помощью электролитических конденсаторов.

В приведенной схеме, SA1 – тумблер направления вращения мотора, SB1 – кнопка разгона мотора, электролитические конденсаторы С1 и С3 используются для запуска мотора, С2 и С4 – во время работы.

Подбор электролитических конденсаторов в схеме рис. 7 лучше создавать при помощи токоизмерительных клещей. Определяют токи в точках А, В, С и достигает равенства токов в этих точках методом ступенчатого подбора емкостей конденсаторов. Замеры проводят при нагруженном движке в том режиме, в каком подразумевается его эксплуатация. Диоды VD1 и VD2 для сети 220 В выбираются с оборотным очень допустимым напряжением более 300 В. Наибольший прямой ток диода находится в зависимости от мощности мотора. Для электродвигателей мощностью до 1 кВт подходят диоды Д245, Д245А, Д246, Д246А, Д247 с прямым током 10 А. При большей мощности мотора от 1 кВт до 2 кВт необходимо взять большие диоды с подходящим прямым током, либо поставить несколько меньших диодов параллельно, установив их на радиаторы.

Следует обратить ВНИМАНИЕ на то, что при перегрузке диода может произойти его пробой и через электролитический конденсатор потечет переменный ток, что может привести к его нагреву и взрыву.

3. Включение мощных трехфазных движков в однофазную сеть.

Конденсаторная схема включения трехфазных движков в однофазовую сеть позволяет получить от мотора менее 60% от номинальной мощности, в то время как предел мощности электрифицированного устройства ограничивается 1,2 кВт. Этого очевидно недостаточно для работы электрорубанка либо электрической пилы, которые обязаны иметь мощность 1,5…2 кВт. Неувязка в этом случае может быть решена внедрением электродвигателя большей мощности, к примеру, с мощностью 3…4 кВт. Такового типа движки рассчитаны на напряжение 380 В, их обмотки соединены «звездой» и в клеммной коробке содержится всего 3 вывода. Включение такового мотора в сеть 220 В приводит к понижению номинальной мощности мотора в 3 раза и на 40 % при работе в однофазовой сети. Такое понижение мощности делает движок неприменимым для работы, но может быть применено для раскрутки ротора вхолостую либо с малой нагрузкой. Практика указывает, что большая часть электродвигателей уверенно разгоняется до номинальных оборотов, и в данном случае пусковые токи не превосходят 20 А.

3.1. Доработка трехфазного мотора.

Более просто можно выполнить перевод мощного трехфазного мотора в рабочий режим, если переработать его на однофазовый режим работы, получая при всем этом 50 % номинальной мощности. Переключение мотора в однофазный режим требует его доработки. Вскрывают клеммную коробку и определяют, с какой стороны крышки корпуса мотора подходят выводы обмоток. Отворачивают болты крепления крышки и вынимают ее из корпуса мотора. Находят место соединения 3-х обмоток в общую точку и подпаивают к общей точке дополнительный проводник с сечением, подходящим сечению провода обмотки. Скрутку с подпаянным проводником изолируют изолентой либо поливинилхлоридной трубкой, а дополнительный вывод протягивают в клеммную коробку. После чего крышку корпуса устанавливают на место.

Схема коммутации электродвигателя в данном случае будет иметь вид, показанный на рис. 8.

Схема коммутации обмоток трехфазного электродвигателя для включения в однофазовую сеть.

Во время разгона мотора используется соединение обмоток «звездой» с подключением фазосдвигающего конденсатора Сп. В рабочем режиме в сеть остается включенной только одна обмотка, и вращение ротора поддерживается пульсирующим магнитным полем. После переключения обмоток конденсатор Сп разряжается через резистор Rр. Работа представленной схемы была опробована с движком типа АИР-100S2Y3 (4 кВт, 2800 об/мин), установленном на самодельном деревообрабатывающем станке и показала свою эффективность.

3.1.1. Детали.

В схеме коммутации обмоток электродвигателя, в качестве коммутационного устройства SA1 следует использовать пакетный тумблер на рабочий ток более 16 А, к примеру, тумблер типа ПП2-25/Н3 (двухполюсный с нейтралью, на ток 25 А). Тумблер SA2 может быть любого типа, но на ток более 16 А. Если реверс мотора не требуется, то этот тумблер SA2 можно исключить из схемы.

Недостатком предложенной схемы включения мощного трехфазного электродвигателя в однофазную сеть можно считать чувствительность мотора к перегрузкам. Если нагрузка на валу достигнет половины мощности мотора, то может произойти понижение скорости вращения вала прямо до полной его остановки. В данном случае снимается нагрузка с вала мотора. Тумблер переводится поначалу в положение «Разгон», а позже в положение «Работа» и продолжают последующую работу.

Источники:

http://eurosamodelki.ru/katalog-samodelok/elektronnie-samodelki/sposoby-vklucheniya3-h-faznyh-dvigateley-v-odnofaznuyu-set

http://uelektrika.ru/ustanovka-i-podklyuchenie/skhema-podklyucheniya-trekhfaznogo-yelekt/

http://elektrica.info/vklyuchenie-3-h-faznogo-dvigatelya-v-odnofaznuyu-set/

http://elektrika.expert/jelektrooborudovanie-i-bezopasnost/vvodnoj-avtomat.html

Ссылка на основную публикацию