Для работы разнообразных электрических устройств используются асинхронные двигатели, которые просты и надежны в работе и монтаже – их легко можно установить своими руками. Подключение трехфазного двигателя к однофазной и трехфазной сети осуществляется звездой и треугольником.
Общая информация
Асинхронный трехфазный двигатель состоит из следующих основных частей: обмоток, подвижного ротора и неподвижного статора. Обмотки могут быть соединены межу собой, а к их открытым контактам подключается основное питание сети или последовательно, т. е. конец одной обмотки соединен с началом следующей.
Фото — схема звезда наглядноПодключение может осуществляться к однофазной, двухфазной и трехфазной сети, при этом двигатели в основном рассчитаны на два напряжения – 220/380 В. Переключение типа соединения обмоток позволяет менять номинальное напряжение. Несмотря на то, что в принципе подключение двигателя возможно и к однофазной сети, оно редко используется, т. к. конденсатор снижает эффективность устройства. И от номинальной мощности потребитель получает приблизительно 60 %. Но если иного варианта нет, то нужно подключать схемой «треугольник», тогда перегрузка мотора будет меньшей, чем при звезде.
Перед подсоединением обмоток в однофазной сети нужно обязательно проверить емкость конденсатора, который будет использоваться. Для этого нужна формула:
C мкф = P Вт /10
Если исходные параметры конденсатора неизвестны, то рекомендуется использовать пусковую модель, которая может «подстроиться» под работу двигателя и контролировать его обороты. Также часто для работы устройства с короткозамкнутым ротором используют реле тока или стандартный магнитный пускатель. Эта деталь схемы позволяет обеспечить полную автоматизацию рабочего процесса. Причем для бытовых моделей (с мощностью от 500 в до 1 кВт) можно использовать пускатель от стиралки или холодильника, в дальнейшем увеличивая емкость конденсатора или изменяя обмотку реле.
Видео: как подключать трехфазный двигатель в 220В
Способы подключения
При однофазной сети необходимо сдвигать фазу при помощи специальных деталей, чаще всего это конденсатор. Но в некоторых условиях его заменят тиристор. Если установить тиристорный ключ в корпус электродвигателя, то при закрытом положении он не только сдвигает фазы, но и значительно увеличивает пусковой момент. Это способствует повышению КПД до 70 %, что является прекрасным показателем для такого подсоединения. Используя только эту деталь можно отказаться от применения вентилятора и основных типов конденсаторов – пускового и рабочего.
Но и это подключение не является идеальным. При работе ЭД с тиристором потребляется на 30 % больше электрического тока, чем с конденсаторами. Поэтому такой вариант применяется только на производстве или при отсутствии выбора.
Рассмотрим, как производится подключение трехфазного асинхронного двигателя к трехфазной сети, если используется схема треугольник.
Фото — простой треугольник
На чертеже указаны два конденсатора – пусковой и рабочий, кнопка пуска, диод, сигнализирующий о начале работы и резисторная система торможения и полной остановки. Также в данном случае применяется переключатель, который имеет три позиции: «удержание», «старт», «стоп». При установке рукоятки в первом положении к контактам начинает поступать электрический ток. Здесь важно сразу же после того, как двигатель заведется перейти в режим «старт», иначе обмотки могут загореться из-за перегрузки. Во время окончания рабочего процесса рукоятка фиксируется в точке «стоп».
Фото — подключение при помощи конденсаторов электролитов
Иногда при подключении в фазу удобнее останавливать трехфазный двигатель за счет энергии, которая запасена в конденсаторе. Иногда вместо них используются электролиты, но это более сложный вариант установки устройства. В этом случае очень важны параметры конденсатора, в частности, его емкость – от неё зависит торможение и время полной остановки движущихся частей. Также в этой схеме используются выпрямляющие диоды и резисторы. Они помогут при необходимости ускорить остановку двигателя. Но их технические характеристики должны иметь следующий вид:
- У резистора сопротивление не должно превышать 7 кОм;
- Конденсатор должен выдерживать напряжение 350 вольт и выше (в зависимости от напряжения сети).
Имея под рукой схему с остановки мотора, при помощи конденсатора можно осуществить подключение с реверсом. Главным отличием от предыдущего чертежа является модернизация трехфазного двухскоростного двигателя за счет двойного переключателя и магнитного пускового реле. Переключатель также как и в предыдущих вариантах имеет несколько основных позиций, но фиксируется только на «старт» и «стоп» — это очень важно.
