С асинхронным двигателем сталкивался практически каждый человек. Они устанавливаются в большое количество бытовой техники, а также рабочего электроинструмента. Однако часть моторов подключаются только через трехфазный провод.
Асинхронные двигатели – это надежные и практичные моторы, которые применяются повсеместно. Они малошумные и обладают неплохой производительностью. В данной статье будут показаны основные принципы работы трехфазных электродвигателей, схема подключения в сеть 220В, а также различные хитрости при работе с ними.
Большинство асинхронных двигателей работает от трехфазной сети, поэтому изначально рассмотрим понятие трехфазного тока. Трехфазный ток или трехфазная система электрических цепей – это система, состоящая из трех цепей, в которой действуют электродвижущие силы (ЭДС) одинаковой частоты, сдвинутые по фазе друг относительно друга на 1/3 периода(φ=2π/3) или 120°.
Большинство производственных генераторов построено на основе трехфазной генерации тока. По сути, в них используют три генератора переменного тока, которые располагаются относительно друг друга под углом 120°.
Схема с тремя генераторами предполагает, что из данного устройства будут выводиться 6 проводов (по два на каждый генератор переменного тока). Однако на практике видно, что бытовые, да и промышленные сети приходят к потребителю в виде трех проводов. Это делается в целях экономии электропроводки.
Катушки генераторов соединяют таким образом, что на выходе получается 3 провода, а не 6. Также данная коммутация обмоток генерирует ток мощностью 380В, вместо привычных 220В. Именно такую трехфазную сеть привыкли видеть все пользователи.
ИНФОРМАЦИЯ: Первая система трехфазного тока на шести проводах была изобретена Николой Тесла. Позже ее усовершенствовал и развил М. О. Доливо-Добровольский, который впервые предложил четырех и трех проводную систему, а также провел череду экспериментов, где выявил ряд преимуществ данной коммутации.
Большинство асинхронных двигателей работают от трехфазной сети. Рассмотрим подробнее, как устроена работа данных агрегатов.
Устройство асинхронного двигателя
Начнем с внутренней архитектуры мотора. Внешне устройство трехфазного асинхронного двигателя практически ничем не отличается от других электромоторов. Пожалуй, единственное отличие, бросающиеся в глаза – это более толстый провод питания. Основные отличия спрятаны от глаз потребителя под металлическим кожухом мотора.
Вскрыв коробку управления (место, куда заходят провода питания), можно увидеть 6 вводов проводов. Их подсоединяют двумя способами, в зависимости от того, какие характеристики нужно получить от данного мотора. Подробнее о способах коммутации трехфазных асинхронных двигателей будет рассказано ниже.
Сняв защитный металлический кожух, можно увидеть рабочую часть мотора. Он состоит из:
- вала;
- подшипниковых узлов;
- статора;
- ротора.
Основные компоненты мотора – это статор и ротор. Именно они приводят двигатель в движение.
Разберем строение данных компонентов в трехфазном асинхронном двигателе:
- Статор. Имеет форму цилиндра, обычно состоит из листов стали. Вдоль листов располагаются продольные пазы, в которых находятся обмотки статора, изготовленные из обмоточного провода. Оси каждой обмотки расположены относительно друг друга под углом 120°. Концы обмоток соединяют методом треугольника или звезды.
- Ротор или сердечник мотора. Это цилиндрический узел, набранный из металлических пластин, между которыми располагаются алюминиевые стержни. По краям цилиндра конструкция замыкается накоротко торцевыми кольцами. Второе название ротора асинхронного двигателя – беличья клетка. В двигателях большой мощности вместо алюминия может применяться медь.
Теперь стоит разобраться, на каких принципах построена работа асинхронного трехфазного двигателя.
Принципы работы трехфазных асинхронных двигателей
Трехфазный асинхронный двигатель работает за счет магнитных полей, которые создаются на обмотках статора. Токи, проходящие через каждую обмотки, имеют сдвиг в 120° относительно друг друга во временной и пространственной характеристике. Таким образом, совокупный магнитный поток на трех контурах является вращающим.
На обмотках статора образуется замкнутая электрическая цепь. Она взаимодействует с магнитным полем статора. Так появляется пусковой момент двигателя. Он стремится повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Со временем пусковой момент подходит к значению тормозного момент ротора, после чего он превышает его и ротор приводится в движение. В этот момент возникает эффект скольжения.
ИНФОРМАЦИЯ: Скольжение - это величина, которая показывает, насколько синхронная частота магнитного поля статора больше, чем частота вращения ротора, в процентном соотношении.
Рассмотрим данный параметр в разных ситуациях:
- На холостом ходу. Без нагрузки на валу скольжение имеет минимальное значение.
- При нарастающей нагрузке. С увеличением статического напряжения величина скольжения растет и может достигнуть критического значения. В случае, если мотор превысит данный показатель, может произойти «опрокидывание» двигателя.
Параметр скольжения находится в диапазоне от 0 до 1. У асинхронных двигателей общего назначения данный параметр составляет 1-8%.
