Приветствую Вас Гость • Регистрация • Вход
Пятница, 9.12.2016

Способы подключения трехфазного двигателя к однофазной сети

Довольно часто в промышленном и домашнем хозяйстве используются трехфазные асинхронные двигатели. Этот тип двигателей является достаточно распространенным, поэтому большинство привычных для нас устройств, работающих на двигательной тяге, работают именно на таких. Состоит данный двигатель всего из двух основных частей – подвижного ротора и статора (соответственно, неподвижного). В сердечнике статора укладываются обмотки под специальным угловым расстоянием, которое равно 120 электрическим градусам. Начала и концы этих обмоток выводятся в распределительную коробку, где закрепляются на специальных клеммах. Как правило, эти выводы обозначены буквой С – С1, С2 и до С6 соответственно. Обмотки могут, соединяются двумя типами электрических схем – «звезда» и «треугольник». В схеме звезда концы обмоток соединяются друг с другом,  а начала обмоток подключаются к питающему напряжению. Схема треугольник заключается в последовательном соединении, то есть начало одной обмотки соединяется с концом каждой другой обмотки и так далее.


Так подключается трехфазный двигатель, согласно схеме треугольник


Внутренность распределительной коробки двигателя, с выставленным положением перемычек под соединение в треугольник

Обычно, в распределительной коробке, все выходы контактов и их клеммы располагаются в сдвинутом порядке напротив. То есть, напротив контакта С1 находиться С6, а напротив клеммы С2 располагается С4.


Вот по такой схеме располагаются контакты в распределительной коробке


Так подключается трехфазный двигатель, согласно схеме «звезда»


Вживую, распределительная коробка с подключением «звездой» выглядит таким вот образом

Подключая трехфазный двигатель, соответственно, к трехфазной сети, внутри обмоток статора в разные моменты времени начинает протекать электрический ток, который в свою очередь создает вращающее магнитное поле. Это вращающее магнитное поле посредством магнитной индукции приводит в движение ротор двигателя, вследствие чего он начинает вращаться. Если подключить трехфазный двигатель в однофазную сеть, в машине не возникнет достаточного вращающего момента, и он попросту не включится.

Естественно, он не запустится, если его запускать напрямую. Но, существуют способы, при помощи которых подключение «трехфазника» в сеть все-таки возможно. Одним из самых простых является подключение фазосдвигающего конденсатора в качестве третьего контакта.


Вот так подключается трехфазный двигатель в домашних условиях (однофазной сети)

Трехфазный двигатель, работающий в однофазной сети, имеет практически ту же частоту вращения, что и при работе в трехфазной. Но, при таком подключении мощность асинхронного двигателя в значительной степени уменьшается. Это обуславливается недостаточной мощностью в самой сети (в сравнении с трехфазной). Чтоб сказать, насколько точно теряется мощность при однофазном подключении, необходимо знать схему подключении, условия работы асинхронного двигателя, а также величину емкости конденсатора. Но, в среднем каждый трехфазный двигатель, подключенный в однофазную сеть, может потерять до 30-ти и даже 50% собственной мощности.

Заметим, что далеко не все трехфазные двигатели могут вести себя нормально в однофазной сети. Поэтому, если вы подключили его, и уверены в правильности подключения, но при этом он напрочь отказывается работать, не переживайте. С большой долей вероятности это значит что, что-то не в порядке с самим двигателем. Конечно, преимущественное большинство должно работать нормально, не учитывая потерю мощности. Поэтому, самыми надежными в работе с однофазной сетью, показали себя асинхронные двигатели с индексами «А» и «АОЛ», «АО2» и «АПН». Все они имеют короткозамкнутый ротор.

Как правило, трехфазные асинхронные двигатели имеют две категории по номинальному напряжению – это работа в сетях 220/127В и 380/220В. Двигатели на более низком напряжении используются при малых мощностях, поэтому распространение у них небольшое. Таким образом, именно категория 380/220В является более распространенной. Напряжение в 380В используется при соединении в «звезду», соответственно напряжение 220В используется при схеме «треугольник». В паспорте двигателя и на его бирке, обычно указывают все основные рабочие характеристики и величины, среди которых рабочее напряжение, частота сети, коэффициент мощности, а также приведены условными рисунками схема соединения обмоток и какая существует возможность ее изменения.


