Бесконденсаторный пуск трехфазных электродвигателей от однофазной сети. Подключение трехфазного двигателя к трехфазной сети Как лучше подключить 3 фазный электродвигатель
Добавить сайт в закладки
Для отключения пускового конденсатора можно использовать дополнительное реле К1, тогда надобность в тумблере SA1 отпадает, а конденсатор будет отключаться автоматически (рис.5).
При нажатии на кнопку SB1 срабатывает реле К1 и контактной парой К1.1 включает магнитный пускатель КМ1, а К1.2 - пусковой конденсатор С п. КМ1 самоблокируется с помощью своей контактной пары КМ 1.1, а контакты КМ 1.2 и КМ 1.3 подсоединяют электродвигатель к сети.
Кнопку "Пуск" держат нажатой до полного разгона двигателя, а после отпускают. Реле К1 обесточивается и отключает пусковой конденсатор, который разряжается через резистор R2. В это же время магнитный пускатель КМ 1 остается включенным и обеспечивает питание электродвигателя в рабочем режиме.
Для остановки электродвигателя следует нажать кнопку "Стоп". В усовершенствованном пусковом устройстве по схеме рис.5 можно использовать реле типа МКУ-48 или ему подобное.
Использование электролитических конденсаторов в схемах запуска электродвигателей
При включении трехфазных асинхронных электродвигателей в однофазную сеть, как правило, используют обычные бумажные конденсаторы. Практика показала, что вместо громоздких бумажных конденсаторов можно использовать оксидные (электролитические) конденсаторы, которые имеют меньшие габариты и более доступны в плане покупки.
Схема замены обычног бумажного конденсатора дана на рис. 6.
Положительная полуволна переменного тока проходит через цепочку VD1, С2, а отрицательная VD2, С2. Исходя из этого можно использовать оксидные конденсаторы с допустимым напряжением в два раза меньшим, чем для обычных конденсаторов той же емкости.
Например, если в схеме для однофазной сети напряжением 220 В используется бумажный конденсатор на напряжение 400 В, то при его замене по вышеприведенной схеме можно использовать электролитический конденсатор на напряжение 200 В. В приведенной схеме емкости обоих конденсаторов одинаковы и выбираются аналогично методике выбора бумажных конденсаторов для пускового устройства.
Включение трехфазного двигателя в однофазную сеть с использованием электролитических конденсаторов
Схема включения трехфазного двигателя в однофазную сеть с использованием электролитических конденсаторов приведена на рис.7.
В приведенной схеме SA1 - переключатель направления вращения двигателя, SB1 - кнопка разгона двигателя, электролитические конденсаторы С1 и С3 используются для пуска двигателя, С2 и С4 - во время работы.
Подбор электролитических конденсаторов в схеме рис. 7 лучше производить с помощью токоизмерительных клещей. Измеряют токи в точках А, В, С и добиваются равенства токов в этих точках путем ступенчатого подбора емкостей конденсаторов. Замеры проводят при нагруженном двигателе в том режиме, в котором предполагается его эксплуатация.
Диоды VD1 и VD2 для сети 220 В выбираются с обратным максимально допустимым напряжением не менее 300 В. Максимальный прямой ток диода зависит от мощности двигателя. Для электродвигателей мощностью до 1 кВт подойдут диоды Д245, Д245А, Д246, Д246А, Д247 с прямым током 10 А.
При большей мощности двигателя от 1 кВт до 2 кВт нужно взять более мощные диоды с соответствующим прямым током или поставить несколько менее мощных 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.
Включение мощных трехфазных двигателей в однофазную сеть
Конденсаторная схема включения трехфазных двигателей в однофазную сеть позволяет получить от двигателя не более 60% от номинальной мощности, в то время как предел мощности электрифицированного устройства ограничивается 1,2 кВт. Этого явно недостаточно для работы электрорубанка или электропилы, которые должны иметь мощность 1,5...2 кВт. Проблема в данном случае может быть решена использованием электродвигателя большей мощности, например 3...4 кВт. Такого типа двигатели рассчитаны на напряжение 380 В, их обмотки соединены «звездой», и в клеммной коробке содержится всего 3 вывода.
Включение такого двигателя в сеть 220 В приводит к снижению номинальной мощности двигателя в 3 раза и на 40 % при работе в однофазной сети. Такое снижение мощности делает двигатель непригодным для работы, но может быть использовано для раскрутки ротора вхолостую или с минимальной нагрузкой. Практика показывает, что большая часть электродвигателей уверенно разгоняется до номинальных оборотов, и в этом случае пусковые токи не превышают 20 А.
Доработка трехфазного двигателя
Наиболее просто можно осуществить перевод мощного трехфазного двигателя в рабочий режим, если переделать его на однофазный режим работы, получая при этом 50 % номинальной мощности. Переключение двигателя в однофазный режим требует небольшой его доработки.
Вскрывают клеммную коробку и определяют, с какой стороны крышки корпуса двигателя подходят выводы обмоток. Отворачивают болты крепления крышки и вынимают ее из корпуса двигателя. Находят место соединения трех обмоток в общую точку и подпаивают к общей точке дополнительный проводник с сечением, соответствующим сечению провода обмотки. Скрутку с подпаянным проводником изолируют изолентой или поливинилхлоридной трубкой, а дополнительный вывод протягивают в клеммную коробку. После этого крышку корпуса устанавливают на место.
Схема коммутации электродвигателя в этом случае будет иметь вид, показанный на рис. 8.
