Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети треугольником. Схема подключения трехфазного электродвигателя к трехфазной сети

Подключение электродвигателя 380В на 220В выполняется через конденсатор. Для такого подключениянеобходимо использовать бумажные (или пусковые) конденсаторы , при этом ВАЖНО чтобы номинальное напряжение конденсатора было больше либо равно напряжению сети (при этом рекомендуется что бы напряжение конденсатора было в 2 раза больше напряжения сети). Могут применяться конденсаторы следующих марок (типов):

МБГО, МБГЧ, МБГП, МБГТ, МБГВ, КБГ, БГТ, ОМБГ, K42-4, К42-19 и др.

Емкость конденсатора можно определить по формулам приведенным ниже, либо с помощью .

Первое, что необходимо сделать — это правильно соединить выводы обмоток электродвигателя. Как уже известно из статьи: обмотки электродвигателя можно соединить по (обозначается - Y) или по (обозначается - Δ), при этом, как правило для подключения электродвигателя на 220В применяется схема «треугольник» , что бы определиться со схемой соединения обмоток необходимо посмотреть на прикрепленном к нему шильдике:

Запись: «Δ/ Y 220/380V» обозначает, что для подключения данного электродвигателя на 220В необходимо соединить его обмотки по схеме , а для подключения на 380В — по схеме, как это сделать .

Второе, с чем необходимо определиться — это как будет производиться запуск электродвигателя, под нагрузкой (когда уже в момент запуска электродвигателя к его валу приложена нагрузка и он не может свободно вращаться) либо без нагрузки (когда вал электродвигателя в момент запуска свободно вращается, например наждак, вентилятор, циркулярная пила и т.п.).

При запуске двигателя без нагрузки применяется 1 конденсатор который называется рабочим, а при необходимости запуска двигателя под нагрузкой в схеме, помимо рабочего, дополнительно применяется 2-ой конденсатор который называется пусковым, он включается только в момент запуска.

Разберем схемы подключения электродвигателя 380 на 220 для обоих случаев:

1. Схемы подключения электродвигателя через конденсатор.

1) Подключение электродвигателя через конденсатор по схеме «треугольник», запуск — без нагрузки:

Емкость рабочего конденсатора для подключения электродвигателя при схеме соединения обмоток «треугольником» рассчитывается по формуле:

C р =4800 * I н / U с ; мкф

где: I н -номинальный ток электродвигателя в Амперах (принимается в соответствии с ); U с — напряжение сети в Вольтах.

В схеме для включения электродвигателя применяется однополюсный автоматический выключатель, однако его использование необязательно, можно включать электродвигатель напрямую в сеть через розетку используя обычную штепсельную вилку или, например, включать его через обычный выключатель освещения.

2) Подключение электродвигателя через конденсатор по схеме «звезда», запуск — без нагрузки:

Емкость рабочего конденсатора для подключения электродвигателя при схеме соединения обмоток «звездой» рассчитывается по формуле:

C р =2800 * I н / U с ; мкф

где: I н -номинальный ток электродвигателя в Амперах (принимается в соответствии с паспортными данными электродвигателя); U с — напряжение сети в Вольтах.

В случае если запуск двигателя 380 на 220 Вольт происходит под нагрузкой, в схеме дополнительно должен применяться пусковой конденсатор иначе силы момента на валу электродвигателя не хватит для его раскрутки и двигатель не сможет запуститься.

Пусковой конденсатор подключается параллельно рабочему и должен включаться только в момент запуска двигателя, после того как двигатель наберет обороты его необходимо отключать.

Емкость пускового конденсатора должна быть в 2,5 — 3 раза больше рабочего.

C п = (2,5…3) * C р ; мкф

При данной схеме для запуска электродвигателя необходимо нажать и держать кнопку SB, после чего подать напряжение включив автоматический выключатель, как только двигатель запустится кнопку SB необходимо отпустить. В качестве кнопки так же можно использовать обычный выключатель.

