Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

Что нужно знать о двигателе перед подключением

Трёхфазный электродвигатель бывает по способу работы двух типов:

1. Синхронный имеет повышенные скорости работы, но требует для своего разгона дополнительных затрат энергии. Изначально он работает в асинхронном режиме, пока не достигает требуемых оборотов, и не переходит в синхронную стадию. Синхронные моторы позволяют постепенно снижать или наращивать обороты. Однако, они сложны в изготовлении, вследствие чего имеют большую себестоимость. Это обусловило их небольшое распространение, по сравнению с асинхронными вариантами трёхфазных электромоторов.
2. Асинхронный электродвигатель не допускает регулировки оборотов в процессе работы. Максимальная скорость его вращения также несколько ниже. Но подобные моторы более просты по своей конструкции, не такие дорогие, и отличаются большей надёжностью и ремонтопригодностью. Благодаря этим преимуществам, они используются гораздо чаще, как в промышленных производствах, так и в быту.

Трёхфазные моторы, выпускаемые современной промышленностью, имеют различные эксплуатационно-технические характеристики. Вся необходимая информация указывается на корпусе устройства:

• Тип – синхронный или асинхронный.
• Напряжение и частота питающей сети.
• Максимальная мощность мотора.
• Число развиваемых оборотов за минуту.

Более подробная информация относительно технических параметров даётся в прилагаемом к электродвигателю техпаспорте. Конструктивно устройство состоит из следующих основных элементов:

• Корпус, служащий основой для крепления остальных деталей.
• Статор.
• Ротор, отделённый от статора воздушным пространством.
• Обмотка, состоящая из трёх проводников, располагающихся по окружности под углом 120о.
• Шкив вала, служащий для передачи крутящего момента внешним рабочим механизмам.

Концы всех трёх обмоток двигателя выведены в распредкоробку, расположенную в верхней части корпуса. Трёхфазные электромоторы бывают рассчитанными только на одно напряжение, например, на 380В, либо на два – на 220 и на 380 вольт. Для устройств, работающих с двумя типами напряжения, в распредкоробку выводятся сразу шесть концов, а для моторов, предназначенных только для одного типа напряжения – три. На внутренней поверхности крышки коробки наносится схема подсоединения выводов к питающей электросети.

Какую схему выбрать и какая лучше?

Итак, как соединить обмотки звездой и треугольником мы разобрались, но здесь как раз и начинается «все самые интересные вопросы», причем эти вопросы у людей возникают чаще всего либо при подключении трёхфазного двигателя к однофазной сети, либо при подключении двигателя к частотному преобразователю с однофазным входом и линейными 220В на выходе и в других ситуациях.

Возможность изменения схемы соединения обмоток нужна для того, чтобы один и тот же двигатель мог эксплуатироваться в электросетях с различным напряжением.

Какую схему лучше выбрать? Вопрос не корректный, нужно соединять обмотки в ту схему, номинальное напряжение которой соответствует напряжению в электросети. Эта информация указана на шильдике электродвигателя.

Если на шильдике вашего двигателя указано как на фото выше «Δ/Y 220/380» — это значит что если линейное напряжение в питающей сети 220В – нужно соединять обмотки треугольником, если 380В – звездой. Если вы будете его подключать к однофазной сети 220В с конденсаторами – обмотки также соединяются треугольником.

Если на шильдике указано только одно напряжение и значок схемы (см. рисунок ниже), то возможности изменить схему соединения нет, и в брно, скорее всего, выведено будет 3 провода.

Встречаются и двигатели, которые в сети 380В работают, соединенными по схеме треугольника, схема звезды в этом случае рассчитана на работу в сети 660В, что вы можете наблюдать на следующей фотографии.

Но зачастую такие двигатели используются для пуска с переключением со звезды на треугольник, это делают для понижения пусковых токов.

В этом случае напряжение 380В подаётся сначала на обмотки соединенные по схеме звезды, так как номинальное напряжение для этой схемы 660В двигатель в момент пуска питается от пониженного напряжения и к каждой из обмоток прикладывается всего по 220В.

Когда обороты двигателя возрастают, происходит переключение на треугольник. И уже к каждой обмотке прикладываются их номинальные 380В.

Схема подключения электродвигателя с переходом со звезды на треугольник при пуске

Что будет если перепутать звезду и треугольник?

Чтобы ответить на этот вопрос вспомним формулы мощности трёхфазной нагрузки:

Для упрощения представим, что у нас есть сеть с каким-то определенным напряжением, пусть это будет 220/380 вольт, а также есть 3 лампы накаливания с номинальным напряжением 220В. И еще раз посмотрим на рисунок с распределением напряжений и токов в звезде и треугольнике.

