Включение трехфазного двигателя в однофазную сеть. Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети: особенности, схемы и рекомендации — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как правильно подключить трехфазный двигатель к однофазной сети 220В. Какие схемы подключения существуют. Как рассчитать и подобрать конденсаторы для запуска и работы. Какие двигатели подходят для такого подключения. На что обратить внимание при переделке.

Содержание

Особенности работы трехфазного двигателя от однофазной сети

Подключение трехфазного асинхронного двигателя к однофазной сети 220В — задача, с которой нередко сталкиваются домашние мастера и небольшие производства. Такая необходимость возникает, когда нужно использовать трехфазный мотор там, где доступно только однофазное питание.

При подключении трехфазного двигателя к однофазной сети возникают следующие особенности:

Снижение мощности двигателя примерно на 30-50%
Необходимость использования пусковых и рабочих конденсаторов
Возможное изменение направления вращения
Увеличение нагрева обмоток из-за несимметричной нагрузки
Снижение КПД и коэффициента мощности

Несмотря на эти ограничения, во многих случаях такое подключение оказывается оправданным и позволяет эффективно использовать имеющийся трехфазный двигатель.

Принцип работы трехфазного двигателя

Для понимания особенностей подключения трехфазного двигателя к однофазной сети важно разобраться в принципе его работы. Как работает трехфазный асинхронный двигатель?

В трехфазном двигателе статор имеет три обмотки, сдвинутые в пространстве на 120°. При подаче трехфазного напряжения в обмотках возникают токи, также сдвинутые по фазе на 120°. Это создает вращающееся магнитное поле, которое увлекает за собой ротор.

Ключевые моменты работы трехфазного двигателя:

Вращающееся магнитное поле создается автоматически за счет конструкции статора и трехфазного питания
Частота вращения поля определяется частотой сети (50 Гц — 3000 об/мин)
Ротор вращается с небольшим отставанием (скольжением) от поля статора

Момент на валу создается за счет взаимодействия полей статора и ротора

При подключении к однофазной сети задача состоит в том, чтобы искусственно создать вращающееся магнитное поле, близкое к полю при трехфазном питании.

Схемы подключения трехфазного двигателя к однофазной сети

Существует несколько основных схем подключения трехфазного двигателя к однофазной сети 220В:

1. Схема с рабочим и пусковым конденсатором

Это наиболее распространенная схема, обеспечивающая хороший пусковой момент и приемлемые рабочие характеристики:

Рабочий конденсатор постоянно включен
Пусковой конденсатор подключается только на время запуска
Пусковой конденсатор отключается центробежным выключателем или реле времени

2. Схема только с рабочим конденсатором

Более простая схема, но с худшими пусковыми характеристиками:

Используется только один постоянно включенный конденсатор

Пусковой момент ниже, чем в схеме с двумя конденсаторами
Подходит для двигателей небольшой мощности и механизмов с легким пуском

3. Схема с активным сопротивлением

Простая схема, но с большими потерями энергии:

Вместо конденсатора используется активное сопротивление (резистор)
Создает сдвиг фаз между обмотками
Имеет низкий КПД из-за потерь в резисторе

Выбор конкретной схемы зависит от типа двигателя, требуемых характеристик и условий эксплуатации.

Расчет и подбор конденсаторов

Правильный выбор конденсаторов — ключевой момент при подключении трехфазного двигателя к однофазной сети. Как рассчитать емкость конденсаторов?

Расчет рабочего конденсатора:

Емкость рабочего конденсатора (в мкФ) можно приблизительно рассчитать по формуле:

C = 2800 * P / U^2

где P — мощность двигателя в кВт, U — напряжение сети в вольтах.

Расчет пускового конденсатора:

Емкость пускового конденсатора обычно выбирают в 2-3 раза больше рабочего:

C пуск = (2-3) * C раб

Важные моменты при выборе конденсаторов:

Рабочее напряжение конденсаторов должно быть не менее 400В
Следует использовать специальные пусковые конденсаторы для двигателей
Нежелательно применять электролитические конденсаторы
Окончательный подбор может потребовать экспериментальной корректировки

Правильно подобранные конденсаторы обеспечат надежный запуск и устойчивую работу двигателя.

Какие двигатели подходят для работы от однофазной сети

Не все трехфазные двигатели одинаково хорошо работают при питании от однофазной сети. Какие двигатели лучше подходят для такого подключения?

Наиболее подходящие типы двигателей:

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором
Двигатели серий АИР, АО2, 4А мощностью до 3-5 кВт
Двигатели с повышенным скольжением
Двигатели с высоким пусковым моментом

Менее подходящие двигатели:

Двигатели мощностью более 5-7 кВт
Двигатели с фазным ротором
Высокоскоростные двигатели (более 3000 об/мин)
Двигатели с очень низким скольжением

При выборе двигателя для работы от однофазной сети следует учитывать, что его фактическая мощность составит 50-70% от номинальной трехфазной мощности.

Практические рекомендации по подключению

При самостоятельном подключении трехфазного двигателя к однофазной сети важно соблюдать ряд правил для обеспечения безопасности и эффективности работы:

Тщательно изучите схему подключения обмоток двигателя
Используйте качественные конденсаторы нужного номинала
Обеспечьте надежное соединение всех проводов
Установите защиту от перегрузки и короткого замыкания
Проверьте направление вращения двигателя
Контролируйте нагрев двигателя при работе
При необходимости установите принудительное охлаждение

Помните, что неправильное подключение может привести к повреждению двигателя или создать опасную ситуацию. При отсутствии опыта лучше обратиться к специалисту.

Возможные проблемы и их решение

При эксплуатации трехфазного двигателя от однофазной сети могут возникать различные проблемы. Рассмотрим наиболее частые из них и способы их решения:

Двигатель не запускается или запускается с трудом

Возможные причины и решения:

Недостаточная емкость пускового конденсатора — увеличить емкость
Неправильное подключение обмоток — проверить схему подключения
Слишком большая нагрузка при пуске — обеспечить запуск без нагрузки

Двигатель сильно греется при работе

Что делать:

Проверить соответствие нагрузки мощности двигателя
Уменьшить время непрерывной работы
Улучшить охлаждение двигателя

Низкая мощность на валу двигателя

Возможные решения:

Проверить правильность выбора емкости рабочего конденсатора
Убедиться в исправности конденсаторов
Учитывать, что мощность снижается на 30-50% от номинальной

При возникновении проблем важно последовательно проанализировать все аспекты работы системы и найти оптимальное решение.