Так выглядят бирки на корпусах трехфазных электродвигателей

На рисунке «А» бирка свидетельствует о том, что обмотки могут соединяться в обе схемы, как говорилось выше. То есть,  можно подключить как «треугольник» на напряжение 220В, так и «звезду» на 380В. Отметим, что подключая такой двигатель в однофазную сеть, используйте схему соединения «треугольник», так как при соединении в «звезду» потеря мощности будет в  значительной степени выше.

На рисунке «Б» бирка говорит о том, что в двигателе применяется схема соединения «звезда». При этом ответствует возможность включение схемы «треугольник». Если вы видите такой значок, то знайте, что в распределительной коробке иметься лишь три вывода. Поэтому, чтоб выполнить соединение «треугольник», нужно будет проникнуть внутрь двигателя, найти и вывести остальные концы наружу. Сделать это не так уж просто, поэтому будьте предельно внимательными.

Важный момент! Если на бирке двигателя указано рабочее напряжение в виде 220/127В знайте, что при подключении к однофазной сети на рабочее напряжение 220В его можно лишь со схемой «звезда» и никак больше. При попытке подключить двигатель со схемой «треугольник» в сеть 220В, он попросту сгорит.


Как разобраться в началах и концах обмоток?

Одной из самых запутанных сложностей, при подключении трехфазного двигателя в бытовую сеть является неразбериха, возникающая с проводами, которые выходят в распределительную коробку. Более того, в некоторых случаях коробка может отсутствовать, и вам самостоятельно придется разбираться, где и какой провод.

Наиболее простым случаем является тот, в котором обмотки соединены в схему «треугольника» при рабочем напряжении двигателя 380/220В. Так, необходимо лишь подключить токопроводящие провода из сети, подсоединив рабочий и пусковой конденсаторы в распределительной коробке к клеммам, согласно пусковой схеме. Когда схема соединения двигателя замкнута на «звезду», но при этом есть возможность сделать переключение ее на «треугольник», необходимо воспользоваться этим, изменив схему используя контактные перемычки.

Теперь, что же касается определения начала и концов всех обмоток. Довольно трудно, когда в распределительной коробке попросту торчат 6 проводов без каких-либо обозначений. В таком случае сложно понять, какой из проводов обмоток является началом, а какой же все-таки концом. Поэтому придется несколько поднапрячься и решить эту задачу. Прежде чем производить какие-либо действия с двигателем, загляните в Интернет, указав марку двигателя. Быть может, в сети имеются какие-то документы, способны расшифровать имеющуюся проводку. Но, если никакой полезной информации так и не нашлось, действуем следующим образом

- определяем пары проводов, которые причастны к одной и той же обмотке;

- и определяем, какой из выводов является началом, а какой концом.

Определение пар проводов производится «прозвонкой» при помощи тестера (устанавливается режим замера сопротивление). Если такого прибора под рукой нет, можно воспользоваться «дедовским» способом, и определить принадлежность концов обмоток с помощью лампочки и батарейки. Если же лампочка загорается (или прибор показывает наличие сопротивления), это значит, что два провода принадлежат одной и той же обмотке.  Таким образом, определяются и остальные пары выводов обмоток (на рисунке ниже это показано на схеме).


Во второй задаче предстоит узнать, какой из выводов является началом, а который концом. Для этого нам потребуется взять батарейку и стрелочный вольтметр (электронный прибор для этого не подойдет). И затем, определяем начала и концы обмоток согласно схеме, приведенной ниже.


Итак, батарейка подключается к концам одной обмотки (пусть это будет А, как на рисунке), а к концам обмотки В подключим имеющийся вольтметр. При разрыве контактов проводом батарейки на обмотке А, стрелка вольтметра на В, должна отклониться в какую-либо из сторон. Запомните в какую, и проделайте то же действие на обмотке С, подключив к ней вольтметр. Теперь, добейтесь того чтоб стрелка вольтметра на обмотке С отклонялась в ту же сторону, что и на обмотке В. Это можно достичь путем изменения полярности (сменой концов С1 и С2). Аналогичным образом проверяется обмотка А. Тогда, батарейка будет подключена к С или В, а вольтметр, соответственно к А.

Таким образом, после «прозвонки» всех обмоток, вы должны получить некоторую закономерность. Разрывая контакты батарейки на какой-либо обмотке, остальные две должны показать отклонение стрелки вольтметра в одну и ту же сторону (это свидетельствует об одинаковой полярности). После чего, остается сделать отметки на выводах (начал) с одной стороны (А1, В1 и С1), и выводы (концы) с другой стороны А2, В2 и С2. На завершающем этапе, соединить концы в соответствующие схемы «звезда» или «треугольник».