Так как линейное напряжение у нас 380В, а в «звезде» фазное в 1.73 раза ниже линейного, то делаем вывод, что для работы в номинальном режиме нужно подключить эти лампочки звездой, тогда к каждой из них будет приложено 220В.

Теперь соединим их в треугольник, и что получится? Первое что бросается в глаза – к каждой лампе приложено уже 380В вместо 220В номинальных.

Несложно догадаться, что в этом случае наши лампочки просто сгорят, то же самое произойдет и с обмоткой двигателя.

Что при этом происходит с мощностью?

Если питающее напряжение и нагрузка неизменны, то при переключении со звезды на треугольник мощность, выделяемая на этой самой нагрузке, возрастёт в 3 раза. Это происходит потому, что напряжение на каждой лампе увеличилось в 1.73 раза, за ним настолько же вырос и ток.

Формулы для вычисления мощности в обоих случаях одинаковые, но цифры в них различаются, давайте проведем 1 расчет для примера.

Допустим, ток нагрузки в схеме звезды у нас был 1А, тогда полная мощность в звезде равна:

При этом мощность одной лампы в этом случае равна 220 ВА.

В треугольнике к каждой лампе приложено напряжение в 1.73 раза выше – 380В, соответственно и ток через лампу (фазный ток)

возрастет на столько же. При этом не забывайте, чтолинейный ток в звезде и так будет в 1.73 раза больше, чем фазный. Найдем полную мощность по трём фазам:

S=√3*Uл*Iл=1.73*380В*(1.73А*1.73) = 1.73*380В*3А=1972 ВА

А на одной лампе выделится мощность равная:

Но это не значит, что при соединении по схеме треугольника двигатель будет выдавать в 3 раза большую мощность, при питании от номинального для этой схемы напряжения двигатель будет выдавать свою номинальную мощность.

Источник

Подключение трёхфазного двигателя к однофазной сети

В этой статье рассмотрим подключение трёхфазного асинхронного двигателя к однофазной сети с помощью фазосдвигающего конденсатора, а также расчёт ёмкости пускового и рабочего конденсаторов, подключение трёхфазного двигателя «звездой» и «треугольником».

 Самый простой пуск трёхфазного двигателя в однофазной цепи возможен с помощью фазосдвигающего конденсатора, включённого в третью обмотку двигателя. КПД(коэффициент полезного действия) двигателя в этом случае будет около 60% (по сравнению с трёхфазным включением).

Важно

При пуске маломощного асинхронного электродвигателя ( до 500 Вт), или при пуске двигателя без нагрузки на его вал, можно ограничится использованием только, так называемого, рабочего конденсатора.

При пуске более мощных двигателей нужно использовать ещё и пусковой конденсатор, необходимый для разгона двигателя.

Схема включения двигателя в однофазную сеть

Подключение трёхфазного двигателя

В схеме обозначено:

• FU1, FU2 — предохранители.
• S1 — двухполюсный выключатель.
• S2 — переключатель направления движения вала двигателя (реверс).
• S3 — кнопка подключения пускового конденсатора (разгон двигателя).
• Сп — пусковой конденсатор.
• Ср — рабочий конденсатор.
• R1 — разрядный резистор.
• М — электродвигатель.

После включения выключателя S1 необходимо сразу нажать кнопку S3, после разгона двигателя (2-3 сек) кнопку отпустить.

Расчёт элементов схемы включения двигателя

Ёмкость рабочего конденсатора для данной схемы (соединение обмоток электродвигателя «треугольником») рассчитывается по следующей формуле:

Ср = 4800*I/U,  где

Ср — ёмкость рабочего конденсатора в мкФ;I — ток электродвигателя, А;U — сетевое напряжение(220 В).

При соединении обмоток электродвигателя «звездой» ёмкость рабочего конденсатора определяется по формуле:

Ср = 2800*I/U , обозначения те же.

Если неизвестен ток электродвигателя, но известна мощность, то ток можно рассчитать по формуле:

I = P/(√3*U*ɳ*cosφ) , где

P — мощность электродвигателя, Вт;ɳ — КПД электродвигателя;cosφ — коэффициент мощности.

Приблизительно можно принять ɳ=0,6, cosφ = 0,8. Тогда формула упростится и примет вид:

I = P/(0,83*U).

Ёмкость пускового конденсатора должна быть в 2-3 раза больше ёмкости рабочего.

Нужную ёмкость конденсатора можно собрать из нескольких, имеющихся в наличии конденсаторов, как это сделать описано здесь. Лучше всего применять металлобумажные или плёночные конденсаторы. Рабочее напряжение конденсаторов не ниже 300В.

