Схема включения 3 х фазного двигателя в однофазную сеть. Трехфазный двигатель в однофазной сети

1. Подключение трехфазного электродвигателя — общая схема

Когда электрик устраивается работать на любое промышленное предприятие, он должен понимать, что ему придётся иметь дело с большим количеством трехфазных электродвигателей. И любой уважающий себя электрик (я не говорю о тех, кто делает проводку в квартире) должен чётко знать схему подключения трёхфазного двигателя.

Сразу приношу извинения, что в данной статье я часто контактор называю пускателем, хотя подробно объяснял уже, что . Что поделать, приелось это название.

В статье пойдёт речь о схемах подключения наиболее распространенного асинхронного электродвигателя через магнитный пускатель.

Будут рассмотрены различные схемы подключения электродвигателей
, их плюсы и минусы. От простого к сложному. Схемы, которые могут быть использованы в реальной жизни, обозначены: ПРАКТИЧЕСКАЯ СХЕМА. Итак, начинаем.

Подключение трехфазного двигателя

Имеется ввиду асинхронный электродвигатель, соединение обмоток — звезда или треугольник, подключение к сети 380В.

Для работы двигателя рабочий нулевой проводник N (Neutral) не нужен, а вот защитный (PE, Protect Earth) в целях безопасности должен быть подключен обязательно.

В самом общем случае схема будет выглядеть таким образом, как показано в начале статьи. Действительно, почему бы двигатель не включить как обычную лампочку, только выключатель будет «трехклавишный»?

2. Подключение двигателя через рубильник или выключатель

Но даже лампочку никто не включает просто так, сеть освещения и вообще любая нагрузка всегда включается только через защитные автоматы.

Схема подключения трехфазного двигателя в сеть через автоматический выключатель

Поэтому более подробно общий случай будет выглядеть так:

3. Подключение двигателя через автоматический выключатель. ПРАКТИЧЕСКАЯ СХЕМА

На схеме 3 показан защитный автомат, который защищает двигатель от перегрузки по току («прямоугольный» изгиб питающих линий) и от короткого замыкания («круглые» изгибы). Под защитным автоматом я подразумеваю обычный трехполюсный автомат с тепловой характеристикой нагрузки С или D.

Напомню, чтобы ориентировочно выбрать (оценить) необходимый тепловой ток уставки тепловой защиты, надо номинальную мощность трехфазного двигателя (указана на шильдике) умножить на 2.

Защитный автомат для включения электродвигателя. Ток 10А, через такой можно включать двигатель мощностью 4 кВт. Не больше и не меньше.

Схема 3 имеет право на жизнь (по бедности или незнанию местных электриков).

Она прекрасно работает, так же, как по многу лет . И в один «прекрасный» день сгорит скрутка. Или сгорит двигатель.

Если уж использовать такую схему, надо тщательно подобрать ток автомата, чтобы он был на 10-20% больше рабочего тока двигателя. И характеристику теплового расцепителя выбирать D, чтобы при пуске автомат не срабатывал.

Например, движок 1,5 кВт. Прикидываем максимальный рабочий ток — 3А (реальный рабочий может быть меньше, надо измерять). Значит, трехполюсный автомат надо ставить на 3 или 4А.

Плюс этой схемы подключения двигателя — цена и простота исполнения и обслуживания. Например, там, где один двигатель, и его включают вручную на всю смену. Минусы такой схемы с включением через автомат —

  1. Невозможность регулировать тепловой ток срабатывания автомата. Для того, чтобы надежно защитить двигатель, ток отключения защитного автомата должен быть на 10-20% больше номинального рабочего тока двигателя. Ток двигателя надо периодически измерять клещами и при необходимости подстраивать ток срабатывания тепловой защиты. А возможности подстройки у обычного автомата нет(.
  2. Невозможность дистанционного и автоматического включения/выключения двигателя.

Эти недостатки можно устранить, в схемах ниже будет показано как.

Ручной пускатель, или мотор-автомат — более совершенное устройство. На нём есть кнопки «Пуск» и «Стоп», либо ручка «Вкл-Выкл». Его плюс — он специально разработан для пуска и защиты двигателя. Пуск по-прежнему ручной, а вот ток срабатывания можно регулировать в некоторых пределах.

4. Подключение двигателя через ручной пускатель. ПРАКТИЧЕСКАЯ СХЕМА

Поскольку у двигателей обычно большой пусковой ток, то у автоматов защиты двигателей (мотор-автоматов), как правило, характеристика тепловой защиты типа D. Т.е. он выдерживает кратковременные (пусковые) перегрузки примерно в 10 раз больше от номинала.

В принципе, ручной пускатель и мотор-автомат — это одно и то же устройство. Но пускателем, показанным на фото, можно коммутировать питание двигателя. А мотор-автомат постоянно подает питание (три фазы) на контактор, который, в свою очередь, коммутирует питание двигателя. Короче, разница — в схеме подключения.

Плюс схемы — можно регулировать уставку теплового тока. Минус — тот же, что и в предыдущей схеме, нет дистанционного включения.

Может, это будет интересно:

Схема подключения двигателя через магнитный пускатель

Этой схеме подключения трехфазного двигателя надо уделить самое пристальное внимание. Она наиболее распространена во всем промышленном оборудовании, выпускавшемся примерно до 2000-х годов. А в новых китайских простеньких станках используется и по сей день.

Электрик, который её не знает — как хирург, не умеющий отличить артерию от вены; как юрист, не знающий 1-ю статью Конституции РФ; так танцор, не отличающий вальс от тектоника.

Чтобы всем было понятно, о чем идет речь — вот ссылка

, там можно посмотреть и заказать по почте контактор. Не забудьте сообщить продавцу напряжение катушки!

Три фазы на двигатель идут в этой схеме не через автомат, а через пускатель. А включение/выключение пускателя осуществляется кнопками «Пуск

» и «Стоп

» , которые могут быть вынесены на пульт управления через 3 провода любой длины.

5. Схема подключения двигателя через пускатель с кнопками пуск стоп

Здесь питание цепи управления поступает с фазы L1 (провод 1

) через нормально замкнутую (НЗ) кнопку «Стоп» (провод 2

).

Если теперь нажать на кнопку «Пуск», то цепь питания катушки электромагнитного пускателя КМ замкнется (провод 3

), его контакты замкнутся, и три фазы поступят на двигатель. Но в таких схемах кроме трёх «силовых» контактов у пускателя есть ещё один дополнительный контакт. Его называют «блокировочным» или «контактом самоподхвата».

Когда электромагнитный пускатель включается нажатием кнопки SB1 «Пуск», замыкается и контакт самоподхвата. А если он замкнулся, то даже если кнопка «Пуск» будет отжата, цепь питания катушки пускателя всё равно останется замкнутой. И двигатель продолжит работать, пока не будет нажата кнопка «Стоп».

Поскольку тема с магнитными пускателями очень обширная, она вынесена в отдельную статью . Статья существенно расширена и дополнена. Там рассмотрено всё — подключение различных нагрузок, защита (тепловая и от кз), реверсивные схемы, управление от разных точек, и т.д. Нумерация схем сохранена. Рекомендую.

Подключение трехфазного двигателя через электронные устройства

Все способы пуска двигателя, описанные выше, называются Пуск прямой подачей напряжения. Часто, в мощных приводах, такой пуск является тяжелым испытанием для оборудования — горят ремни, ломаются подшипники и крепления, и т.д.

Поэтому, статья была бы неполной, если бы я не упомянул современные тенденции. Теперь всё чаще для подключения трехфазного двигателя вместо электромагнитных пускателей применяют электронные силовые устройства. Под этим я подразумеваю:

  1. Твердотельные реле (solid state relay) — в них силовыми элементами являются тиристоры (симисторы), которые управляются входным сигналом с кнопки либо с контроллера. Бывают как однофазные, так и трехфазные. .
  2. Мягкие (плавные) пускатели (soft starter, устройства плавного пуска) — усовершенствованные твердотелки. Можно устанавливать ток защиты, время разгона/замедления, включать реверс, и др. И на эту тему . Практическое применение устройств плавного пуска — .
  3. Частотные преобразователи — самое совершенное устройство, что придумало человечество для подключения электродвигателя. Описывать частотники — дело не одной статьи.