Во время разгона двигателя 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 двигателем типа АИР-100S2Y3 (4 кВт, 2800 об./мин), установленном на самодельном деревообрабатывающем станке, и показала свою эффективность.
Детали
В схеме коммутации обмоток электродвигателя в качестве коммутационного устройства SA1 следует использовать пакетный переключатель на рабочий ток не менее 16 А, например переключатель типа ПП2-25/Н3 (двухполюсный с нейтралью, на ток 25 А). Переключатель SA2 может быть любого типа, но на ток не менее 16 А. Если реверс двигателя не требуется, то этот переключатель SA2 можно исключить из схемы.
Недостатком предложенной схемы включения мощного трехфазного электродвигателя в однофазную сеть можно считать чувствительность двигателя к перегрузкам. Если нагрузка на валу достигнет половины мощности двигателя, то может произойти снижение скорости вращения вала вплоть до полной его остановки. В этом случае снимается нагрузка с вала двигателя. Переключатель переводится сначала в положение «Разгон», а потом в положение «Работа», после чего продолжают дальнейшую работу.
Для того чтобы улучшить пусковые характеристики двигателей, кроме пускового и рабочего конденсатора можно использовать еще и индуктивность, что улучшает равномерность загрузки фаз.
Как известно, при включении трёхфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть, по распространенным конденсаторным схемам: "треугольник", или "звезда", мощность двигателя используется только наполовину (в зависимости от применяемого двигателя).
Кроме того, затруднён запуск двигателя под нагрузкой.
В предлагаемой статье описан метод подключения двигателя без потери мощности.
В различных любительских электромеханических станках и приспособлениях чаще всего используются трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. К сожалению, трехфазная сеть в быту — явление крайне редкое, поэтому для их питания от обычной электрической сети любители применяют фазосдвигающий конденсатор, что не позволяет в полном объеме реализовать мощность и пусковые характеристики двигателя. Существующие же тринисторные "фазосдвигающие" устройства еще в большей степени снижают мощность на валу двигателей.
Вариант схемы устройства запуска трехфазного электродвигателя без потери мощности приведен на рис. 1 .
Обмотки двигателя 220/380 В соединены треугольником, а конденсатор С1 включен, как обычно, параллельно одной из них. Конденсатору "помогает" дроссель L1, включенный параллельно другой обмотке. При определенном соотношении емкости конденсатора С1, индуктивности дросселя L1 и мощности нагрузки можно получить сдвиг фаз между напряжениями на трех ветвях нагрузки, равный точно 120°.
На рис. 2
приведена векторная диаграмма напряжений для устройства, представленного на рис. 1, при чисто активной нагрузке R в каждой ветви. Линейный ток Iл в векторном виде равен разности токов Iз и Ia, а по абсолютному значению соответствует величине Iф√3, где Iф=I1=I2=I3=Uл/R — фазный ток нагрузки, Uл=U1=U2=U3=220 В — линейное напряжение сети.
К конденсатору С1 приложено напряжение Uc1=U2, ток через него равен Ic1 и по фазе опережает напряжение на 90°.
Аналогично к дросселю L1 приложено напряжение UL1=U3, ток через него IL1 отстает от напряжения на 90°.
При равенстве абсолютных величин токов Ic1 и IL1 их векторная разность при правильном выборе емкости и индуктивности может быть равной Iл.
Сдвиг фаз между токами Ic1 и IL1 составляет 60°, поэтому треугольник из векторов Iл, Iс1 и IL1 — равносторонний, а их абсолютная величина составляет Iс1=IL1=Iл=Iф√3. В свою очередь, фазный ток нагрузки Iф=Р/ЗUL, где Р — суммарная мощность нагрузки.
Иными словами, если емкость конденсатора С1 и индуктивность дросселя L1 выбрать такими, чтобы при поступлении на них напряжения 220 В ток через них был бы равен Ic1=IL1=P/(√3⋅Uл)=P/380, показанная на рис. 1 цепь L1C1 обеспечит на нагрузке трехфазное напряжение с точным соблюдением сдвига фаз.
Таблица 1
| P, Вт | IC1=IL1, A | C1, мкФ | L1, Гн |
|---|---|---|---|
| 100 | 0.26 | 3.8 | 2.66 |
| 200 | 0.53 | 7.6 | 1.33 |
| 300 | 0.79 | 11.4 | 0.89 |
| 400 | 1.05 | 15.2 | 0.67 |
| 500 | 1.32 | 19.0 | 0.53 |
| 600 | 1.58 | 22.9 | 0.44 |
| 700 | 1.84 | 26.7 | 0.38 |
| 800 | 2.11 | 30.5 | 0.33 |
| 900 | 2.37 | 34.3 | 0.30 |
| 1000 | 2.63 | 38.1 | 0.27 |
| 1100 | 2.89 | 41.9 | 0.24 |
| 1200 | 3.16 | 45.7 | 0.22 |
| 1300 | 3.42 | 49.5 | 0.20 |
| 1400 | 3.68 | 53.3 | 0.19 |
| 1500 | 3.95 | 57.1 | 0.18 |
В табл. 1 приведены значения тока Ic1=IL1. емкости конденсатора С1 и индуктивности дросселя L1 для различных величин полной мощности чисто активной нагрузки.
Реальная нагрузка в виде электродвигателя имеет значительную индуктивную составляющую. В результате линейный ток отстает по фазе от тока активной нагрузки на некоторый угол ф порядка 20...40°.
На шильдиках электродвигателей обычно указывают не угол, а его косинус — широко известный cosφ, равный отношению активной составляющей линейного тока к его полному значению.