Как извлечь недостающие концы обмотки?

Данный случай является, пожалуй, одним из самых трудных. Так, двигатель, соединенный в «звезду» не переключается в «треугольник». На практике же, открыв распределительную коробку, вы увидите лишь три вывода (С1, С2 и С3). Остальные три (С4, С5 иС6) придется доставать изнутри двигателя. На рисунке ниже наглядно показан именно такой случай.


Бирка электродвигателя с рассматриваемым случаем


А так будет выглядеть внутренность клеммной коробки

 

Во-первых, необходимо разобрать двигатель, чтоб получился свободный доступ к статору. Для этого нужно снять торцевую крышку двигателя, удерживающуюся на болтах, и извлечь его подвижную часть – ротор. Теперь, нужно отыскать место спайки остальных концов обмоток, и очистить его от изоляции. После, разъединить концы выводов и припаять к ним, заранее подготовленные, многожильные провода в гибкой изоляции. Место пайки изолировать дополнительно, и закрепить провода крепкой нитью на обмотках статора. В конечном итоге, дополнительно припаянные провода выводятся в распределительную коробку.

Теперь, нужно определить начала и концы обмоток вышеупомянутым способом, и обозначить все имеющиеся выводы С1, С2 и так далее. После идентификации всех проводов, можно смело выполнить соединение по схеме «треугольник». Отметим, что такие действия требуют определенного опыта и навыков. На словах, в этом нет ничего сложного, но на самом деле в спайках проводов внутри статора можно запутаться, и замкнуть обмотки накоротко (к примеру). Поэтому, если нет особой потребности в соединении треугольником, лучше оставить соединение как есть, то есть «звездой».


Статор трехфазного электродвигателя



Припайка дополнительных проводов



В такой способ провода крепко прикручиваются



Вывод проводников в распределительную коробку



Соединение проводников в схему «треугольник»


Схемы, которые используются при подключении трехфазного двигателя в бытовую сеть

Схема «треугольник».

Данная схема, является наиболее целесообразной и подходящей для бытовой сети, поскольку выходная мощность трехфазного двигателя в данном случае будет несколько большей, чем при других схемах. Так, мощность «треугольного» соединения может составлять 70% от ном. мощности двигателя. В распределительной коробке это выглядит следующим образом: два контакта подсоединяются в сеть, а третий подключается на рабочий конденсатор Ср, затем к любому из контактов сети. 


Вот так изображается схема на бумаге

А таким образом это выглядит на практике


Осуществление пуска 

Запуск трехфазного двигателя на холостом ходу возможно с использованием рабочего конденсатора. Но, в случае, если на нем будет хоть незначительная нагрузка, он может, не запустится, или же включиться и работать на малых, недостаточных оборотах. Поэтому, в таких случаях используется дополнительное оборудование, а именно пусковой конденсатор Сп. Расчеты по определения необходимой емкости конденсатора вы можете найти ниже. Для справки, такие конденсаторы (в других случаях это может быть группа конденсаторов), служат лишь для пуска двигателя. Следовательно, их время работы очень малое – как правило, миллисекунды, но может доходить и до 2х секунд. За такой короткий промежуток двигатель должен успеть набрать необходимую мощность.


Схема с пусковым конденсатором Сп

Для более удобного эксплуатирования двигателя, в схему пуска и работы можно добавить выключатель. Работает он по простому принципу, в котором одна пара контактов замыкается при нажатии на кнопку «Пуск». В таком режиме работает вся схема до тех самых пор, пока не нажмут кнопку «Стоп» и контакты разомкнутся.


Выключатель, сделанный в СССР

Применение реверса 

Вращение ротора в ту или иную сторону зависит от того, к какой фазе подключена третья обмотка. 


Реверсивная схема

 

    Поэтому, подсоединив к третьей обмотке дополнительный конденсатор с переключателем (тумблером), который подключается к контактам первой и второй обмотки, мы сможем менять направление вращения ротора трехфазного электродвигателя. Ниже, наглядно продемонстрирована схема с применением всех трех вышеупомянутых способов, которая поможет сделать более удобным работу с трехфазным двигателем.


Включение со схемой «звезда» 

   Данная схема используется при подключении «трехфазников» в бытовую сеть, если их обмотки работают на напряжении 220/127В.