Преимущества таких устройств очевидны (прежде всего — отсутствие контактов как таковых), недостаток пока один — цена. А вот как может выглядеть схема их включения:

Трехфазные асинхронные двигатели совершенно заслужено являются самыми массовыми в мире, благодаря тому, что они очень надежны, требуют минимального технического обслуживания, просты в изготовлении и не требуют при подключении каких-либо сложных и дорогостоящих устройств, если не требуется регулировка скорости вращения. Большинство станков в мире приводятся в действие именно трёхфазными асинхронными двигателями, они также приводят в действие насосы, электроприводы различных полезных и нужных механизмов.

Но как быть тем, кто в личном домовладении не имеет трехфазного электроснабжения, а в большинство случаев это именно так. Как быть, если хочется в домашней мастерской поставить стационарную циркулярную пилу, электрофуганок или токарный станок? Хочется порадовать читателей нашего портала, что выход из этого затруднительного положения есть, причем достаточно просто реализуемый. В этой статье мы намерены рассказать, как подключить трехфазный двигатель в сеть 220 В.

Рассмотрим кратко принцип работы асинхронного двигателя в своих «родных» трехфазных сетях 380 В. Это очень поможет впоследствии адаптировать двигатель для работы в других, «не родных» условиях – однофазных сетях 220 В.

Устройство асинхронного двигателя

Большинство производимых в мире трехфазных двигателей – это асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (АДКЗ), которые не имеют никакой электрической контактной связи статора и ротора. В этом их основное преимущество, так как щетки и коллекторы, – самое слабое место любого электродвигателя, они подвержены интенсивному износу, требуют технического обслуживания и периодической замены.

Рассмотрим устройство АДКЗ. Двигатель в разрезе показан на рисунке.

В литом корпусе (7) собран весь механизм электродвигателя, включающий две главные части – неподвижный статор и подвижный ротор. В статоре имеется сердечник (3), который набран из листов специальной электротехнической стали (сплава железа и кремния), которая обладает хорошими магнитными свойствами. Сердечник набран из листов по причине того, что в условиях переменного магнитного поля в проводниках могут возникнуть вихревые токи Фуко, которые в статоре нам абсолютно не нужны. Дополнительно каждый лист сердечника еще покрыт с обеих сторон специальным лаком, чтобы вообще свести на нет протекание токов. Нам от сердечника нужны только магнитные его свойства, а не свойства проводника электрического тока.

В пазах сердечника уложена обмотка (2), выполненная из медного эмалированного провода. Если быть точным, то обмоток в трехфазном асинхронном двигателе как минимум три – по одной на каждую фазу. Причем уложены это обмотки в пазы сердечника с определенным порядком – каждая расположена так, что находится под угловым расстоянием в 120° к другой. Концы обмоток выведены в клеммную коробку (на рисунке она расположена в нижней части двигателя).

Ротор помещен внутрь сердечника статора и свободно вращается на валу (1). Зазор между статором и ротором для повышения КПД стараются сделать минимальным – от полумиллиметра до 3 мм. Сердечник ротора (5) также набран из электротехнической стали и в нем тоже имеются пазы, но они предназначены не для обмотки из провода, а для короткозамкнутых проводников, которые расположены в пространстве так, что напоминают беличье колесо (4), за что и получили свое название.

Беличье колесо состоит из продольных проводников, которые связаны и механически, и электрически с торцевыми кольцами Обычно беличье колесо изготавливают путем заливки в пазы сердечника расплавленного алюминия, а заодно еще формуют монолитом и кольца, и крыльчатки вентиляторов (6). В АДКЗ большой мощности в качестве проводников клетки применяют медные стержни, сваренные с торцевыми медными кольцами.

Что такое трехфазный ток

Для того чтобы понять какие силы заставляют вращаться ротор АДКЗ, надо рассмотреть что такое трехфазная система электроснабжения, тогда все встанет на свои места. Мы все привыкли к обычной однофазной системе, когда в розетке есть только два или три контакта, один из которых фаза (L), второй рабочий ноль (N), а третий защитный ноль (PE). Среднеквадратичное фазное напряжение в однофазной системе (напряжение между фазой и нулем) равно 220 В. Напряжение (а при подключении нагрузки и ток) в однофазных сетях изменяются по синусоидальному закону.

Из приведенного графика амплитудно-временной характеристики видно, что амплитудное значение напряжения не 220 В, а 310 В. Чтобы у читателей не было никаких «непоняток» и сомнений, авторы считают своим долгом сообщить, что 220 В – это не амплитудное значение, а среднеквадратичное или действующее. Он равно U=U max /√2=310/1,414≈220 В. Для чего это делается? Только для удобства расчетов. За эталон принимают постоянное напряжение, по его способности произвести какую-то работу. Можно сказать, что синусоидальное напряжение с амплитудным значением в 310 В за определенный промежуток времени произведет такую же работу, которое бы сделало постоянное напряжение 220 В за тот же промежуток времени.

Надо сразу сказать, что практически вся генерируемая электрическая энергия в мире трехфазная. Просто с однофазной энергией проще управляться в быту, большинству потребителей электроэнергии достаточно и одной фазы для работы, да и однофазные проводки гораздо дешевле. Поэтому из трехфазной системы «выдергивается» один фазный и нулевой проводник и направляются к потребителям – квартирам или домам. Это хорошо видно в подъездных щитах, где видно, как с одной фазы провод идет в одну квартиру, с другой во вторую, с третьей в третью. Это так же хорошо видно на столбах, от которых линии идут к частным домовладениям.

Трехфазное напряжение, в отличие от однофазного, имеет не один фазный провод, а три: фаза A, фаза B и фаза C. Фазы еще могут обозначать L1, L2, L3. Кроме фазных проводов, естественно, присутствует еще общий для всех фаз рабочий ноль (N) и защитный ноль (PE). Рассмотрим амплитудно-временную характеристику трехфазного напряжения.

Из графиков видно, что трехфазное напряжение – это совокупность трех однофазных, с амплитудой 310 В и среднеквадратичным значением фазного (между фазой и рабочим нулем) напряжения в 220 В, причем фазы смещены относительно друг друга с угловым расстоянием 2*π/3 или 120°. Разность потенциалов между двумя фазами называют линейным напряжением и оно равно 380 В, так как векторная сумма двух напряжений будет U л =2*
U ф *
sin(60°)=2*220*
√3/2=220*
√3=220*1,73=380,6 В
, где U л
– линейное напряжение между двумя фазами, а U ф
– фазное напряжение между фазой и нулем.

Трехфазный ток легко генерировать передавать к месту назначения и в дальнейшем преобразовывать в любой нужный вид энергии. В том числе и в механическую энергию вращения АДКЗ.

Как работает трехфазный асинхронный двигатель

Если подать переменное трехфазное напряжение на обмотки статора, то через них начнут протекать токи. Они, в свою очередь, вызовут магнитные потоки, также изменяющиеся по синусоидальному закону и также сдвинутые по фазе на 2*π/3=120°. Учитывая, что обмотки статора расположены в пространстве на таком же угловом расстоянии – 120°, внутри сердечника статора образуется вращающееся магнитное поле.

Это постоянно изменяющееся поле пересекает «беличье колесо» ротора и вызывает в нем ЭДС (электродвижущую силу), которая также будет пропорциональна скорости изменения магнитного потока, что на математическом языке означает производную от магнитного потока по времени. Так как магнитный поток изменяется по синусоидальному закону, значит, ЭДС будет изменяться по закону косинуса, ведь (sinx
)’=
cosx
.

Из школьного курса математики известно, что косинус «опережает» синус на π/2=90°, то есть, когда косинус достигает максимума, синус его достигнет через π/2 — через четверть периода.

Под воздействием ЭДС в роторе, а, точнее, в беличьем колесе возникнут большие токи, учитывая, что проводники замкнуты накоротко и имеют низкое электрическое сопротивление. Эти токи образуют свое магнитное поле, которое распространяется по сердечнику ротора и начинает взаимодействовать с полем статора. Разноименные полюса, как известно, притягиваются, а одноименные отталкиваются друг от друга. Возникающие силы создают момент заставляющий ротор вращаться.

