Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Начала и концы обмоток (различные варианты)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Схемы подключения трехфазного двигателя в однофазную сеть

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

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

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

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

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

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

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

Для соединения «треугольником»:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Источник

Подключение трехфазного двигателя к сети 220 или 380 В

При изготовлении или эксплуатации устройств с мощным электроприводом нередко приходится самостоятельно выбирать нужный электродвигатель и подключать его к сети – трехфазной или однофазной. Из этой статьи мы узнаем, как подключить трехфазный асинхронный двигатель к сетям напряжением 380 и 220 В.

Звезда и треугольник

Конструктивно мотор состоит из статора, на котором размещены три обмотки, и ротора. При подаче питающего напряжения, мы создаем вокруг этих обмоток вращающее поле, которое пытается «вытолкнуть» ротор из статора, представляющего собой набор короткозамкнутых витков, заставляя его вращаться.

Взглянем повнимательнее на статор. Он, как было сказано выше, состоит из трех обмоток, соединенных одним из двух способов:

Какая из схем лучше? Соединение «треугольником» обеспечивает более мягкий пуск, и, соответственно, меньшие пусковые токи. Но при таком подключении электродвигатель не развиваем паспортной мощности на валу. При включении «звездой» паспортная мощность развивается полностью, но пусковые токи много больше, что может потребовать специальных мер.

Важно! Есть и еще один нюанс при выборе схемы включения – питающее напряжение. Один и тот же двигатель, включенный по разным схемам, требует разных напряжений питания.

Напряжения

Самыми распространенными на сегодняшний день являются трехфазные двигатели на 380/220, 660/380 и 220/127 В. Что это значит, почему напряжения разбиты по парам? Дело в том, что при включении обмоток «звездой» требуется большее напряжение питания. К примеру 380/220 означает, что «звездой» двигатель нужно подключить к сети 380 В (линейное), а треугольником – 220 В (линейное). Поэтому прежде, чем выбирать схему, необходимо определиться, какие электродвигатель и сеть есть в нашем распоряжении.

Ну какое напряжение у нас в доме, мы, конечно, знаем. Осталось разобраться с двигателем. Взглянем на шильдики, расположенные на корпусе моторов. Согласно им оба эти мотора можно включить «треугольником» в сеть 220 В или «звездой» 380 В.

При этом в первом случае ток потребления будет несколько выше. Но, как было замечено выше, есть двигатели и на другое напряжение. Шильдики, фото которых представлены ниже, говорят о том, что их обладатели могут работать по схеме «звезда» в сети 380 и «треугольник» 660 В. Причем один из них (верхнее фото) способен использоваться в сетях 440/760 В, но частота этих сетей должна быть 60 Гц.

Важно! Вполне очевидно, что моторы из обоих примеров можно включить в сеть 380 В, но только по разным схемам – «треугольником» и «звездой» соответственно.

Как переключить обмотки?

Большинство трехфазных электромоторов изготавливаются с открытой схемой – их можно подключить и звездой, и треугольником. Достаточно просто переставить перемычки на распредкоробке БРНА (Блок Распределения (расключения) Начал Обмоток).

Стандартная схема установки перемычек для схем «звезда» и «треугольник» приведена на рисунке ниже.

Но встречаются двигатели, у которых блок распределения имеет всего 3 клеммы. Это означает, что обмотки уже включены по той или иной схеме и их осталось только подключить к сети. К примеру, двигатель, шильдик которого изображен ниже, можно включить только «звездой».

Полезно! При желании и некоторых умениях можно разобрать двигатель, разобраться в обмотках и соединить их по другой схеме. При этом мотор будет отлично работать.

Схема включения в сеть

С напряжениями и «звездами» разобрались, попробуем включить электродвигатель в сеть. Обычно это делают при помощи мощного реле – пускателя (контактора). Независимо от того, как соединены между собой обмотки, схема будет одна и та же.