  В некоторых статьях предлагают использовать электролитические конденсаторы, соединив пару конденсаторов минусовыми выводами и зашунтировав их диодами.

Я не рекомендую этого делать, так как при выходе из строя диода (при его электрическом пробое), через электролитический конденсатор потечёт переменный ток и он скорее всего взорвётся из-за нагрева.

Совет

Разрядный резистор R1 служит для разряда пускового конденсатора после его отключения. Можно обойтись и без него, но тогда следует помнить, что на устройстве может остаться опасное напряжение, даже после его выключения. Можно взять резистор сопротивлением 0,5 — 1 мОм, на мощность рассеяния не ниже 0,5 Вт.

Все выключатели и предохранители должны выдерживать рабочий ток электродвигателя.

Советы: лучше всего использовать соединение «треугольником», при соединении обмоток «звездой» значительная часть мощности двигателя теряется.

На шильдике двигателя указывается схема соединения обмоток, возможность её изменения и  рабочее напряжение обмоток. Например:  ∆/Ү  220/380 обозначает, что обмотки электродвигателя могут быть подсоединены либо «треугольником» на 220 В, либо «звездой» на напряжение 380В.

Обозначение Ү  380 — говорит о том, что обмотки подсоединены по схеме «звезда» и рассчитаны на 380 В и в распредкоробку двигателя выведено всего три провода. Тут придётся подключать по схеме «звезда», потеряв мощность.

Можно конечно залезть внутрь двигателя и вывести недостающие концы в распредкоробку, но это работа уже для специалиста.

Если вам помогла эта статья, то вы можете поделиться ей со своими друзьями, нажав кнопки социальных сетей, расположенные ниже.

Использование магнитного пускателя

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

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

Схема подключения пускателя асинхронного двигателя электрического 380в:

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

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

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

Видео: Подключение асинхронного двигателя. Определение типа двигателя.

Подключение трехфазного двигателя к сети 380В

Различают две базовые схемы (видео и схемы в следующем подразделе статьи):

• треугольник,
• звезда.

Преимущество соединения треугольником – работа на максимальной мощности. Но при включении электродвигателя в намотках продуцируются высокие пусковые токи, опасные для техники. При подключении звездой пуск мотора плавный, поскольку токи при нем низкие. Но достичь максимальной мощности при этом не получится.

В связи с вышесказанным двигатели при питании от 380 Вольт соединяют только звездой. Иначе высокий вольтаж при включении треугольником способен развить такие пусковые токи, что агрегат выйдет из строя. Но при высокой нагрузке выдаваемой мощности может не хватать. Тогда прибегают к хитрости: запускают двигатель звездой для безопасного включения, а затем переключаются с этой схемы на треугольник для набора высокой мощности.

Треугольник и звезда

Перед тем, как рассмотрим эти схемы, условимся:

• У статора есть 3 обмотки, у каждой из которых – по 1 началу и по 1 концу. Они выведены наружу в виде контактов. Поэтому для каждой намотки их 2. Будем обозначать: обмотка – О, конец – К, начало – Н. На схеме ниже 6 контактов, пронумерованных от 1 до 6. Для первой обмотки начало – 1, конец – 4. Согласно принятым обозначениям это НО1 и КО4. Для второй обмотки – НО2 и КО5, для третьей – НО3 и КО6.
• В электросети 380 Вольт 3 фазы: A, B и C. Их условные обозначения оставим прежними.

При соединении обмоток электродвигателя звездой сначала соединяют все начала: НО1, НО2 и НО3. Тогда к КО4, КО5 и КО6 соответственно подают питание от A, B и C.

При подключении асинхронного электродвигателя треугольником каждое начало соединяют с концом намотки последовательно. Выбор порядка номеров обмоток произвольный. Может получиться: НО1-КО5-НО2-КО6-НО3-КО2 .

Соединения звездой и треугольником выглядят так:

Смотрите видео, которое поможет разобраться в способах соединения намоток.

Переходная схема

Для плавного включения электродвигателя 380 в 3х фазную электросеть и высокой отдачи мощности запускают его звездой. После разгона он автоматически переключается со схемы и начинает работать треугольником. Недостаток метода – невозможность смены направления вращения вала.

1. Первый на схеме обозначен МП1 (магнитный пускатель 1). Он соединяет начала намоток статора НО1, НО2 и НО3 с фазами сети напряжением 380 Вольт: А, В и С.
2. Второй пускатель – МП2. Он соединяет концы обмоток КО4, КО5 и КО6 с фазными проводами А, В и С треугольником.
3. Третий пускатель – МП3. Необходим для соединения концов намоток с 3х фазной сетью звездой.