Магнитное поле статора вращается с определенной частотой, которая зависит от питающей сети и количества пар полюсов обмоток. Рассчитывается частота по следующей формуле:

n 1 =
f 1 *60/
p,
где

С частотой переменного тока все понятно – она в наших сетях электроснабжения составляет 50 Гц. Число пар полюсов отражает, сколько пар полюсов имеется на обмотке или обмотках, принадлежащих одной фазе. Если к каждой фазе подключается одна обмотка, отстоящая на 120° от других, то число пар полюсов будет равно единице. Если одной к одной фазе подключаются две обмотки, тогда число пар полюсов будет равно двум и так далее. Соответственно и меняется угловое расстояние между обмотками. Например, при числе пар полюсов равным двум, в статоре размещается обмотка фазы A, которая занимает сектор не 120°, а 60°. Затем за ней следует обмотка фазы B, занимающая такой же сектор, а затем и фазы C. Далее чередование повторяется. При увеличении пар полюсов соответственно уменьшаются сектора обмоток. Такие меры позволяют уменьшить частоту вращения магнитного поля статора и соответственно ротора.

Приведем пример. Допустим, трехфазный двигатель имеет одну пару полюсов и подключен к трехфазной сети частотой 50 Гц. Тогда магнитное поле статора будет вращаться с частотой n 1 =50*60/1=3000 об/мин.
Если увеличить количество пар полюсов – во столько же раз уменьшится частота вращения. Чтобы поднять обороты двигателя, надо увеличить частоту переменного тока, питающего обмотки. Чтобы изменить направление вращения ротора, надо поменять местами две фазы на обмотках

Следует отметить, что частота вращения ротора всегда отстает от частоты вращения магнитного поля статора, поэтому двигатель и называется асинхронным. Почему это происходит? Представим, что ротор вращается с той же скоростью, что и магнитное поле статора. Тогда беличье колесо не будет «пронизывать» переменное магнитное поле, а оно будет для ротора постоянным. Соответственно не будет наводиться ЭДС и перестанут протекать токи, не будет взаимодействия магнитных потоков и исчезнет момент, приводящий ротор в движение. Именно поэтому ротор находится «в постоянном стремлении» догнать статор, но никогда не догонит, так как исчезнет энергия, заставляющая вращаться вал двигателя.

Разницу частот вращения магнитного поля статора и вала ротора называют частотой скольжения, и она рассчитывается по формуле:


n=
n 1 -n 2 ,
где

  • n1 – частота вращения магнитного поля статора.
  • n2 – частота вращения ротора.

Скольжением называется отношение частоты скольжения к частоте вращения магнитного поля статора, оно рассчитывается по формуле: S=∆
n/
n 1 =(n 1 —
n 2)/
n 1 .

Способы подключения обмоток асинхронных двигателей

Большинство АДКЗ имеет три обмотки, каждая из которых соответствует своей фазе и имеет начало и конец. Системы обозначения обмоток могут быть разными. В современных электродвигателях принята система обозначения обмоток U, V и W, а их выводы обозначают цифрой 1 начало обмотки и цифрой 2 – ее конец, то есть обмотка U имеет два вывода U1 и U2, обмотка V–V1 и V2, а обмотка W – W1 и W2.

Однако еще до сих пор в эксплуатации находятся асинхронные двигатели, сделанные во времена СССР и имеющие старую систему маркировки. В них начала обмоток обозначаются C1, C2, C3, о концы C4, C5, C6. Значит, первая обмотка имеет выводы C1 и C4, вторая C2 и C5, а третья C3 и C6. Соответствие старых и новых систем обозначений представлено на рисунке.

Рассмотрим, как могут соединяться обмотки в АДКЗ.

Соединение звездой

При таком соединении все концы обмоток объединяют в одной точке, а к их началам подключают фазы. На принципиальной схеме такой способ подключения действительно напоминает звезду, за что и получил название.

При соединении звездой к каждой обмотке в отдельности приложено фазной напряжение в 220 В, а к двум обмоткам, соединенных последовательно линейное напряжение 380 В. Главное преимущество такого способа подключения – это небольшие токи запуска, так как линейное напряжение приложено к двум обмоткам, а не к одной. Это позволяет двигателю «мягко» стартовать, но мощность его будет ограничена, так как протекающие токи в обмотках будут меньше, чем при другом способе подключения.

Соединение треугольником

При таком соединении обмотки объединяют в треугольник, когда начало одной обмотки соединяется с концом следующей – и так по кругу. Если линейное напряжение в трехфазной сети 380 В, то через обмотки будут протекать токи гораздо больших величин, чем при соединении звездой. Поэтому мощность электродвигателя будет выше.

При соединении треугольником в момент запуска АДКЗ потребляет большие пусковые токи, которые могут в 7-8 раз превышать номинальные и способны вызвать перегрузку сети, поэтому на практике инженеры нашли компромисс – запуск двигателя и его раскручивание до номинальных оборотов производится по схеме звезда, а затем происходит автоматическое переключение на треугольник.

Как определить, по какой схеме подключены обмотки двигателя?

Прежде чем подключать трехфазный двигатель к однофазной сети 220 В, необходимо выяснить по какой схеме подключены обмотки и при каком рабочем напряжении может работать АДКЗ. Для этого необходимо изучить табличку с техническими характеристиками – «шильдик», который должен быть на каждом двигателе.

На такой табличке — «шильдике», можно узнать много полезной информации

На табличке имеется вся необходимая информация, которая поможет подключить двигатель к однофазной сети. На представленном шильдике видно, что двигатель имеет мощность 0,25 кВт и количество оборотов 1370 об/мин, что говорит о наличии двух пар полюсов обмоток. Значок ∆/Y означает, что обмотки можно соединить как треугольником, так и звездой, причем следующий показатель 220/380 В свидетельствует о том, что при соединении треугольником напряжение питающей сети должно быть 220 В, а при соединении звездой – 380 В. Если такой двигатель подключить в сеть 380 В треугольником, то обмотки его сгорят.

На следующем шильдике можно увидеть, что такой двигатель можно подключить только звездой и только в сеть 380 В. Скорее всего в клеммной коробке у такого АДКЗ будет только три вывода. Опытные электрики смогут подключить и такой двигатель к сети 220 В, но для этого надо будет вскрывать заднюю крышку, чтобы добраться до выводов обмоток, затем найти начало и конец каждой обмотки и произвести необходимую коммутацию. Задача сильно усложняется, поэтому авторы не рекомендуют подключать такие двигатели к сети 220 В, тем более что большинство современных АДКЗ могут подключаться по-разному.

На каждом двигателе есть клеммная коробка, расположенная чаще всего сверху. В этой коробке есть входы для питающих кабелей, а сверху она закрыта крышкой, которую необходимо снять при помощи отвертки.

Как говорят электрики и паталогоанатомы: «Вскрытие покажет»

Под крышкой можно увидеть шесть клемм, каждая из которых соответствует или началу, или концу обмотки. Помимо этого клеммы соединяются перемычками, и по их расположению можно определить, по какой схеме подключены обмотки.

Вскрытие клеммной коробки показало, что у «пациента» очевидная «звездная болезнь»

На фото «вскрытой» коробки видно, что провода, ведущие к обмоткам подписаны и перемычками соединены в одну точку концы всех обмоток – V2, U2, W2. Это свидетельствует о том, что имеет место соединение звездой. С первого взгляда может показаться, что концы обмоток расположены в логичном порядке V2, U2, W2, а начала «перепутаны» — W1, V1, U1. Однако, это сделано с определенной целью. Для этого рассмотрим клеммную коробку АДКЗ с подключенными обмотками по схеме треугольник.

На рисунке видно, что положение перемычек меняется – соединяются начала и концы обмоток, причем клеммы расположены так, что те же перемычки используются для перекоммутации. Тогда становится понятно почему «перепутаны» клеммы – так легче перебрасывать перемычки. На фотографии видно, что клеммы W2 и U1 соединены отрезком провода, но в базовой комплектации новых двигателей всегда присутствуют именно три перемычки.

Если после «вскрытия» клеммной коробки обнаруживается такая картина, как на фотографии, то это означает, что двигатель предназначен для звезды и трехфазной сети 380 В.