Фото — реверс при помощи пускателя
Реверсивное подключение двигателя возможно также через магнитный пускатель. В таком случае нужно изменить порядок очередности фаз статора, тогда можно будет обеспечить перемену направления вращения. Чтобы это сделать, нужно сразу после нажатия на кнопку пускателя «Вперед», нажать кнопку «Назад». После этого блокировочный контакт отключит катушку переднего хода и переведет питание на задний – направление вращения изменится. Но нужно быть внимательным при подключении пускателя – если перепутать местами контакты, то при переходе произойдет не реверсирование, а короткое замыкание.
Еще одним необычным способом, как можно подключить трехфазный двигатель, является вариант с использованием четырехполюсного УЗО. Её особенностью является возможность использования без нуля сети.
- В большинстве случаев, ЭД требуется только 3 фазы и 1 провод заземления, ноль необязателен, т. к. нагрузка симметрична;
- Принцип подключения таков: фазы питания отводим к автоматическому выключателю, а ноль соединяем прямо с клеммой УЗО – N, после этого её ни к чему не подключаем;
- От автомата кабели также аналогично подсоединяются к УЗО. Заземляем двигатель и все.
У магнитного пускателя есть силовые контакты предназначенные для коммутации цепей под нагрузкой и блок-контакты которые используются в цепях управления.
Контакты делятся на нормально-разомкнутые — контакты которые в своем нормальном положении, т.е. до подачи напряжения на катушку магнитного пускателя или до механического воздействия на них, находятся в разомкнутом состоянии и нормально-замкнутые — которые в своем нормальном положении находятся в замкнутом состоянии.
В новых магнитных пускателях имеется три силовых контакта и один нормально-разомкнутый блок-контакт. При необходимости наличия большего количества блок-контактов (например при сборке ), на магнитный пускатель сверху дополнительно устанавливается приставка с дополнительными блок-контактами (блок контактов) которая, как правило, имеет четыре дополнительных блок-контакта (к примеру два нармально-замкнутых и два нормально-разомкнутых).
Кнопки для управления электродвигателем входят в состав кнопочных постов, кнопочные посты могут быть однокнопочные, двухкнопочные, трехкнопочные и т.д.
Каждая кнопка кнопочного поста имеет по два контакта — один из них нормально-разомкнутый, а второй нормально-замкнутый, т.е. каждая из кнопок может использоваться как в качестве кнопки «Пуск» так и в качестве кнопки «Стоп».
Схема прямого включения электродвигателя
Данная схема является самой простой схемой подключения электродвигателя, в ней отсутствует цепь управления, а включение и отключение электродвигателя осуществляется автоматическим выключателем.
Главными достоинствами данной схемы является дешевизна и простота сборки, к недостаткам же данной схемы можно отнести то, что автоматические выключатели не предназначены для частого коммутирования цепей это, в сочетании с пусковыми токами, приводит к значительному сокращению срока службы автомата, кроме того в данной схеме отсутствует возможность устройства дополнительной защиты электродвигателя.
Схема подключения электродвигателя через магнитный пускатель
Эту схему так же часто называют схемой простого пуска электродвигателя , в ней, в отличии от предыдущей, кроме силовой цепи появляется так же цепь управления.
При нажатии кнопки SB-2 (кнопка «ПУСК») подается напряжение на катушку магнитного пускателя KM-1, при этом пускатель замыкает свои силовые контакты KM-1 запуская электродвигатель, а так же замыкает свой блок-контакт KM-1.1, при отпускании кнопки SB-2 ее контакт снова размыкается, однако катушка магнитного пускателя при этом не обесточивается, т.к. ее питание теперь будет осуществляться через блок-контак KM-1.1 (т.е. блок-контак KM-1.1 шунтирует кнопку SB-2). Нажатие на кнопку SB-1 (кнопка «СТОП») приводит к разрыву цепи управления, обесточиванию катушки магнитного пускателя, что приводит к размыканию контактов магнитного пускателя и как следствие, к остановке электродвигателя.
Реверсивная схема подключения электродвигателя (Как изменить направление вращения электродвигателя?)