Заключение

Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети — технически возможная, но не всегда простая задача. При правильном подходе можно добиться приемлемых результатов и эффективно использовать имеющееся оборудование.

Ключевые моменты, которые следует учитывать:

Снижение мощности двигателя неизбежно
Правильный выбор и расчет конденсаторов критически важен
Не все двигатели одинаково хорошо подходят для такого подключения
Необходимо обеспечить защиту и контроль работы двигателя
В сложных случаях лучше обратиться к специалисту

При соблюдении всех рекомендаций можно успешно использовать трехфазные двигатели там, где доступно только однофазное питание, расширяя возможности применения имеющегося оборудования.

Схема подключения трехфазного двигателя к однофазной сети через конденсатор

Бывают в жизни ситуации, когда нужно включить какое-то промышленное оборудование в обычную домашнюю сеть электропитания. Тут же возникает проблема с числом проводов. У машин, предназначенных для эксплуатации на предприятиях, выводов, как правило, три, а бывает и четыре. Что с ними делать, куда их подключать? Те, кто пытался испробовать различные варианты, убедились, что моторы просто так крутиться не хотят. Возможно ли вообще однофазное подключение трехфазного двигателя? Да, добиться вращения можно. К сожалению, в этом случае неизбежно падение мощности почти вдвое, но в некоторых ситуациях это – единственный выход.

Содержание

Напряжения трехфазной сети и их соотношение
Устройство трехфазного двигателя
Треугольник или звезда?
Как включить мотор в обратном направлении?
Фазосдвигающие емкости
Пусковой конденсатор
Расчет величины емкостей
Почему нужна подгонка
Составление батареи емкостей
Разрядный резистор
Использование электролитов
Если нет конденсаторов
Какие двигатели подойдут?
Схема подключения однофазного двигателя через конденсатор
Схема подключения трёхфазного двигателя через конденсатор
Онлайн расчет емкости конденсатора мотора
Реверс направления движения двигателя

Напряжения трехфазной сети и их соотношение

Для того чтобы понять, как подключить трехфазный двигатель к обычной розетке, следует разобраться, как соотносятся напряжения в промышленной сети. Общеизвестны величины напряжений – 220 и 380 Вольт. Раньше еще было 127 В, но в пятидесятые годы от этого параметра отказались в пользу более высокого. Откуда взялись эти «волшебные цифры»? Почему не 100, или 200, или 300? Вроде бы круглые цифры считать легче.

Большая часть промышленного электрооборудования рассчитана на подключение к трехфазной сети переменного тока. Напряжение каждой из фаз по отношению к нейтральному проводу составляет 220 Вольт, совсем как в домашней розетке. Откуда же берутся 380 В? Это очень просто, достаточно рассмотреть равнобедренный треугольник с углами в 60, 30 и 30 градусов, который представляет собой векторная диаграмма напряжений. Длина самой длинной стороны будет равна длине бедра, умноженной на cos 30°. После нехитрых подсчетов можно убедиться, что 220 х cos 30°= 380.

Устройство трехфазного двигателя

Не все типы промышленных двигателей могут работать от одной фазы. Самые распространенные из них – «рабочие лошадки», составляющие большинство электромашин на любом предприятии – асинхронные машины мощностью в 1 – 1,5 кВА. Как работает такой трехфазный двигатель в трехфазной сети, для которой он предназначен?

Изобретателем этого революционного устройства стал русский ученый Михаил Осипович Доливо-Добровольский. Этот выдающийся электротехник был сторонником теории трехфазной питающей сети, которая в наше время стала главенствующей. Асинхронный двигатель трехфазный работает по принципу индукции токов от обмоток статора на замкнутые проводники ротора. В результате их протекания по короткозамкнутым обмоткам в каждой из них возникает магнитное поле, вступающее во взаимодействие с силовыми линиями статора. Так получается вращающий момент, приводящий к круговому движению оси двигателя.

Обмотки расположены под углом 120°, таким образом, вращающееся поле, создаваемое каждой из фаз, последовательно толкает каждую намагничиваемую сторону ротора.

Треугольник или звезда?

Трехфазный двигатель в трехфазной сети может включаться двумя способами – с участием нейтрального провода или без него. Первый способ называется «звезда», в этом случае каждая из обмоток находится под фазным напряжением (между фазой и нулем), равным в наших условиях 220 В. Схема подключения трехфазного двигателя «треугольником» предполагает последовательное соединение трех обмоток и подачу линейного (380 В) напряжения на узлы коммутации. Во втором случае двигатель будет выдавать большую примерно в полтора раза мощность.

Как включить мотор в обратном направлении?

Управление трехфазным двигателем может предполагать необходимость изменения направления вращения на противоположное, то есть реверс. Чтобы этого добиться, нужно просто поменять местами два провода из трех.

Для удобства изменения схемы в клеммной коробке двигателя предусмотрены перемычки, выполненные, как правило, из меди. Для включения «звездой» нежно соединить три выходных провода обмоток вместе. «Треугольник» получается немного сложнее, но и с ним справится любой электрик средней квалификации.

Фазосдвигающие емкости

Итак, порой возникает вопрос о том, как подключить трехфазный двигатель в обычную домашнюю розетку. Если просто попробовать подсоединить к вилке два провода, он вращаться не станет. Для того чтобы дело пошло, нужно сымитировать фазу, сдвинув подаваемое напряжение на какой-то угол (желательно 120°). Добиться этого эффекта можно, если применить фазосдвигающий элемент. Теоретически это может быть и индуктивность, и даже сопротивление, но чаще всего трехфазный двигатель в однофазной сети включается с использованием электрических емкостей (конденсаторов), обозначаемых на схемах латинской буквой С.

Что касается применений дросселей, то оно затруднено по причине сложности определения их значения (если оно не указано на корпусе прибора). Для замера величины L требуется специальный прибор или собранная для этого схема. К тому же выбор доступных дросселей, как правило, ограничен. Впрочем, экспериментально любой фазосдвигающий элемент подобрать можно, но это дело хлопотное.