Индуктивную составляющую тока, протекающего через нагрузку устройства, показанного на рис. 1 , можно представить в виде токов, проходящих через некоторые катушки индуктивности Lн, подключенные параллельно активным сопротивлениям нагрузки (рис. 3,а) , или, что эквивалентно, параллельно С1, L1 и сетевым проводам.
Из рис. 3,б видно, что поскольку ток через индуктивность противофазен току через емкость, катушки индуктивности LH уменьшают ток через емкостную ветвь фазосдвигающей цепи и увеличивают через индуктивную. Поэтому для сохранения фазы напряжения на выходе фазосдвигающей цепи ток через конденсатор С1 необходимо увеличить и через катушку уменьшить
Векторная диаграмма для нагрузки с индуктивной составляющей усложняется. Ее фрагмент, позволяющий произвести необходимые расчеты, приведен на рис. 4
.
Полный линейный ток Iл разложен здесь на две составляющие: активную Iлcosφ и реактивную Iлsinφ.
В результате решения системы уравнений для определения необходимых значений токов через конденсатор С1 и катушку L1:
IC1sin30° + IL1sin30° = Iлcosφ, IC1cos30° - IL1cos30° = Iлsinφ, 
получаем следующие значения этих токов:
IC1 = 2/√3⋅Iлsin(φ+60°), IL1 = 2/√3⋅Iлcos(φ+30°).
При чисто активной нагрузке (φ=0) формулы дают ранее полученный результат Ic1=IL1=Iл.
На рис. 5 приведены зависимости отношений токов Ic1 и IL1 к Iл от cosφ, рассчитанные по этим формулам Для (cosφ = √3/2 = 0,87) ток конденсатора С1 максимален и равен 2/√3Iл = 1.15Iл, а ток дросселя L1 вдвое меньше.
Этими же соотношениями с хорошей степенью точности можно пользоваться для типовых значений cosφ, равных 0,85...0,9.
Таблица 2
| P, Вт | IC1, A | IL1, A | C1, мкФ | L1, Гн |
|---|---|---|---|---|
| 100 | 0.35 | 0.18 | 5.1 | 3.99 |
| 200 | 0.70 | 0.35 | 10.2 | 2.00 |
| 300 | 1.05 | 0.53 | 15.2 | 1.33 |
| 400 | 1.40 | 0.70 | 20.3 | 1.00 |
| 500 | 1.75 | 0.88 | 25.4 | 0.80 |
| 600 | 2.11 | 1.05 | 30.5 | 0.67 |
| 700 | 2.46 | 1.23 | 35.6 | 0.57 |
| 800 | 2.81 | 1.40 | 40.6 | 0.50 |
| 900 | 3.16 | 1.58 | 45.7 | 0.44 |
| 1000 | 3.51 | 1.75 | 50.8 | 0.40 |
| 1100 | 3.86 | 1.93 | 55.9 | 0.36 |
| 1200 | 4.21 | 2.11 | 61.0 | 0.33 |
| 1300 | 4.56 | 2.28 | 66.0 | 0.31 |
| 1400 | 4.91 | 2.46 | 71.1 | 0.29 |
| 1500 | 5.26 | 2.63 | 76.2 | 0.27 |
В табл. 2 приведены значения токов IC1, IL1, протекающих через конденсатор С1 и дроссель L1 при различных величинах полной мощности нагрузки, имеющей указанное выше значение cosφ = √3/2.
Для такой фазосдвигающей цепи используют конденсаторы МБГО, МБГП, МБГТ, К42-4 на рабочее напряжение не менее 600 В или МБГЧ, К42-19 на напряжение не менее 250 В.
Дроссель проще всего изготовить из трансформатора питания стержневой конструкции от старого лампового телевизора. Ток холостого хода первичной обмотки такого трансформатора при напряжении 220 В обычно не превышает 100 мА и имеет нелинейную зависимость от приложенного напряжения.
Если же в магнитопровод ввести зазор порядка 0,2...1 мм, ток существенно возрастет, а зависимость его от напряжения станет линейной.
Сетевые обмотки трансформаторов ТС могут быть соединены так, что номинальное напряжение на них составит 220 В (перемычка между выводами 2 и 2"), 237 В (перемычка между выводами 2 и 3") или 254 В (перемычка между выводами 3 и 3"). Сетевое напряжение чаще всего подают на выводы 1 и 1". В зависимости от вида соединения меняются индуктивность и ток обмотки.
В табл. 3 приведены значения тока в первичной обмотке трансформатора ТС-200-2 при подаче на нее напряжения 220 В при различных зазорах в магнитопроводе и разном включении секций обмоток.
Сопоставление данных табл. 3 и 2 позволяет сделать вывод, что указанный трансформатор можно установить в фазосдвигающую цепь двигателя с мощностью примерно от 300 до 800 Вт и, подбирая зазор и схему включения обмоток, получить необходимую величину тока.
Индуктивность изменяется также в зависимости от синфазного или противофазного соединения сетевой и низковольтных (например, накальных) обмоток трансформатора.
Максимальный ток может несколько превышать номинальный ток в рабочем режиме. В этом случае для облегчения теплового режима целесообразно снять с трансформатора все вторичные обмотки, часть низковольтных обмоток можно использовать для питания цепей автоматики устройства, в котором работает электродвигатель.