Включение без возможности реверса

Начнем с обычного включения, когда нам не требуется реверс (обратное вращение). Взглянем на схему, она предельно проста:

Как только мы включим автомат QF, напряжение с фазы «В» поступит на электромагнит пускателя КМ-1. Напряжение же с фазы «С» пройдет через нормально замкнутую кнопку «Стоп» и появится на одном из выводов нормально разомкнутой кнопки «Пуск». Электромагнит контактора обесточен, его силовые контакты разомкнуты, двигатель АД не работает.

Нажимаем на кнопку «Пуск». Контактор срабатывает, подключая двигатель к сети, и отдельным контактом управления КМ-1.1 шунтирует (закорачивает) эту кнопку, которую теперь можно отпустить. Если мы хотим остановить двигатель, то нажимаем на кнопку «Стоп». Она снимает питание с электромагнита пускателя, тот в свою очередь снимает напряжение с мотора и одновременно разблокирует кнопку «Пуск». Кнопку «Стоп» можно отпустить.

Включение с реверсом

Для решения некоторых задач, к примеру, конвейер, кран-балка и т.п., требуется, чтобы двигатель вращался в обе стороны. Чтобы обеспечить обратное вращение, достаточно поменять местами фазы «А» и «С». Сделать это несложно, но понадобится еще один пускатель и кнопка на замыкание. Взглянем на схему ниже.

Итак, кнопа «Стоп» замкнута, кнопки «Вперед» и «Назад» разомкнуты. Оба контактора отключены, двигатель молчит. Предположим, мы нажмем на кнопку «Вперед». При этом сработает контактор КМ-1, запустит двигатель и заблокирует эту кнопку. Теперь остановим мотор кнопкой «Стоп» и нажмем «Назад». Включится нижний по схеме контактор КМ-2 и подаст напряжение на мотор, но при этом поменяет местами фазы «А» и «С». Ну и, естественно, эта кнопка будет заблокирована его контактами управления.

А теперь обратим внимание на нормально замкнутые контакты КМ-1.2 и КМ-2.2. Они выполняют очень важную функцию. Если нажать на кнопку «Назад» в то время, когда мотор работает вперед (включен контактор КМ-1), то произойдет короткое замыкание между фазами «А» и «С». То же самое произойдет, если нажать на «Вперед», при включенном контакторе КМ-2.

Чтобы избежать подобной неприятности, и введены эти 2 цепи. Первая (КМ-1.2) размыкает цепь питания контактора КМ-2, когда включен КМ-1 и наоборот. Таким образом, оба контактора не смогут работать одновременно, не выжгут нам линию и не сгорят сами.

Полезно! Практически все контакторы имеют как нормально замкнутые, так и нормально разомкнутые контакты управления, так что проблем со сборкой такой схемы не будет.

Включаемся в однофазную сеть

оказывается, трехфазный двигатель может работать и от одной фазы. Правда, развиваемая им мощность будет много меньше паспортной, но нередко и этого достаточно. В зависимости от рабочего напряжения самого мотора и напряжения питания обмотки в однофазную сеть можно подключить и «звездой», и треугольником. Для этого понадобится лишь дополнительный фазосдвигающий конденсатор, который будет питать третью обмотку.

Если в нашем распоряжении двигатель с рабочим напряжением 220/127 В, то включаем его по схеме «треугольника»

такие двигатели в настоящее время встречаются намного реже, чем моторы на 380/220 В, поэтому чаще всего включение в однофазную сеть производится по схеме «звезда».

Емкость фазосдвигающего конденсатора, который называют рабочим, зависит от мощности двигателя, и может быть рассчитана по формуле:

Важно! Если мотор во время пуска имеет большую нагрузку на валу, то для надежного его запуска используют дополнительный пусковой конденсатор, кратковременно подключаемый к рабочему. После выхода мотора на номинальную мощность, этот конденсатор нужно отключить.

Схемы включения трехфазного двигателя в однофазную сеть по схеме «треугольник» и «звезда» с пусковым конденсатором

Вот, вроде, и все на тему включения трехфазного асинхронного двигателя. Теперь мы знаем, какими эти моторы бывают, по какой схеме можно соединить их обмотки, каким напряжением запитать и как запустить.

Источник