Включение асинхронного двигателя в сеть 220

Включение асинхронного двигателя в сеть 220

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.

Читайте также:  Вечноцветущая бегония сорта и фото

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: Cобщ = C1 + C1 + . + Сn.

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.

Простые способы включения трехфазных двигателей в однофазную сеть

Всякий асинхронный трехфазный двигатель рассчитан на два номинальных напряжения
трехфазной сети 380 /220 — 220/127 и т. д. Наиболее часто встречаются двигатели 380/220В.
Переключение двигателя с одного напряжения на другое производится подключением обмоток «на
звезду» — для 380 В или на «треугольник» — на 220 В. Если у двигателя имеется колодка
подключения, имеющая 6 выводов с установленными перемычками, следует обратить внимание в
каком порядке установлены перемычки. Если у двигателя отсутствует колодка и имеются 6 выводов
— обычно они собраны в пучки по 3 вывода. В одном пучке собраны начала обмоток, в другом концы
(начала обмоток на схеме обозначены точкой).

В данном случае «начало» и «конец» — понятия условные, важно лишь чтобы направления намоток
совпадали, т. е. на примере «звезды» нулевой точкой могут быть как начала, так и концы обмоток, а
в «треугольнике» — обмотки должны быть соединены последовательно, т. е. конец одной с началом
следующей. Для правильного подключения на «треугольник» нужно определить выводы каждой
обмотки, разложить их попарно и подключить по след. схеме:

Если развернуть эту схему, то будет видно, что катушки подключены «треугольником».
Если у двигателя имеется только 3 вывода, следует разобрать двигатель: снять крышку со
стороны колодки и в обмотках найти соединение трёх обмоточных проводов (все остальные
провода соединены по 2). Соединение трёх проводов является нулевой точкой звезды. Эти 3
провода следует разорвать, припаять к ним выводные провода и объединить их в один пучок. Таким
образом мы имеем уже 6 проводов, которые нужно соединить по схеме треугольника. Если имеется
6 выводов, но не объединены в пучки и не имеется возможности определить начала и концы.
можно посмотреть здесь.
Трехфазный двигатель вполне успешно может работать и в однофазной сети, но ждать от
него чудес при работе с конденсаторами не приходится. Мощность в самом лучшем случае будет не
более 70% от номинала, пусковой момент сильно зависит от пусковой емкости, сложность подбора
рабочей емкости при изменяющейся нагрузке. Трехфазный двигатель в однофазной сети это
компромис, но во многих случаях это является единственным выходом.
Существуют формулы для рассчета емкости рабочего конденсатора, но я считаю их не
корректными по следующим причинам:
1. Рассчет производится на номинальную мощность, а двигатель редко работает в таком
режиме и при недогрузке двигатель будет греться из-за лишней емкости рабочего конденсатора и
как следствие увеличенного тока в обмотке.
2. Номинальная емкость конденсатора указаная на его корпусе отличается от фактической +
/- 20%, что тоже указано не конденсаторе. А если измерять емкость отдельного конденсатора, она
может быть в два раза большей или на половину меньшей. Поэтому я предлагаю подбирать емкость
к конкретному двигателю и под конкретную нагрузку, измеряя ток в каждой точке треугольника,
стараясь максимально выравнять подбором емкости. Поскольку однофазная сеть имеет
напряжение 220 В, то двигатель следует подключать по схеме «треугольник». Для запуска
ненагруженного двигателя можно обойтись только рабочим конденсатором.