Что происходит при включении двигателя? На одну из точек соединения подается ноль, на другую – фаза, а на третью — некое напряжение, сдвинутое на некоторый угол относительно фазы. Понятно и неспециалисту, что работа двигателя не будет полноценной в отношении механической мощности на валу, но в некоторых случаях достаточно самого факта вращения. Однако уже при запуске могут возникать некоторые проблемы, например, отсутствие начального момента, способного сдвинуть ротор с места. Что делать в этом случае?

Пусковой конденсатор

В момент пуска валу требуются дополнительные усилия для преодоления сил инерции и трения покоя. Чтобы увеличить момент вращения, следует установить дополнительный конденсатор, подключаемый к схеме только в момент старта, а затем отключающийся. Для этих целей лучшим вариантом является применение замыкающей кнопки без фиксации положения. Схема подключения трехфазного двигателя со стартовым конденсатором приведена ниже, она проста и понятна. В момент подачи напряжения следует нажать на кнопку «Пуск», и пусковой конденсатор создаст дополнительной сдвиг фазы. После того как двигатель раскрутится до нужных оборотов, кнопку можно (и даже нужно) отпустить, и в схеме останется только рабочая емкость.

Расчет величины емкостей

Итак, мы выяснили, что для того, чтобы включить трехфазный двигатель в однофазной сети, требуется дополнительная схема подключения, в которую, помимо пусковой кнопки, входят два конденсатора. Их величину нужно знать, иначе работать система не будет. Для начала определим величину электрической емкости, необходимую для того, чтобы заставить ротор тронуться с места. При параллельном включении она представляет собой сумму:

С = С ст + Ср, где:

С ст – стартовая дополнительная отключаемая после разбега емкость;

С р – рабочий конденсатор, обеспечивающий вращение.

Еще нам потребуется величина номинального тока I н (она указана на табличке, прикрепленной к двигателю на заводе-изготовителе). Этот параметр также можно определить с помощью нехитрой формулы:

I н = P / (3 х U), где:

U – напряжение, при подключении «звездой» — 220 В, а если «треугольник», то 380 В;

P – мощность трехфазного двигателя, ее иногда в случае утери таблички определяют на глаз.

Итак, зависимости требуемой рабочей мощности вычисляются по формулам:

С р = Ср = 2800 I н / U – для «звезды»;

С р = 4800 I н / U – для «треугольника»;

Пусковой конденсатор должен быть больше рабочего в 2-3 раза. Единица измерения – микрофарады.

Есть и совсем уж простой способ вычисления емкости: C = P /10, но эта формула скорее дает порядок цифры, чем ее значение. Впрочем, повозиться в любом случае придется.

Почему нужна подгонка

Метод расчета, приведенный выше, является приблизительным. Во-первых, номинальное значение, указанное на корпусе электрической емкости, может существенно отличаться от фактического. Во-вторых, бумажные конденсаторы (вообще говоря, вещь недешевая) часто используются бывшие в употреблении, и они, как всякие прочие предметы, подвержены старению, что приводит к еще большему отклонению от указанного параметра. В-третьих, ток, который будет потребляться двигателем, зависит от величины механической нагрузки на валу, а потому оценить его можно только экспериментально. Как это сделать?

Здесь потребуется немного терпения. В результате может получиться довольно объемный набор конденсаторов, соединенных параллельно и последовательно. Главное – после окончания работы все хорошенько закрепить, чтобы не отваливались припаянные концы от вибраций, исходящих от мотора. А потом не лишним будет еще раз проанализировать результат и, возможно, упростить конструкцию.

Составление батареи емкостей

Если в распоряжении у мастера нет специальных электролитических клещей, позволяющий замерять ток без размыкания цепей, то следует подключить амперметр последовательно к каждому проводу, который входит в трехфазный двигатель. В однофазной сети будет протекать суммарное значение, а подбором конденсаторов следует стремиться к наиболее равномерной загрузке обмоток. При этом следует помнить о том, что при последовательном подключении общая емкость уменьшается по закону:

1/С = 1/С1 + 1/С2… и так далее, а при параллельном – наоборот, складывается.

Также необходимо не забывать и о таком важном параметре, как напряжение, на которое рассчитан конденсатор. Оно должно быть не менее номинального значения сети, а лучше с запасом.

Разрядный резистор

Схема трехфазного двигателя, включенного между одной фазой и нейтральным проводом, иногда дополняется сопротивлением. Оно служит для того, чтобы на стартовом конденсаторе не накапливался заряд, остающийся после того, как машина уже выключена. Эта энергия может вызвать электрический удар, не опасный, но крайне неприятный. Для того чтобы обезопасить себя, следует параллельно с пусковой емкостью соединить резистор (у электриков это называется «зашунтировать»). Величина его сопротивления большая – от половины мегома до мегома, а по размерам он невелик, поэтому довольно и полуваттной мощности. Впрочем, если пользователь не боится быть «ущипнутым», то без этой детали вполне можно и обойтись.

Использование электролитов

Как уже отмечалось, пленочные или бумажные электрические емкости дорогие, и прибрести их не так просто, как хотелось бы. Можно произвести однофазное подключение трехфазного двигателя с использованием недорогих и доступных электролитических конденсаторов. При этом совсем уж дешевыми они тоже не будут, так как должны выдерживать 300 Вольт постоянного тока. Для безопасности их следует зашунтировать полупроводниковыми диодами (Д 245 или Д 248, например), но нелишним будет помнить о том, что при пробитии этих приборов переменное напряжение попадет на электролит, и он сперва сильно нагреется, а потом взорвется, громко и эффектно. Поэтому без крайней необходимости лучше все же использовать конденсаторы бумажного типа, работающие под напряжением хоть постоянным, хоть переменным. Некоторые мастера вполне допускают применение электролитов в пусковых цепях. В силу кратковременного воздействия на них переменного напряжения, они могут и не успеть взорваться. Лучше не экспериментировать.