Таблица 3
| Зазор в магнитопроводе, мм |
Ток в сетевой обмотке, A, при соединении выводов на напряжение, В |
||
|---|---|---|---|
| 220 | 237 | 254 | |
| 0.2 | 0.63 | 0.54 | 0.46 |
| 0.5 | 1.26 | 1.06 | 0.93 |
| 1 | - | 2.05 | 1.75 |
В табл. 4 приведены номинальные величины токов первичных обмоток трансформаторов различных телевизоров и ориентировочные значения мощности двигателя, с которыми их целесообразно использовать фазосдвигающую LC-цепь следует рассчитывать для максимально возможной нагрузки электродвигателя.
Таблица 4
| Трансформатор | Номинальный ток, A |
Мощность двигателя, Вт |
|---|---|---|
| ТС-360М | 1.8 | 600...1500 |
| ТС-330К-1 | 1.6 | 500...1350 |
| СТ-320 | 1.6 | 500...1350 |
| СТ-310 | 1.5 | 470...1250 |
| ТСА-270-1, ТСА-270-2, ТСА-270-3 |
1.25 | 400...1250 |
| ТС-250, ТС-250-1, ТС-250-2, ТС-250-2М, ТС-250-2П |
1.1 | 350...900 |
| ТС-200К | 1 | 330...850 |
| ТС-200-2 | 0.95 | 300...800 |
| ТС-180, ТС-180-2, ТС-180-4, ТС-180-2В |
0.87 | 275...700 |
При меньшей нагрузке необходимый сдвиг фаз уже не будет выдерживаться, но пусковые характеристики по сравнению с использованием одного конденсатора улучшатся.
Экспериментальная проверка проводилась как с чисто активной нагрузкой, так и с электродвигателем.
Функции активной нагрузки выполняли по две параллельно соединенных лампы накаливания мощностью 60 и 75 Вт, включенные в каждую нагрузочную цепь устройства (см рис. 1) , что соответствовало общей мощности 400 Вт В соответствии с табл. 1 емкость конденсатора С1 составляла 15 мкф Зазор в магнитопроводе трансформатора ТС-200-2 (0,5 мм) и схема соединения обмоток (на 237 В) были выбраны из соображений обеспечения необходимого тока 1,05 А.
Измеренные на нагрузочных цепях напряжения U1, U2, U3 отличались друг от друга на 2...3 В, что подтверждало высокую симметрию трехфазного напряжения.
Эксперименты проводились также с трехфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором АОЛ22-43Ф мощностью 400 Вт. Он работал с конденсатором С1 емкостью 20 мкф (кстати, такой же, как и при работе двигателя только с одним фазосдвигающим конденсатором) и с трансформатором, зазор и соединение обмоток которого выбраны из условия получения тока 0,7 А.
В результате удалось быстро запустить двигатель без пускового конденсатора и заметно увеличить крутящий момент, ощущаемый при торможении шкива на валу двигателя.
К сожалению, провести более объективную проверку затруднительно, поскольку в любительских условиях практически невозможно обеспечить нормированную механическую нагрузку на двигатель.
Следует помнить, что фазосдвигающая цепь — это последовательный колебательный контур, настроенный на частоту 50 Гц (для варианта чисто активной нагрузки), и без нагрузки подключать к сети эту цепь нельзя.
Запуск 3х фазного двигателя от 220 Вольт
Часто возникает необходимость в подсобном хозяйстве подключать трехфазный электродвигатель , а есть только однофазная сеть (220 В). Ничего, дело поправимое. Только придется подключить к двигателю конденсатор, и он заработает.
Емкость применяемого конденсатора, зависит от мощности электродвигателя и рассчитывается по формуле
С = 66·Р ном,
где С - емкость конденсатора, мкФ, Р ном - номинальная мощность электродвигателя, кВт.
Например, для электродвигателя мощностью 600 Вт нужен конденсатор емкостью 42 мкФ. Конденсатор такой емкости можно собрать из нескольких параллельно соединенных конденсаторов меньшей емкости:
C общ = C 1 + C 1 + … + С n
Итак, суммарная емкость конденсаторов для двигателя мощностью 600 Вт должна быть не менее 42 мкФ. Необходимо помнить, что подойдут конденсаторы, рабочее напряжение которых в 1,5 раза больше напряжения в однофазной сети.
В качестве рабочих конденсаторов могут быть использованы конденсаторы типа КБГ, МБГЧ, БГТ. При отсутствии таких конденсаторов применяют и электролитические конденсаторы. В этом случае корпуса конденсаторов электролитических соединяются между собой и хорошо изолируются.
Отметим, что частота вращения трехфазного электродвигателя, работающего от однофазной сети, почти не изменяется по сравнению с частотой вращения двигателя в трехфазном режиме.
Большинство трехфазных электродвигателей подключают в однофазную сеть по схеме «треугольник» (рис. 1 ). Мощность, развиваемая трехфазным электродвигателем, включенным по схеме «треугольник», составляет 70-75% его номинальной мощности.
Рис 1. Принципиальная (а) и монтажная (б) схемы подсоединения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть по схеме «треугольник»
Трехфазный электродвигатель подключают так же по схеме «звезда» (рис. 2).
Рис. 2. Принципиальная (а) и монтажная (б) схемы подсоединения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть по схеме «звезда»
Чтобы произвести подключение по схеме «звезда», необходимо две фазные обмотки электродвигателя подключить непосредственно в однофазную сеть (220 В), а третью - через рабочий конденсатор (С р) к любому из двух проводов сети.