Направление вращения двигателя зависит от подключения конденсатора (точка а) к точке б
или в.
Практически ориентировочную ёмкость конденсатора можно определить по сл. формуле: C
мкф = P Вт /10, где C – ёмкость конденсатора в микрофарадах, P – номинальная мощность
двигателя в ваттах. Для начала достаточно, а точная подгонка должна производиться после
нагрузки двигателя конкретной работой. Рабочее напряжение конденсатора должно быть выше
напряжения сети, но практика показывает, что успешно работают старые советские бумажные
конденсаторы рассчитаные на 160В. А их найти значительно легче, даже в мусоре.
У меня мотор на сверлилке работает с такими конденсаторами, расположеными для защиты
от хлопка в заземленной коробке от пускателя не помню сколько лет и пока все цело. Но к такому
подходу я не призываю, просто информация для размышления. Кроме того, если включить 160и
Вольтовые конденсаторы последовательно, вдвое потеряем в емкости зато рабочее напряжение
увеличится вдвое 320В и из пар таких конденсаторов можно собрать батарею нужной емкости.
Включение двигателей с оборотами выше 1500 об/мин, либо нагруженных в момент пуска,
затруднено. В таких случаях следует применить пусковой конденсатор, ёмкость которого зависит от
нагрузки двигателя, подбирается экспериментально и ориентировочно может быть от равной
рабочему конденсатору до в 1,5 – 2 раза большей. В дальнейшем, для понятности, все что
относится к работе будет зеленого цвета, все что относится к пуску будет красного, что к
торможению синего.

Включать пусковой конденсатор в простейшем случае можно при помощи нефиксированной
кнопки.
Для автоматизации пуска двигателя можно применить реле тока. Для двигателей
мощностью до 500 Вт подойдёт реле тока от стиральной машины или холодильника с небольшой
переделкой. Т. к. конденсатор остаётся заряженным и в момент повторного запуска двигателя,
между контактами возникает довольно сильная дуга и серебряные контакты свариваются, не
отключая пусковой конденсатор после пуска двигателя. Чтобы этого не происходило, следует
контактную пластинку пускового реле изготовить из графитовой или угольной щётки (но не из медно-
графитовой, т. к. она тоже залипает). Также необходимо отключить тепловую защиту этого реле,
если мощность двигателя превышает номинальную мощность реле.
Если мощность двигателя выше 500 Вт, до 1,1кВт можно перемотать обмотку пускового реле
более толстым проводом и с меньшим количеством витков с таким расчётом, чтобы реле
отключалось сразу же при выходе двигателя на номинальные обороты.
Для более мощного двигателя можно изготовить самодельное реле тока, увеличив размеры
оригинального.
Большинство трехфазных двигателей мощностью до трех кВт хорошо работают и в
однофазной сети за исключением двигателей с двойной беличьей клеткой, из наших это серия МА,
с ними лучше не связываться, в однофазной сети они не работают.

Практические схемы включения

Работает схема следующим образом: при переводе переключателя в положение 3 и
нажатии на кнопку К1 происходит пуск двигателя, после отпускания кнопки остается только рабочий
конденсатор и двигатель работает на полезную нагрузку. При переводе переключателя в положение
1, на обмотку двигателя подается постоянный ток и двигатель тормозится, после остановки
необходимо перевести переключатель в положениие 2, иначе двигатель сгорит, поэтому
переключатель должен быть специальным и фиксироваться только в положении 3 и 2, а положение
1 должно быть включено только при удержании. При мощности двигателя до 300Вт и
необходимости быстрого торможения, гасяший резистор можно не применять, при большей
мощности сопротивление резистора подбирается по желаемому времени торможения, но не должно
быть меньше сопротивления обмотки двигателя.

Эта схема похожа на первую, но торможение здесь происходит за счет энергии запасенной в
электролитическом конденсаторе С1 и время торможения будет зависить от его емкости. Как и в
любой схеме пусковую кнопку можно заменить на реле тока. При включении переключателя в сеть
двигатель запускается и происходит заряд конденсатора С1 через VD1 и R1. Сопротивление R1
подбирается в зависимости от мощности диода, емкости конденсатора и времени работы двигателя
до начала торможения. Если время работы двигателя между пуском и торможением превышает 1
минуту, можно использовать диод КД226Г и резистор 7кОм не менее 4Вт. рабочее напряжение
конденсатора не менее 350В Для быстрого торможения хорошо подходит конденсатор от
фотовспышки, фотовспышек много, а нужды в них больше нет. При выключении переключатель
переходит в положение замыкающее конденсатор на обмотку двигателя и происходит торможение
постоянным током. Используется обычный переключатель на два положения.