Такому двигателю лучше возвращаться в свою «родную стихию» — в цепи трехфазного переменного тока

Видео: Отличный фильм про трехфазные синхронные двигатели, который еще не успели раскрасить

Подключить трехфазный двигатель в однофазную сеть 220 В можно, но при этом надо быть готовым пожертвовать значительным снижением его мощности – в лучшем случае она составит 70% от паспортной, но для большинства целей это вполне приемлемо.

Основной проблемой подключения является создание вращающегося магнитного поля, которое наводит ЭДС в короткозамкнутом роторе. В трехфазных сетях реализовать это просто. При генерации трехфазной электроэнергии в обмотках статора наводится ЭДС из-за того, что внутри сердечника вращается намагниченный ротор, который приводится в движение энергией падающей воды на ГЭС или паровой турбиной на ГЭС и АЭС. Он создает вращающееся магнитное поле. В двигателях происходит обратное преобразование – изменяющееся магнитное поле приводит во вращение ротор.

В однофазных сетях получить вращающееся магнитное поле сложнее — надо прибегнуть к некоторым «хитростям». Для этого надо сдвинуть фазы в обмотках по отношению друг к другу. В идеальном случае нужно сделать так, что фазы будут сдвинуты по отношению друг к другу на 120°, но на практике это трудно реализовать, так как такие устройства имеют сложные схемы, стоят достаточно дорого и их изготовление и настройка требуют определенной квалификации. Поэтому в большинстве случаев применяют простые схемы, при этом несколько жертвуя мощностью.

Сдвиг фаз при помощи конденсаторов

Электрический конденсатор известен своим уникальным свойством не пропускать постоянный ток, но пропускать переменный. Зависимость токов, протекающих через конденсатор, от приложенного напряжения показана на графике.

Ток в конденсаторе всегда будет «лидировать» на четверть периода

Как только к конденсатору прикладывают возрастающее по синусоиде напряжение, он сразу «накидывается» на него и начинает заряжаться, так как изначально был разряжен. Ток в этот момент будет максимальным, но по мере заряда он будет уменьшаться и достигнет минимума в тот момент, когда напряжение достигнет своего пика.

Как только напряжение будет уменьшаться, конденсатор среагирует на это и будет начинать разряжаться, но ток при этом будет идти в обратном направлении, по мере разряда он будет увеличиваться (со знаком минус) до тех пор, пока уменьшается напряжение. К моменту, когда напряжение равно нулю ток достигает своего максимума.

Когда напряжение начинает расти со знаком минус, то идет перезаряд конденсатора и ток постепенно приближается от своего отрицательного максимума к нулю. По мере уменьшения отрицательного напряжения и стремлении его к нулю идет разряд конденсатора с увеличением тока через него. Далее, цикл повторяется заново.

Из графика видно, что за один период переменного синусоидального напряжения, конденсатор два раза заряжается и два раза разряжается. Ток, протекающий через конденсатор, опережает напряжение на четверть периода, то есть — 2*
π/4=
π/2=90°
. Вот таким простым путем можно получить фазовый сдвиг в обмотках асинхронного двигателя. Сдвиг фаз в 90° не является идеальным в 120°, но вполне достаточен для того, чтобы на роторе появился необходимый вращательный момент.

Сдвиг фаз также можно получить, применив катушку индуктивности. В этом случае все произойдет наоборот – напряжение будет опережать ток на 90°. Но на практике применяют больше емкостной сдвиг фаз из-за более простой реализации и меньших потерь.

Схемы подключения трехфазных двигателей в однофазную сеть

Существует очень много вариантов подключения АДКЗ, но мы рассмотрим только наиболее часто используемые и наиболее просто реализуемые. Как было рассмотрено ранее, для сдвига фазы достаточно подключить параллельно какой-либо из обмоток конденсатор. Обозначение C р говорит о том, что это рабочий конденсатор.

Следует отметить, что соединение обмоток в треугольник предпочтительней, так как с такого АДКЗ можно «снять» полезной мощности больше, чем со звезды. Но существуют двигатели, предназначенные для работы в сетях с напряжением 127/220 В. О чем обязательно должна быть информация на шильдике.

Если читателям встретится такой двигатель, то — это можно считать удачей, так как его можно включать в сеть 220 В по схеме звезда, а это обеспечит и плавный пуск, и до 90% от паспортной номинальной мощности. Промышленностью выпускаются АДКЗ специально предназначенные для работы в сетях 220 В, которые могут называть конденсаторными двигателями.

Как двигатель не называй — он все равно асинхронный с короткозамкнутым ротором

Следует обратить внимание, что на шильдике указано рабочее напряжение 220 В и параметры рабочего конденсатора 90 мкФ (микрофарад, 1 мкФ=10 -6 Ф) и напряжение 250 В. Можно с уверенностью сказать, что этот двигатель фактически является трехфазным, но адаптированный для однофазного напряжения.

Для облегчения пуска мощных АДКЗ в сетях 220 В кроме рабочего применяют еще и пусковой конденсатор, который включается на непродолжительное время. После старта и набора номинальных оборотов пусковой конденсатор отключают, и вращение ротора поддерживает только рабочий конденсатор.

Пусковой конденсатор «дает пинка» при старте двигателя

Пусковой конденсатор – C п, подключают параллельно рабочему C р. Из электротехники известно, что при параллельном соединении емкости конденсаторов складываются. Для его «активации» применяют кнопочный выключатель SB, удерживаемый несколько секунд. Емкость пускового конденсатора обычно минимум в два с половиной раза выше, чем рабочего, причем сохранять заряд он может достаточно долго. При случайном прикосновении к его выводам можно получить довольно сильно ощутимый разряд через тело. Для того чтобы разрядить C п применяют резистор, подключенный параллельно. Тогда после отключения пускового конденсатора от сети, будет происходить его разряд через резистор. Его выбирают с достаточно большим сопротивлением 300 кОм-1 мОм и рассеиваемой мощностью не менее 2 Вт.

Расчет емкости рабочего и пускового конденсатора

Для уверенного запуска и устойчивой работы АДКЗ в сетях 220 В следует наиболее точно подобрать емкости рабочего и пускового конденсаторов. При недостаточной емкости C р на роторе будет создаваться недостаточный момент для подключения какой-либо механической нагрузки, а избыточная емкость может привести к протеканию слишком высоких токов, что в результате может привести к межвитковому замыканию обмоток, которое «лечится» только очень дорогостоящей перемоткой.

Схема Что рассчитывается Формула Что необходимо для расчетов
Емкость рабочего конденсатора для подключения обмоток звездой – Cр, мкФ Cр=2800*I/U;
I=P/(√3*U*η*cosϕ);
Cр=(2800/√3)*P/(U^2*n* cosϕ)=1616,6*P/(U^2*n* cosϕ)
Для всех:
I – ток в амперах, A;
U – напряжение в сети, В;
P – мощность электродвигателя;
η – КПД двигателя выраженное в величинах от 0 до 1 (если на шильдике двигателя оно указано в процентах, то этот показатель надо разделить на 100);
cosϕ – коэффициент мощности (косинус угла между вектором напряжения и тока), он всегда указывается в паспорте и на шильдике.
Емкость пускового конденсатора для подключения обмоток звездой – Cп, мкФ Cп=(2-3)*Cр≈2,5*Cр
Емкость рабочего конденсатора для подключения обмоток треугольником – Cр, мкФ Cр=4800*I/U;
I=P/(√3*U*η*cosϕ);
Cр=(4800/√3)*P/(U^2*n* cosϕ)=2771,3*P/(U^2*n* cosϕ)
Емкость пускового конденсатора для подключения обмоток треугольником – Cп, мкФ Cп=(2-3)*Cр≈2,5*Cр

Приведенных формул в таблице вполне достаточно для того, чтобы рассчитать необходимую емкость конденсаторов. В паспортах и на шильдиках может указываться КПД или рабочий ток. В зависимости от этого можно вычислить необходимые параметры. В любом случае тех данных будет достаточно. Для удобства наших читателей, можно воспользоваться калькулятором, который быстро рассчитает необходимую рабочую и пусковую емкость.