Что бы поменять направление вращения трехфазного электродвигателя необходимо поменять местами любые две питающие его фазы:
При необходимости частой смены направления вращения электродвигателя применяется :
В данной схеме применяется два магнитных пускателя (KM-1, KM-2) и трехкнопочный пост, магнитные поскатели применяемые в данной схеме кроме нормально-разомкнутого блок-контакта должны так же иметь и нормально замкнутый контакт.
При нажатии кнопки SB-2 (кнопка «ПУСК 1») подается напряжение на катушку магнитного пускателя KM-1, при этом пускатель замыкает свои силовые контакты KM-1 запуская электродвигатель, а так же замыкает свой блок-контакт KM-1.1 который шунтирует кнопку SB-2 и размыкает свой блок-контакт KM-1.2 который защищает электродвигатель от включения в обратную сторону (при нажатии кнопки SB-3) до его предварительной остановки, т.к. попытка запуска электродвигателя в обратную сторону без предварительного отключения пускателя KM-1 приведет к короткому замыканию. Что бы запустить электродвигатель в обратную сторону необходимо нажать кнопу «СТОП» (SB-1), а затем кнопку «ПУСК 2» (SB-3) которая запитает катушку магнитного пускателя KM-2 и запустит электродвигатель в обратную сторону.
10Асинхронные трехфазные двигатели распространены в производстве и быту. Особенность заключается в том, что подсоединить их можно как к трехфазной, так и однофазной сети. В случае с однофазными моторами это невозможно: они работают только при питании от 220В. А какие существуют способы подключения двигателя 380 Вольт? Рассмотрим, как соединять статорные намотки в зависимости от количества фаз в электросети с использованием иллюстраций и обучающего видео.
Различают две базовые схемы (видео и схемы в следующем подразделе статьи):
- треугольник,
- звезда.
Преимущество соединения треугольником – работа на максимальной мощности. Но при включении электродвигателя в намотках продуцируются высокие пусковые токи, опасные для техники. При подключении звездой пуск мотора плавный, поскольку токи при нем низкие. Но достичь максимальной мощности при этом не получится.
В связи с вышесказанным двигатели при питании от 380 Вольт соединяют только звездой. Иначе высокий вольтаж при включении треугольником способен развить такие пусковые токи, что агрегат выйдет из строя. Но при высокой нагрузке выдаваемой мощности может не хватать. Тогда прибегают к хитрости: запускают двигатель звездой для безопасного включения, а затем переключаются с этой схемы на треугольник для набора высокой мощности.
Треугольник и звезда
Перед тем, как рассмотрим эти схемы, условимся:
- У статора есть 3 обмотки, у каждой из которых – по 1 началу и по 1 концу. Они выведены наружу в виде контактов. Поэтому для каждой намотки их 2. Будем обозначать: обмотка – О, конец – К, начало – Н. На схеме ниже 6 контактов, пронумерованных от 1 до 6. Для первой обмотки начало – 1, конец – 4. Согласно принятым обозначениям это НО1 и КО4. Для второй обмотки – НО2 и КО5, для третьей – НО3 и КО6.
- В электросети 380 Вольт 3 фазы: A, B и C. Их условные обозначения оставим прежними.
При соединении обмоток электродвигателя звездой сначала соединяют все начала: НО1, НО2 и НО3. Тогда к КО4, КО5 и КО6 соответственно подают питание от A, B и C.
При подключении асинхронного электродвигателя треугольником каждое начало соединяют с концом намотки последовательно. Выбор порядка номеров обмоток произвольный. Может получиться: НО1-КО5-НО2-КО6-НО3-КО2 .
Соединения звездой и треугольником выглядят так:
Пожалуй, наиболее распространённый и простой способ подключения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть при отсутствии питающего напряжения ~ 380 в – это способ с применением фазосдвигающего конденсатора, через который запитывается третья обмотка электродвигателя. Перед тем, как подключать трехфазный электродвигатель в однофазную сеть убедитесь, что его обмотки соединены “треугольником” (см. рис. ниже, вариант 2), т. к. именно это соединение даст минимальные потери мощности 3х-фазного двигателя при включении его в сеть ~ 220 в.