Еще одна не совсем обычная схема автоматического включения.
Как и в других схемах здесь есть система торможения, но ее при ненадобности легко
выкинуть. В этой схеме включения две обмотки соединены паралельно, а третья через систему
пуска и вспомогательный конденсатор, емкость которого примерно в два раза меньше необходимого
при включении треугольником. Для изменения направления вращения нужно поменять местами
начало и конец вспомогательной обмотки, обозначеной красной и зеленой точками. Запуск
происходит за счет зарядки конденсатора С3 и продолжительность запуска зависит от емкости
конденсатора, а емкость должна быть достаточно велика, чтобы двигатель успел выйти на
номинальные обороты. Емкость можно брать с запасом, так как после заряда конденсатор не
оказывает заметного действия на работу двигателя. Резистор R2 нужен для разрядки конденсатора
и тем самым подготовки его для следующего пуска, подойдет 30 кОм 2Вт. Диоды Д245 — 248
подойдут любому двигателю. Для двигателей меньшей мощности соответственно уменьшится и
мощность диодов, и емкость конденсатора. Хоть и затруднительно сделать реверсивное включение
по данной схеме, но при желании и это можно. Потребуется сложный переключатель или пусковые
автоматы.

Читайте также:  Газонокосилки бензиновые самоходные с боковым выбросом

Использование электролитических конденсаторов в качестве пусковых и рабочих

Стоимость неполярных конденсаторов достаточно высока, да и не везде их можно найти.
Поэтому, если их нет, можно применить электролитические конденсаторы, включенные по схеме не
намного сложнее. Емкость их достаточно велика при небольшом объеме, они не дефицитны и не
дороги. Но нужно учесть вновь возникшие факторы. Рабочее напряжение должно быть не менее
350 Вольт, включаться они могут только парами, как указано на схеме черным цветом, а в таком
случае емкость уменьшается вдвое. И если двигателю для работы нужно 100 мкФ, то конденсаторы
С1 и С2 должны быть по 200мкФ.
У электролитических конденсаторов большой допуск по емкости, поэтому лучше собрать
батарею конденсаторов (обозначена зеленым цветом), легче будет подбирать фактическую емкость
нужную двигателю и кроме того у электролитов очень тонкие выводы, а ток при большой емкости
может достигать значительных величин и выводы могут греться, а при внутреннем обрыве вызвать
взрыв конденсатора. Поэтому вся батарея конденсаторов должна находиться в закрытой коробке,
особенно во время экспериментов. Диоды должны быть с запасом по напряжению и по току,
необходимому для работы. До 2кВт вполне подойдут Д 245 — 248. При пробое диода сгорает (
взрывается) конденсатор. Взрыв конечно сказано громко, пластмассовая коробка вполне защитит от
разлета деталей конденсатора и от блестящего серпантина тоже. Ну вот, страшилки рассказаны,
теперь немного о конструкции.
Как видно из схемы, минусы всех конденсаторов соединены вместе и, стало быть,
конденсаторы старой конструкции с минусом на корпусе можно просто плотно перемотать
изолентой и поместить в пластмассовую коробку соответствующих размеров. Диоды нужно
расположить на изоляционной пластинке и при большой мощности поставить их на небольшие
радиаторы, а если мощность не велика и диоды не греются, то их можно поместить в ту же коробку.
Включенные по такой схеме электролитические конденсаторы, вполне успешно работают как
пусковыми так и рабочими.

Включение пускового конденсатора при помощи реле тока.