Если нет конденсаторов

Где обычные граждане, не имеющие доступа к пользующимся спросом электрическим и электронным деталям, их приобретают? На барахолках и «блошиных рынках». Там они лежат, заботливо выпаянные чьими-то (обычно пожилыми) руками из старых стиральных машин, телевизоров и прочей вышедшей из обихода и строя бытовой и промышленной техники. Просят за эти изделия советского производства немало: продавцы знают, что если деталь нужна, то ее купят, а если нет – и даром не возьмут. Бывает, что как раз самого необходимого (в данном случае конденсатора) как раз и нет. И что же делать? Не беда! Сойдут и резисторы, только нужны мощные, желательно керамические и остеклованные. Конечно, идеальное сопротивление (активное) фазу не сдвигает, но в этом мире ничего нет идеального, и в нашем случае это хорошо. Каждое физическое тело обладает собственной индуктивностью, электрической мощностью и резистивностью, будь оно крошечной пылинкой или огромной горой. Включение трехфазного двигателя в розетку становится возможным, если на вышеприведенных схемах заменить конденсатор сопротивлением, номинал которого вычисляется по формуле:

R = (0,86 x U) / kI, где:

kI — величина тока при трехфазном подключении, А;

U – наши верные 220 Вольт.

Какие двигатели подойдут?

Перед тем как приобретать за немалые деньги мотор, который рачительный хозяин собирается использовать в качестве привода для точильного круга, циркулярной пилы, сверлильного станка или другого какого-либо полезного домашнего устройства, не помешает подумать о его применимости для этих целей. Не каждый трехфазный двигатель в однофазной сети вообще сможет работать. Например, серию МА (у него короткозамкнутый ротор с двойной клеткой) следует исключить, дабы не пришлось тащить домой немалый и бесполезный вес. Вообще, лучше всего сначала поэкспериментировать или пригласить опытного человека, электромеханика, например, и посоветоваться с ним перед покупкой. Вполне подойдет асинхронный двигатель трехфазный серии УАД, АПН, АО2, АО и, конечно же, А. Эти индексы указаны на заводских табличках.

Есть 2 типа однофазных асинхронных двигателей — бифилярные (с пусковой обмоткой) и конденсаторные. Их различие в том, что в бифилярных однофазных двигателях пусковая обмотка работает только до разгона мотора. После она выключается специальным устройством — центробежным выключателем или пускозащитным реле (в холодильниках). Это нужно потому, что после разгона она снижает КПД.

В конденсаторных однофазных двигателях конденсаторная обмотка работает все время. Две обмотки — основная и вспомогательная, они смещены относительно друг друга на 90°. Благодаря этому можно менять менять направление вращения. Конденсатор на таких двигателях обычно крепится к корпусу и по этому признаку его несложно опознать.

Схема подключения однофазного двигателя через конденсатор

При подключении однофазного конденсаторного двигателя есть несколько вариантов схем подключения. Без конденсаторов электромотор гудит, но не запускается.

1 схема — с конденсатором в цепи питания пусковой обмотки — хорошо запускаются, но при работе мощность выдают далеко не номинальную, а намного ниже.
3 схема включения с конденсатором в цепи подключения рабочей обмотки дает обратный эффект: не очень хорошие показатели при пуске, но хорошие рабочие характеристики. Соответственно, первую схему используют в устройствах с тяжелым пуском, а с рабочим конденсором — если нужны хорошие рабочие характеристики.
2 схема — подключения однофазного двигателя — установить оба конденсатора. Получается нечто среднее между описанными выше вариантами. Эта схема и используется чаще всего. Она на втором рисунке. При организации данной схемы тоже нужна кнопка типа ПНВС, которая будет подключать конденсатор только не время старта, пока мотор «разгонится». Потом подключенными останутся две обмотки, причем вспомогательная через конденсатор.

Схема подключения трёхфазного двигателя через конденсатор

Здесь напряжение 220 вольт распределяется на 2 последовательно соединенные обмотки, где каждая рассчитана на такое напряжение. Поэтому теряется мощность почти в два раза, но использовать такой двигатель можно во многих маломощных устройствах.

Максимальной мощности двигателя на 380 В в сети 220 В можно достичь используя соединение типа треугольник. Кроме минимальных потерь по мощности, неизменным остается и число оборотов двигателя. Здесь каждая обмотка используется на свое рабочее напряжение, отсюда и мощность.

Важно помнить: трехфазные электродвигатели обладают более высокой эффективностью, чем однофазные на 220 В. Поэтому если есть ввод на 380 В — обязательно подключайте к нему — это обеспечит более стабильную и экономичную работу устройств. Для пуска мотора не понадобятся различные пусковики и обмотки, потому что вращающееся магнитное поле возникает в статоре сразу после подключения к сети 380 В.

Онлайн расчет емкости конденсатора мотора

Введите данные для расчёта конденсаторов — мощность двигателя и его КПД

Есть специальная формула, по которой можно высчитать требуемую емкость точно, но вполне можно обойтись онлайн калькулятором или рекомендациями, которые выведены на основании многих опытов:

Рабочий конденсатор берут из расчета 0,8 мкФ на 1 кВт мощности двигателя;

Пусковой подбирается в 2-3 раза больше.

Конденсаторы должны быть неполярными, то есть не электролитическими. Рабочее напряжение этих конденсаторов должно быть минимум в 1,5 раза выше, чем напряжение сети, то есть, для сети 220 В берем емкости с рабочим напряжением 350 В и выше. А чтобы пуск проходил проще, в пусковую цепь ищите специальный конденсатор. У них в маркировке присутствует слова Start или Starting.

Пусковые конденсаторы для моторов

Эти конденсаторы можно подбирать методом от меньшего к большему. Так подобрав среднюю емкость, можно постепенно добавлять и следить за режимом работы двигателя, чтобы он не перегревался и имел достаточно мощности на валу. Также и пусковой конденсатор подбирают добавляя, пока он не будет запускаться плавно без задержек.

При нормальной работе трехфазных асинхронных электродвигателей с конденсаторным пуском, включенных в однофазную сеть предполагается изменение (уменьшение) емкости конденсатора с увеличением частоты вращения вала. В момент пуска асинхронных двигателей (особенно, с нагрузкой на валу) в сети 220 В требуется повышенная емкость фазосдвигающего конденсатора.