Мощность, развиваемая трехфазным электродвигателем, включенным в однофазную сеть с такой схемой соединения обмоток может составлять до 75% его номинальной мощности. При этом частота вращения двигателя практически не отличается от его частоты при работе в трёхфазном режиме.
На рисунке показаны клеммные колодки электродвигателей и соответствующие им схемы соединения обмоток. Однако, исполнение клеммной коробки электродвигателя может отличаться от показанного ниже – вместо клеммных колодок, в коробке может располагаться два разделённых пучка проводов (по три в каждом).
Эти пучки проводов представляют собой “начала” и “концы” обмоток двигателя. Их необходимо «прозвонить», чтобы разделить обмотки друг от друга и соединить по нужной нам схеме “треугольник” – последовательно, когда конец одной обмотки соединяется с началом другой т. д (С1-С6, С2-С4, С3-С5).
При включении трёхфазного электродвигателя в однофазную сеть, в схему “треугольник” добавляются пусковой конденсатор Сп, который используется кратковременно (только для запуска) и рабочий конденсатор Ср.
В качестве кнопки SB для запуска эл. двигателя небольшой мощности (до 1,5 кВт) можно использовать обычную кнопку “ПУСК”, применяемую в цепях управления магнитных пускателей.
Для двигателей большей мощности стоит заменить её на коммутационный аппарат помощнее – напр, автомат. Единственным неудобством в этом случае будет необходимость ручного отключения конденсатора Сп автоматом после того как электродвигатель наберёт обороты.
Таким образом, в схеме реализована возможность двухступенчатого управления электродвигателем, уменьшая общую ёмкость конденсаторов при “разгоне” двигателя.
Если мощность двигателя невелика (до 1 кВт), то запустить его можно будет и без пускового конденсатора, оставив в схеме лишь рабочий конденсатор Ср.
- С раб = 4800 I / U, мкФ – для двигателей, включенных в однофазную сеть с соединением обмоток “треугольник”.
- С раб = 2800 I / U, мкФ – для двигателей, включенных в однофазную сеть с соединением обмоток “звезда”.
Это наиболее точный способ, требующий, однако, измерения тока в цепи электродвигателя. Зная номинальную мощность двигателя, для определения ёмкости рабочего конденсатора лучше воспользоваться следующей формулой:
С раб = 66·Р ном, мкФ, где Р ном – номинальная мощность двигателя.
Упростив формулу, можно сказать, что для работы трёхфазного электродвигателя в однофазной сети, ёмкость конденсатора на каждые 0,1 кВт его мощности должна составлять около 7 мкФ.
Так, для двигателя мощностью 1,1 кВт ёмкость конденсатора должна составлять 77 мкФ. Такую ёмкость можно набрать несколькими конденсаторами, соединёнными друг с другом параллельно (общая ёмкость в этом случае будет равна суммарной), используя следующие типы: МБГЧ, БГТ, КГБ с рабочим напряжением, превышающим напряжение в сети в 1,5 раза.
Рассчитав ёмкость рабочего конденсатора можно определить ёмкость пускового – она должна превышать ёмкость рабочего в 2-3 раза. Применять конденсаторы для запуска следует тех-же типов, что и рабочие, в крайнем случае и при условии очень кратковременного запуска можно применить электролитические – типов К50-3, КЭ-2, ЭГЦ-М, рассчитанных на напряжение не менее 450 в.
Как подключить трёхфазный двигатель к однофазной сети.
подключение двигателя 380 на 220 вольт
правильный подбор конденсаторов для электродвигателя
Двигатели с тремя фазами необходимы для различных самоделок: циркулярок, деревообрабатывающих, заточных и сверлильных станков. Проблемы с ним могут возникнуть, если сеть однофазная. В таком случае, существует несколько способов подключения двигателя к сети.
Способ 1. Подключение третьей обмотки через фазосдвигающий конденсатор
Среди различных способов запуска трехфазных двигателей в однофазных сетях, самый простой и эффективный - с подключением третьей обмотки через фазосдвигающий конденсатор. Учитывая, что конденсатор сдвигает фазу третьей обмотки на 90°С, а между первой и второй фазами сдвиг незначителен, электромотор теряет мощность примерно на 40…50% при включении обмоток по схеме треугольника.