Из теории известно, что пусковой ток в несколько раз превышает номинальный ток рабочего
двигателя, поэтому включение пускового конденсатора при включении трехфазного двигателя в
однофазную сеть, можно осуществить автоматически, — при помощи реле тока.
Для двигателей до 0,5 кВт подойдёт пусковое реле от холодильника, стиральной машины
типа РП-1, с небольшой переделкой. Подвижные контакты надо заменить на графитовую или
угольную пластинку, выточенную из щётки коллекторного двигателя, по размерам оригинала. Т. к.
при повторном включении, ток заряженного конденсатора даёт большую искру на контактах, и
стандартные контакты свариваются между собой. При применении графита, такого явления не
наблюдалось. (Кроме того, следует отключить термореле).
Для двигателей до 1 кВт можно перемотать РП-1 проводом Ф1,2мм до заполнения катушки
40-45 витков.

С асинхронным двигателем сталкивался практически каждый человек. Они устанавливаются в большое количество бытовой техники, а также рабочего электроинструмента. Однако часть моторов подключаются только через трехфазный провод.

Асинхронные двигатели – это надежные и практичные моторы, которые применяются повсеместно. Они малошумные и обладают неплохой производительностью. В данной статье будут показаны основные принципы работы трехфазных электродвигателей, схема подключения в сеть 220В, а также различные хитрости при работе с ними.

Что такое трехфазный ток?

Большинство асинхронных двигателей работает от трехфазной сети, поэтому изначально рассмотрим понятие трехфазного тока. Трехфазный ток или трехфазная система электрических цепей – это система, состоящая из трех цепей, в которой действуют электродвижущие силы (ЭДС) одинаковой частоты, сдвинутые по фазе друг относительно друга на 1/3 периода(φ=2π/3) или 120°.

Большинство производственных генераторов построено на основе трехфазной генерации тока. По сути, в них используют три генератора переменного тока, которые располагаются относительно друг друга под углом 120°.

Схема с тремя генераторами предполагает, что из данного устройства будут выводиться 6 проводов (по два на каждый генератор переменного тока). Однако на практике видно, что бытовые, да и промышленные сети приходят к потребителю в виде трех проводов. Это делается в целях экономии электропроводки.

Катушки генераторов соединяют таким образом, что на выходе получается 3 провода, а не 6. Также данная коммутация обмоток генерирует ток мощностью 380В, вместо привычных 220В. Именно такую трехфазную сеть привыкли видеть все пользователи.

ИНФОРМАЦИЯ: Первая система трехфазного тока на шести проводах была изобретена Николой Тесла. Позже ее усовершенствовал и развил М. О. Доливо-Добровольский, который впервые предложил четырех и трех проводную систему, а также провел череду экспериментов, где выявил ряд преимуществ данной коммутации.

Большинство асинхронных двигателей работают от трехфазной сети. Рассмотрим подробнее, как устроена работа данных агрегатов.

Устройство асинхронного двигателя

Начнем с внутренней архитектуры мотора. Внешне устройство трехфазного асинхронного двигателя практически ничем не отличается от других электромоторов. Пожалуй, единственное отличие, бросающиеся в глаза – это более толстый провод питания. Основные отличия спрятаны от глаз потребителя под металлическим кожухом мотора.

Вскрыв коробку управления (место, куда заходят провода питания), можно увидеть 6 вводов проводов. Их подсоединяют двумя способами, в зависимости от того, какие характеристики нужно получить от данного мотора. Подробнее о способах коммутации трехфазных асинхронных двигателей будет рассказано ниже.

Сняв защитный металлический кожух, можно увидеть рабочую часть мотора. Он состоит из:

Основные компоненты мотора – это статор и ротор. Именно они приводят двигатель в движение.

Разберем строение данных компонентов в трехфазном асинхронном двигателе:

  1. Статор. Имеет форму цилиндра, обычно состоит из листов стали. Вдоль листов располагаются продольные пазы, в которых находятся обмотки статора, изготовленные из обмоточного провода. Оси каждой обмотки расположены относительно друг друга под углом 120°. Концы обмоток соединяют методом треугольника или звезды.
  2. Ротор или сердечник мотора. Это цилиндрический узел, набранный из металлических пластин, между которыми располагаются алюминиевые стержни. По краям цилиндра конструкция замыкается накоротко торцевыми кольцами. Второе название ротора асинхронного двигателя – беличья клетка. В двигателях большой мощности вместо алюминия может применяться медь.