Реверс направления движения двигателя

Если после подключения мотор работает, но вал крутится не в том направлении, которое вам надо, можно поменять это направление. Это делают поменяв обмотки вспомогательной обмотки. Такую операцию может делать двухпозиционный переключатель, на центральный контакт которого подключается вывод от конденсатора, а на два крайних вывода от «фазы» и «нуля».

Как осуществить однофазное подключение трехфазного двигателя к электрической сети

Трёхфазный двигатель — электродвигатель, конструктивно предназначенный для питания от трехфазной сети переменного тока.

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.

Допонительно

Схемы включения трехфазных асинхронных двигателей для работы от однофазных сетей:

Схемы а — е применяются в том случае, когда фазы обмотки статора жестко соединены в звезду или треугольник и у двигателя имеется только три выводных конца. Наилучшими из этих схем следует считать схемы в и е. При включении двигателя по этим схемам в случае правильного подбора емкости конденсатора он обладает вполне удовлетворительными пусковыми и рабочими свойствами.

Схемы ж и з применяются в случае, когда у двигателя имеется шесть выходных концов — начала и концы всех фаз. При таком соединении обмоток двигатель практически не отличается от обычного однофазного асинхронного двигателя с пусковым сопротивлением или емкостью.

Обмотки двух его фаз, соединенные последовательно, образуют рабочую обмотку, а обмотка третьей фазы — пусковую обмотку. Рабочая обмотка, как и в обычном однофазном двигателе с пусковым сопротивлением или емкостью, занимает 2/3 пазов статора, пусковая обмотка — 1/3 пазов.

При правильном выборе активного сопротивления или емкости этот двигатель может иметь примерно такие же пусковые и рабочие свойства, как и специально рассчитанный однофазный асинхронный двигатель с пусковой обмоткой. (Ю. М. Юферов. Электрические двигатели автоматических устройств)

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 специальный однофазный электродвигатель соответствующей мощности.

Ранее ЭлектроВести писали, что британская компания Swindon Powertrain предложила вариант преобразования любого топливного автомобиля в электрический, выпустив компактную и готовую к установке силовую установку High Power Density (HPD) мощностью 80 кВт.

По материалам: electrik.info.

Подключение однофазного электродвигателя к сети. Способы включения трехфазных двигателей в однофазную сеть

Некоторые мастера самостоятельно собирают станки по обработке древесины или металла в домашних условиях. Для этого могут использоваться любые доступные двигатели подходящей мощности. В некоторых случаях приходится разбираться с тем, как подключить трехфазный двигатель к однофазной сети. Именно этой теме и посвящена статья. Также будет рассказано о том, как правильно подобрать требуемые конденсаторы.

Однофазные и трехфазные

Чтобы правильно понимать предмет обсуждения, который объясняет подключение двигателя 380 на 220 вольт, необходимо разобраться, в чем лежит принципиальное отличие таких агрегатов. Все трехфазные двигатели являются асинхронными. Это означает, что фазы в нем подключены с некоторым смещением. Конструктивно двигатель состоит из корпуса, в который помещена статическая часть, которая не вращается, ее называют статором. Также есть вращающийся элемент, который называется ротором. Ротор находится внутри статора. На статор подается трехфазное напряжение, каждая фаза по 220 вольт. После этого происходит образование электромагнитного поля. Из-за того, что фазы находятся в угловом смещении, появляется электродвижущая сила. Она и заставляет ротор, который находится в магнитном поле статора вращаться.

Обратите внимание! Напряжение на обмотки трехфазного двигателя подается через тип соединения, которое выполняется в форме звезды или треугольника.

Однофазные асинхронные агрегаты имеют немного иной тип подключения, т. к. питаются от сети 220 вольт. В ней есть только два провода. Один называется фазным, а второй нулевым. Чтобы запуститься, двигателю необходимо иметь только одну обмотку, к которой подключается фаза. Но только одной будет мало для пускового импульса. Поэтому присутствует еще она обмотка, которая задействована во время пуска. Чтобы она выполнила свою роль, она может быть подключена через конденсатор, что бывает чаще всего, или кратковременно замыкаться.

Подключение трехфазного двигателя

Обычное подключение трехфазного двигателя к трехфазной сети может стать непростой задачей для тех, кто никогда не сталкивался с ней. В некоторых агрегатах есть только три провода для подключения. Они позволяют сделать это по схеме «звезда». В других приборах есть шесть проводов. В таком случае появляется выбор между треугольником и звездой. Ниже на фото можно видеть реальный пример подключения звездой. В белой обмотке подходит питающий кабель, и он подключается только к трем выводам. Дальше установлены специальные перемычки, которые обеспечивают правильное питание обмоток.

Чтобы было понятнее, как это реализовать самостоятельно, ниже будет приведена схема такого подключения. Подключение треугольником несколько проще, т. к. три дополнительные клеммы отсутствуют. Но это говорит лишь о том, что механизм перемычек реализован уже в самом двигателе. При этом нет возможности повлиять на способ соединения обмоток, а значит необходимо будет соблюсти нюансы при подключении такого двигателя в однофазную сеть.

Подключение к однофазной сети

Трехфазный агрегат с успехом можно подключить к однофазной сети. Но стоит учитывать, что при схеме, которая называется «звезда», мощность агрегата не будет превышать половины его номинальной мощности. Чтобы увеличить этот показатель, необходимо обеспечить подключение по типу «треугольник». В таком случае можно будет добиться лишь 30-процентного падения мощности. Бояться при этом не стоит, ведь в сети 220 вольт невозможно возникновение критического напряжения, которое бы повредило обмотки двигателя.

Схемы подключения

Когда трехфазный двигатель подключен к сети 380, тогда каждая его обмотка запитана от одной фазы. При соединении его к 220 вольтовой сети на две обмотки приходит фазный и нулевой провод, а третья остается незадействованной. Чтобы исправить этот нюанс, необходимо подобрать правильный конденсатор, который в требуемый момент сможет подать на нее напряжение. В идеале в цепи должно быть два конденсатора. Один из них является пусковым, а второй рабочим. Если мощность трехфазного агрегата не превышает 1,5 кВт, и нагрузка на него подается уже после того, как он наберет требуемые обороты, тогда можно использовать только рабочий конденсатор.

Обратите внимание! Без дополнительных конденсаторов или других приспособлений подключить напрямую двигатель на 380 к 220 не получиться.