Принцип работы:

1. Включается первый пускатель;
2. Срабатывает реле времени, которое включает третий магнитный пускатель (пуск звездой);
3. Через заданное время реле отключает третий и включает второй пускатель (работа треугольником).

Работу прекращают через размыкание МП1. При повторном запуске пункты 1-3 повторятся.

Схемы подключения обмоток двигателя

В трехфазных асинхронных электродвигателях применяется два варианта соединения – в звезду и треугольник. В трехфазных асинхронных электрических машинах, в зависимости от модели, можно реализовать схему:

Простейший способ определения возможностей конкретного асинхронного электромотора – посмотреть на шильд (металлическая пластина с техническими параметрами). На них обозначается в том числе и номинал рабочего напряжения для соответствующего соединения. Здесь может указываться обозначение только для звезды, только для треугольника или и тот и другой вариант одновременно, пример такой маркировки приведен на рисунке ниже:

Если шильд отсутствует или информация на нем стерлась, то схему подключения можно узнать, открыв блок распределения начал обмотки (БРНО). Если вы увидите 6 выводов, имеющих клеммные соединения, можно определить тип включения обмоток. Гораздо хуже, когда борно имеет только три вывода, а подключение производится внутри корпуса. В этом случае нужно разобрать трехфазный электромотор, чтобы увидеть способ соединения.

Звезда

Схема подключения трехфазного двигателя звездой предусматривает, что начало каждой обмотки объединяется в одну точку, а к их концам подключаются фазы от питающей линии. Такой тип обеспечивает значительно более плавный пуск и относительно щадящий режим работы. Однако мощность, с которой вращается ротор, в полтора раза ниже, чем при подключении треугольником. Схематически данное подключение выглядит следующим образом:

Как видите на рисунке, концы выводов обмоток трехфазного двигателя A2, B2, C2 соединены в один электрический узел. А к клеммам A1, B1, C1 – подключаются фазные провода, как правило, на 220 или 380 вольт.

Если рассматривать данную схему на примере борна, выглядеть оно будет так:

Треугольник

Чтобы подключить электродвигатель треугольником вам необходимо подвести конец одной обмотки к началу другой. И таким образом замкнуть обмотки в своеобразное кольцо, в точки соединения которых и подключаются выводы питающей линии. Схема соединения треугольником обеспечивает максимальный момент и усилие на валу, что особенно актуально для больших нагрузок. Однако и ток в обмотках при номинальной нагрузке также пропорционально повысится, не уже говоря о режимах перегрузки.

Поэтому включение трехфазного двигателя треугольником и требует понижения напряжения. К примеру, если одну и ту же электрическую машину можно подключить с соединением обмоток и треугольником, и звездой, то звезда будет иметь напряжение питания 380, а треугольник 220 вольт или 220 и 127 вольт соответственно. Схематически подключение обмоток треугольником будет выглядеть так:

Как видите, соединение производится от A2 к B1, от B2 к C1, от C2 к A1, в некоторых моделях электрических машин маркировка выводов может отличаться, но на крышке борна будет отображаться их принадлежность к той или иной обмотке и возможные варианты соединения между собой.

Особенность работы в “Звезде”

В соответствии с ГОСТ 28173 (МЭК 60034-1) двигатели могут эксплуатироваться при отклонении напряжения ± 5 % или отклонении частоты ± 2 %. При этом параметры двигателей могут отличаться от номинальных, а превышения температуры обмоток могут быть более предельного по ГОСТ 28173 (МЭК 60034-1) на 10 °С.

К чему это я? Дело в том, что при пуске, когда двигатель работает в “Звезде”, он работает не в режиме (напряжение отличается на 70%!), что может привести к его перегреву, если это будет длиться долго. Будьте внимательны, защищайте двигатель от перегрева и перегрузки! Но это уже совсем другая история)

Как подобрать конденсаторы: 3 важных критерия

Трехфазный двигатель создает вращающееся магнитное поле статора за счет равномерного прохождения синусоид токов по каждой обмотке, разнесенных в пространстве на 120 градусов.

В однофазной сети такой возможности нет. Если подключить одно напряжение на все 3 обмотки сразу, то вращения не будет — магнитные поля уравновесятся. Поэтому на одну часть схемы подают напряжение, как есть, а на другую сдвигают ток по углу вращения конденсаторами.

Сложение двух магнитных полей создает импульс моментов, раскручивающих ротор.

От характеристик конденсаторов (величины емкости и допустимого напряжения) зависит работоспособность создаваемой схемы.