Для пуска трехфазного электродвигателя небольшой мощности обычно достаточно только рабочего конденсатора, но при мощности больше 1,5 кВт электродвигатель либо не запускается, либо очень медленно набирает обороты, поэтому необходимо применять еще пусковой конденсатор (С п). Емкость пускового конденсатора в 2,5-3 раза больше емкости рабочего конденсатора. В качестве пусковых конденсаторов лучше всего применяют электролитические конденсаторы типаЭП или такого же типа, как и рабочие конденсаторы.
Схема подключения трехфазного электродвигателя с пусковым конденсатором С п показана на рис. 3 .
Рис. 3. Схема подсоединения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть по схеме «треугольник» с пусковым конденсатором С п
Нужно запомнить: пусковые конденсаторы включают только на время запуска трехфазного двигателя, подключенного к однофазной сети на 2-3 с, а затем пусковой конденсатор отключают и разряжают.
Обычно выводы статорных обмоток электродвигателей маркируют металлическими или картонными бирками с обозначением начал и концов обмоток. Если же бирок по каким-либо причинам не окажется, поступают следующим образом. Сначала определяют принадлежность проводов к отдельным фазам статорной обмотки. Для этого возьмите любой из 6 наружных выводов электродвигателя и присоедините его к какому-либо источнику питания, а второй вывод источника подсоедините к контрольной лампочке и вторым проводом от лампы поочередно прикоснитесь к оставшимся 5 выводам статорной обмотки, пока лампочка не загорится. Загорание лампочки означает, что 2 вывода принадлежат к одной фазе. Условно пометим бирками начало первого провода С1, а его конец - С4. Аналогично найдем начало и конец второй обмотки и обозначим их C2 и C5, а начало и конец третьей - СЗ и С6.
Следующим и основным этапом будет определение начала и конца статорных обмоток . Для этого воспользуемся способом подбора, который применяется для электродвигателей мощностью до 5 кВт. Соединим все начала фазных обмоток электродвигателя согласно ранее присоединенным биркам в одну точку (используя схему «звезда») и включим двигатель в однофазную сеть с использованием конденсаторов.
Если двигатель без сильного гудения сразу наберет номинальную частоту вращения, это означает, что в общую точку попали все начала или все концы обмотки. Если при включении двигатель сильно гудит и ротор не может набрать номинальную частоту вращения, то в первой обмотке поменяйте местами выводы С1 и С4. Если это не помогает, концы первой обмотки верните в первоначальное положение и теперь уже выводы C2 и С5 поменяйте местами. То же самое сделайте в отношении третьей пары, если двигатель продолжает гудеть.
При определении начал и концов фазных обмоток статора электродвигателя строго придерживайтесь правил техники безопасности. В частности, прикасаясь к зажимам статорной обмотки, провода держите только за изолированную часть. Это необходимо делать еще и потому, что электродвигатель имеет общий стальной магнитопровод и на зажимах других обмоток может появиться большое напряжение.
Для изменения направления вращения ротора трехфазного электродвигателя, включенного в однофазную сеть по схеме «треугольник» (см. рис. 1 ), достаточно третью фазную обмотку статора (W ) подсоединить через конденсатор к зажиму второй фазной обмотки статора (V ).
Чтобы изменить направление вращения трехфазного электродвигателя, включенного в однофазную сеть по схеме «звезда» (см. рис. 2, б ), нужно третью фазную обмотку статора (W ) подсоединить через конденсатор к зажиму второй обмотки (V ). Направление вращения однофазного двигателя изменяют, поменяв подключение концов пусковой обмотки П1 и П2 (рис. 4) .
При проверке технического состояния электродвигателей нередко можно с огорчением заметить, что после продолжительной работы появляются посторонний шум и вибрация, а ротор трудно повернуть вручную. Причиной этого может быть плохое состояние подшипников: беговые дорожки покрыты ржавчиной, глубокими царапинами и вмятинами, повреждены отдельные шарики и сепаратор. Во всех случаях необходимо детально осмотреть электродвигатель и устранить имеющиеся неисправности. При незначительном повреждении достаточно промыть подшипники бензином, смазать их, очистить корпус двигателя от грязи и пыли.
Чтобы заменить поврежденные подшипники, удалите их винтовым съемником с вала и промойте бензином место посадки подшипника. Новый подшипник нагрейте в масляной ванне до 80° С. Уприте металлическую трубу, внутренний диаметр которой немного превышает диаметр вала, во внутреннее кольцо подшипника и легкими ударами молотка по трубе насадите подшипник на вал электродвигателя. После этого заполните подшипник на 2/3 объема смазкой. Сборку производите в обратном порядке. В правильно собранном электродвигателе ротор должен вращаться без стука и вибрации.
В статье собраны советы, как можно подключить такой электродвигатель в однофазную сеть без использования конденсаторной батареи или частотного преобразователя за счет импульса тока от электронного ключа. Они дополняются схемами и видеороликом.
Принцип работы электронного ключа
Если собрать обмотки асинхронного электродвигателя по схеме треугольника и подключить к напряжению однофазной сети 220 вольт, то через них станут протекать одинаковые токи, как показано на графике ниже.
Угловое смещение любой обмотки относительно других составляет 120 градусов. Поэтому магнитные поля от каждой из них будут складываться, устранять взаимное влияние.
Создаваемое результирующее магнитное поле статора не будет оказывать влияние на ротор: он останется в состоянии покоя.
Чтобы электродвигатель начал вращение необходимо через его обмотки пропустить сдвинутые на 120° токи, как это делается в нормальной трехфазной системе питания или за счет . Тогда двигатель станет вырабатывать мощность с минимальными потерями, обладая наибольшим КПД.