Однако лучшим вариантом для подключения электродвигателя 380 на 220 является использование ПНВС-10 (пускатель нажимной с пусковым контактом):

Кнопки «пуск» в этих пускателя имеют 2 контакта один из них при отпускании кнопки «пуск» размыкается отключая пусковой конденсатор, а второй остается замкнутым и через него подается напряжение на электродвигатель через рабочий конденсатор, отключение производится кнопкой «стоп».

1. Реверс электродвигателя подключенного на 220 Вольт через конденсатор.

Итак, из схем приведенных выше следует, что при любом способе соединения обмоток (звезда или треугольник) в клеммной коробке двигателя остается три точки для его подключения к сети, условно: на первый вывод подключается ноль, на второй — фаза, а на третий подается фаза через конденсатор, но что делать если двигатель при запуске начал вращаться не в ту сторону в которую необходимо? Что бы изменить направление вращения двигателя подключенного через конденсатор необходимо просто переключить фазный провод с одного вывода электродвигателя на другой, а нулевой провод при этом оставить на том же выводе, т.е. условно: ноль оставить на первом выводе, фазу подать на третий, а на второй подать фазу через конденсатор.

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.

Широко применяемые на производствах электродвигатели асинхронные соединяют «треугольником» или «звездой». Первый тип в основном используют для моторов продолжительного пуска и работы. Совместное подключение применяют для пуска высокомощных электродвигателей. Подключение «звезда» используют в начале пуска, переходя затем на «треугольник». Применяется также схема подключения трехфазного электродвигателя на 220 вольт.

Разновидностей моторов много, но для всех, главной характеристикой является напряжение, подаваемое на механизмы, и мощность самих двигателей.

При подключении к 220в на мотор действуют высокие пусковые токи, снижающие его срок эксплуатации. В промышленности редко используют соединение треугольником Мощные электродвигатели подключают «звездой».

Для перехода со схемы подключения электродвигателя 380 на 220 есть несколько вариантов, каждый из которых отличается преимуществами и недостатками.

Очень важно понимать, как подключается трехфазный электродвигатель к сети 220в. Чтобы трехфазный двигатель подключить к 220в, заметим, что у него есть шесть выводов, что соответствует трем обмоткам. При помощи тестера провода прозванивают, чтобы найти катушки. Их концы соединяем по два – получается соединение «треугольник» (и три конца).

Для начала, два конца сетевого провода (220 в) подключаем к любым двум концам нашего «треугольника». Оставшийся конец (оставшаяся пара скрученных проводов катушки) подсоединяется к концу конденсатора, а оставшийся провод конденсатора также соединяется с одним из концов сетевого провода и катушек.

От того, выберем мы один или другой, будет зависеть в какую сторону начнет вращаться двигатель. Проделав все указанные действия, запускаем двигатель, подав на него 220 в.

Электромотор должен заработать. Если этого не произошло, или он не вышел на требуемую мощность, необходимо вернуться на первый этап, чтобы поменять местами провода, т.е. переподключить обмотки.

Если при включении, мотор гудит, но не крутиться, требуется дополнительно установить (через кнопку) конденсатор. Он будет в момент пуска давать двигателю толчок, заставляя крутиться.

Видео: Как подключить электродвигатель с 380 на 220

Прозванивание, т.е. измерение сопротивления, проводится тестером. Если такой отсутствует, воспользоваться можно батарейкой и обычной лампой для фонарика: в цепь, последовательно с лампой, подсоединяют определяемые провода. Если концы одной обмотки найдены – лампа загорается.

Труднее гораздо найти определить начало и концы обмоток. Без вольтметра со стрелкой не обойтись.

Подсоединить потребуется к обмотке батарейку, а к другой — вольтметр.

Разрывая контакт провода с батарейкой, наблюдают, отклоняется ли стрелка и в какую сторону. Те же действия проводят с оставшимися обмотками, изменяя, если нужно, полярность. Добиваются чтобы отклонялась стрелка в ту же сторону, что при первом измерении.

Схема звезда-треугольник

В отечественных моторах часто «звезда» собрана уже, а треугольник требуется реализовать, т.е. подключить три фазы, а из оставшихся шести концов обмотки собрать звезду. Ниже дан чертеж, чтобы разобраться было легче.