Когда наступает равновесие между электромагнитным моментом ротора и тормозным моментом на валу мотора, процессы колебания величин прекращаются.
При наступлении равновесия между электромагнитным моментом, вызывающим вращение ротора и тормозным моментом, создаваемым нагрузкой на валу, процессы изменения величин прекратятся. Получается, что основной принцип работы асинхронного двигателя заключается во взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и токов, которые наводятся этим магнитным полем в роторе. При этом необходимо учитывать, что вращающийся момент возникает только в результате разности частоты вращения магнитных полей на обмотках мотора.
Зная принцип работы асинхронного трехфазного двигателя, можно произвести его запуск. В этом случае стоит учитывать несколько вариантов подключения обмоток мотора.
Способы подключения обмоток асинхронных двигателей
Раскрутив блок управления двух простых двигателей асинхронного типа, можно увидеть по 6 выводов проводов в каждом из них. Однако их коммутация может значительно отличаться.
В электротехнике принято подключать обмотки трехфазные асинхронных двигателей двумя способами:
- звездой;
- треугольником.
Каждый тип подключения влияет на производительность двигателя, а также на его пиковые показатели мощности. Рассмотрим каждый из них по отдельности.
Метод звезды
В данном типе коммутации все выводы рабочих обмоток соединяются одной перемычкой в один узел. Его называют нейтральной точкой и обозначают буквой «О». Получается, что концы всех фазных обмоток соединятся в одном месте.
На практике моторы с соединением по методу звезды обладают более мягким пуском. Такая комбинация подходит, например, для токарных станков или другой техники, где требуется медленный старт. Однако данный двигатель не может развивать максимально паспортной мощности.
Метод треугольника
Данная коммутация предполагает последовательное соединение концов фазных обмоток. На выводах проводах это выглядит, как попарное соединение каждой обмотки. Получается, что конец одной обмотки переходит в начало другой.
Двигатели с таким соединением обмоток стартуют намного быстрее, чем моторы с коммутацией методом звезды. При этом они могут развивать максимальные мощности, предусмотренные заводом изготовителем.
Трехфазные асинхронные двигатели проектируются, исходя из номинального питающего напряжения. В частности, все отечественные двигатели подразделяют на две категории:
- для сетей 220/127В;
- для сетей 380/220В.
Моторы первой группы менее распространены в силу своих слабых мощностных характеристик. Чаще всего используют моторы второй группы.
ВАЖНО: При коммутации обмоток мотора используют правило: для более низких значений напряжения выбирают подключение методом треугольника, для высоких – только методом звезды.
Некоторые заядлые радиолюбители могут определить схему подключения мотора по звуку его пуска. Обычный человек может узнать о методе коммутации обмоток двигателя несколькими способами.
Как определить, по какой схеме подключены обмотки двигателя?
Метод коммутации обмотки двигателя влияет на его характеристики, однако все соединения выводов находятся под защитным кожухом, в блоке управления. Их попросту не видно, но не стоит отчаиваться. Есть способ, который позволяет узнать метод коммутации, не прибегая к разбору блока управления.
Для этого достаточно заглянуть на номерную табличку, установленную на корпусе двигателя. На ней отмечают точные технические параметры, в том числе и метод коммутации. К примеру, на ней можно обнаружить следующие обозначения: 220/380В и геометрические обозначения треугольник/звезда. Эта последовательность говорит о том, что на моторе, работающим от сети 380В., установлена схема коммутации обмоток по типу «звезда».
Однако данный способ не всегда срабатывает наверняка. Таблички на старых двигателях часто затерты либо вовсе потеряны. В таком случае придется раскручивать блок управления.
Второй способ подразумевает визуальный осмотр выводных контактов. Контактная группа может быть соединена следующим способом:
- Одна перемычка на трех контактах с одной стороны выводов. К свободным выводом подведены проводу питания. Это метод звезда.
- Выводы соединены попарно тремя перемычками. На три вывода приходит три провода питания. Это метод треугольника.
На некоторых моторах в блоке управления можно обнаружить всего три вывода. Это говорит о том, что коммутация произведена внутри самого двигателя, под защитным кожухом.
Трехфазные моторы очень выносливы и ценятся в хозяйстве, ремонте и стройке. Но они бесполезны для домашнего использования, так как бытовая сеть может дать всего одну фазу, напряжением 220В. На самом деле, это не совсем верное суждение. Подключить трехфазный асинхронный двигатель к бытовой сети возможно. Это делается при помощи радиодетали – конденсатора. Разберем данный способ подробнее.
Сдвиг фаз при помощи конденсаторов
Моторы, в которых используют конденсаторы, называют конденсаторными двигателями. Сам конденсатор устанавливают в цепь статора так, чтобы он создавал сдвиг фазы в обмотках. Чаще всего данную схему используют при подключении трехфазных асинхронных двигателей к бытовой сети 220В.
Для сдвига фаз потребуется подключить одну из обмоток в разрыв с конденсатором. При этом емкость конденсатора подбирают таким образом, чтобы сдвиг фаз на обмотках получился максимально приближенным к 90°. В этом случае для ротора создается максимальный крутящий момент.
ВАЖНО: В данной схеме необходимо учесть модули магнитной индукции обмоток. Они должны быть одинаковыми. Это позволит создать суммарное магнитное поле, которое будет вращать ротор по кругу, а не по эллипсу. В этом случае ротор будет крутиться с большей эффективностью.
Оптимальный сдвиг фазы достигается правильным подбором емкости конденсатора, как в пусковом, так и в рабочем режиме. Также правильное круговое магнитное поле зависит:
- скорости вращения ротора;
- напряжения сети;
- числа витков обмотки;
- подключенных конденсаторов.
Если оптимальное значение одного из параметров отходит от нормы, то магнитное поле становится эллиптическим. Качественные характеристики двигателя сразу же упадут.
Поэтому для решения разного типа задач подбирают двигатели с разными емкостями конденсаторов. Для обеспечения максимального пускового момента берут конденсатор большей емкости. Он обеспечивает оптимальный ток и фазу во время запуска мотора. В случае, когда пусковой момент не имеет значения, уделяют внимание только созданию необходимых условий для рабочего режима.
Как подключить трехфазный электродвигатель в сеть 220 В?
Рассмотрим самый простой способ подключения трехфазного асинхронного двигателя в бытовую сеть. Для этого потребуется набор ручных инструментов, конденсатор, а также минимальные знания электротехники и мультиметр.
Итак, пошаговое руководство по подключению:
- Раскручиваем блок управления двигателя и смотрим схему подключения. Если применен метод звезды, необходимо перекрутить коммутацию на треугольник.
- Подсоединение производят только с одной стороны выводов обмоток. Для удобства обозначим их от 1 до 3.
- На 1-ый и 2-ой вывод подсоединяем конденсатор.
- На 1-ый и 3-ий вывод заводим провода питания 220В. При этом вывод 2 не трогаем. На нем остается только конденсатор.
- Включаем провод питания в сеть и проверяем работу двигателя.
ВАЖНО: Расчет мощности конденсатора производят по формуле: на 100Вт /10 мкФ.
Данный способ очень прост и безопасен. Перед подсоединением конденсатора и предварительным пуском двигателя, стоит проверить целостность контура проводки на пробитие по корпусу. Это можно сделать при помощи мультиметра.
Как видно, схема довольно проста. Подключение не займет много времени и потребует минимум усилий. Есть и другие схемы подсоединения трехфазного двигателя в обычную сеть. Рассмотрим и их.
ИНФОРМАЦИЯ: К сожалению не все трехфазные двигатели хорошо работают от бытовой сети. Некоторые могут попросту перегореть. К таким относятся моторы с двойной клеткой короткозамкнутого ротора (серия МА). Для использования трехфазных моторов в бытовой сети лучше использовать двигатели серии АО2, АПН, УАД, А, АО.
Схема подключения трехфазных двигателей в однофазную сеть
Для безопасной и корректной работы трехфазного асинхронного двигателя от бытовой сети необходимо использовать конденсатор. При этом его емкость должна зависеть от количества оборотов мотора.
В практическом исполнении данное устройство изготовить довольно проблематично. Для решения данной задачи используют управлением двухступенчатое управление мотором. Таким образом, в момент пуска работают два конденсатора:
- пусковой (Сп);
- рабочий (Ср).
После набора двигателем рабочих оборотов, пусковой конденсатор отключают.
Рассмотрим схему подключения двигателя при помощи двух конденсаторов.
В данном варианте предполагается использование двигателя в сети 220/380В. Схема:
Обозначения: Ср – рабочий конденсатор; Сп – пусковой конденсатор; П1 – пакетный выключатель.
Когда включают пакетный выключатель П1 происходит замыкание контактов П1.1 и П1.2. В этот момент необходимо нажать кнопку «Разгон». Когда двигатель выйдет на рабочие обороты, кнопку отпускают. Реверс двигателя осуществляется путем переключения тумблера SA1.
Рассмотрим несколько формул для подключения обмоток разными методами:
- Для метода «звезда». Формула: Ср = 2800*(I/U); где Ср – емкость рабочего конденсатора (мкФ), I – потребляемый электродвигателем ток в (А), напряжение в сети (В).
- Для метода «треугольник». Формула: Ср = 4800*(I/U); где Ср – емкость рабочего конденсатора (мкФ), I – потребляемый электродвигателем ток в (А), напряжение в сети (В).
Для любого метода коммутации рассчитывают потребляемый электродвигателем ток. Формула: I = P/(1.73Uŋ*cosϕ); где Р – мощность двигателя в Вт, указанная в его паспорте; ŋ – кпд; cosϕ- коэффициент мощности; U -напряжение в сети.
В данной схеме емкость пускового конденсатора Сп подбирают в 2-2.5 раза выше емкости рабочего конденсатора. При этом все конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение превышающие напряжение сети в 1.5 раза.
ИНФОРМАЦИЯ: Для бытовых сетей 220В хорошо подходят конденсаторы типа МБГО, МБПГ, МБГЧ с рабочим напряжением 500В и выше. Для кратковременного подключения используют конденсаторы К50-3, ЭГЦ-М, КЭ-2 в качестве пусковых. При этом их рабочее напряжение должно быть не менее 450 В. Для большей надежности электролитические конденсаторы соединяют последовательно, соединяя между собой их минусовые выводы, и шунтируют диодами
Применение электролитических конденсаторов в качестве пусковых
Для подключения трехфазных асинхронных электродвигателей в бытовую сеть используют, как правило, простые бумажные конденсаторы. За долгое время применения они показали себя не самым лучшим образом, поэтому сейчас большие бумажные конденсаторы практически не используются. Им на смену пришли оксидные (электролитические) конденсаторы. Они имеют меньшие габариты и широко распространены на рынках радиодеталей. Рассмотрим схему замены бумажного конденсатора на оксидный:
Из схемы видно, что положительная волна переменного тока проходит через элементы VD1, С2, а отрицательная – через VD2, С2. Это говорит о том, что данные конденсаторы можно использовать с допустимым напряжением в 2 раза меньшим, чем у обычных конденсаторов аналогичной емкости. Емкость для оксидного конденсатора рассчитывается по тому же методу, что и для бумажных конденсаторов.
ИНФОРМАЦИЯ: Так в схеме однофазной сети 220В используют бумажной конденсатор с напряжением 400В. При его замене на оксидный конденсатор, достаточно мощности 200В.
Последовательное и параллельное соединение конденсаторов
Стоит отметить, что у подключенного двигателя в бытовую сеть 220В, без особой нагрузки будет страдать одна из обмоток. Это контур, который подключается через конденсатор. В этом случае на него поступает ток, на 20-30% выше номинального. Из этого следует, что на недогруженном моторе емкость конденсатора необходимо уменьшить. Но тогда, если двигатель запускался без пускового конденсатора, последний может потребоваться.
Решить данную задачу поможет замена одного большого конденсатора на несколько, соединенных в цепь параллельным способом. Так можно подключать или отключать ненужные компоненты, используя конденсаторы в качестве пусковых. При параллельном соединении суммарную емкость в мкФ считают по формуле: Cобщ = C1 + C1 + … + Сn.
Необходимые инструменты и комплектующие
Любой монтаж вышеперечисленных схем потребует минимальных знаний электротехники, а также навыков работы с радиоэлектроникой и пайкой мелких деталей.
Из инструментов потребуется:
- Набор отверток для сбора/разбора блока управления двигателя. Для старых двигателей лучше подбирать мощные плоские отвертки из хорошей стали. За длительное время работы двигателя болты в корпусе могут «прикипеть». Для их откручивания потребуется немало сил и хороший инструмент.
- Пассатижи для обжатия проводов и других манипуляций.
- Острый нож для снятия изоляции.
- Паяльник.
- Канифоль и припой.
- Индикаторная отвертка для поиска фазы, а также индикации разрыва на кабеле.
- Мультиметр. Один из основных диагностирующих устройств.
Также потребуются радиодетали:
- Конденсаторы.
- Кнопка пуска.
- Магнитный пускатель.
- Тумблер реверса.
- Контактная плата.
Перечисленных инструментов и радиокомпонентов хватит для сборки представленных выше схем.
ВАЖНО: Не подключайте двигатель в сеть, не проверив работу собранной схемы. Ее можно протестировать при помощи мультиметра. Это убережет технику от короткого замыкания.
Заключение
Трехфазный асинхронный двигатель – это надежный и эффективный мотор, который можно подключить как к трехфазной, так и однофазной сети. При этом необходимо соблюдать ряд правил. В частности – правильно рассчитывать емкости конденсаторов. Если все расчеты верны, двигатель будет работать в оптимальном режиме с высоким уровнем КПД.
Необходимость использования трехфазного асинхронного электродвигателя самостоятельно чаще всего возникает, когда устанавливается или проектируется самодельное оборудование. Обычно на дачах или в гараже мастера хотят использовать самодельные наждачные станки, бетономешалки, приборы по заточке и обрезке изделий.
Использование трехфазного асинхронного электродвигателя самостоятельно
Тут и возникает вопрос: как подключить электродвигатель, рассчитанный на 380, к сети в 220 Вольт. Кроме того, важно как подключить электродвигатель в сеть, так и обеспечить необходимый показатель коэффициента полезного действия (КПД), сохранить эффективность и работоспособность агрегата.
Особенности устройства двигателя
На каждом двигателе есть пластина или шильдик, где указаны технические данные и схема скрутки обмоток. Символ Y обозначает соединение звездой, а ∆ – треугольником. Помимо этого, на пластине обозначено напряжение сети, для которого предназначен электродвигатель. Разводка для подсоединения к сети находится на клеммнике, куда выводят провода обмотки.
Для обозначения начала и конца обмотки используют буквы С или U, V, W. Первое обозначение было в практике раньше, а английские буквы стали применять после введения ГОСТа.
Не всегда использовать для работы двигатель, предназначенный для трехфазной сети, представляется возможным. Если на клеммник выведено 3 вывода, а не 6 как обычно, то подключение возможно только с напряжением, которое указано в инженерных характеристиках. В этих агрегатах соединение треугольником или звездой уже сделано внутри самого прибора. Поэтому использовать электродвигатель на 380 Вольт с 3 выводами для однофазной системы невозможно.
Можно частично разобрать двигатель и переделать 3 вывода на 6, но это сделать не так просто.
Существует разные схемы того, как лучше подключать приборы с параметрами в 380 Вольт в однофазную сеть. Чтобы использовать трехфазный электродвигатель в сети 220 Вольт, проще воспользоваться одним из 2 способов подключения: «звезда» или «треугольник». Хотя можно осуществить запуск трехфазного двигателя с 220 без конденсаторов. Рассмотрим все варианты.
На рисунке показано, как выполняется этот тип подключения. В работе электродвигателя следует дополнительно воспользоваться фазосдвигающими конденсаторами, которые ещё называют пусковыми (Спуск.) и рабочими (Сраб.).
Тип подключения “Звезда”
При подключении звездой все три конца обмотки соединяются. Для этого используют специальную перемычку. Питание подается на клеммы с начала обмоток. При этом начало обмотки С1(U1) через параллельно подключенные конденсаторы поступает на начало обмотки С3(U3). Далее этот конец и С2(U2) надо подключить к сети.
В этом виде подключения, как и в первом примере, используются конденсаторы. Для того чтобы подключить по этой схеме скрутки потребуются 3 перемычки. Они будут соединять начало и конец обмотки. Выводы, идущие с начала обмотки С6С1 через такую же параллельную схему, как и в случае с подключением «звезда», соединяются с выводом, идущим от С3С5. Затем полученный конец и вывод С2С4 следует подключить к сети.
Тип подключения “Треугольник”
Если на шильдике указаны показатели 380/220ВВ, то подключение в сеть возможно только по «треугольнику».
Как подсчитать емкость
Для рабочего конденсатора применяется формула:
Сраб.=2780хI/U, где
U – номинальное напряжение,
I – ток.
Существует и другая формула:
Сраб.= 66хР, где Р – это мощность трехфазного электродвигателя.
Получается, что 7мкФ емкости конденсатора рассчитаны на 100Вт его мощности.
Значение для емкости пускового устройства должно быть на 2,5-3 порядка больше рабочего. Такое расхождение показателей по емкости у конденсаторов требуется, потому что пусковой элемент включается при работе трехфазного двигателя на непродолжительное время. К тому же при включении высшая нагрузка на него значительно больше, оставлять в рабочем положении это устройство на более длительный период не стоит, иначе из-за перекоса тока по фазам через некоторое время электродвигатель начнет перегреваться.
Если вы используете для работы электродвигатель, мощность которого меньше 1кВт, то пусковой элемент не потребуется.
Иногда емкости одного конденсатора для начала работы не хватает, тогда схема подбирается из нескольких разных элементов, соединенных последовательно. Общую емкость при параллельном соединении можно рассчитать по формуле:
Cобщ=C1+C1+…+Сn.
На схеме подобное подключение выглядит следующим образом:
О том, насколько правильно подобраны емкости конденсаторов, можно будет понять только в процессе использования. Из-за этого схема из нескольких элементов более оправдана, ведь при большей емкости двигатель будет перегреваться, а при меньшей – выходная мощность не достигнет нужного уровня. Подбор емкости лучше начать с минимального ее значения и постепенно доводить до оптимального. При этом можно замерить ток с помощью токоизмерительных щипцов, тогда подобрать оптимальный вариант станет проще. Подобный замер делают в рабочем режиме трехфазного электродвигателя.
Какие выбрать конденсаторы
Для подключения электродвигателя чаще всего используют бумажные конденсаторы (МБГО, КБП или МПГО), но все они обладают небольшими емкостными характеристиками и достаточной громоздкостью. Другой вариант – подобрать электролитические модели, хотя здесь придется дополнительно подключить в сеть диоды и резисторы. К тому же при пробое диода, а это случается довольно часто, через конденсатор начнет поступать переменный ток, что может привести к взрыву.
Кроме емкости, стоит обратить внимание на рабочее напряжение в домашней сети. При этом следует подбирать модели с техническими показателями не меньше 300Вт. Для бумажных конденсаторов подсчет рабочего напряжения для сети немного другой, и рабочее напряжение у данного типа устройств должно быть выше 330-440ВВ.
Пример подключения в сеть
Посмотрим, как это подключение рассчитывается на примере двигателя со следующими характеристиками на шильдике.
Характеристики двигателя
Итак, возьмем трехфазный асинхронный двигатель со схемой соединения для сети в 220 Вольт «треугольником» и «звездой» для 380 Вольт.
В данном случае мощность взятого для примера электродвигателя составляет 0,25 kW, что значительно меньше 1 kW, пусковой конденсатор не потребуется, а общая схема будет выглядеть следующим образом.
Для подключения в сеть необходимо найти емкость рабочего конденсатора. Для этого стоит подставить значения в формулу:
Сраб.= 2780 2А/220В=25 мкФ.