Теперь стоит разобраться, на каких принципах построена работа асинхронного трехфазного двигателя.

Принципы работы трехфазных асинхронных двигателей

Трехфазный асинхронный двигатель работает за счет магнитных полей, которые создаются на обмотках статора. Токи, проходящие через каждую обмотки, имеют сдвиг в 120° относительно друг друга во временной и пространственной характеристике. Таким образом, совокупный магнитный поток на трех контурах является вращающим.

На обмотках статора образуется замкнутая электрическая цепь. Она взаимодействует с магнитным полем статора. Так появляется пусковой момент двигателя. Он стремится повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Со временем пусковой момент подходит к значению тормозного момент ротора, после чего он превышает его и ротор приводится в движение. В этот момент возникает эффект скольжения.

ИНФОРМАЦИЯ: Скольжение — это величина, которая показывает, насколько синхронная частота магнитного поля статора больше, чем частота вращения ротора, в процентном соотношении.

Рассмотрим данный параметр в разных ситуациях:

  1. На холостом ходу. Без нагрузки на валу скольжение имеет минимальное значение.
  2. При нарастающей нагрузке. С увеличением статического напряжения величина скольжения растет и может достигнуть критического значения. В случае, если мотор превысит данный показатель, может произойти «опрокидывание» двигателя.

Параметр скольжения находится в диапазоне от 0 до 1. У асинхронных двигателей общего назначения данный параметр составляет 1-8%.

Когда наступает равновесие между электромагнитным моментом ротора и тормозным моментом на валу мотора, процессы колебания величин прекращаются.

При наступлении равновесия между электромагнитным моментом, вызывающим вращение ротора и тормозным моментом, создаваемым нагрузкой на валу, процессы изменения величин прекратятся. Получается, что основной принцип работы асинхронного двигателя заключается во взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и токов, которые наводятся этим магнитным полем в роторе. При этом необходимо учитывать, что вращающийся момент возникает только в результате разности частоты вращения магнитных полей на обмотках мотора.

Зная принцип работы асинхронного трехфазного двигателя, можно произвести его запуск. В этом случае стоит учитывать несколько вариантов подключения обмоток мотора.

Способы подключения обмоток асинхронных двигателей

Раскрутив блок управления двух простых двигателей асинхронного типа, можно увидеть по 6 выводов проводов в каждом из них. Однако их коммутация может значительно отличаться.

В электротехнике принято подключать обмотки трехфазные асинхронных двигателей двумя способами:

Каждый тип подключения влияет на производительность двигателя, а также на его пиковые показатели мощности. Рассмотрим каждый из них по отдельности.

Метод звезды

В данном типе коммутации все выводы рабочих обмоток соединяются одной перемычкой в один узел. Его называют нейтральной точкой и обозначают буквой «О». Получается, что концы всех фазных обмоток соединятся в одном месте.

На практике моторы с соединением по методу звезды обладают более мягким пуском. Такая комбинация подходит, например, для токарных станков или другой техники, где требуется медленный старт. Однако данный двигатель не может развивать максимально паспортной мощности.

Метод треугольника

Данная коммутация предполагает последовательное соединение концов фазных обмоток. На выводах проводах это выглядит, как попарное соединение каждой обмотки. Получается, что конец одной обмотки переходит в начало другой.

Двигатели с таким соединением обмоток стартуют намного быстрее, чем моторы с коммутацией методом звезды. При этом они могут развивать максимальные мощности, предусмотренные заводом изготовителем.

Трехфазные асинхронные двигатели проектируются, исходя из номинального питающего напряжения. В частности, все отечественные двигатели подразделяют на две категории:

  • для сетей 220/127В;
  • для сетей 380/220В.