Широко распространённые промышленные позволяет ему работать, но с меньшим КПД и большими потерями, что, чаще всего, вполне допустимо.
Альтернативными методами являются:
- Механическая раскрутка ротора, например, за счет ручной намотки шнура на вал и резкого его прокручивания рывком при поданном напряжении;
- Сдвиг фаз токов за счет кратковременного использования электронного ключа, коммутирующего электрическое сопротивление одной обмотки.
Поскольку первый способ «намотал и дернул» не вызывает трудностей, то сразу анализируем второй.
На верхней схеме показан подключенный параллельно обмотке B электронный ключ «k». Это довольно условное обозначение принято для объяснения принципа работы электродвигателя за счет формирования токового импульса.
Как запускается двигатель
Обмотки статора подключены по схеме треугольника. На одну из них (A) подается напряжение 220 вольт. Параллельно ей подключена еще одна цепочка из двух последовательных обмоток (B+C).
По закону Ома напряжение сети создает в них токи. Их величина зависит от сопротивления. Все обмотки одинаковы. Поэтому в (A) ток больше, а (B+C) в 2 раза меньше по величине. Причем по фазе они совпадают. При такой ситуации они не способны создать вращающееся магнитное поле, достаточное для запуска ротора.
Параллельно обмотке (B) подключена электронная схема, обозначенная как ключ K. Он находится в разомкнутом состоянии, но кратковременно замыкается в момент достижения максимального напряжения на обмотке С.
Электронный ключ закорачивает обмотку В и падение напряжения на обмотке С скачком возрастает в два раза, что в итоге и обеспечивает сдвиг фаз токов в обмотках А и С. Важно отметить, что ток в обмотках (А) и (В+С) в этот момент равен нулю.
Угол сдвига фаз φ, необходимый для запуска двигателя, достаточно выдержать в интервале 50÷70°, хотя идеальный вариант - 120.
Конструкция фазосдвигающего электронного ключа может собираться из разных деталей. Наиболее подходящие устройства для бытовых целей по мере их сложности представлены ниже.
Схема запуска электродвигателя до 2 кВт
Ее описание можно найти в №6 журнала Радио за 1996 год. Автор статьи В Голик предлагает конструкцию двунаправленного (положительной и отрицательной полугармоник) электронного ключа на двух диодах и тиристорах с управлением транзисторным блоком.
Описание технологии
Силовые диоды VD1 и VD2 совместно с тиристорами VS1, VS2 образуют мост, который управляется прямым и обратным биполярными транзисторами. Положение подстроечного резистора R7 влияет на напряжение открытия VT1, VT2.
Срабатывание транзисторного ключа обеспечивает кратковременный сдвиг фаз токов в обмотках и создание вращающегося магнитногого поля, раскручивающего ротор.
Благодаря приложенному моменту магнитных сил к ротору, последний начинает вращение. Его энергия постоянно пополняется на каждой полуволне очередным импульсом.
Особенности монтажа
Автор выполнил электронный ключ на стеклопластиковой плате и поместил его в изолированный корпус с возможностью подключения входных и выходных цепей через контактные выводы. Вариант исполнения схемы навесным монтажом тоже имеет право на реализацию.
Для работы электродвигателей небольших мощностей допустимо силовые диоды и тиристоры размещать без радиаторов. Но обеспечить хороший теплоотвод с них и надежную работу лучше заранее, включив эти элементы в конструкцию электронного ключа.
Номиналы электронных компонентов указаны прямо на схеме.
С целью обеспечения безопасности следует хорошо выполнить изоляцию корпуса электронного блока, исключить случайное прикосновение к его деталям во время работы: они все находятся под напряжением 220 вольт.
Принципы наладки
Ползунок резистора R7 «Режим» имеет два крайних положения:
- минимального;
- и максимального сопротивления.
В первом случае электронный ключ открыт и создает максимальный импульс сдвига тока в обмотке, а во втором - закрыт: вращение ротора исключено.
Запуск трехфазного двигателя осуществляют на максимально допустимом сдвиге фазы тока внутри обмотки. Затем положением R7 выставляют его рабочие обороты и мощность.
Проверенные модели
- числом оборотов 1360 и мощностью 370 ватт (АААМ63В4СУ1);
- 1380 об/мин, 2 кВт.
Результаты экспериментов его устроили.
Две схемы на симисторах
Следующие 2 конструкции электронного ключа описал В Бурлако в 1999 году. Они опубликованы в журнале Сигнал №4.
Запуск легкого электродвигателя
Устройство разработано для двигателей с мощностью до 2,2 кВт, имеет минимальный набор электронных деталей.
Конденсатор С, обладая емкостным сопротивлением, под действием приложенного к его пластинам напряжения, сдвигает вектор тока вперед на 90 градусов, направляя его на управление динистором VS2.
Разность потенциалов на конденсаторе регулируется суммарным сопротивлением R1, R2. Импульс динистора поступает на управляющий электрод симистора VS1, который вбрасывает ток в обмотку электродвигателя.
Схема пуска двигателя под нагрузкой
Для станков и механизмов, создающих большое противодействие раскрутке ротора, можно порекомендовать переключить обмотки на схему разомкнутой звезды с созданием двух раскручивающих моментов.
Полярность обмоток двигателя указана точками на схеме. Фазосдвигающие цепочки импульсов тока работают по той же технологи, что и в предыдущих случаях. Номиналы электрических деталей проставлены рядом с их графическими обозначениями.