Калькулятор: Расчет емкости рабочего и пускового конденсатора для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

Расчет емкости рабочего и пускового конденсатора

Внимание! При введении в поля десятичных дробей в качестве разделителя использовать точку.

Способ соединения обмоток электродвигателя (Y/∆)

Звезда (Y)
Треугольник (∆)

Мощность двигателя, Вт

Напряжение в сети, В

Коэффициент мощности, cosϕ

КПД асинхронного двигателя, значение от 0 до 1

Рассчитанную емкость конденсатора лучше не увеличивать, так как это может привести к перегреву обмоток двигателя. После того как двигатель будет запущен под рассчитанной нагрузкой, можно измерить рабочий ток и скорректировать емкость, рассчитав ее по зависимости ее от напряжения и тока. Скорее всего, она окажется ниже. На электродвигателях мощностью менее 500 Вт пусковой конденсатор может вообще не понадобиться, все зависит от того есть ли механическая нагрузка на валу ротора. Например, запуск циркулярной пилы, электрофуганка, наждака, — происходит без нагрузки, а погружного насоса – сразу под нагрузкой.

При выборе конденсаторов необходимо учитывать, что в момент запуска на них может воздействовать более высокое напряжение, чем номинальное. Поэтому, если двигатель будет работать в сети 220 В, то конденсатор должен быть с номинальным напряжением не менее, чем 1,5*220=360 В, а лучше 400-450 В. Также необходимо учитывать то, что рабочий конденсатор задействован во все время работы двигателя, а пусковой – только во время запуска. В чем отличие и сходство пусковых и рабочих конденсаторов показано в следующей таблице.

Рабочий конденсатор
Изображение
Применение
В электрических схемах асинхронных двигателей
Как подключается
Последовательно с одной из обмоток трехфазного двигателя или со вспомогательной обмоткой однофазного двигателя Параллельно рабочему конденсатору
Используется в качестве
Элемента, сдвигающего фазу в одной из обмоток трёхфазного двигателя, подключенного к однофазной сети Элемента, сдвигающего фазу в обмотке трехфазного двигателя
Назначение
Получение вращающегося магнитного поля, необходимого для вращения ротора двигателя Получение вращающегося магнитного поля, создающего повышенный момент вращения, необходимого для запуска ротора двигателя
На какое время подключается
На все время работы электродвигателя На момент старта и набора номинальных оборотов

Емкости рабочих конденсаторов обычно составляют десятки, а то и сотни микрофарад. Естественно, что чем больше емкость и выше рабочее напряжение, тем объемнее будет конденсатор. Рассмотрим в следующей таблице, какие конденсаторы могут применяться в качестве рабочих и пусковых.

Металлобумажные конденсаторы МБГО, МБГТ, МГБЧ, МГБП Полипропиленовые пленочные конденсаторы CBB60 (аналог К78-17), CBB65 Пусковые конденсаторы CD60
Изображение
Технология изготовления
Нанесение металлизированной пленки на конденсаторную бумагу, являющуюся диэлектриком Нанесение металлизированной пленки на тонкую полипропиленовую ленту Алюминиевая фольга и электролит. В качестве диэлектрика используется диоксид алюминия
Рабочее напряжение, В
160, 200, 300, 400, 600, 1000 В 450, 630 В 220-450 В
Диапазон емкостей, мкФ
0,1-20 мкФ 1-150 мкФ 50-1500 мкФ
Материал и форма корпуса
Металлический прямоугольный герметичный корпус Пластиковый цилиндрический корпус, у CBB65 металлический цилиндрический взрывозащищенный корпус Цилиндрический металлический взрывозащищенный корпус, покрытый пленкой из термостойкого поливинилхлорида
Где применяются
В качестве рабочих конденсаторов асинхронных двигателей В качестве рабочих и пусковых конденсаторов асинхронных двигателей В качестве пусковых конденсаторов.
Достоинства
Небольшая цена Небольшие габариты, малый разброс характеристик, долговечность Высокая емкость при небольших габаритных размерах
Недостатки
Большие габариты, высокие потери, быстрое старение при повышенных температурах Цена выше, чем у металлобумажных конденсаторов Не рекомендуется применять в качестве рабочих конденсаторов

Бывает такая необходимость, когда под рукой нет емкости с нужным номиналом. Чаще всего ее не хватает и, «как назло», есть россыпь конденсаторов другой емкости. Выход из этой ситуации очень простой – если соединить конденсаторы параллельно, то результирующая емкость будет равна сумме все емкостей конденсаторов. Следует отметить, что при таком соединении все конденсаторы желательно использовать с одним рабочим напряжением, так как напряжение на их электродах будет одинаковым. Например, надо собрать конденсаторную батарею 50 мкФ с напряжением 400 В. Для этого можно подобрать 5 конденсаторов по 10 мкФ типа МГБО и все они должны иметь такое же напряжение. Если хотя бы один из конденсаторов будет иметь напряжение ниже, например 160 В, то он через непродолжительное время выйдет из строя.

Параллельное соединение делают наиболее часто. Раньше, когда были недоступны металлополипропиленовые конденсаторы использовались металлобумажные, которые соединяли параллельно и помещали в специальные ящики. На мощных станках такие батареи были довольно внушительных размеров. Современные конденсаторы позволяют обойтись без громоздких ящиков и могут размещаться прямо на корпусе электродвигателя.

При последовательном соединении результирующая емкость не будет являться суммой, а будет вычисляться по формуле: C=
C 1 *
C 2 /(C 1 +
C 2)
, где C 1,
C 2
– емкости конденсаторов, подключенных последовательно. Очевидно, что результирующая емкость будет всегда меньше самой наименьшей из всех, подключенных последовательно, так как если умножить обе части выражения 1/С=1/С 1 +1/С 2 +…+1/С
i
на C 1
, то получим C 1 /
C=1+
C 1 /
C 2 +…
C 1 /
C i
, что красноречиво свидетельствует о том, что отношение любой из емкости к общей будет всегда больше единицы. На языке математики это означает, что любая из емкостей больше результирующей.

С первого взгляда может показаться, что последовательное соединение конденсаторов ничего по своей сути не дает, ведь каждый микрофарад емкости стоит денег и в лучшем случае, если подключить две емкости по 40 мкФ, то результирующая будет всего-то 20 мкФ. Но, как видно из вышеприведенной схемы, приложенное напряжение распределяется по конденсаторам, поэтому если, например, подключить каждый из них с рабочим напряжением 250 В, то к ним смело можно прикладывать 500 В. А чем выше номинальное рабочее напряжение конденсатора, тем дороже он стоит. Поэтому последовательное соединение конденсаторов тоже иногда может принести практическую пользу.

Для удобства предлагаем читателям нашего портала воспользоваться калькулятором, который рассчитывает емкость двух последовательно соединенных конденсаторов.

Калькулятор: Расчет результирующей емкости двух последовательно соединенных конденсаторов

Выберите из списка емкость первого конденсатора, а затем второго, подключаемого последовательно. Нажмите кнопку «Рассчитать». В списке приведен ряд номиналов конденсаторов серии CBB60

Емкость первого конденсатора

Емкость второго конденсатора

CBB60 1 мкФ, 450 В
CBB60 1.5 мкФ, 450 В
CBB60 2 мкФ, 450 В
CBB60 3 мкФ, 450 В
CBB60 4 мкФ, 450 В
CBB60 5 мкФ, 450 В
CBB60 6 мкФ, 450 В
CBB60 8 мкФ, 450 В
CBB60 10 мкФ, 450 В
CBB60 12 мкФ, 450 В
CBB60 14 мкФ, 450 В
CBB60 16 мкФ, 450 В
CBB60 20 мкФ, 450 В
CBB60 25 мкФ, 450 В
CBB60 30 мкФ, 450 В
CBB60 35 мкФ, 450 В
CBB60 40 мкФ, 450 В
CBB60 45 мкФ, 450 В
CBB60 50 мкФ, 450 В
CBB60 60 мкФ, 450 В
CBB60 70 мкФ, 450 В
CBB60 80 мкФ, 450 В
CBB60 100 мкФ, 450 В
CBB60 120 мкФ, 450 В
CBB60 150 мкФ, 450 В

Применение электролитических конденсаторов в качестве пусковых

В электротехнике и электронике широко применяются электролитические конденсаторы, которые специалисты называю «электролиты». Их главной особенностью является то, что в качестве одного из электродов используется электролит (кислота или щелочь), которым пропитана специальная бумага. Другой электрод представляет собой алюминиевую фольгу, на которой есть тонкий слой диоксида алюминия Al 2 O3. Благодаря этому емкость электролитических конденсаторов при равных габаритах гораздо выше, чем у других.

Оборотной стороной медали электролитических конденсаторов является обеспечение условия полярности их подключения в цепях постоянного или пульсирующего тока. При неправильном подключении или появлении на электродах электролитического конденсатора переменного напряжения начинается ускоренный процесс деградации, повышение токов утечки, что приводит к сильному нагреву. В итоге давление внутри конденсатора растет и это может привести к взрыву. Не зря в верхней части корпуса электролита имеются специальные насечки – так называемый клапан, который при сильном повышении давления просто разрывается, но это будет контролируемый взрыв.

Описанные ранее в таблице пусковые конденсаторы CD60 являются электролитическими, но неполярными, которые способны работать в цепях переменного тока. Это достигается тем, что в них используется два электрода из алюминиевой фольги, покрытые оксидной пленкой, а бумага с электролитом находится посередине между ними. Естественно, что габариты (как и цена) таких конденсаторов в 1,5-2 раза выше, чем у обычных электролитов, но зато их можно включать в цепь переменного тока.

Неполярный электролитический конденсатор можно получить из двух полярных, только необходимо их последовательно и встречно соединить между собой положительными электродами, а отрицательными подключать в сеть. Тогда результирующая емкость будет рассчитываться по калькулятору. Например, если необходимо получить неполярный электролит емкостью в 100 мкФ и напряжением 500 В, то надо встречно подключить два конденсатора по 200 мкФ и напряжением не менее 250 В. Вот как раз здесь последовательное соединение конденсаторов может помочь.

На практике часто применяют подключение электролитических конденсаторов через диоды. Принципиальная схема такого подключения представлена на рисунке.

Диоды не позволяют конденсаторам потреблять «запретные плоды»

Известно, что диод пропускает электрический ток только в одном направлении – от анода к катоду. Получается, что положительные полупериоды будут пропускаться только к плюсу конденсатора, а отрицательные только к минусу. Это обеспечит работу конденсатора в штатном режиме. Для разряда пусковых конденсаторов параллельно им подключены резисторы мощностью не менее 2 Вт. После пуска и разгона двигателя пусковые конденсаторы отключаются и быстро разряжаются через резисторы. В такой схеме есть существенный недостаток – если «пробивает» диод, то конденсатор начинает работать как кипятильник электролита. Поэтому рекомендуется убирать конденсаторы в безопасное место или помещать в коробку или контейнер.

Видео: Неполярные электролитические конденсаторы

Выбор принципиальной схемы подключения

Одних пусковых и рабочих конденсаторов для подключения трехфазного электродвигателя к сети 220 В будет недостаточно. Вначале надо определиться по какой схеме будет подключаться двигатель, и какие коммутационные аппараты будут нужны для правильного пуска и остановки.

Вариантов подключения трехфазных двигателей в сеть 220 В существует очень много, но в рамках статьи предлагается рассмотреть только два наиболее часто используемых и надежных. Принципиальные схемы представлены на рисунке.

Принципиальная схема, изображенная справа, показывает подключение АДКЗ по схеме звезда. Как уже отмечалось ранее, такой вид подключения целесообразно использовать в однофазных сетях 220 В только для тех двигателей, которые предназначены для рабочих напряжений 127/220 В при схемах ∆/Y. Левая схема показывает подключение асинхронного двигателя по схеме треугольник. В этой схеме применены для пуска электролитические конденсаторы C1 и C2, подключенные совместно с диодами VD1 и VD2. Объясним назначение всех элементов схем.

  • И одна и другая схема подключается к сети 220 В через разъемы XP1 и XP
  • Для защиты от сильных перегрузок по току или от токов короткого замыкания в схемах применены плавкие предохранители FU1 и FU Они могут быть заменены на двухполюсный автоматический выключатель с номиналом 10 или 16 Ампер, в зависимости от мощности АДКЗ. Автомат лучше брать с характеристикой срабатывания C или на мощных станках даже D.
  • SA1 – это переключатель, который служит для реверса двигателя. Меняя его положение можно изменять направление вращения. В некоторых механизмах, например, подъемных, эта очень может пригодиться. В двигателях мощностью до 1 кВт можно вполне применять переключатель тумблерный типа ТВ-1-2 или клавишный на ток до 5 А.
  • SB1, SB1.2, SB1.3 – это контакты пускателя нажимного кнопочного ПНВС-10У2. Этот аппарат имеет три пары контактов: SB1.1 и SB1.3 – это контакты, которые при нажатии на кнопку «Пуск» фиксируются во включенном положении (они на корпусе пускателя находятся слева и справа), а контакт SB1.2, находящийся в центре, замыкается только при нажатии на кнопку «Пуск». Это очень удобно при запуске и разгоне двигателя, удерживая кнопку 1-3 секунды, двигатель стартует и набирает обороты при помощи пусковых конденсаторов, а затем кнопка отпускается, и двигатель продолжает работать без них. Для двигателей до 0,6 кВт применяют пускатели ПНВС-10, а для более мощных ПНВС-12.
  • KM и KM1 на схеме слева – это реле тока и его контакты соответственно. Оно также может применяться в схемах подключения АДКЗ. При возрастании тока до величин, превышающих номинальные, срабатывает реле KM и замыкает контакты KM1.1, подключающие пусковые конденсаторы C1 и C2. При убывании тока до номинальных величин реле KM отключается и размыкает контакты KM1.1. Возрастание рабочего тока происходит чаще всего тогда, когда резко возрастает механическая нагрузка на валу ротора АДКЗ. В качестве реле тока можно использовать модульное РТ-40У.
  • На левой схеме конденсатор C3 рабочий, а C1 и C2 – пусковые. На правой схеме C1 – пусковой, а C2 – рабочий. Резисторы R1 мощностью 2 Вт нужны для разряда пусковых конденсаторов.

Предлагаемые схемы успешно работают уже не один десяток лет и доказали свою жизнеспособность, поэтому и рекомендованы читателям нашего портала к использованию.

Необходимые инструменты и комплектующие

Для того, чтобы подключить электродвигатель потребуется не такой уж и большой набор электротехнического и монтажного инструмента.

Изображение Наименование Назначение
Набор изолированных отверток различных размеров и типов шлицев Для электромонтажных и монтажных работ.
Пассатижи различных размеров Для электромонтажных работ.
Кусачки Для резки проводов.
Стриппер Для снятия изоляции с проводов, а также резки проводов или обжима клемм (зависит от модели стриппера).
Отвертка-индикатор Для контроля наличия фазы в цепи.
Мультиметр Для измерения напряжения, силы тока, проверки конденсаторов и резисторов, контроля целостности обмоток электродвигателя.
Токовые клещи Для измерения силы тока у работающего АДКЗ. Помогает при подборе рабочего и пускового конденсатора. Применение необязательно, но желательно.
Набор диэлектрических ключей Для монтажа проводов и перемычек в клеммных коробках двигателей.
Электродрель с набором сверел по дереву и металлу Для монтажных работ
Молоток слесарный Для монтажных работ
Кернер Для кернения отверстий под сверление.
Заклепочник ручной Для крепления рабочих и пусковых конденсаторов к корпусу АДКЗ. Применение необязательно, так как можно крепить и на винты, но заклепки предпочтительнее из-за возможности самораскручивания винтов при вибрации двигателя.
Паяльник 60 Вт Для пайки на клеммах конденсаторов.
Кримпер ручной Для обжима наконечников и клемм.

Прежде всего, перед монтажными работами нужно подумать о том, где будет смонтирован асинхронный двигатель. В зависимости от возложенных задач основание может быть металлическим, текстолитовым, деревянным и другим. Также на этом основании должны будут смонтированы нажимной пускатель, рабочие и пусковые емкости, при необходимости токовые реле и другие аппараты коммутации контроля и защиты.

Электролитические конденсаторы необходимо убрать в отдельный ящик, чтобы при возможном их взрыве брызги электролита не поразили людей. Если оборудование будет смонтировано на столе или верстаке, то можно конденсаторы «спрятать», закрепив их на нижней поверхности столешницы.

Один изспособов спрятать конденсаторы «от греха подальше»

Для монтажа асинхронного двигателя и подключения его в сеть 220 В понадобятся следующие комплектующие:

Изображение Наименование Описание
Пластиковый бокс на 4 места наружного монтажа Для размещения автоматического выключателя и токового реле АДКЗ.
Металлическая перфорированная монтажная лента Для крепления оборудования к основанию
Саморезы по дереву и металлу Для крепления оборудования
Заклепки вытяжные 3*6 или 3*8 Для крепления рабочих конденсаторов к корпусу электродвигателя
Автоматический выключатель C10 или C16 При мощности АДКЗ до 2 кВт применяют автомат на 10 А (C10). При мощности более 2 кВт – на 16 А (C16).
Виброустойчивые кольцевые изолированные наконечники ВНКИ Для оконцевания опрессовкой монтажных или питающих проводов при подключении в клеммы оборудования с винтами или шпильками. В зависимости от диаметра винтов или шпилек подбираются ВНКИ 2,5-4, ВНКИ 2,5-5, ВНКИ 2,5-6.
Виброустойчивые плоские разъёмы типа «мама» с ПВХ-манжетой ВРПИ-М Для оконцевания опрессовкой монтажных проводов при подключении рабочих или пусковых конденсаторов, имеющих соответствующие разъемы типа «папа». Наконечник ВРПИ-М-2,5 подходит для одключения провода1,5 и 2,5 кв. мм.
Трубка термоусадочная Для изоляции клемм конденсаторов после подключения

Подключение трехфазного двигателя в однофазную сеть 220 В

После подготовки всех необходимых комплектующих необходимо убедиться в том, что работа будет производиться только при снятом напряжении. Должна только быть возможность для подключения освещения и электроинструментов. На рабочем месте надо приготовить все инструменты и подготовить коробку или ведро, куда будет сбрасываться мусор.

Основные этапы работ по подключению АДКЗ представим в виде таблицы:

Мультиметром проверяется целостность пусковых и рабочих конденсаторов. Перед проверкой необходимо разрядить конденсатор, закоротив его выводы. Мультиметр для измерения конденсаторов ставится на измерение в мегаомах, которое должно быть не менее 2 Мом по прошествии некоторого времени, пока емкость заряжается. Если прибор имеет функцию измерения емкости, то задача упрощается. Проверяется целостность диодов и резисторов, если они используются в схемах пусковых конденсаторов. Диоды должны пропускать постоянный ток только в одном направлении, а резисторы в обоих. Выставив нужный предел, можно измерить сопротивление резисторов. Трехфазный асинхронный двигатель крепится к основанию. Следует учесть, что такие двигатели имеют немалый вес и при работе могут вибрировать., поэтому основание должно быть прочным, массивным и устойчивым. Крепление может быть болтами или гайками с шайбами на шпильках через виброгасящие прокладки или стойки. Закрепляется в намеченных местах оборудование коммутации и защиты – бокс для автоматического выключателя и токового реле, кнопочный пускатель ПНВС-10 или ПНВС-12, тумблер реверса двигателя. Для крепления тумблера реверса ТВ-1-2 иногда целесообразно использовать крышку клеммной коробки двигателя. Для этого необходимо вначале примерить тумблер в коробке, чтоб он не мешал подключению клемм. После этого дрелью сверлится отверстие диаметром 12,1 мм и тумблер закрепляется на крышке гайкой. Рабочие конденсаторы могут крепиться отдельно от электродвигателя в коробках, боксах, ящиках – все зависит от требуемой емкости. Но современные металлопропиленовые конденсаторы могут крепиться непосредственно к ребрам корпуса АДКЗ при помощи металлической монтажной ленты. Для этого оборачивают конденсатор лентой и отрезают нужный размер, оставляя ушки для крепления. Для двигателей с рабочим напряжением 380/220 В и схемами подключения Y/∆, перемычки переставляются для схемы треугольник. Рабочие и пусковые конденсаторы могут иметь выводы в виде проводов, клемм под пайку и плоских клемм «папа» под разъемы. Металлобумажные конденсаторы имеют всегда соединение под пайку, металлополипропиленовые и неполярные электролитические – в виде проводов или плоских клемм. Предпочтительней всего выбирать конденсаторы с плоскими клеммами «папа» — это сильно облегчает монтаж и демонтаж при замене. Для подключения автоматических модульных выключателей или токовых реле наиболее целесообразно использовать наконечники НШВИ (НШВИ (2)), которые также обжимаются кримпером. К болту заземления на двигателе обязательно подключается оконцованный наконечником ВНКИ провод защитного нуля (PE) желто-зеленого цвета. Этот болт может находиться как в клеммной коробке, так и снаружи на корпусе. Он обозначается специальным знаком. После проверки всех соединений и сверки с принципиальной электрической схемой, затягиваются клеммы асинхронного двигателя при помощи диэлектрического ключа. Также затягиваются винтовые клеммы автоматического выключателя, токового реле и пускателя ПНВС-10 или ПНВС-12. На вход автоматического выключателя подключается провод со штепсельной вилкой. На вход схемы подается напряжение. При помощи кнопки «Пуск» на ПНВС делается первый пробный запуск двигателя. Если все расчеты корректны и монтаж сделан правильно, то двигатель сразу должен запуститься.

Если двигатель уверенно запустился, то — это вовсе не означает, что он будет уверенно работать и дальше, поэтому следует его вначале проверить в режиме холостого хода, а потом под нагрузкой.

  • Если даже в режиме холостого хода двигатель начинает сильно нагреваться, то надо попробовать уменьшить емкость рабочего конденсатора.
  • Если двигатель при нажатии кнопки «Пуск» гудит, но не стартует, то надо попробовать ему помочь это сделать, крутанув вал. Если такая мера помогла ротору начать вращаться, то можно попробовать увеличить немного емкость пускового конденсатора.
  • Если под планируемой штатной нагрузкой двигатель останавливается, то увеличивают емкость рабочего конденсатора или применяют реле тока, которое подключает «на помощь» пусковые конденсаторы. Однако, следует помнить, что двигатель не сможет выдать мощности больше, чем паспортная.

Самым корректным способом подбора емкости пускового конденсатора будет измерение рабочего тока под нагрузкой и вычисление ее по зависимости от напряжения и тока. Ранее эта формула была приведена в таблице. После того как двигатель полностью настроен, еще раз подтягивают все клеммы и закрывают все места подключения крышками. Провода, если они идут группой, можно проложить совместно в гофротрубе или поместить их в термоусадочную трубку.

Заключение

Подводя итоги статьи, авторы еще раз напоминают читателям, что подключение трехфазного двигателя в сеть 220 В вполне осуществимо, причем собственными силами. И, хотя приходится жертвовать потерей мощности, но открываются безграничные возможности использования различных полезных механизмов. Трехфазные асинхронные двигатели обладают исключительной надежностью, до сих пор работают «ветераны», выпущенные еще в 50-х годах XX века.

Авторы статьи рекомендуют читателям портала перед первым пуском не производить окончательный монтаж всех узлов, а собрать схему на стенде. Если испытания пройдут успешно, то можно уже смонтировать все так, как задумано. И не стоит пренебрегать теми советами, которые были даны в этой статье, так как в ней учтен многолетний опыт и применен научный подход.

Удачных вам запусков электродвигателей и побольше полезных механизмов!

Видео: Как подключить электродвигатель на 220 В

Трехфазный асинхронный двигатель правильно, конечно же, подключать на три фазы. Электрики знают, что если двигатель работает даже на двух фазах, то он не выдает полную мощность и может быстро сгореть. Но в быту редко используется три фазы, поэтому приходиться трехфазный асинхронный двигатель подключать на одну фазу. Здесь мы рассмотрим обычные схемы подключения трехфазного асинхронный двигателя к однофазной сети, используя фазосдвигающий конденсатор.