В этом случае его необходимо его необходимо установить в разрыв между третьим контактом треугольника и нулевым проводом. Если необходимо добиться эффекта, при котором двигатель будет вращаться в обратном направлении, тогда необходимо на один вывод конденсатора подключить не нулевой, а фазный провод. Если двигатель по мощности превосходит, указанную выше, тогда понадобится еще и пусковой конденсатор. Он монтируется параллельно рабочему. Но стоит учитывать, что в провод, который дет между ними, на разрыв должен быть установлен выключатель без фиксации. Такая кнопка позволит задействовать конденсатор только во время пуска. При этом придется после включения двигателя в сеть несколько секунд удерживать эту клавишу для того, чтобы агрегат набрал требуемые обороты. После этого ее необходимо отпустить, чтобы не сжечь обмотки.

Если потребуется реализовать включение такого агрегат реверсивно, тогда монтируется тумблер на три вывода. Средний должен быть постоянно подключен к рабочему конденсатору. Крайние должны быть подключены к фазному и нулевому проводу. В зависимости от того, в какую сторону должно быть вращение, потребуется выставить тумблер либо на ноль, либо на фазу. Ниже схематически изображена схема такого подключения.

Подбор конденсатора

Не существует универсальных конденсаторов, которые бы подходили ко всем агрегатам без разбора. Их характеристикой служит емкость, которую они способны держать. Поэтому каждый придется подбирать индивидуально. Основным требованием для него будет работа при напряжении сети в 220 вольт, чаще они рассчитаны на 300 вольт. Чтобы определиться, какой именно элемент потребуется, необходимо воспользоваться формулой. Если соединение осуществляется звездой, тогда необходимо силу тока разделить на напряжение в 220 вольт и умножить на 2800. Показателем силы тока берется цифра, которая указана в характеристиках двигателя. Для подключения треугольником формула остается такой же, но последний коэффициент изменяется на 4800.

Например, если на агрегате написано, что номинальный ток, который может протекать по его обмоткам составляет 6 ампер, тогда емкость рабочего конденсатора будет 76 мкФ. Это при подключении звездой, для подключения треугольником результат будет 130 мкФ. Но выше говорилось, что если агрегат испытывает нагрузку при старте или имеет мощность больше 1,5 кВт, тогда понадобится еще один конденсатор — пусковой. Его емкость обычно в 2 или в 3 раза больше рабочего. То есть для соединения звездой понадобится второй конденсатор с емкостью 150-175 мкФ. Подбирать его придется опытным путем. В продаже может не быть конденсаторов требуемой емкости, тогда можно собрать блок для получения требуемой цифры. Для этого доступные конденсаторы соединяются параллельно, чтобы их емкость сложилась.

Обратите внимание! Есть некоторое ограничение по мощности трехфазных агрегатов, которые можно запитать от однофазной сети. Оно составляет 3 кВт. При превышении этого значения может выйти из строя проводка.

Почему пусковые конденсаторы лучше подбирать опытным путем начиная с наименьшего? Дело в том, что при недостаточном его значении будет подаваться ток большего значения, что может вывести из строя обмотки. Если его значение будет больше требуемого, тогда агрегату будет недостаточно импульса для запуска. Более наглядно представить себе подключение можно с помощью видео.

Вывод

Во время работы с электрическим током соблюдайте технику безопасности. Не запускайте ничего, если до конца неуверены в правильности выполненного подключения. Обязательно посоветуйтесь с опытным электриком, который подскажет, сможет ли проводка выдержать требуемую нагрузку от агрегата.

Общие сведения.

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.

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.

Обобщающая схема включения

С1- пусковой, С2- рабочий, К1- нефиксирующаяся кнопка, диод и резистор- система торможения.

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.

Схема реверсивного включения и торможения.

Эта схема развитие предыдущей, здесь автоматически происходит запуск при помощи токового реле и торможение электролитическим конденсатором, а также реверсивное включение. Отличие этой схемы: сдвоеный трехпозиционный переключатель и пусковое реле. Выкидывая из этой схемы лишние элементы, каждый из которых имеет свой цвет, можно собрать схему нужную для конкретных целей. При желании можно перейти на кнопочное включение, для этого понадобятся один или два автоматических пускателя с катушкой на 220В Используется сдвоеный переключатель на три 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.

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 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.

Сейчас в доводке электронная схема включения, но пока она сложна в повторении и настройке.

Как запускать трехфазный асинхронный двигатель от однофазной сети?

Самый простой способ запуска трехфазного двигателя в качестве однофазного, основывается на подключении его третьей обмотки через фазосдвигающее устройство. В качестве такого устройство может выступать активное сопротивление, индуктивность или конденсатор.

Прежде, чем подключать трехфазный двигатель в однофазную сеть, необходимо убедиться, что номинальное напряжение его обмоток соответствуют номинальному напряжению сети. Асинхронный трехфазный двигатель имеет три статорных обмотки. Соответственно в клемной коробке должно быть выведено 6 клемм для подключения питания. Если открыть клеммную коробку, то мы увидим борно двигателя. На борно, выведены 3 обмотки двигателя. Их концы подключены к клеммам. На эти клеммы и подключается питание двигателя.

Каждая обмотка имеет начало и конец. Начала обмоток маркируют как С1, С2, С3. Концы обмоток промаркированы соответственно С4, С5, С6. На крышке клемной коробки мы увидим схему включения двигателя в сеть при разных напряжениях питания. Согласно этой схемы мы и должны подключить обмотки. Т..е. если двигатель допускает использование напряжений 380/220, то для его подключения к однофазной сети 220В, необходимо переключить обмотки в схему «треугольник».

Если же его схема подключения допускает 220/127 В, то к однофазной сети 220 В, его необходимо подключать по схеме «звезда», как показано на рисунке.

Схема с пусковым активным сопротивлением

На рисунке показана схемы однофазного включения трехфазного двигателя с пусковым активным сопротивлением. Такая схема используется только в двигателях малой мощности, так как в резисторе теряетя большое количество энергии в виде тепла.