Моторы первой группы менее распространены в силу своих слабых мощностных характеристик. Чаще всего используют моторы второй группы.

ВАЖНО: При коммутации обмоток мотора используют правило: для более низких значений напряжения выбирают подключение методом треугольника, для высоких – только методом звезды.

Некоторые заядлые радиолюбители могут определить схему подключения мотора по звуку его пуска. Обычный человек может узнать о методе коммутации обмоток двигателя несколькими способами.

Читайте также:  Декоративный камень на основе цемента

Как определить, по какой схеме подключены обмотки двигателя?

Метод коммутации обмотки двигателя влияет на его характеристики, однако все соединения выводов находятся под защитным кожухом, в блоке управления. Их попросту не видно, но не стоит отчаиваться. Есть способ, который позволяет узнать метод коммутации, не прибегая к разбору блока управления.

Для этого достаточно заглянуть на номерную табличку, установленную на корпусе двигателя. На ней отмечают точные технические параметры, в том числе и метод коммутации. К примеру, на ней можно обнаружить следующие обозначения: 220/380В и геометрические обозначения треугольник/звезда. Эта последовательность говорит о том, что на моторе, работающим от сети 380В., установлена схема коммутации обмоток по типу «звезда».

Однако данный способ не всегда срабатывает наверняка. Таблички на старых двигателях часто затерты либо вовсе потеряны. В таком случае придется раскручивать блок управления.

Второй способ подразумевает визуальный осмотр выводных контактов. Контактная группа может быть соединена следующим способом:

  1. Одна перемычка на трех контактах с одной стороны выводов. К свободным выводом подведены проводу питания. Это метод звезда.
  2. Выводы соединены попарно тремя перемычками. На три вывода приходит три провода питания. Это метод треугольника.

На некоторых моторах в блоке управления можно обнаружить всего три вывода. Это говорит о том, что коммутация произведена внутри самого двигателя, под защитным кожухом.

Трехфазные моторы очень выносливы и ценятся в хозяйстве, ремонте и стройке. Но они бесполезны для домашнего использования, так как бытовая сеть может дать всего одну фазу, напряжением 220В. На самом деле, это не совсем верное суждение. Подключить трехфазный асинхронный двигатель к бытовой сети возможно. Это делается при помощи радиодетали – конденсатора. Разберем данный способ подробнее.

Сдвиг фаз при помощи конденсаторов

Моторы, в которых используют конденсаторы, называют конденсаторными двигателями. Сам конденсатор устанавливают в цепь статора так, чтобы он создавал сдвиг фазы в обмотках. Чаще всего данную схему используют при подключении трехфазных асинхронных двигателей к бытовой сети 220В.

Для сдвига фаз потребуется подключить одну из обмоток в разрыв с конденсатором. При этом емкость конденсатора подбирают таким образом, чтобы сдвиг фаз на обмотках получился максимально приближенным к 90°. В этом случае для ротора создается максимальный крутящий момент.

ВАЖНО: В данной схеме необходимо учесть модули магнитной индукции обмоток. Они должны быть одинаковыми. Это позволит создать суммарное магнитное поле, которое будет вращать ротор по кругу, а не по эллипсу. В этом случае ротор будет крутиться с большей эффективностью.

Оптимальный сдвиг фазы достигается правильным подбором емкости конденсатора, как в пусковом, так и в рабочем режиме. Также правильное круговое магнитное поле зависит:

  • скорости вращения ротора;
  • напряжения сети;
  • числа витков обмотки;
  • подключенных конденсаторов.

Если оптимальное значение одного из параметров отходит от нормы, то магнитное поле становится эллиптическим. Качественные характеристики двигателя сразу же упадут.

Поэтому для решения разного типа задач подбирают двигатели с разными емкостями конденсаторов. Для обеспечения максимального пускового момента берут конденсатор большей емкости. Он обеспечивает оптимальный ток и фазу во время запуска мотора. В случае, когда пусковой момент не имеет значения, уделяют внимание только созданию необходимых условий для рабочего режима.