Особенности наладки
Все три контакта этого пускателя при нажатии на кнопку «Пуск» замыкаются одновременно, а при отпускании:
- два крайних остаются в замкнутом состоянии;
- средний - разрывается, отключая цепь пусковой обмотки.
Через этот средний контакт в обеих схемах подается импульс тока. Схема работает только на время, необходимое для раскрутки двигателя, после чего выводится из работы, отключается от питающего напряжения.
Момент запуска двигателя в каждой схеме подбирают после подачи напряжения изменением сопротивления R2. При этом в треугольнике до момента раскрутки ротора проходят большие токи, вызывающие сильные вибрации конструкции. Для их уменьшения рекомендуется подбирать фазосдвигающий импульс ступенями, а не плавно.
При оптимальном положении R2 двигатель запускается без вибраций.
Для двигателей небольшой мощности можно осуществлять монтаж симисторов без радиаторов охлаждения, но последние все же повышают надежность схемы.
Мое мнение о методе
В трех рассмотренных схемах ток рабочего режима протекает по всем подключенным обмоткам. Полное расходование приложенной энергии тратится не рентабельно. Только около 30% ее мощности создает вращение ротора. Остальная часть порядка 70% - безвозвратные потери.
Если кого-то устраивает запуск трехфазного двигателя в однофазной сети по этой схеме, то это ваш выбор. Я же сделал обзор этих схем, чтобы показать их положительные и отрицательные стороны, не навязывая собственное мнение.
Этой темой стали массово пользоваться создатели видеороликов на Ютубе, набирая количество просмотров и подписчиков, как ЮКА ЛАХТ, в своем видео «Без конденсаторный запуск трехфазного двигателя».
Делайте выбор осознанно, а если остались вопросы по теме, то сейчас вам удобно задать их в комментариях.
Схемы подключения трехфазного двигателя — двигатели, рассчитанные на работу от трехфазной сети, имеют производительность гораздо выше, чем однофазные моторы на 220 вольт. Поэтому, если в рабочем помещении проведены три фазы переменного тока, то оборудование необходимо монтировать с учетом подключения к трем фазам. В итоге, трехфазный двигатель, подключенный к сети, дает экономию энергии, стабильную эксплуатацию устройства. Не нужно подключать дополнительные элементы для запуска. Единственным условием хорошей работы устройства является безошибочное подключение и монтаж схемы, с соблюдением правил.
Схемы подключения трехфазного двигателя
Из множества созданных схем специалистами для монтажа асинхронного двигателя практически используют два метода.
- Схема звезды.
- Схема треугольника.
Названия схем даны по методу подключения обмоток в питающую сеть. Чтобы на электродвигателе определить, по какой схеме он подключен, необходимо посмотреть указанные данные на металлической табличке, которая установлена на корпусе двигателя.
Даже на старых образцах моторов можно определить метод соединения статорных обмоток, а также напряжение сети. Эта информация будет верна, если двигатель уже был в эксплуатации, и никаких проблем в работе нет. Но иногда нужно произвести электрические измерения.
Схемы подключения трехфазного двигателя звездой дают возможность плавного запуска мотора, но мощность оказывается меньше номинального значения на 30%. Поэтому по мощности схема треугольника остается в выигрыше. Существует особенность по нагрузке тока. Сила тока резко увеличивается при запуске, это отрицательно сказывается на обмотке статора. Возрастает выделяемое тепло, которое губительно воздействует на изоляцию обмотки. Это приводит к нарушению изоляции, и поломке электродвигателя.
Много европейских устройств, поставленных на отечественный рынок, имеют в комплекте европейские электродвигатели, действующие с напряжением от 400 до 690 В. Такие 3-фазные моторы необходимо монтировать в сеть 380 вольт отечественного напряжения только по треугольной схеме обмоток статора. В противном случае моторы сразу будут выходить из строя. Российские моторы на три фазы подключаются по звезде. Изредка производится монтаж схемы треугольника для получения от двигателя наибольшей мощности, применяемой в специальных видах промышленного оборудования.
Изготовители сегодня дают возможность подключать трехфазные электромоторы по любой схеме. Если в монтажной коробке три конца, то произведена заводская схема звезды. А если есть шесть выводов, то мотор можно подключать по любой схеме. При монтаже по звезде нужно три вывода начал обмоток объединить в один узел. Остальные три вывода подать на фазное питание напряжением 380 вольт. В схеме треугольника концы обмоток соединяют последовательно по порядку между собой. Фазное питание подсоединяется к точкам узлов концов обмоток.
Проверка схемы подключения мотора
Представим худший вариант выполненного подключения обмоток, когда на заводе не обозначены выводы проводов, сборка схемы проведена во внутренней части корпуса мотора, и наружу выведен один кабель. В этом случае необходимо разобрать электродвигатель, снять крышки, разобрать внутреннюю часть, разобраться с проводами.
Метод определения фаз статора
После разъединения выводных концов проводов применяют мультиметр для измерения сопротивления. Один щуп подключают к любому проводу, другой подносят по очереди ко всем выводам проводов, пока не найдется вывод, принадлежащий к обмотке первого провода. Аналогично поступают на остальных выводах. Нужно помнить, что обязательна маркировка проводов, любым способом.
Если в наличии нет мультиметра или другого прибора, то используют самодельные пробники, сделанные из лампочки, проводов и батарейки.
Полярность обмоток
Чтобы найти и определить полярность обмоток, необходимо применить некоторые приемы:
- Подключить импульсный постоянный ток.
- Подключить переменный источник тока.
Оба способа действуют по принципу подачи напряжения на одну катушку и его трансформации по магнитопроводу сердечника.
Как проверить полярность обмоток батарейкой и тестером
На контакты одной обмотки подключают вольтметр с повышенной чувствительностью, который может отреагировать на импульс. К другой катушке быстро присоединяют напряжение одним полюсом. В момент подключения контролируют отклонение стрелки вольтметра. Если стрелка двигается к плюсу, то полярность совпала с другой обмоткой. При размыкании контакта стрелка пойдет к минусу. Для 3-й обмотки опыт повторяют.
Путем изменения выводов на другую обмотку при включении батарейки определяют, насколько правильно сделана маркировка концов обмоток статора.
Проверка переменным током
Две любые обмотки включают параллельно концами к мультиметру. На третью обмотку включают напряжение. Смотрят, что показывает вольтметр: если полярность обеих обмоток совпадает, то вольтметр покажет величину напряжения, если полярности разные, то покажет ноль.
Полярность 3-й фазы определяют путем переключения вольтметра, изменения положения трансформатора на другую обмотку. Далее, производят контрольные измерения.
Схема звезды
Этот тип схемы подключения трехфазного двигателя образуется путем соединения обмоток в разные цепи, объединенные нейтралью и общей точкой фазы.
Такую схему создают после того, как проверена полярность обмоток статора в электромоторе. Однофазное напряжение на 220В через автомат подают фазу на начала 2-х обмоток. К одной врезают в разрыв конденсаторы: рабочие и пусковые. На третий конец звезды подводят нулевой провод питания.
Величину емкости конденсаторов (рабочих) определяют по эмпирической формуле:
С = (2800 · I) / U
Для схемы запуска емкость повышают в 3 раза. В работе мотора при нагрузке нужно контролировать величину токов обмоток измерениями, корректировать емкость конденсаторов по средней нагрузке привода механизма. В противном случае произойдет, перегрев устройства, пробой изоляции.
Подключение мотора в работу хорошо делать через выключатель ПНВС, как показано на рисунке.
В нем уже сделана пара контактов замыкания, которые вместе подают напряжение на 2 схемы путем кнопки «Пуск». Во время отпускания кнопки цепь разрывается. Такой контакт применяют для запуска цепи. Полное отключение питания делают, нажав на «Стоп».
Схема треугольника
Схемы подключения трехфазного двигателя треугольником является повтором прошлого варианта в запуске, но имеет отличие методом включения обмоток статора.
Токи, проходящие в них, больше значений цепи звезды. Рабочие емкости конденсаторов нуждаются в повышенных номинальных емкостях. Они рассчитываются по формуле:
С = (4800 · I) / U
Правильность выбора емкостей также вычисляют по отношению токов в катушках статора путем измерения с нагрузкой.
Двигатель с магнитным пускателем
Трехфазный электродвигатель работает через по аналогичной схеме с автоматическим выключателем. Такая схема имеет дополнительно блок включения и выключения, с кнопками Пуск и Стоп.
Одна фаза, нормально замкнутая, соединенная с мотором, подключается к кнопке Пуск. При ее нажатии контакты замыкаются, ток идет к электромотору. Необходимо учитывать, что при отпускании кнопки Пуск, клеммы разомкнутся, питание отключится. Чтобы такой ситуации не произошло, магнитный пускатель дополнительно оборудуют вспомогательными контактами, которые называют самоподхватом. Они блокируют цепь, не дают ей разорваться при отпущенной кнопке Пуск. Выключить питание можно кнопкой Стоп.
В результате, 3-фазный электромотор можно подключать к сети трехфазного напряжения совершенно разными методами, которые выбираются по модели и типу устройства, условиям эксплуатации.
Подключение мотора от автомата
Общий вариант такой схемы подключения выглядит как на рисунке:
Здесь показан автомат защиты, который выключает напряжение питания электромотора при чрезмерной нагрузке по току, и по короткому замыканию. Автоматический защитный выключатель – это простой 3-полюсный выключатель с тепловой автоматической характеристикой нагруженности.
Для примерного расчета и оценки нужного тока тепловой защиты, необходимо мощность по номиналу двигателя, рассчитанного на работу от трех фаз, увеличить в два раза. Номинальная мощность указывается на металлической табличке на корпусе мотора.
Такие схемы подключения трехфазного двигателя вполне могут работать, если нет других вариантов подключения. Длительность работы нельзя прогнозировать. Это тоже самое, если скрутить алюминиевый провод с медным. Никогда не знаешь, через какое время скрутка сгорит.
При применении схемы подключения трехфазного двигателя нужно аккуратно выбрать ток для автомата, который должен быть на 20% больше тока работы мотора. Свойства тепловой защиты выбрать с запасом, чтобы при запуске не сработала блокировка.
Если для примера, двигатель на 1,5 киловатта, наибольший ток 3 ампера, то автомат нужен минимум на 4 ампера. Преимуществом этой схемы соединения мотора является низкая стоимость, простое исполнение и техобслуживание.
Если электродвигатель в одном числе, и работает полную смену, то есть следующие недостатки:
- Нельзя отрегулировать тепловой ток сработки автоматического выключателя. Чтобы защитить электромотор, ток защитного отключения автомата устанавливают на 20% больше рабочего тока по номиналу мотора. Ток электродвигателя нужно через определенное время замерять клещами, настраивать ток тепловой защиты. Но у простого автоматического выключателя нет возможности настроить ток.
- Нельзя дистанционно выключить и включить электродвигатель.