Наибольшее распространение получили схемы с конденсаторами. Для изменения направления вращения двигателя необходимо применять переключатель. В идеале для нормальной работы такого двигателя необходимо, чтобы емкость конденсатора изменялась в зависимости от числа оборотов. Но такое условие выполнить довольно трудно, поэтому обычно применяют схему двухступенчатого управления асинхронным электродвигателем. Для работы механизма, приводимого в движение таким двигателем, используют два конденсатора. Один подключается только при запуске, а после окончания пуска его отключают и оставляют только один конденсатор. При этом происходит заметное снижение его полезной мощности на валу до 50…60% от номинальной мощности при включении в трехфазную сеть. Такой пуск двигателя получил название конденсаторного пуска.

При применении пусковых конденсаторов имеется возможность увеличить пусковой момент до величины Мп/Мн=1,6-2. Однако, при этом значительно увеличивается емкость пускового конденсатора, из за чего вырастают его размеры и стоимость всего фазосдвигающего устройства. Для достижения максимального пускового момента, величину емкости необходимо выбирать из соотношения, Xc=Zk, т. е. емкостное сопротивление равно сопротивлению короткого замыкания одной фазы статора. По причине высокой стоимости и габаритов всего фазосдвигающего устройства конденсаторный пуск применяется лишь при необходимости большого пускового момента. В конце пускового периода пусковой обмотки необходимо отключить, в противном случае пусковая обмотка перегреется и сгорит. В качестве пускового устройства можно применять индуктивность- дроссель.

Пуск трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети, через частотный преобразователь

Для пуска и управления трехфазным асинхронным двигателем от однофазной сети, можно применять преобразователь частоты с питанием от однофазной сети. Структурная схема такого преобразователя представлена на рисунке. Пуск трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети с помощью преобразователя частоты является одним из самых перспективных. Поэтому именно он наиболее часто используется в новых разработках систем управления регулируемыми электроприводами. Принцип его лежит в том, что, меняя частоту и напряжение питания двигателя, можно в соответствии с формулой, изменять его частоту вращения.

Сам преобразователь состоит состоят из двух модулей, которые обычно заключены в один корпус:
— модуль управления, который управляет функционированием устройства;
— силовой модуль, который питает двигатель электроэнергией.

Применение преобразователя частоты для пуска трехфазного асинхронного двигателя. позволяет значительно снизить пусковой ток, так как электродвигатель имеет жесткую зависимость между током и вращающим моментом. Причем значения пускового тока и момента можно регулировать в достаточно больших пределах. Кроме того с помощью частотного преобразователя можно регулировать обороты двигателя и самого механизма, уменьшая при этом значительную часть потерь в механизме.

Недостатки применения частотного преобразователя для пуска трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети: достаточно высокая стоимость самого преобразователя и периферийных устройств к нему. Появление несинусоидальных помех в сети и снижение показателей качества сети.

Однофазное подключение трехфазного двигателя

Асинхронные двигатели получили широкое применение в промышленности благодаря относительной простоте конструкции, хорошим характеристикам, простоте управления.

Такие устройства часто попадают в руки домашнему мастеру и он, используя знания основ электротехники, подключает такой электродвигатель к работе от однофазной сети 220 вольт. Чаще всего его используют для наждачной обработки, обработки дерева, шлифования зерна и других несложных работ.

Даже на отдельных промышленных машинах и механизмах с приводами имеются образцы различных двигателей, которые могут работать на одну или три фазы.

Чаще всего используют конденсаторный пуск, 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. На них подаются напряжения, сдвинутые на угол 120 градусов и вызывающие токи аналогичной формы.

Для запуска электродвигателя токи направляют так, чтобы они создавали суммарное вращающееся электромагнитное поле, оптимально воздействующее на ротор.

Используемая для этих целей конструкция статора представлена:

1. корпусом;

2. сердечник магнитопровода с уложенными в нем тремя обмотками;

3. клеммные соединения.

В обычном исполнении изолированные провода обмоток собраны по схеме звезда за счет установки перемычек между клеммными винтами. Помимо этого метода существует еще соединение, называемое треугольником.

В обоих случаях назначается направление обмоток: начало и конец, связанные со способом монтажа — намотка при изготовлении.

Обмотки нумеруются арабскими цифрами 1, 2, 3. Их концы обозначаются К1, К2, К3, а начало — h2, h3, h4. Для отдельных типов двигателей этот способ маркировки может быть изменен, например, С1, С2, С3 и С4, С5, С6 или другими символами или вообще не использоваться.

Правильно нанесенная маркировка упрощает подключение силовых проводов. При создании симметричного расположения напряжений на обмотках обеспечивается создание номинальных токов, обеспечивающих оптимальную работу электродвигателя. При этом их форма в обмотках полностью соответствует приложенному напряжению, повторяет его без каких-либо искажений.

Естественно, следует понимать, что это чисто теоретическое утверждение, потому что на практике токи преодолевают различные сопротивления и незначительно отклоняются.

Зрительному восприятию процессов помогает изображение векторных величин на комплексной плоскости. Для трехфазного двигателя токи в обмотках, создаваемые приложенным симметричным напряжением, изображаются следующим образом.

При питании электродвигателя от системы напряжений с тремя равномерно расположенными углами и равными по модулю векторами в обмотках протекают одинаковые симметричные токи.

Каждый из них образует электромагнитное поле, сила индукции которого индуцирует собственное магнитное поле в обмотке ротора. В результате сложного взаимодействия трех полей статора с полем ротора создается вращательное движение последнего и обеспечивается создание максимальной механической мощности, вращающей ротор.

Принципы подключения однофазного напряжения к трехфазному двигателю

Для полного подключения к трем одинаковым обмоткам статора, разнесенным под углом 120 градусов, отсутствуют два вектора напряжения, имеется только один из них .

Можно применить всего в одной обмотке и заставить вращаться ротор. Но, эффективно использовать такой двигатель не получится. Он будет иметь очень низкую выходную мощность на валу.

Поэтому возникает задача соединения этой фазы так, чтобы она создавала симметричную систему токов в разных обмотках. Другими словами, необходим преобразователь однофазного напряжения в трехфазное. Одинаковая задача решается разными методами.

Если отбросить сложные схемы современных инверторных установок, то можно реализовать следующие распространенные методы:

1. использование конденсаторного пуска;

2. применение дросселей, индуктивных сопротивлений;

3. создание различных направлений токов в обмотках;

4. Комбинированный способ с выравниванием фазных сопротивлений для формирования одинаковых амплитуд на токах.