Для маломощных двигателей с легким запуском на холостом ходу в отдельных случаях допустимо обойтись только рабочими конденсаторами. Всем остальным движкам потребуется пусковой блок.

Обращаю внимание на три важных параметра:

1. емкость;
2. допустимое рабочее напряжение;
3. тип конструкции.

Как подобрать конденсаторы по емкости и напряжению

Существуют эмпиреческие формулы, позволяющие выполнять простой расчет по величине номинального тока и напряжения.

Однако люди в формулах часто путаются. Поэтому при контроле расчета рекомендую учесть, что для мощности в 1 киловатт требуется подбирать емкость на 70 микрофарад для рабочей цепочки. Зависимость линейная. Смело ей пользуйтесь.

Конденсаторы рассчитываются под максимальное значение тока, допустимого по условиям нагрева провода. При этом расходуется много электроэнергии.

Если же электродвигатель преодолевает нагрузки меньшей величины, то емкость конденсаторов желательно снизить. Делают это опытным путем при наладке, замеряя и сравнивая токи в каждой фазе амперметром.

Чаще всего для пуска асинхронного электродвигателя используют металлобумажные конденсаторы.

Они хорошо работают, но обладают низкими номиналами. При сборке в конденсаторную батарею получается довольно габаритная конструкция, что не всегда удобно даже для стационарного станка.

Сейчас промышленностью выпускаются малогабаритны электролитические конденсаторы, приспособленные для работы с электродвигателями на переменном токе.

Их внутреннее устройство изоляционных материалов приспособлено для работы под разным напряжением. Для рабочей цепочки оно составляет не менее 450 вольт.

У пусковой схемы с условиями кратковременного включения под нагрузку оно уменьшено до 330 за счет снижения толщины диэлектрического слоя. Эти конденсаторы меньше по габаритам.

Это важное условие следует хорошо понимать и применять на практике. Иначе конденсаторы на 330 вольт взорвутся при длительной работе

Скорее всего для конкретного двигателя одним конденсатором не отделаться. Потребуется собирать батарею, используя последовательное и параллельное соединение их.

При параллельном подключении общая емкость суммируется, а напряжение не меняется.

Последовательное соединение конденсаторов уменьшает общую емкость и делит приложенное напряжение на части между ними.

Какие типы конденсаторов можно использовать

Номинальное напряжение сети 220 вольт — это действующая величина. Ее амплитудное значение составляет 310 вольт. Поэтому минимальный предел для кратковременной работы при запуске выбран 330 V.

Запас напряжения до 450 V для рабочих конденсаторов учитывает броски и импульсы, которые создаются в сети. Занижать его нельзя, а использование емкостей с большим резервом значительно увеличивает габариты батареи, что нерационально.

Для фазосдвигающей цепочки допустимо использовать полярные электролитические конденсаторы, которые созданы для протекания тока только в одну сторону. Схема их включения должна содержать токоограничивающий резистор в несколько Ом.

Без его использования они быстро выходят из строя.

Схема подключения обмоток электродвигателя треугольником

Вот так выглядит борно электродвигателя и здесь обмотки соединены треугольником.  Т.е. конец обмотки соединён с началом следующей обмотки.

Фазное и линейное напряжение равны. Линейный  ток в 1,73 раза больше фазного.

Формула полной мощности будет выглядеть вот так:

Если обратить внимание на формулу полной мощности при подключении
звездой, то мы заметим, что формулы полной мощности одинаковые. А чтобы найти активную мощность применим следующую формулу:

А чтобы найти активную мощность применим следующую формулу:

где cosф- коэффициент мощности, n- КПД

 Из формулы активной мощности выразим ток:

где cosф- коэффициент мощности, n- КПД

Внимательный читатель должен был заметить, что формула мощности
одинаковая при подключении треугольником и при подключении звездой.  Так и есть, просто, чтобы поддержать
необходимую мощность, у нас будет меняться ток.

Но чтобы двигатель не сгорел при переключении с треугольника
на звезду, надо уменьшить нагрузку на валу двигателя до тех пор, пока фазный
ток не станет равный фазному току при подключении треугольником.

Поэтому и говорят, что мощность при подключении обмоток электродвигателя звездой меньше, чем при соединении треугольником.

Похожие записи:

17 способов прочистки засора в канализационной трубе дома Подвесная система для шкафов-купе: разновидности и характеристики Виды быстрорежущих hss-сталей Какой выбрать электрический теплый пол под плитку Теплица из пластиковых труб своими руками в подробностях Утепляем фасад дома пеноплексом своими руками- пошагово- обзор +видео и фото