Главным плюсом соединения трехфазной цепи звездой считают то, что мотор вырабатывает наибольшую мощность.

Тем не менее, подобное соединение «любят» любители, но не часто применяют на производствах, поскольку схема подключения сложная.

Чтобы она работала необходимо три пускателя:

К первому из них –К1 с одной стороны подключается обмотка статора, с другой – ток. Оставшиеся концы статора соединяют с пускателями К2 и К3, а затем для получения «треугольника» к фазам подключаются и обмотка с К2.

Подключив в фазу К3, незначительно укорачивают оставшиеся концы для получения схемы «звезда».

Важно: недопустимо одновременно включать К3 и К2, чтобы не произошло короткое замыкание, которое может приводить к отключению автомата мотора электрического. Во избежание этого, применяют электроблокировку. Работает это так: при включении одного из пускателей, другой отключается, т.е. его контакты размыкаются.

Как работает схема

При включении К1 с помощью реле времени включается К3. Мотор трехфазный, включенный по схеме «звезда» работает с большей мощностью, чем обычно. После некоторого времени, размыкаются контакты реле К3, но запускается К2. Теперь схема работы мотора — «треугольник», а мощность его становится меньше.

Когда требуется отключение питания, запускается К1. Схема повторяется при последующих циклах.

Очень сложное соединение требует навыков и не рекомендуется к реализации новичками.

Другие подключения электродвигателя

Схем несколько:

1. Более часто, чем вариант описанный, применяется схема с конденсатором, который поможет значительно уменьшить мощность. Одни из контактов рабочего конденсатора подключается к нулю, второй – к третьему выходу мотора электрического. В результате имеем агрегат малой мощности (1,5 Вт). При большой мощности двигателя, в схему потребуется внесение пускового конденсатора. При однофазном подключении он просто компенсирует третий выход.
2. Асинхронный мотор несложно соединить звездой или треугольником при переходе с 380в на 220. У таких моторов обмоток три. Чтобы изменить напряжение, необходимо выходы, идущие к вершинам соединений, поменять местами.
3. При подключении электромоторов, важно тщательно изучить паспорта, сертификаты и инструкции, потому что в импортных моделях встречается часто «треугольник», адаптированный под наши 220В. Такие моторы при игнорировании этого и включении «звездой, просто сгорают. Если мощность более 3 кВт, к бытовой сети мотор нельзя. Чревато это коротким замыканием и даже выход из строя автомата УЗО.

Включение трехфазного двигателя в однофазную сеть

Ротор, подключенного к трехфазной цепи трехфазного двигателя, вращается благодаря магнитному полю, создаваемом током, идущим в разное время по разным обмоткам. Но, при подключении такого двигателя к цепи однофазной, не возникает вращающий момент, который мог бы вращать ротор. Наиболее простым способом подключения двигателей трехфазных к однофазной цепи является подсоединение его третьего контакта через фазосдвигающий конденсатор.

Включенные в однофазную сеть такой мотор имеет такую же частоту вращения, как при работе от трехфазной сети. Но о мощности нельзя сказать этого: ее потери значительны и зависят они от емкости конденсатора фазосдвигающего, условия работы мотора, выбранной схемы подключения. Потери на ориентировочно достигают 30-50%.

Цепи могут быть двух — , трех-, шестифазными, но наиболее применяемыми являются трехфазные. Под трехфазной цепью понимают совокупность цепей электрических с одинаковой частотой синусоидальной ЭДС, которые отличаются по фазе, но создаются общим источником энергии.

Если нагрузка в фазах одинакова, цепь является симметричной. У трехфазных несимметричных цепей – она разная. Полная мощность складывается из активной мощности трехфазной цепи и реактивной.

Хотя большинство двигателей справляется с работой от однофазной сети, но хорошо работать могут не все. Лучше других в этом смысле двигатели асинхронные, которые рассчитаны на напряжение 380/220 В (первое — для звезды, второе – треугольника).

Это рабочее напряжение всегда указывают в паспорте и на прикрепленной к двигателю табличке. Также там указана схема подключения и варианты ее изменения.

Если присутствует «А», это свидетельствует о том, что использоваться может как схема «треугольник», так и «звезда». «Б» сообщает о том, что подключены обмотки «звездой» и не могут быть соединены по – другому.

Получится в результате должно: при разрыве контактов обмотки с батареей, электрический потенциал той же полярности (т.е. отклонение стрелки происходит в ту же сторону) должен появляться на двух оставшихся обмотках. Выводы начала (А1, В1, С1) и конца (А2, В2, С2) помечают и подсоединяют по схеме.

Использование магнитного пускателя

Применение схемы подключения электродвигателя 380 через пускатель хорошо тем, что пуск производить можно дистанционно. Преимущество пускателя перед рубильником (или другим устройством) в том, что пускатель можно разместить в шкафу, а в рабочую зону вынести элементы управления, напряжение и токи при этом минимальны, следовательно, провода подойдут меньшего сечения.

Помимо этого, подключение с использованием пускателя обеспечивает безопасность в случае, если «пропадает» напряжение, поскольку при этом происходит размыкание силовых контактов, когда же напряжение вновь появится, пускатель без нажатия пусковой кнопки его не подаст на оборудование.

Схема подключения пускателя асинхронного двигателя электрического 380в:

На контактах 1,2,3 и пусковой кнопке 1 (разомкнутой) напряжение присутствует в начальный момент. Затем оно подается через замкнутые контакты этой кнопки (при нажатии на «Пуск») на контакты пускателя К2 катушки, замыкая ее. Катушкой создается магнитное поле, сердечник притягивается, контакты пускателя замыкаются, приводя в движение мотор.

Одновременно с этим происходит замыкание контакта NO, с которого подается фаза на катушку через кнопку «Стоп». Получается, что, когда отпускают кнопку «Пуск», цепь катушки остается замкнутой, как и силовые контакты.

Нажав «Стоп», цепь разрывают, возвращая размыкая силовые контакты. С питающих двигатель проводников и NO исчезает напряжение.

Видео: Подключение асинхронного двигателя. Определение типа двигателя.

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.

Бывают ситуации, когда нужно подключить электроприбор не так, как записано в его паспорте. К примеру, часто требуется подключение трехфазного двигателя к однофазной сети, что, хотя и снижает его мощность, иногда бывает вполне оправданным. Существуют основные схемы включения таких электродвигателей, которые широко и успешно применяются на практике. Также есть и некоторые нюансы, помогающие решать неожиданные трудности, связанные с отсутствием тех или иных материалов.

Работа такого двигателя в однофазной сети

Для правильного понимания поставленной задачи нужно четко представлять, по какому принципу работают трехфазные электродвигатели. Имея три обмотки, смещенные на 120°, они находятся в идеальных условиях: магнитное поле равномерно вращается по окружности, создавая движущую силу без каких-либо рывков и пульсаций. После подачи в схему напряжения, появляется пусковой момент, и ротор начинает раскручиваться до рабочих оборотов.

Работа трехфазного двигателя

Трехфазный ток можно представить как три однофазные схемы, также смещенные друг относительно друга на 120°. Понятно, почему двигатель будет работать без рывков: при повороте ротора на каждую треть, он «подхватывается» следующей фазой, которая «провожает» его еще на треть оборота. И как результат получается полный оборот.

Но вот возникла необходимость включения такого аппарата на одной фазе. Если просто взять, и на любые две обмотки подать такое напряжение, то ничего не произойдет. В одной из катушек статора будет пульсирующее магнитное поле, никак не влияющее ни на что больше. Пускового момента нет, крутящего тоже – двигатель будет только нагреваться. Но теперь, зная принцип работы таких машин, несложно понять, что нужно. Необходимо задействовать все три обмотки, при этом должно быть смещение по фазам.

Подключение такого типа двигателя к однофазной сети производится по самой распространенной схеме – с пусковым конденсатором. Такой метод позволяет задействовать все три обмотки, а также создать необходимый сдвиг по фазам.

Обмотки электродвигателя можно включить по двум основным схемам: звезда и треугольник. В зависимости от этого различается и подключение конденсатора.

Можно было бы обойтись и одним конденсатором, но чаще всего электродвигатели имеют какую-то нагрузку, а значит, чтобы их запустить, нужна будет дополнительная емкость. Поэтому в цепь нужно кратковременно включить дополнительный емкостной элемент – пусковой конденсатор.

Расчет конденсаторов

Понятно, что к цепи запуска нельзя подключать первый попавшийся конденсатор. Если емкость будет больше чем нужно, электродвигатель будет греться, если меньше – не будет устойчиво работать. Существуют специальные расчеты для нахождения нужных значений.

I – фазный ток статора. Его лучше всего измерить клещами, либо, если нет такой возможности, можно взять значения, указанные на шильде – бирке на станине двигателя.

Емкость пускового конденсатора берется из расчета 2–3 Сраб.

Наши читатели рекомендуют! Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют ‘Экономитель энергии Electricity Saving Box’. Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату.

Однако все равно, лучшим вариантом будет дополнительный подбор нужных емкостей экспериментальным путем. В этом поможет таблица:

По напряжению конденсаторы должны быть в 1,5 раза выше напряжения сети. Это обусловлено тем, что 220В – это действующее напряжение, но ведь на конденсатор будет воздействовать полное, амплитудное напряжение. А оно в 2 выше действующего. Это приблизительно 1,4. Несложный математический подсчет помогает увидеть: 220*1,4=308 В. Ну а если учесть, что в розетке редко бывает ровно 220, чаще всего напряжение плавает в одну и другую сторону, то нужно брать большее значение.

Модели конденсаторов

Лучше всего использовать металлобумажные конденсаторы. Если нет подходящих по емкости, их набирают из нескольких элементов. Но что, если нет и металлобумажных? Допустимо ли использование электролитических?

Для рабочих конденсаторов – однозначно нет. Электролитические емкости полярные, то есть, они для постоянного тока, и при подключении важно соблюдать полярность. В сети переменного тока, или при неправильном соединении, они попросту взрываются, забрызгивая бумагой и электролитом все окружающее пространство.

Но есть и свои хитрости. Что делать, если есть только электролиты, а запустить электродвигатель нужно прямо здесь и сейчас? Самая простая схема для превращения полярного элемента в неполярный:

Соединять необходимо отрицательными выводами. При этом стоит помнить, что при таком соединении их суммарная емкость будет в два раза ниже (если значения одинаковые, то можно просто разделить на два).

Но в нашей цепи присутствуют большие токи, поэтому предпочтительнее использовать другое соединение:

Применяется встречно – параллельное соединение, следовательно, нужно правильно посчитать результирующую емкость. Диоды также выбираются по току и напряжению.

Если двигатель будет работать на мощном станке, тогда подойдут металлобумажные элементы. Для пусковой емкости используют электролиты, но здесь важно не передержать кнопку пуска.

Данные двигателя

На что стоит обратить внимание при включении в однофазную сеть 3ех фазных электродвигателей:

• полезная мощность снижается до 70–80%,
• при рабочих значениях 380/220,Ỵ/Δ, подключать на одну фазу нужно треугольником. При соединении звездой не будет максимальной мощности,
• если на шильде указано только одно значение – 380В, звезда, тогда придется двигатель разбирать, чтобы сделать переключение на треугольник, что не совсем удобно. При возможности стоит поискать другой двигатель.

Реверс в однофазной сети

Чтобы сделать реверс такого двигателя, подключенного к однофазной сети, нужно пусковой конденсатор переключить на другую обмотку. Делать это необходимо при снятом напряжении питания, и включать его только после полной остановки ротора. Это самая простая схема реверсирования.

Существуют и другие варианты решения этой проблемы, но они более сложные и дорогостоящие.

Как видно из вышесказанного, трехфазные асинхронники – это довольно универсальные электрические машины. Они хорошо зарекомендовали себя в работе, их можно включать не так, как записано в паспорте, а также в зависимости от варианта исполнения, могут работать в самых разных условиях.