Кратко изучите эти принципы.

Отклонение тока при прохождении через емкость

Наиболее распространенный пуск конденсатора, позволяющий отвести ток в одной из обмоток путем подключения емкостного сопротивления, при токе 90 градусов впереди вектора приложенного напряжения.

В качестве конденсаторов обычно применяют металлобумажные конструкции серий МБГО, МБГП, КБГ и им подобные. Электролиты не подходят для пропускания переменного тока, быстро взрываются, а схемы их применения сложны, малонадежны.

В этой цепи ток отличается на угол от номинального значения. Он отклоняется всего на 90 градусов, не достигая 30 ^о (120-90=30).

Отклонение тока при прохождении через индуктивность

Ситуация аналогична предыдущей. Только вот ток отстает от напряжения на те же 90 градусов, а на тридцать не хватает. Кроме того, конструкция катушки индуктивности не так проста, как у конденсатора. Его нужно рассчитать, собрать, подогнать под индивидуальные условия. Этот метод не получил широкого распространения.

При использовании конденсаторов или дросселей токи в обмотках двигателя не достигают необходимого угла к тридцатиградусному сектору, показанному на рисунке красным цветом, что уже создает повышенные потери энергии. Но приходится с ними мириться.

Препятствуют созданию равномерного распределения сил индукции и создают тормозящий эффект. Трудно точно оценить его влияние, но при простом подходе к делению углов получается (25/120 = 1/4) потеря в 25%. Однако можно ли так думать?

Отклонение тока при подаче напряжения обратной полярности

В схеме звезда принято подключать провод фазного напряжения к входу обмотки, а нулевой провод к ее концу.

Если на две разделенные 120 ^по фазы подать одинаковое напряжение, но разделить их, а во второй поменять полярность, то токи сместятся по углу друг относительно друга. Они будут формировать электромагнитные поля разной направленности, влияющие на вырабатываемую мощность.

Только этим методом получается угловое отклонение токов на небольшую величину — 30 ^о .

Этот метод используется в отдельных случаях.

Методы комплексного использования конденсаторов, индуктивностей, переполюсовки обмоток

Первые три перечисленных способа не позволяют создать оптимально симметричное отклонение токов в обмотках. Всегда имеется перекос угла относительно стационарной схемы, предусмотренной для трехфазного полноценного питания. За счет этого образуются встречные моменты, тормозящие продвижение, снижающие эффективность.

Поэтому исследователи провели многочисленные эксперименты, основанные на различных комбинациях этих методов, чтобы создать преобразователь, обеспечивающий наибольший КПД трехфазного двигателя. Эти схемы с подробным разбором электрических процессов приведены в специальной учебной литературе. Их изучение повышает уровень теоретических знаний, но в большинстве своем они редко применяются на практике.

Хорошая картина распределения токов в цепи создается, когда:

1. к одной обмотке приложена фаза прямой обмотки;

2. напряжение подключается ко второй и третьей обмоткам через конденсатор и дроссель соответственно;

3. внутри схемы преобразователя выравниваются амплитуды токов подбором реактивных сопротивлений с компенсацией небаланса активными резисторами.

Хотелось бы обратить внимание на третий момент, которому многие электрики не придают значения. Достаточно посмотреть на следующую картинку и сделать вывод о возможности равномерного вращения ротора при симметричном приложении к нему одинаковых и разных по величине сил.

Комплексный метод позволяет создать довольно сложную схему. На практике применяется очень редко. Один из вариантов его реализации для электродвигателя мощностью 1 кВт показан ниже.

Чтобы сделать преобразователь, нужно создать сложный дроссель. Это требует времени и материальных ресурсов.

Есть еще несколько технических трудностей, которые придется преодолеть для создания такого трехфазного преобразователя напряжения. Однако он достаточно универсален, позволяет подключать двигатели мощностью до 2,5 киловатт, обеспечивает их стабильную работу.

Итак, технический вопрос подключения трехфазного асинхронного двигателя к однофазной сети решается путем создания сложной схемы преобразователя. Но, практического применения он не нашел по одной простой причине, от которой невозможно избавиться — перерасход электроэнергии самим преобразователем.

Мощность, затрачиваемая на создание цепи трехфазного напряжения при такой конструкции, как минимум в полтора раза превышает потребности самого электродвигателя. При этом суммарные нагрузки, создаваемые электропроводкой, сравнимы с работой старых сварочных аппаратов.

Электросчетчик, на радость продавцам электроэнергии, очень быстро начинает переводить деньги с кошелька домохозяйки на счет энергоснабжающей организации, что очень не нравится хозяевам. В результате сложное техническое решение по созданию хорошего преобразователя напряжения оказалось ненужным для практического использования в быту, а также на промышленных предприятиях.

4 вывода

1. Технически возможно использовать однофазное подключение трехфазного двигателя. Для этого создано множество различных схем с разной элементной базой.

2. Практическое применение этого метода для длительной эксплуатации приводов промышленных машин и механизмов нецелесообразно из-за больших потерь энергопотребления, создаваемых посторонними процессами, приводящими к низкому КПД системы и повышенным материальным затратам.

3. В домашних условиях схему можно использовать для выполнения кратковременных работ на неотвечающих механизмах. Такие устройства могут работать долго, но при этом значительно возрастает плата за электроэнергию, а мощность рабочего привода не предусмотрена.

4. Для эффективной работы асинхронного двигателя лучше использовать полную трехфазную сеть электроснабжения. Если такой возможности нет, то лучше отказаться от этой затеи и приобрести специальный однофазный электродвигатель соответствующей мощности.

Смотрите также по этой теме: Типовые схемы подключения трехфазной сети к однофазной

Однофазный двигатель с тремя обмотками. Способы включения трехфазных двигателей в однофазную сеть

Некоторые умельцы самостоятельно собирают в домашних условиях станки для обработки дерева или металла. Для этого можно использовать любые доступные двигатели подходящей мощности. В некоторых случаях приходится разбираться, как подключить трехфазный двигатель к однофазной сети. Данная статья посвящена этой теме. Также будет рассказано о том, как правильно выбрать конденсаторы.