Рабочее напряжение устройства выбирается выше показателя в 300 Вольт. Исходя из этих данных, сортируют соответствующие модели. Некоторые варианты можно найти в таблице:
Зависимость емкости и напряжения от типа конденсатора
| Тип конденсатора | Емкость, мкФ | Номинальное напряжение, В |
|---|---|---|
| МБГ0 | 1 2 4 10 20 30 | 400, 500 160, 300, 400, 500 160, 300, 400 160, 300, 400, 500 160, 300, 400, 500 160, 300 |
| МБГ4 | 1; 2; 4; 10; 0,5 | 250, 500 |
| К73-2 | 1; 2; 3; 4; 6; 8; 10 | 400, 630 |
| К75-12 | 1; 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10 | 400 |
| К75-12 | 1; 2; 3; 4; 5; 6; 8 | 630 |
| К75-40 | 4; 5; 6; 8; 10; 40; 60; 80; 100 | 750 |
Подключение тиристорным ключом
Трехфазный электродвигатель, предназначенный для 380 Вольт, используют для однофазного напряжения, применяя тиристорный ключ. Для того чтобы запустить агрегат в таком режиме, потребуется вот эта схема:
Схема трехфазного электродвигателя для однофазного напряжения
В работе использованы:
- транзисторы из серии VT1, VT2;
- резисторы МЛТ;
- кремниевые диффузионные диоды Д231
- тиристоры серии КУ 202.
Все элементы рассчитаны на напряжение 300 Вольт и ток 10А.
Собирается тиристорный ключ, как и другие микросхемы, на плате.
Сделать такое устройство под силу всем, кто имеет начальные познания в создании микросхем. При мощности электродвигателя меньше 0,6-0,7kW при подключении в сеть нагрева тиристорного ключа не наблюдается, поэтому дополнительное охлаждение не потребуется.
Подобное подключение может показаться слишком сложным, но все зависит от того, какие у вас есть элементы, чтобы переделать двигатель из 380Вт в однофазный. Как видно, использовать трехфазный двигатель для 380 через однофазную сеть не так сложно, как это кажется на первый взгляд.
Подключение. Видео
Видео рассказывает о безопасном подключении наждака к сети 220 В и делится советами, что для этого нужно.
Собираемся рассмотреть, как производится подключение трехфазного двигателя к однофазной сети, дать рекомендации по управлению агрегатом. Чаще люди хотят варьировать скорость вращения или направление. Как это сделать? Описывали размыто ранее, как подключить трехфазный двигатель на 230 вольт, теперь озаботимся деталями.
Стандартная схема включения трехфазного двигателя в однофазную сеть
Процесс подключения трехфазного двигателя к напряжению 230 вольт прост. Обычно ветка несет синусоиду, разница составляет 120 градусов. Формируется фазовый сдвиг, равномерный, обеспечивает плавность вращения электромагнитного поля статора. Действующее значение каждой волны составляет 230 вольт. Это позволит подключить трехфазный двигатель к домашней розетке. Фокус цирковой: получить три синусоиды, используя одну. Сдвиг фаз равен 120 градусов.
На практике означенное сделать можно, заручившись помощью специальных приборов фазовращателей. Не тех, что используются высокочастотными трактами волноводов, а специальных фильтров, сформированных пассивными, реже активными элементами. Любители заморочкам предпочитают применение заправского конденсатора. Если обмотки двигателя соединить треугольником, сформировав единое кольцо, получим сдвиги фаз 45 и 90 градусов, хватает худо-бедно для неуверенной работы вала:
Схема подключения трехфазного двигателя коммутацией обмоток треугольником
- На одну обмотку подается фаза розетки. Провода цепляют разницу потенциалов.
- Вторая обмотка запитывается конденсатором. Формируется сдвиг фаз 90 градусов относительно первой.
- На третьей за счет приложенных напряжений образуется слабо похожее на синусоиду колебание со сдвигом еще на 90 градусов.
Итого, третья обмотка отстоит от первой по фазе на 180 градусов. Показывает практика, расклада хватает нормально работать. Разумеется, двигатель иногда «залипает», сильно греется, мощность падает, хромает КПД. Пользователи мирятся, когда подключение асинхронного двигателя к трехфазной сети исключено.
Из чисто технических нюансов добавим: схема правильной раскладки проводов приводится на корпусе прибора. Чаще украшает внутреннюю сторону кожуха, скрывающего колодку, либо вычерчена неподалеку на шильдике. Руководствуясь схемой, поймем, как подключить электродвигатель с 6 проводами (по паре на каждую обмотку). Когда сеть трёхфазная (часто называют 380 вольт), обмотки соединяются звездой. Образуется одна общая катушкам точка, куда стыкуется нейтраль (условный схемный электрический нуль). На прочие концы подаются фазы. Получается три – по числу обмоток.
Как обращаться с треугольником для подключения трехфазного двигателя на 230 вольт, понятно. Дополнительно приводим рисунок, изображающий:
- Схему электрического соединения обмоток.
- Рабочий конденсатор, служащий цели создания правильного распределения фаз.
- Пусковой конденсатор, облегчающий раскрутку вала на начальных оборотах. В последующем отключается от схемы кнопкой, разряжается шунтирующим резистором (для безопасности и пребывания в готовности к новому циклу пуска).
Подключение трехфазного двигателя 230 вольт треугольником
Картинка показывает: обмотка А находится под напряжением 230 вольт. На С подается со сдвигом фаз 90 градусов. Благодаря разности потенциалов, концы обмотки В формируют напряжение, сдвинутое на 90 градусов. Очертания далеки привычной школьным физикам синусоиде. Опущены в целях упрощения пусковой конденсатор, шунтирующий резистор. Считаем, расположение очевидно из сказанного выше. Подобная методика худо-бедно позволит добиться от двигателя нормальной работы. Клавишей пусковой конденсатор замыкается, осуществляя пуск, отключается от фазы, разряжается шунтом.
Пришло время сказать: емкость, обозначенная чертежом 100 мкФ, практически выбирается, учитывая:
- Частоты вращения вала.
- Мощность двигателя.
- Нагрузки, ложащиеся на ротор.
Подбирать нужно конденсатор экспериментальным путем. Согласно нашему рисунку, напряжение обмоток В и С будет одинаковым. Напоминаем: тестер показывает действующее значение. Фазы напряжения будут различны, форма сигнала обмотки В несинусоидальная. Действующее значение показывает: в плечи отдается одинаковая мощность. Обеспечивается боле менее стабильная работа установки. Мотор меньше греется, оптимизируется КПД двигателя. Каждая обмотка сформирована индуктивным сопротивлением, которое также накладывает отпечаток на сдвиг фаз между напряжением и током. Вот почему важно подобрать правильное значение емкости. Можно добиться идеальных условий работы двигателя.
Заставить двигатель крутиться в обратном направлении
Три фазы напряжения 380 вольт
При подключении на три фазы смена направления вращения вала обеспечивается правильной коммутацией сигнала. Применяются специальные контакторы (три штуки). 1 на каждую фазу. В нашем случае коммутации подлежит всего одна цепь. Причем (руководствуясь утверждениями гуру) достаточно обменять местами любые два провода. Будь то питание, место стыковки конденсатора. Проверим правило прежде выдачи напутствия читателям. Результаты демонстрирует второй рисунок, схематично приводящий эпюры, показывающие распределение фаз указанного случая.
Изготавливая эпюры, предполагали: обмотка С соединена последовательно конденсатору, дающему напряжению положительный прирост фазы. Согласно векторной диаграмме, для сохранения баланса на обмотке С должен быть отрицательный знак относительно основного напряжения. С другой стороны конденсатор, катушка В соединены параллельно. Одна ветвь обеспечивают напряжению положительный прирост (конденсатор), другая – току. Сродни параллельному колебательному контуру, токи ветвей текут практически в противоположную сторону. Учитывая сказанное, приняли закон изменения синусоиды противофазно относительно обмотки С.
Эпюры показывают: максимумы, согласно схеме, обходят обмотки против часовой стрелки. Прошлым обзором показывали аналогичным контекстом: вращение идет иным направлением. Получается, действительно при смене полярности питания вал вращается в противоположную сторону. Не будем рисовать распределение магнитных полей, считаем излишним повторяться.
Точнее подобные вещи позволят просчитывать специальные компьютерные программы. Объяснение дали на пальцах. Получилось, что практики правы: поменяв полярность питания, направление движения вала обратим противоположно. Наверняка аналогичное утверждение годится случаю включения конденсатора ветвью другой обмотки. Жаждущим подробных графиков рекомендуем изучать специализированные программные пакеты наподобие бесплатной Electronics Workbench. В приложении проставите угодное число контрольных точек, отследите законы изменения токов, напряжений. Любителям поиздеваться над своим мозгом будет возможность просмотра спектра сигналов.
Потрудитесь правильно задать индуктивности обмоток. Разумеется, влияние вносит нагрузка, препятствующая запуску. Учесть потери подобными программами сложно. Практики рекомендуют избегать заострять внимание указанной точилкой, подбирать номиналы конденсаторов (эмпирическим) опытным путем. Таким образом, точная схема подключения трехфазного двигателя определена конструкцией, предполагаемым целевым назначением. Допустим, токарный станок будет отличаться от хлеборушки развивающимися нагрузками.
Пусковой конденсатор трехфазного двигателя
Чаще подключение трехфазного двигателя к однофазной сети нужно вести с участием пускового конденсатора. Особенно аспект касается мощных моделей, моторов под значительной нагрузкой на старте. В этом случае увеличивается собственное реактивное сопротивление, которое придется компенсировать при помощи емкостей. Проще подобрать опять же экспериментально. Нужно собрать стенд, на котором имеется возможность «на горячую» включать, исключать из цепи отдельные емкости.