Чтобы электромотор с конденсаторным пуском работал нормально, емкость конденсатора должна меняться в зависимости от числа оборотов. На практике это условие выполнить трудно, двигателем обычно управляют двухступенчато: сначала включают с пусковым конденсатором (ввиду больших пусковых токов), а после разгона его отсоединяют, оставляя только рабочий (рис.1).
При нажатии па кнопку SB1 (можно использовать кнопку от стиральной машины - пускатель ПНВС-10 УХЛ2) электродвигатель М начинает разгоняться, а когда он наберет обороты, кнопку отпускают. SB1.2 размыкается, a SB1.1 и SB1.3 остаются замкнутыми. Их размыкают для остановки электродвигателя. Если SB 1.2 в кнопке не отходит, под него следует подложить шайбу так, чтобы он отходил. При соединении обмоток двигателя по схеме «треугольник» емкость рабочего конденсатора С2 определяется по формуле:
С2=4800 I/U
где I -ток, потребляемый мотором, А;
U - напряжение сети, В.
Ток, потребляемый электродвигателем, можно измерить амперметром или же рассчитать по формуле:
где Р - мощность двигателя, Вт;
U - напряжение сети, В;
n- КПД;
cosψ - коэффициент мощности. Емкость пускового конденсатора С1 выбирают в 2…2,5 раза больше рабочего при большой нагрузке на вал, а их допустимые напряжения должны превышать в 1,5 раза напряжение сети. Лучше всего применять конденсаторы марки МГБО, МБГП, МБГЧ с рабочим напряжением 500 В и выше. Пусковые конденсаторы необходимо зашунтировать резистором R1 сопротивлением 200…500 кОм, через который «стекает» оставшийся электрический заряд.
Реверсирование электромотора осуществляется путем переключения фазы на его обмотке тумблером SA1 (рис. 1) типа ТВ1…4 и т.п.
При работе в режиме холостого хода по питаемой через конденсаторы обмотке протекает ток, па 20…40% превышающий поминальный. Поэтому если электромотор будет часто использоваться в недогруженном режиме или вхолостую, емкость конденсатора С2 следует уменьшить. Например, для включения двигателя мощностью 1,5 кВт можно использовать в качестве рабочего конденсатор емкостью 100 мкФ, пускового - 60 мкФ. Значения емкостей рабочих и пусковых конденсаторов в зависимости от мощности двигателя приведены в таблице.
Способ 2. Запуск двигателя с использованием оксидных конденсаторов
Если нет возможности приобрести бумажные конденсаторы, можно использовать оксидные (электролитические) в качестве пусковых» На рис.2 приведена схема замены бумажных конденсаторов на электролитические. Положительная полуволна переменного тока проходит через цепочку VD1C1, а отрицательная - через VD2C2, поэтому электролиты можно использовать с меньшим допустимым напряжением, чем для обычных бумажных конденсаторов. Так, если для бумажных конденсаторов необходимо напряжение 400 В и выше, то для электролита достаточно 300…350 В, потому что он пропускает только одну полуволну переменного тока, и следовательно, к нему прикладывается лишь половина действующего напряжения, а для надежности он должен выдержать амплитудное напряжение однофазной сети, т.е. примерно 300 В. Их расчет аналогичен расчету бумажных.
Схема включения такого двигателя с помощью электролитических конденсаторов приведена на рис.3. Подобрать нужное значение емкости бумажных и оксидных конденсаторов проще всего измерив, ток в точках а, в, с - токи должны быть равны при оптимальной нагрузке на вал двигателя. Диоды VD1, VD2 выбираются с обратным напряжением не менее 300 В и 1пр. мах=10А. При большей мощности двигателя диоды устанавливаются на теплоотводы по два в плече, иначе может произойти пробой диодов и через оксидный конденсатор потечет переменный ток, в результате чего спустя некоторое время электролит может нагреться и разорваться. Электролитические конденсаторы в качестве рабочих применять нежелательно, поскольку длительное протекание через них больших токов приводит к их разогреванию и взрыву. Их лучше всего использовать в качестве пусковых.
Способ 3. Подключение пусковых конденсаторов с помощью токового реле
Если трехфазный электродвигатель используется при динамических (больших) нагрузках на вал, можно использовать схему подключения пусковых конденсаторов с помощью токового реле, которое позволяет в момент больших нагрузок на вал автоматически подключать и отключать пусковые конденсаторы (рис.3).