В однофазную сеть трехфазный двигатель можно подключить «в звезду» или «в треугольник». Лучших результатов можно добиться при подключении «в треугольник». Ёмкость конденсатора рассчитывается по следующей формуле: C=k*I/U где C – ёмкость конденсатора (мкФ), I- номинальный ток двигателя(А), U – напряжение 220В, k – коэффициент. При подключении двигателя в звезду k=2800, а в треугольник k=4800. При запуске двигателя под нагрузкой, на время запуска, необходимо включить параллельно рабочему конденсатору пусковой емкостью в 1.5-2 раза большей чем у рабочего. После запуска двигателя этот конденсатор необходимо отключить.

Схема подключение трехфазного асинхронного двигателя на одну фазу «в треугольник»

Схема подключение трехфазного асинхронного двигателя на одну фазу «в звезду»

Конденсаторы можно применить бумажные МБГЧ или другие на переменное напряжение номинальное напряжение не ниже 250В. Я применял конденсаторы от люминесцентных светильников, и от «кобры». Перед применением конденсаторы следует проверить, так как они могут быть неисправны. Если нет конденсатора необходимой ёмкости, то можно соединить несколько конденсаторов параллельно, при этом их ёмкости складываются.

При таком подключении трехфазный асинхронный двигатель не развивает и 50% своей мощности соответственно и крутящий момент. Не следует перегружать двигатель и работать «сутки напролет». Желательно запускать двигатель без нагрузки так он быстрее наберет полные обороты. Если двигатель запускать большой нагрузкой, неправильно подобрать конденсаторы, и просто недосмотреть, двигатель может остановиться и сгореть.

Для того чтобы изменить направление вращения двигателя достаточно вывод конденсатора, подключенный к сетевому проводу, подключить к другому сетевому проводу. Например если он подключен к фазе, садим его на ноль, и на оборот. А остальную схему оставляем без изменения.

Я взял конденсатор с «кобры» марки МБГЧ емкостью 10 мкф на рабочее напряжение 250В (обратите внимание на фото конденсатор за шунтирован резистором, его можно удалить). Двигатель для наждака взял мощностью 0,75кВт, подбирать емкость конденсатора не стал поставил какая есть. Вообще емкость конденсатора для трехфазного асинхронного двигателя желательно подбирать точно не больше не меньше, только так можно добиться максимальной мощности на одной фазе.

Дополнительно почитайте статью про там пишется про частотные преобразователи которые можно подключить к однофазной сети, а на выходе получается три фазы. Также у них много других полезных функций.

У этих схем много недостатков вот статья где эти недостатки исправлены

При подключении асинхронного электродвигателя в однофазную сеть 220/230 В необходимо обеспечить сдвиг фаз на обмотках статора, чтобы сделать имитацию вращающегося магнитного поля (ВМП), которое заставляет вращаться вал ротора двигателя при подключению его в «родные» трехфазные сети переменного тока. Известная многим, кто знаком с электротехникой, способность конденсатора давать электрическому току «фору» на π/2=90° по сравнению с напряжением, оказывает хорошую услугу, так как это создает необходимый момент, заставляющий вращаться ротор в уже «не родных» сетях.

Но конденсатор для этих целей необходимо подбирать, причем нужно делать с высокой точностью. Именно поэтому читателям нашего портала предоставляется в абсолютное безвозмездное пользование калькулятор расчета емкости рабочего и пускового конденсатора. После калькулятора будут даны необходимые разъяснения по всем его пунктам.

Калькулятор расчета емкости рабочего и пускового конденсаторов

Последовательно введите или выберите исходные данные и нажмите кнопку «Рассчитать емкость рабочего и пускового конденсаторов»
. Все исходные данные в большинстве случаев можно найти на табличке («шильдике») двигателя

Выберите способ соединения обмоток статора электродвигателя (на табличке указываются возможные способы подключения)

P — мощность электродвигателя

Введите мощность электродвигателя в ваттах (ее могут указывать на табличке в киловаттах). В приведенном снизу примере P=0.75 kW=750 Ватт

U — напряжение сети, В

Выберите напряжение сети. Допустимые напряжения указываются на табличке. Оно должно соответствовать способу подключения.

Коэффициент мощности, cosϕ

Введите значение коэффициента мощности (cosϕ)
, который указан на табличке

КПД электродвигателя, η

Введите КПД электродвигателя, указанный на табличке. Если он указан в процентах, то значение надо разделить на 100. Если КПД не указан, то он принимается η=0,75

Для расчета использовались следующие зависимости:

Способ подключения обмоток и схема подключения рабочего и пускового конденсаторов Формула
Подключение «Звездой»

Емкость рабочего конденсатора – Ср
Cр=2800*I/U; I=P/(√3*U*η*cosϕ); Cр=2800*P/(/(√3*U²*η*cosϕ).
Подключение «Треугольником»

Емкость рабочего конденсатора — Cp
Cр=4800*P/(/(√3*U²*η*cosϕ).
Емкость пускового конденсатора при любом способе подключения Cп=2,5*Cр
Расшифровка обозначений в формулах:
Cр – емкость рабочего конденсатора в микрофарадах (мкф); Cп – емкость пускового конденсатора в мкф; I – ток в амперах (А); U – напряжение сети в вольтах (В); η – КПД двигателя, выраженный в процентах, деленных на 100; cosϕ – коэффициент мощности.

Полученные из калькулятора данные можно использовать для подбора конденсаторов, но именно таких номиналов, как будет рассчитано, их вряд ли можно будет найти. Только в редких исключениях могут быть совпадения. Правила подбора такие:

  • Если есть «точное попадание» в номинал емкости, который существует у нужной серии конденсаторов, то можно выбирать именно такой.
  • Если нет «попадания», то выбирают емкость, стоящую ниже по ряду номиналов. Выше не рекомендуется, особенно для рабочих конденсаторов, так как это может привести к ненужному возрастанию рабочих токов и перегреву обмоток, которое может привести к межвитковому замыканию.
  • По напряжению конденсаторы выбираются номиналом не менее, чем в 1,5 раза больше, чем напряжение в сети, так как в момент пуска напряжение на выводах конденсаторов всегда повышенное. Для однофазного напряжения в 220 В рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее 360 В, но опытные электрики всегда советуют использовать 400 или 450 В, так как запас, как известно, «карман не тянет».

Приведем таблицу с номиналами конденсаторов рабочих и пусковых. В качестве примера приведены конденсаторы серий CBB60 и CBB65. Это полипропиленовые пленочные конденсаторы, которые наиболее часто применяют в схемах подключения асинхронных двигателей. Серия CBB65 отличается от CBB60, тем, что они помещены в металлический корпус.

В качестве пусковых применяют электролитические неполярные конденсаторы CD60. Их не рекомендуются применять в качестве рабочих так как продолжительное время их работы делает их жизнь менее продолжительной.. В принципе, для пуска подходят и CBB60, и CBB65, но они имеют при равных емкостях более объемные габариты, чем CD60. В таблице приведем примеры только тех конденсаторов, которые рекомендованы к использованию в схемах подключения электродвигателей.

Полипропиленовые пленочные конденсаторы CBB60 (российский аналог К78-17) и CBB65 Электролитические неполярные конденсаторы CD60
Изображение
Номинальное рабочее напряжение, В 400; 450; 630 В 220-275; 300; 450 В
Емкость, мкф 1,5; 2,0;2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 5,0; 6,0; 7,0; 8,0; 10; 12; 14; 15; 16; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 60; 65; 70; 75; 80; 85; 90; 100; 120; 150 мкф 5,0; 10; 15; 20; 25; 50; 75; 100; 150; 200; 250; 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 1000; 1200; 1500 мкф

Для того, чтобы «набрать» нужную емкость, можно использовать два и более конденсатора, но при разном соединении результирующая емкость будет отличаться. При параллельном соединении она будет складываться, а при последовательном — емкость будет меньше любого из конденсаторов. Тем не менее такое соединение иногда используют для того, чтобы, соединив два конденсатора на меньшее рабочее напряжение, получить конденсатор, у которого рабочее напряжение будет суммой двух соединяемых. Например, соединив два конденсатора на 150 мкф и 250 В последовательно, получим результирующую емкость 75 мкф и рабочее напряжение 500 В.

Калькулятор расчета результирующей емкости двух последовательно соединенных конденсаторов