Избегайте помогать двигателю запуститься рукой, как демонстрируют “бывалые” мастера. Просто найдите значение батареи, при котором вал бодро вращается, по мере раскрутки начинайте исключать из цепи конденсаторы один за другим. Пока останется такой набор, ниже которого двигатель не вращается. Отобранные элементы образуют пусковую емкость. А правильность своего выбора нужно контролировать при помощи тестера: напряжение в плечах обмоток со сдвинутой фазой (в нашем случае С и В) должно быть одинаковым. Это значит, что отдается примерно равная мощность.
Трехфазный двигатель с пусковым конденсатором
Что касается оценок и прикидок, емкость батарей растет с увеличением мощности, оборотов. А если говорить о нагрузке, большое влияние оказывает на старте. Когда вал раскрутится, в большинстве случаев малые препятствия преодолеваются за счёт инерции. Чем массивнее вал, тем выше шанс, что двигатель не «заметит» возникшего затруднения.
Обратите внимание, что подключение асинхронного двигателя обычно ведется через защитный автомат. Устройство, которое остановит вращение при превышении током некоторого значения. Это не только уберегает пробки местной сети от выгорания, но и спасет обмотки двигателя при заклинивании вала. В этом случае ток резко повысится, и работа устройства прекратится. Небесполезен автомат защиты и при подборе нужного номинала емкости. Очевидцы утверждают, что если подключение 3-фазного двигателя в однофазную сеть ведется через слишком слабые конденсаторы, то нагрузка резко возрастает. В случае наличия мощного мотора это очень важно, потому что даже в нормальном режиме потребление превышает номинальное в 3-4 раза.
И пара слов о том, как оценить заранее пусковой ток. Допустим, нужно подключить асинхронный двигатель на 230 мощностью 4 кВт. Но это для трех фаз. В случае штатной проводки ток по каждой из них течет отдельно. У нас же все это будет складываться. Поэтому смело делим мощность на напряжение сети и получаем 18 А. Понятно, что без нагрузки подобный ток вряд ли будет расходоваться, но для стабильной работы двигателя на полную катушку нужен защитный автомат потрясающей мощности. Что касается простого тестового запуска, то вполне сгодится устройство ампер на 16. И даже есть шанс, что старт пройдет без эксцессов.
Надеемся, читатели теперь знают, как подключить трехфазный двигатель в домашнюю сеть на 230 вольт. Осталось к этому добавить, что возможности стандартной квартиры не превышают с точки зрения отдачи мощности потребителю значения порядка 5 кВт. Это значит, описанный выше двигатель дома попросту включать опасно. Обратите внимание, что даже болгарки редко бывают мощнее 2 кВт. При этом двигатель оптимизирован для работы в однофазной сети 220 вольт. Проще говоря, слишком мощные устройства не только вызовут моргание света, но скорее всего, спровоцируют возникновение других нештатных ситуаций. В лучшем случае выбьет пробки, в худшем – случится возгорание проводки.
На этом говорим “до свидания” и хотим заметить: знание теории иной раз полезно практикам. Особенно если дело касается мощной техники, способной причинить немалый вред.
Статья посвящена возможности запуска трехфазного асинхронного двигателя мощностью 250 Вт от сети 220 В не при помощи пускового конденсатора, а с использованием самодельного пускового электронного устройства. Схема его очень проста: на двух тиристорах, с тиристорными ключами и транзисторным управлением.
Схема устройства
Данное управление двигателем мало кому известно и практически не используется. Преимущество предлагаемого пускового устройства в том, что значительно уменьшается потеря мощности двигателя. При пуске трехфазного двигателя 220 В помощью конденсатора потеря мощности составляет минимум 30%, а может достигать 50%. Использование этого пускового устройства снижает потерю мощности до 3%, максимум составит 5%.
Однофазная сеть подключается:
Пусковое устройство подключается к двигателю вместо конденсатора.
Подключенный к устройству резистор позволяет регулировать обороты двигателя. Устройство также можно включить на реверс.
Для эксперимента взят старый двигатель еще советского производства.
С данным пусковым устройством двигатель запускается мгновенно и работает без каких-либо проблем. Такую схему можно использовать практически на любом двигателе мощностью до 3 кВт.
Примечание: в сети 220 В двигатели мощностью более 3 кВт включать просто не имеет смысла – бытовая электропроводка не выдержит нагрузки.
В схеме можно использовать любые тиристоры, ток которых не менее 10 А. Диоды 231, также 10-амперные.
Примечание: у автора в схеме установлены диоды 233, что не имеет значения (только они идут по напряжению 500 В) −поставить можно любые диоды, которые имеют ток 10 А и удерживают более 250 В.
Устройство компактно. Автор схемы собрал резисторы просто наборами, чтобы не тратить время на подборку резисторов по номиналу. Теплоотвод не требуется. Установлен конденсатор, стабилитрон, два диода 105. Схема получилась очень простая и эффективная в работе.
Рекомендуется для использования – сборка пускового устройства проблем не создаст. В итоге при подключении двигатель стартует на своей максимальной мощности и практически без ее потери в отличие от стандартной схемы с использованием конденсатора.
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:
1. корпусом;
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.
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;
хорошо охлаждаться;
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 соответствующей мощности.