При подключении обмоток по схеме, приведенной на рис.4, мощность электродвигателя составляет 75% от номинальной мощности в трехфазном режиме, т.е. потери составляют примерно 25%, поскольку обмотки А и В включены противофазно на полное напряжение 220 В, а напряжение вращения определяется включением обмотки С. Фазирование обмоток показано точками.
Способ 4. Резисторно-индуктивноемкостные преобразователи сети
Более практичны и удобны в работе с такими двигателями резисторно-индуктивноемкостные преобразователи сети с одной фазой 220 В в трехфазную, с токами в фазах до 4А и сдвигом напряжений в фазах около 120°. Такие устройства универсальны, монтируются в жестяном корпусе и позволяют подключать трехфазные электродвигатели мощностью до 2,5 кВт в однофазную сеть 220 В практически без потери мощности.
В преобразователе используется дроссель с воздушным зазором. Устройство дросселя показано на рис.6. При правильном подборе R, С и соотношения витков в секциях обмотки дросселя такой преобразователь обеспечивает нормальную длительную работу электродвигателей независимо от их характеристик и степени нагрузки на вал. Вместо индуктивности дано индуктивное сопротивление XL, так как его проще измерить: обмотка дросселя крайними выводами через амперметр подключается к напряжению 100…220 В частотой 50 Гц параллельно с вольтметром. Индуктивное сопротивление (активным можно пренебречь) практически определяется как отношение напряжения в вольтах к току в амперах XL=U/J.
Конденсатор С1 должен выдерживать напряжение не менее 250 В, С2 - не менее 350 В. Если использовать конденсаторы КБГ, МБГ-4, то напряжение соответствует номиналу, указанному на маркировке, а конденсаторы МБГП, МБГО при включении в цепь переменного тока должны иметь примерно двукратный запас по напряжению. Резистор R1 должен быть рассчитан на ток до ЗА, т.е. на мощность около 700 Вт (наматывается никелево-хромовой проволокой диаметром 1,3…1,5 мм на фарфоровой трубке с передвигающейся скобой, позволяющей получать нужное сопротивление для разных мощностей двигателя). Резистор должен быть защищен от перегрева, огражден от других элементов, токоведущих частей, от прикосновения людей. Металлическое шасси корпуса необходимо заземлить.
Сечение магнитопровода дросселя S=16…18cm2, диаметр провода d=l,3…1,5 мм, общее число витков W=600…700. Форма магнитопровода и марка стали - любые, главное - предусмотреть воздушный зазор (а следовательно, возможность менять индуктивное сопротивление), которое устанавливается винтами (рис.6). Для устранения сильного дребезжания дросселя между Ш-об-разными половинами магнитопровода прокладывается деревянный брусок и зажимается винтами. В качестве дросселя подходят силовые трансформаторы от ламповых цветных телевизоров мощностью 270…450 Вт. Вся обмотка дросселя выполняется в виде одной катушки с тремя секциями и четырьмя выводами. Если использовать сердечник с постоянным воздушным зазором, придется изготовить пробную катушку без промежуточных отводов, собрать дроссель с примерным зазором, включить в сеть и измерить XL. Затем для подгонки полученного значения к требуемому. XL нужно отмотать или домотать несколько витков. Выяснив необходимое число витков, мотают необходимую катушку, разделив каркас на секции в отношении W1:W2:W3=1:1:2. Так, если общее число витков равно 600, то Wl =W2= 150, a W3=300. Чтобы увеличить выходную мощность преобразователя и избежать при этом несимметрии напряжений, нужно изменить значения XL, Rl, Cl, С2, которые рассчитываются из тех соображений, что токи в фазах А, В и С должны быть равны при номинальной нагрузке на вал двигателя. В режимах недогрузки двигателя несимметрия напряжений фаз не опасна, если наибольший из токов фаз не превышает номинальный ток двигателя. Пересчет параметров преобразователя на другую мощность производится по формулам:
С1=80Р;
С2=40Р;
Rl = 140/P;
XL = 110/P,
W=600/ Р,
S=16P,
d=1,4P;
где P - мощность преобразователя в киловаттах, в то время как паспортная мощность двигателя - это его мощность на валу. Если коэффициент полезного действия двигателя неизвестен, его можно брать в среднем 75…80%.