Подключение трехфазного электродвигателя «звездой»


  Расчет необходимых емкостей конденсаторов. Итак, расчет емкости рабочих конденсаторов производится, исходи из схемы подключения двигателя и множества других параметров. В случае с соединением в «звезду» расчет проводится следующим образом:

Ср=2800∙I/U;

  Соединяя обмотки треугольником, рабочую емкость рассчитывайте так:

Cp=4800∙I/U;

  Здесь, рабочая емкость конденсатора обозначается Ср и измеряется в мкФ, а I и U – ток и напряжение соответственно. При этом U=220В, а то рассчитываем по выражению:

I=P/(1,73∙U∙n∙cosϕ);

     P – обозначает мощность двигателя;

     n – КПД «трехфазника»;

     cosϕ – коэффициент мощности;

     1,73 – показывает отношение между линейным и фазным током.

   Величины КПД и коэффициента мощности можно посмотреть на бирке электродвигателя. Как правило, эти величины примерно колеблются в пределах 0,8-0,9. 

   Практика показывает, что величина емкости рабочих конденсаторов может рассчитываться по уравнению C=70∙Pн; где в качестве Рн выступает номинальная мощность. Эта формула сообразна при подключении обмоток на «треугольник», и согласно ей, для каждых 100 Вт потребуется порядка 7 мкФ емкости. От того, насколько правильно подобран конденсатор, зависит стабильная работа электродвигателя. В случае если емкость подобрана несколько выше, чем нужно, двигатель будет испытывать перегрев. Если же пусковая емкость  оказалась меньше чем это необходимо, мощность двигателя будет несколько заниженной. Конденсаторы можно выбирать методом подбора. Так, начиная с конденсаторов малой емкости, переходите к более мощным до оптимального выбора. Если же существует возможность измерить ток в сети и на рабочем конденсаторе, то есть вероятность подобрать наиболее точный конденсатор. Проводить данный замер нужно в рабочем режиме двигателя.

   Пусковая емкость рассчитывается исходя из требования по созданию достаточного пускового момента. Не стоит путать емкость пускового конденсатора, с величиной пусковой емкости. К примеру, на схемах выше, пусковая емкость является суммой двух емкостей Ср и Сп. 

Если же электродвигатель будет использоваться на холостом ходу, то за пусковую емкость можно принять рабочую, притом, что пусковой конденсатор уже не потребуется. В таких случаях схема во многом упрощается и удешевляется.  Такие меры помогут отключить нагрузку, с возможностью быстрого и удобного изменения положения двигателя, к примеру, для ослабления ременной передачи, или же сделать прижимной ролик для нее.


Пример клиноременной передачи мотоблока

   Запуск двигателя требует дополнительную емкость Сп, которая требуется только на пуск. Если же увеличить отключаемую емкость, это приведет к увеличению пускового момента, и при каком-то значении пусковой момент достигнет пикового значения. Но, с дальнейшим увеличением емкости пусковой момент будет лишь падать, и это нужно учесть.

   Исходя из всех расчетов и условий запуска электродвигателя под нагрузкой, которая близка к номинальной, величина пусковой емкости должна превышать рабочую в 2 а то и 3 раз. К примеру, если емкость на рабочем конденсаторе равна 80 мкФ, то у пускового конденсатора эта емкость будет иметь 80-160 мкФ. Это в сумме даст пусковую емкость (которая как говорилось, является сумой Ср и Сп) в 160-240 мкФ. Однако, если же нагрузка во время запуска незначительна, емкость пускового конденсатора будет несколько меньшей, а то и вовсе отсутствовать. Конденсаторы, работающие на запуск двигателя, на самом деле работают миллисекунды, поэтому они долго эксплуатируются, и, как правило, вполне хватает бюджетных моделей.

   Куда лучшим вариантом является применение не одного конденсатора, а группы, объединенной в конденсаторный мост. Это более удобно в том плане, что подключив группу, можно более точно настроить необходимую емкость, отключая или подключая конденсаторы. Мелкие конденсаторы, образующие мост, подключаются параллельно потому, что при таком соединении емкости слаживаются: Собщ=С123+…+Сn.


Так выглядит параллельное соединение

   В роли рабочих конденсаторов служат металлизированные бумажные, а также отлично подходят пленочные конденсаторы типа МБГО, К78-17, БГТ и т.д. Напряжение по допустимой величине должно превышать при работе электродвигателя напряжение сети не менее, чем в 1,5-2 раза. 


   Таким образом, подключение трехфазного двигателя к однофазной сети требует тщательного математического анализа и некоторого опыта работы с электротехническим оборудованием.

Еще кое-что об электрике:

- Бытовые выключатели - полная классификация

- Розетки - полная классификация

- Светодиодное освещение


загрузка...