Как подключить трехфазный электродвигатель в сеть 220 В?

Рассмотрим самый простой способ подключения трехфазного асинхронного двигателя в бытовую сеть. Для этого потребуется набор ручных инструментов, конденсатор, а также минимальные знания электротехники и мультиметр.

Итак, пошаговое руководство по подключению:

  1. Раскручиваем блок управления двигателя и смотрим схему подключения. Если применен метод звезды, необходимо перекрутить коммутацию на треугольник.
  2. Подсоединение производят только с одной стороны выводов обмоток. Для удобства обозначим их от 1 до 3.
  3. На 1-ый и 2-ой вывод подсоединяем конденсатор.
  4. На 1-ый и 3-ий вывод заводим провода питания 220В. При этом вывод 2 не трогаем. На нем остается только конденсатор.
  5. Включаем провод питания в сеть и проверяем работу двигателя.

ВАЖНО: Расчет мощности конденсатора производят по формуле: на 100Вт /10 мкФ.

Данный способ очень прост и безопасен. Перед подсоединением конденсатора и предварительным пуском двигателя, стоит проверить целостность контура проводки на пробитие по корпусу. Это можно сделать при помощи мультиметра.

Как видно, схема довольно проста. Подключение не займет много времени и потребует минимум усилий. Есть и другие схемы подсоединения трехфазного двигателя в обычную сеть. Рассмотрим и их.

ИНФОРМАЦИЯ: К сожалению не все трехфазные двигатели хорошо работают от бытовой сети. Некоторые могут попросту перегореть. К таким относятся моторы с двойной клеткой короткозамкнутого ротора (серия МА). Для использования трехфазных моторов в бытовой сети лучше использовать двигатели серии АО2, АПН, УАД, А, АО.

Схема подключения трехфазных двигателей в однофазную сеть

Для безопасной и корректной работы трехфазного асинхронного двигателя от бытовой сети необходимо использовать конденсатор. При этом его емкость должна зависеть от количества оборотов мотора.

В практическом исполнении данное устройство изготовить довольно проблематично. Для решения данной задачи используют управлением двухступенчатое управление мотором. Таким образом, в момент пуска работают два конденсатора:

После набора двигателем рабочих оборотов, пусковой конденсатор отключают.

Рассмотрим схему подключения двигателя при помощи двух конденсаторов.

В данном варианте предполагается использование двигателя в сети 220/380В. Схема:
Обозначения: Ср – рабочий конденсатор; Сп – пусковой конденсатор; П1 – пакетный выключатель.

Когда включают пакетный выключатель П1 происходит замыкание контактов П1.1 и П1.2. В этот момент необходимо нажать кнопку «Разгон». Когда двигатель выйдет на рабочие обороты, кнопку отпускают. Реверс двигателя осуществляется путем переключения тумблера SA1.

Важно: правильно рассчитать емкость рабочего конденсатора.

Рассмотрим несколько формул для подключения обмоток разными методами:

  1. Для метода «звезда». Формула: Ср = 2800*(I/U); где Ср – емкость рабочего конденсатора (мкФ), I – потребляемый электродвигателем ток в (А), напряжение в сети (В).
  2. Для метода «треугольник». Формула: Ср = 4800*(I/U); где Ср – емкость рабочего конденсатора (мкФ), I – потребляемый электродвигателем ток в (А), напряжение в сети (В).

Для любого метода коммутации рассчитывают потребляемый электродвигателем ток. Формула: I = P/(1.73Uŋ*cosϕ); где Р – мощность двигателя в Вт, указанная в его паспорте; ŋ – кпд; cosϕ- коэффициент мощности; U -напряжение в сети.

В данной схеме емкость пускового конденсатора Сп подбирают в 2-2.5 раза выше емкости рабочего конденсатора. При этом все конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение превышающие напряжение сети в 1.5 раза.

ИНФОРМАЦИЯ: Для бытовых сетей 220В хорошо подходят конденсаторы типа МБГО, МБПГ, МБГЧ с рабочим напряжением 500В и выше. Для кратковременного подключения используют конденсаторы К50-3, ЭГЦ-М, КЭ-2 в качестве пусковых. При этом их рабочее напряжение должно быть не менее 450 В. Для большей надежности электролитические конденсаторы соединяют последовательно, соединяя между собой их минусовые выводы, и шунтируют диодами

Применение электролитических конденсаторов в качестве пусковых

Для подключения трехфазных асинхронных электродвигателей в бытовую сеть используют, как правило, простые бумажные конденсаторы. За долгое время применения они показали себя не самым лучшим образом, поэтому сейчас большие бумажные конденсаторы практически не используются. Им на смену пришли оксидные (электролитические) конденсаторы. Они имеют меньшие габариты и широко распространены на рынках радиодеталей. Рассмотрим схему замены бумажного конденсатора на оксидный:

Из схемы видно, что положительная волна переменного тока проходит через элементы VD1, С2, а отрицательная – через VD2, С2. Это говорит о том, что данные конденсаторы можно использовать с допустимым напряжением в 2 раза меньшим, чем у обычных конденсаторов аналогичной емкости. Емкость для оксидного конденсатора рассчитывается по тому же методу, что и для бумажных конденсаторов.

ИНФОРМАЦИЯ: Так в схеме однофазной сети 220В используют бумажной конденсатор с напряжением 400В. При его замене на оксидный конденсатор, достаточно мощности 200В.

Последовательное и параллельное соединение конденсаторов

Стоит отметить, что у подключенного двигателя в бытовую сеть 220В, без особой нагрузки будет страдать одна из обмоток. Это контур, который подключается через конденсатор. В этом случае на него поступает ток, на 20-30% выше номинального. Из этого следует, что на недогруженном моторе емкость конденсатора необходимо уменьшить. Но тогда, если двигатель запускался без пускового конденсатора, последний может потребоваться.

Решить данную задачу поможет замена одного большого конденсатора на несколько, соединенных в цепь параллельным способом. Так можно подключать или отключать ненужные компоненты, используя конденсаторы в качестве пусковых. При параллельном соединении суммарную емкость в мкФ считают по формуле: Cобщ = C1 + C1 + … + Сn.

Необходимые инструменты и комплектующие

Любой монтаж вышеперечисленных схем потребует минимальных знаний электротехники, а также навыков работы с радиоэлектроникой и пайкой мелких деталей.

Из инструментов потребуется:

  1. Набор отверток для сбора/разбора блока управления двигателя. Для старых двигателей лучше подбирать мощные плоские отвертки из хорошей стали. За длительное время работы двигателя болты в корпусе могут «прикипеть». Для их откручивания потребуется немало сил и хороший инструмент.
  2. Пассатижи для обжатия проводов и других манипуляций.
  3. Острый нож для снятия изоляции.
  4. Паяльник.
  5. Канифоль и припой.
  6. Индикаторная отвертка для поиска фазы, а также индикации разрыва на кабеле.
  7. Мультиметр. Один из основных диагностирующих устройств.

Также потребуются радиодетали:

  • Конденсаторы.
  • Кнопка пуска.
  • Магнитный пускатель.
  • Тумблер реверса.
  • Контактная плата.

Перечисленных инструментов и радиокомпонентов хватит для сборки представленных выше схем.

ВАЖНО: Не подключайте двигатель в сеть, не проверив работу собранной схемы. Ее можно протестировать при помощи мультиметра. Это убережет технику от короткого замыкания.

Заключение

Трехфазный асинхронный двигатель – это надежный и эффективный мотор, который можно подключить как к трехфазной, так и однофазной сети. При этом необходимо соблюдать ряд правил. В частности – правильно рассчитывать емкости конденсаторов. Если все расчеты верны, двигатель будет работать в оптимальном режиме с высоким уровнем КПД.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector