0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

Содержание

Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

Как известно, при включении трёхфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть, по распространенным конденсаторным схемам: «треугольник», или «звезда», мощность двигателя используется только наполовину (в зависимости от применяемого двигателя).

Кроме того, затруднён запуск двигателя под нагрузкой.

В предлагаемой статье описан метод подключения двигателя без потери мощности.

В различных любительских электромеханических станках и приспособлениях чаще всего используются трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. К сожалению, трехфазная сеть в быту — явление крайне редкое, поэтому для их питания от обычной электрической сети любители применяют фазосдвигающий конденсатор, что не позволяет в полном объеме реализовать мощность и пусковые характеристики двигателя. Существующие же тринисторные «фазосдвигающие» устройства еще в большей степени снижают мощность на валу двигателей.

Вариант схемы устройства запуска трехфазного электродвигателя без потери мощности приведен на рис. 1.

Обмотки двигателя 220/380 В соединены треугольником, а конденсатор С1 включен, как обычно, параллельно одной из них. Конденсатору «помогает» дроссель L1, включенный параллельно другой обмотке. При определенном соотношении емкости конденсатора С1, индуктивности дросселя L1 и мощности нагрузки можно получить сдвиг фаз между напряжениями на трех ветвях нагрузки, равный точно 120°.

На рис. 2 приведена векторная диаграмма напряжений для устройства, представленного на рис. 1, при чисто активной нагрузке R в каждой ветви. Линейный ток Iл в векторном виде равен разности токов Iз и Ia, а по абсолютному значению соответствует величине Iф√3, где Iф=I1=I2=I3=Uл/R — фазный ток нагрузки, Uл=U1=U2=U3=220 В — линейное напряжение сети.

К конденсатору С1 приложено напряжение Uc1=U2, ток через него равен Ic1 и по фазе опережает напряжение на 90°.

Аналогично к дросселю L1 приложено напряжение UL1=U3, ток через него IL1 отстает от напряжения на 90°.

При равенстве абсолютных величин токов Ic1 и IL1 их векторная разность при правильном выборе емкости и индуктивности может быть равной Iл.

Сдвиг фаз между токами Ic1 и IL1 составляет 60°, поэтому треугольник из векторов Iл, Iс1 и IL1 — равносторонний, а их абсолютная величина составляет Iс1=IL1=Iл=Iф√3. В свою очередь, фазный ток нагрузки Iф=Р/ЗUL, где Р — суммарная мощность нагрузки.

Иными словами, если емкость конденсатора С1 и индуктивность дросселя L1 выбрать такими, чтобы при поступлении на них напряжения 220 В ток через них был бы равен Ic1=IL1=P/(√3⋅Uл)=P/380, показанная на рис. 1 цепь L1C1 обеспечит на нагрузке трехфазное напряжение с точным соблюдением сдвига фаз.

Таблица 1

P, ВтIC1=IL1, AC1, мкФL1, Гн
1000.263.82.66
2000.537.61.33
3000.7911.40.89
4001.0515.20.67
5001.3219.00.53
6001.5822.90.44
7001.8426.70.38
8002.1130.50.33
9002.3734.30.30
10002.6338.10.27
11002.8941.90.24
12003.1645.70.22
13003.4249.50.20
14003.6853.30.19
15003.9557.10.18

В табл. 1 приведены значения тока Ic1=IL1. емкости конденсатора С1 и индуктивности дросселя L1 для различных величин полной мощности чисто активной нагрузки.

Реальная нагрузка в виде электродвигателя имеет значительную индуктивную составляющую. В результате линейный ток отстает по фазе от тока активной нагрузки на некоторый угол ф порядка 20. 40°.

На шильдиках электродвигателей обычно указывают не угол, а его косинус — широко известный cosφ, равный отношению активной составляющей линейного тока к его полному значению.

Индуктивную составляющую тока, протекающего через нагрузку устройства, показанного на рис. 1, можно представить в виде токов, проходящих через некоторые катушки индуктивности Lн, подключенные параллельно активным сопротивлениям нагрузки (рис. 3,а), или, что эквивалентно, параллельно С1, L1 и сетевым проводам.

Из рис. 3,б видно, что поскольку ток через индуктивность противофазен току через емкость, катушки индуктивности LH уменьшают ток через емкостную ветвь фазосдвигающей цепи и увеличивают через индуктивную. Поэтому для сохранения фазы напряжения на выходе фазосдвигающей цепи ток через конденсатор С1 необходимо увеличить и через катушку уменьшить

Векторная диаграмма для нагрузки с индуктивной составляющей усложняется. Ее фрагмент, позволяющий произвести необходимые расчеты, приведен на рис. 4.

Полный линейный ток Iл разложен здесь на две составляющие: активную Iлcosφ и реактивную Iлsinφ.

В результате решения системы уравнений для определения необходимых значений токов через конденсатор С1 и катушку L1:

IC1sin30° + IL1sin30° = Iлcosφ, IC1cos30° — IL1cos30° = Iлsinφ,

получаем следующие значения этих токов:

IC1 = 2/√3⋅Iлsin(φ+60°), IL1 = 2/√3⋅Iлcos(φ+30°).

При чисто активной нагрузке (φ=0) формулы дают ранее полученный результат Ic1=IL1=Iл.

На рис. 5 приведены зависимости отношений токов Ic1 и IL1 к Iл от cosφ, рассчитанные по этим формулам Для (cosφ = √3/2 = 0,87) ток конденсатора С1 максимален и равен 2/√3Iл = 1.15Iл, а ток дросселя L1 вдвое меньше.

Этими же соотношениями с хорошей степенью точности можно пользоваться для типовых значений cosφ, равных 0,85. 0,9.

Таблица 2

P, ВтIC1, AIL1, AC1, мкФL1, Гн
1000.350.185.13.99
2000.700.3510.22.00
3001.050.5315.21.33
4001.400.7020.31.00
5001.750.8825.40.80
6002.111.0530.50.67
7002.461.2335.60.57
8002.811.4040.60.50
9003.161.5845.70.44
10003.511.7550.80.40
11003.861.9355.90.36
12004.212.1161.00.33
13004.562.2866.00.31
14004.912.4671.10.29
15005.262.6376.20.27

В табл. 2 приведены значения токов IC1, IL1, протекающих через конденсатор С1 и дроссель L1 при различных величинах полной мощности нагрузки, имеющей указанное выше значение cosφ = √3/2.

Для такой фазосдвигающей цепи используют конденсаторы МБГО, МБГП, МБГТ, К42-4 на рабочее напряжение не менее 600 В или МБГЧ, К42-19 на напряжение не менее 250 В.

Дроссель проще всего изготовить из трансформатора питания стержневой конструкции от старого лампового телевизора. Ток холостого хода первичной обмотки такого трансформатора при напряжении 220 В обычно не превышает 100 мА и имеет нелинейную зависимость от приложенного напряжения.

Если же в магнитопровод ввести зазор порядка 0,2. 1 мм, ток существенно возрастет, а зависимость его от напряжения станет линейной.

Сетевые обмотки трансформаторов ТС могут быть соединены так, что номинальное напряжение на них составит 220 В (перемычка между выводами 2 и 2′), 237 В (перемычка между выводами 2 и 3′) или 254 В (перемычка между выводами 3 и 3′). Сетевое напряжение чаще всего подают на выводы 1 и 1′. В зависимости от вида соединения меняются индуктивность и ток обмотки.

В табл. 3 приведены значения тока в первичной обмотке трансформатора ТС-200-2 при подаче на нее напряжения 220 В при различных зазорах в магнитопроводе и разном включении секций обмоток.

Сопоставление данных табл. 3 и 2 позволяет сделать вывод, что указанный трансформатор можно установить в фазосдвигающую цепь двигателя с мощностью примерно от 300 до 800 Вт и, подбирая зазор и схему включения обмоток, получить необходимую величину тока.

Индуктивность изменяется также в зависимости от синфазного или противофазного соединения сетевой и низковольтных (например, накальных) обмоток трансформатора.

Максимальный ток может несколько превышать номинальный ток в рабочем режиме. В этом случае для облегчения теплового режима целесообразно снять с трансформатора все вторичные обмотки, часть низковольтных обмоток можно использовать для питания цепей автоматики устройства, в котором работает электродвигатель.

Таблица 3

Зазор в
магнитопроводе, мм
Ток в сетевой обмотке, A,
при соединении выводов на напряжение, В
220237254
0.20.630.540.46
0.51.261.060.93
12.051.75

В табл. 4 приведены номинальные величины токов первичных обмоток трансформаторов различных телевизоров и ориентировочные значения мощности двигателя, с которыми их целесообразно использовать фазосдвигающую LC-цепь следует рассчитывать для максимально возможной нагрузки электродвигателя.

Таблица 4

ТрансформаторНоминальный
ток, A
Мощность
двигателя, Вт
ТС-360М1.8600. 1500
ТС-330К-11.6500. 1350
СТ-3201.6500. 1350
СТ-3101.5470. 1250
ТСА-270-1,
ТСА-270-2,
ТСА-270-3
1.25400. 1250
ТС-250,
ТС-250-1,
ТС-250-2,
ТС-250-2М,
ТС-250-2П
1.1350. 900
ТС-200К1330. 850
ТС-200-20.95300. 800
ТС-180,
ТС-180-2,
ТС-180-4,
ТС-180-2В
0.87275. 700

При меньшей нагрузке необходимый сдвиг фаз уже не будет выдерживаться, но пусковые характеристики по сравнению с использованием одного конденсатора улучшатся.

Экспериментальная проверка проводилась как с чисто активной нагрузкой, так и с электродвигателем.

Функции активной нагрузки выполняли по две параллельно соединенных лампы накаливания мощностью 60 и 75 Вт, включенные в каждую нагрузочную цепь устройства (см рис. 1), что соответствовало общей мощности 400 Вт В соответствии с табл. 1 емкость конденсатора С1 составляла 15 мкф Зазор в магнитопроводе трансформатора ТС-200-2 (0,5 мм) и схема соединения обмоток (на 237 В) были выбраны из соображений обеспечения необходимого тока 1,05 А.

Читать еще:  Мини-коробочка из картона

Измеренные на нагрузочных цепях напряжения U1, U2, U3 отличались друг от друга на 2. 3 В, что подтверждало высокую симметрию трехфазного напряжения.

Эксперименты проводились также с трехфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором АОЛ22-43Ф мощностью 400 Вт. Он работал с конденсатором С1 емкостью 20 мкф (кстати, такой же, как и при работе двигателя только с одним фазосдвигающим конденсатором) и с трансформатором, зазор и соединение обмоток которого выбраны из условия получения тока 0,7 А.

В результате удалось быстро запустить двигатель без пускового конденсатора и заметно увеличить крутящий момент, ощущаемый при торможении шкива на валу двигателя.

К сожалению, провести более объективную проверку затруднительно, поскольку в любительских условиях практически невозможно обеспечить нормированную механическую нагрузку на двигатель.

Следует помнить, что фазосдвигающая цепь — это последовательный колебательный контур, настроенный на частоту 50 Гц (для варианта чисто активной нагрузки), и без нагрузки подключать к сети эту цепь нельзя.

Следует учитывать

Следует учитывать, что в режиме холостого хода через конденсатор С1 протекает ток на 20—40% выше номинального. Поэтому при работе мотора с постоянной недогрузкой рекомендуется емкость конденсатора С1 несколько снизить по сравнению с расчетной. Кроме того, отбираемая от двигателя мощность при его питании через конденсатор составит приблизительно половину паспортной.

Конденсатор С1 является рабочим, т.е. он постоянно задействован во время работы мотора. Но пуск двигателя с одним фазосдвигающим конденсатором будет затруднен. Поэтому требуется дополнительный пусковой конденсатор С2, который сперва кратковременно включают параллельно рабочему конденсатору С1 кнопкой SB1. Емкость конденсатора С2 должна быть в 1,5—3 раза больше емкости С1. Если при возникшей перегрузке мотора он вдруг остановится, требуется вновь пустить двигатель, замкнув контакты кнопки SB1.

Изменить направление вращения вала двигателя (реверсировать его) здесь очень легко. Требуется лишь переключить правые обкладки конденсаторов С1 и С2 от одного провода сети к другому. Для этого применяют переключатель SA1. Пользоваться им следует лишь при выключенном двигателе.

Наконец, резистор R1 нужен для того, чтобы быстро разрядить конденсатор С1 после отключения электродвигателя М1 из сети, почти мгновенно снизив тем самым напряжение на вилке ХР1 до безопасного уровня. Его мощность рассеяния должна быть не менее 0,5 Вт, а сопротивление — 200—750 кОм.

В однофазную сеть допустимо включать трехфазные электродвигатели любых типов. Однако не все они работают равноценно. Это относится прежде всего к двигателям с двойной клеткой коротко-замкнутого ротора, например, серии М, которые функционируют крайне плохо. Другие же — и их, к счастью, большинство — с конденсатором работают нормально. Это асинхронные электродвигатели серий А, АО, АО2, Д, АОЛ, АПН и УАД.

Как видно из приведенной формулы, снизить потребляемый электромотором ток удается, увеличив cos φ (приблизив его к единице). Это широко практикуется на промышленных предприятиях, где коэффициент мощности поднимают за счет специальных конденсаторных батарей. У нас же нужно включить еще один конденсатор непосредственно в осветительную сеть. Его емкость должна быть больше или равна С2. Такой конденсатор также целесообразно зашунтировать разрядным резистором.

В качестве кнопки SB1 можно применить, например, кнопку типа КН (коммутируемый ток до 1,5 А), КЗ, КР, КПЗ (до 2 А) или КМ 1 -1, КМ2-1 (до 3 А). Переключатель SA1 может быть типа Т-3, ТП1-2, ТВ2-1, ТВ1 или МТ-1. Все Они выдерживают коммутацию тока до 3 А, что соответствует потребляемой мощности не менее 660 Вт. Если же потребляемая мощность будет выше, придется применить промышленную коммутационную аппаратуру от станков, электроагрегатов и т.д., в частности, пакетные выключатели, магнитные пускатели, рубильники или контакторы.

Все конденсаторы C1, С2 и сетевой должны иметь номинальное (рабочее) напряжение не менее 400—600 В.

Наиболее подходящими являются конденсаторы типа МБГЧ-1 или bМГБЧ-2с номинальным напряжением 500 В либо КБГ-МН или КБГ-МП, но с номинальным напряжением 1000 В.

Годятся такжв и любые другие конденсаторы, специально предназначенные для работы в сети переменного напряжения 220 В. Взять их можно из любой промышленной аппаратуры или отслуживших свой срок люминесцентных светильников (ламп дневного света) — там их емкость обычно равна 2 или 4 мкФ.

Отметим, что мощность используемого электродвигателя ограничена не только стойкостью коммутационной аппаратуры (SB1, SA1, ХР1) и провода, но и величиной допустимых токов питающей сети.

Если паспортная мощность Р трехфазного электродвигателя невелика, да к тому же его обмотки соединены по варианту «звезда», описанный здесь «конденсаторный» способ хорошо подходит. Скажем, если Рпотр=200 Вт, то С1=12—14 мкФ и С2=18—42 мкФ, что в первом случае потребует батареи, составленной из 3—4 штук, а во втором — из 5—10 конденсаторов емкостью 4 мкФ (МБГЧ-1 на 500 В — от ламп дневного света). По габаритам это вполне приемлемо.

Если же мощность «трехфазника» значительна, а тем более для варианта «треугольник», то размеры конденсаторной батареи получаются непомерно большими. Предположим, что Рпотр=2000 Вт, тогда С1=240—280 мкФ и С2=360—840 мкФ, что потребует батареи соответственно из 60—70 штук и 90—210 штук аналогичных конденсаторов. Иначе говоря, первая батарея будет представлять собой ящик размерами до 455x300x130 мм, а вторая — 650x630x130 мм. Как видим, габаритные размеры такой конденсаторной батареи слишком велики.

Чтобы преодолеть эту проблему, вместо традиционного фазосдигающего конденсатора можно применить электронное устройство (рис. 3). Предназначено оно как раз для наиболее неблагоприятного по габаритам варианта соединения обмоток двигателя в «треугольник».

За основу устройства взята конструкция брянского радиолюбителя В. Голика, описанная в его статье «Устройство запуска трехфазных электродвигателей» (журнал «Радио», 1996, №6, с.39). Модернизация этого прототипа заключалась, во-первых, во введении реверсирующего переключателя SA1, во-вторых, в дополнении устройства узлом, обеспечивающим автоматический пуск двигателя взамен неудобного ручного.

Фазовый сдвиг достигается кратковременным замыканием в определенные моменты верхней наклонной (по схеме) обмотки двигателя М1, когда переключатель SA1 находится в верхнем положении; либо нижней наклонной, когда он переведен вниз.

Замыкание той или иной наклонной (например, верхней) обмотки двигателя М1 производится открытыми тринистором VS1 и диодом VD2, когда положительная (относительно нижнего сетевого провода) полуволна переменного напряжения приложена к верхнему сетевому проводу. Когда же к нему приложена отрицательная полуволна, ту же обмотку замыкают тринистор VS1 и диод VD1.

Тринисторы VS1 и VS2 открываются по управляющему электроду аналогом однопереходного транзистора, собранного на обычных транзисторах VT1, VT2 и резисторе R5. Для надежности управляющие электроды тринисторов VS1 и VS2 зашунтированы резистором R1. Закрываются эти тринисторы, когда ток через них прекращается. Порог открывания «однопереходника», а значит, и тринис-тора VS1 или VS2, задан делителем напряжения R4 и R2. Этот делитель подключен к низковольтному (около 10 В) источнику питания, представляющему собой параметрический стабилизатор (с выпрямителем), выполненный на диодах VD3, VD4, токоограничительном резисторе R3, фильтрующем конденсаторе С2 и стабилитроне VD5.

Тринистор VS1 (или VS2) открывается через каждые 20 миллисекунд, что соответствует сетевой частоте 50 Гц. А вот «однопереходник» открывается вдвое чаще — через каждые 10 мс, что отвечает удвоенной частоте 100 Гц. Момент открывания того или иного тринистора несколько запаздывает (на равную величину для каждого из них) относительно очередного «нуля» напряжения в сети. Величина запаздывания зависит от емкости фазозадающего конденсатора С1 и сопротивления цепи, через которую он периодически заряжается. (Разрядка этого конденсатора происходит всякий раз, когда открывается «однопереходник»).

Так, если транзистор VT3 закрыт, зарядный ток будет течь через резисторы R6 и R7, соединенные в схеме последовательно. Если же транзистор VT3 открыт, зарядка конденсатора С1 станет происходить фактически только через резистор R7. Ясно, что в первом случае запаздывание относительно «нуля» сети будет наибольшим, а во втором — наименьшим. Неполное открывание транзистора VT3 дает промежуточные значения сопротивления зарядной цепи.

Но транзистор VT3 открыт, когда закрыл транзистор VT4. Когда же последний открыт (времязадающий конденсатор С3 при этом заряжен через резистор R9 достаточно полно), транзистор VT3 будет надежно закрыт, так как его эмиттерный переход в этот момент зашутирован переходом эмиттер-коллектор открытого транзистора VT4. Поясним, что резистор R8 является коллекторной нагрузкой транзистора VT4, а R10 ограничивает ток его базы.

Использование частотного преобразователя

В настоящее время достаточно активно все стали применять частотные преобразователи для управления частотой вращения (оборотами) электродвигателя.

Это позволяет не только экономить электроэнергию (например, при использовании частотного регулирования насосов для подачи воды), но и управлять подачей насосов объёмного типа, превращая их в дозировочные (любые насосы объёмного принципа действия).

Но очень часто при использовании частотных преобразователей не обращают внимания на некоторые нюансы их применения:

— регулировка частоты, без доработки электродвигателя, возможна в пределах регулировки частоты +/- 30% от рабочей (50 Гц),
— при увеличении частоты вращения более 65 Гц требуется замена подшипников на усиленные (сейчас с помощью ЧП возможно поднять частоту тока до 400 Гц, обычные подшипники просто разваливаются на таких скоростях),
— при уменьшении частоты вращения встроенный вентилятор электродвигателя начинает работать неэффективно, что приводит к перегреву обмоток.

Из-за того, что не обращают внимания при проектировании установок на такие «мелочи», очень часто электродвигатели выходят из строя.

Читать еще:  Прибор для проверки любых транзисторов

Для работы на низкой частоте ОБЯЗАТЕЛЬНО требуется установка дополнительного вентилятора принудительного охлаждения электродвигателя.

Вместо крышки вентилятора устанавливается вентилятор принудительного охлаждения (см. фото). В этом случае, даже при снижении оборотов вала основного двигателя,
дополнительный вентилятор обеспечит надёжное охлаждение электродвигателя.

Мы имеем большой опыт модернизации электродвигателей для работы на низкой частоте.
На фото можно видеть винтовые насосы с дополнительными вентиляторами на электродвигателях.

Данные насосы используются в качестве дозирующих насосов на пищевом производстве.

Надеемся, что данная статья поможет вам правильно подключить электродвигатель к сети самостоятельно (ну или хотя бы понять, что перед вами не электрик, а «специалист широкого профиля»).

Как узнать, подключать Звездой или Треугольником?

У трехфазных двигателей АИР есть два номинальных напряжения: 220/380 в и 380/660В, которое указано на шильде. Это основной критерий выбора типа соединения асинхронных двигателей.

Схема подключения электродвигателяНапряжение
Звезда380 В660 В
Треугольник220 В380 В
  • Электродвигатели 220/380 — современные модели до 112 габарита — 7,5 кВт. Ранее выпускались до 315 габарита — до 132 кВт. Подключение к сети 220В треугольником, к 380В звездой.
  • Электродвигатели 380/660 — встречается в моделях, мощностью от 4 кВт. Схема для 380В — треугольник, для 660В — звезда.

Звезда

«Звезда» предусматривает, что концы обмоток статора замыкаются в одной точке, называемой нулевой точкой или нейтралью, а начала подключаются своим фазам – L. Поэтому двигатели средней мощности принято запускать именно «звездой». Однако при этом невозможно достичь паспортной мощности электродвигателя.

Преимущества схемы подключения «Звезда»:

  • Плавный запуск
  • Более надежная работа двигателя
  • Допускается недлительная перегрузка

Треугольник

При подключении двигателя треугольником конец одной статорной обмотки последовательно соединяется с началом следующей. Однако подключение треугольником значительно увеличивает пусковые токи, что может привести к пробою изоляции; двигатель сильнее нагревается.

Преимущества схемы подключения «Треугольник»:

  • Рабочая мощность соответствует паспортной
  • Увеличенный крутящий момент
  • Улучшенное тяговое усилие

«Звезда-треугольник» (комбинированная)

В случае с мощными электромоторами (начиная с 5,5/3000) важно обеспечить плавный пуск без перегрузок и дальнейшую работу на максимальной мощности. Такие двигатели чаще соединяют по схеме звезда-треугольник. Она подходит только для моделей с пометкой (Δ/Y), которая свидетельствует о возможности соединения двумя способами.

Комбинированная схема подключения обезопасит мотор от высоких пусковых токов и обеспечит паспортную мощность двигателя. Практически выглядит так: электромотор запускается по схеме звезда, а набрав обороты переключается на схему треугольник, либо автоматически, либо с помощью дополнительных устройств. При этом возможны скачки тока.

Запуск по схеме «звезда / треугольник» подходит для моторов с большими маховыми массами, у которых при номинальной скорости сразу набрасывается нагрузка.

Подключение двигателя к однофазной сети 220В через конденсатор

Для использования асинхронного электродвигателя от бытовой электрической сети 220В применяют фазосдвигающий конденсатор. Таким образом достигается мягкий запуск агрегата. Методы подключения конденсаторов к бытовой сети 220В:

  • с выключателем
  • напрямую, без выключателя
  • параллельное включение двух электролитов

Конденсатор для двигателя должен превышать его по напряжению как минимум в 1,5 раза. В противном случае возникнут скачки напряжения, что чревато поломками.

Расчет конденсатора для трехфазной сети

Правильный подбор конденсатора для подключения трехфазного двигателя к однофазной сети предполагает расчет емкости. Ее значение зависит от схемы подключения обмоток и других параметров.

Формула расчета емкости конденсатора для схемы «Треугольник»

Где Емк — емкость рабочего конденсатора в мкФ, I — ток в А, U — напряжение сети в В.

Как подключить трехфазный электродвигатель в сеть 220 В — нередко возникает необходимость в домашнем хозяйстве или при проведении ремонтных работ произвести подключение трехфазного электродвигателя в сеть 220 Вольт. Эти устройства работают от напряжения 380 В. Но, как известно, в большинстве домов питающая сеть имеет лишь 220В. Как подключить трехфазный электродвигатель в сеть 220В? Узнаем об этом из нашей статьи.

Рассмотрим пример со швейной машиной. Проблем на фабрике с подключением, конечно, не возникнет. Но для работы в однофазной сети нужно электродвигатель слегка подправить. Например, изменить схему подключения обмоток с формы звезды на треугольник. Конечно, нужно придерживаться полярности. Итак, как подключить трехфазный электродвигатель в сеть 220 В.
Мощность мотора швейной машины составляет 0,4 кВт. Если можно приобрести пусковые металлобумажные конденсаторы МБТТ, МБГО или МБГО с 50 или 100 мкФ емкостью и рабочим напряжением от 450 до 600, то проблем с пуском не будет. Однако стоить они могут слишком дорого. Поэтому лучше поискать альтернативные «дешевые» варианты решения проблемы. Таким может стать кратковременное подключение дополнительного электролитического конденсатора. Он должен работать всего две-три секунды, не более. Ведь его работа необходима лишь для запуска электродвигателя. Тогда последний будет функционировать в двухфазном режиме и терять до половины мощности. Запас ее, впрочем, можно предусмотреть. Кстати, такая же потеря мощности будет наблюдаться и при работе с фазосдвигающим конденсатором.

Недостаток метода и решение проблемы

Многим известно, что в сети переменного тока электролитический конденсатор очень быстро разогревается. Электролит в нем вскипает и взрывается. Практика показала, что это может произойти за период от десяти до пятнадцати секунд. Но если этот конденсатор включить лишь на полторы секунды, используя небольшое сопротивление, то устройство не повредится, так как времени для разогрева у него попросту не будет. В стиральных машинах для кратковременности используется кнопка ПНВС. Она трехконтактная. Два из них имеют фиксацию, а один обходится без нее. За счет последнего контакта конденсатор включается и перестает действовать после прекращения нажатия.


Напряжение на электролитических конденсаторах должно быть не меньше 450В. Поэтому емкость можно набрать из нескольких конденсаторов, помещенных в защитную коробку. Такая схема подключения на практике доказала свою жизнеспособность. Правда, опыты проводились лишь с электрическими двигателями, мощность которых составляла менее одного кВт. Для более мощных моторов, скорее всего, потребуется включение с конденсатором небольшого резистора с ограничением тока и необходимой рассеивающей мощностью.

Второй способ

Рассмотрим, как подключается асинхронный с короткозамкнутым ротором трехфазный электродвигатель в однофазной сети. На практике даже при наилучшем выборе емкости фазосдвигающего конденсатора вращающий момент не будет выше тридцати пяти процентов номинального. Это получается из-за того, что протекающий по одной обмотке ток, сдвинут по фазе относительно других обмоток. Поэтому в магнитном поле статора создается еще одна составляющая, помимо той, что вращает ротор в необходимом направлении.

Образованная компонента же вращается в противоположную сторону и тормозит ротор, сокращая момент на валу и тратя энергию, нагревая обычные и магнитные провода мотора. Но если отключить обмотку, то вращающий момент увеличится до сорока одного процента. А если изменить в ней направление тока и снова подключить, то он увеличится еще больше и может составить до пятидесяти восьми процентов.

Как еще улучшить процесс

Такая оптимизация процесса возможна не только благодаря смене направления вращения компоненты. Получается еще и компенсация полей других обмоток, которые совпадают в направлении и не участвуют в роторном вращении. Пуск двигателя улучшится и при использовании двух фазосдвигающих конденсаторов. Их емкости должны быть одинаковы. Такие показатели рассчитываются по специальной формуле. Они проверяются путем измерения напряжения на обмотках и должны показать примерно одинаковые результаты.


Равные напряжения можно встречно параллельно соединить штриховой линией.

Как подключить трехфазный двигатель в сеть 220 Вольт

Радиолюбителям часто приходится использовать рассматриваемые моторы. Поэтому о том, как подключить трехфазный электродвигатель в сеть 220В, им знать крайне необходимо. Уже известно, что для этого совсем необязательно иметь трехфазную сеть. Лучше подключить третью обмотку посредством фазосдвигающего конденсатора. Для нормальной работы двигателя емкость конденсатора меняют, учитывая количество оборотов. На практике это условие выполнить очень трудно. Из положения выходят двухступенчатым путем: двигатель включают с пусковой емкостью и оставляют при этом рабочую. В ручном режиме он переключается на рабочую.


Конденсатор используется только бумажного типа, а его рабочее напряжение должно быть больше в полтора раза, чем напряжение сети. Схема реверсирования двигателя с конденсаторным пуском довольно проста. При срабатывании переключателя мотор изменяет направление вращения. Но нужно знать особенности эксплуатации таких двигателей. Если по обмотке устройство работает вхолостую, ток будет протекать от двадцати до сорока процентов больше номинального. Поэтому при функционировании с нагрузкой рабочая емкость должна быть уменьшена. Если мотор перегрузится, он отключится, и для нового запуска потребуется опять включать конденсатор пуска.

Подключить электродвигатель в сеть 220В можно любой, даже трехфазный. Однако некоторые из них могут работать плохо. Примером является двойная клетка короткозамкнутого ротора МА. Но если схема включения выполнена правильно, и грамотно подобраны необходимые параметры конденсаторов, рабочий процесс будет отличным. Например, удачными вариантами являются асинхронные моторы А, АО2, АПН, АО, АОЛ и УАД.

Минусы трех способов подключения

Недостатками вышеописанных путей является следующее:

  • теряется половина от номинальной мощности
  • при питании от однофазной сети запускаются не все модели электродвигателей;
  • должны использоваться рабочая и пусковая емкости;
  • при холостом ходе ток протекает больше от двадцати до сорока процентов номинального;
  • для автоматизированного процесса отключения конденсатора пуска и замены бумажных элементов на электролитические используются дополнительные обороты.

Четвертый способ

Исключить эти недостатки можно, используя следующий способ. Как подключить трехфазный электродвигатель в сеть 220В? В трехфазном напряжении каждая кривая сдвинута на треть по сравнению с другой. Так как частота сети составляет пятьдесят герц, период будет равен двадцати микросекундам. Тогда его треть составит 6,666… микросекунд. Возьмем синусоидальное напряжение однофазное на 220В и 50 Герц. Если пропустить его через схему задержки на треть периода, получится сдвинутое напряжение, которое будет по амплитуде и частоте равно первоначальному. Если и его пропустить через такую же схему задержки, то получится сдвинутое напряжение еще на треть периода. Не знаете, как подключить трехфазный двигатель в однофазную сеть? Схема должна быть изучена вами максимально подробно. А выглядит она следующим образом.

В механизм входит БП и генератор импульсов плюсовой полярности на трансформаторе. Блок питания состоит из второй обмотки трансформатора, выпрямительного моста и стабилизатора. Генератор собран в третьей обмотке трансформатора, резисторе и выпрямителе на диодах. Стабилитрон защищает входы детали от случайного увеличения выше допустимого напряжения, то есть более двенадцати Вольт. В детали находится формирователь прямоугольных импульсов. На выходе подаются прямоугольные импульсы в пятьдесят Герц плюсовой полярности. При трансформации трехфазного тока могут быть применены три однофазных или специальные трехфазные трансформаторы с сердечником в форме стержней. Соединяться отдельные элементы должны по схеме «звезда-звезда».

Заключение

Таким образом, решение вопроса, как подключить трехфазный электродвигатель в сеть 220В, возможно несколькими путями. Какой-то из них реализовать сложнее, но при этом процесс будет проходить лучше. Другие способы проще, но и не лишены недостатков.

2 схемы подключения трехфазного двигателя к однофазной сети без конденсаторов автора В Бурлако: в чем отличия

Здесь я полагаюсь на информацию из интернета, ибо вижу, что в принципе конструкции рабочие, а принципы управления токами в обмотках те же, что предложил В Голик.

Кстати, авторы статей ссылаются на автомобильный украинский журнал «Сигнал» №4 за 1999 год. Пришлось поискать его в интернете. Однако разочаровался, там оказалась полностью перепечатанная статья из журнала Радио под авторством В Голик. Вот так…

Если знаете, где можно найти первоисточник на эту информацию, то сообщите в комментариях.

Электронные ключи, выполненные по технологии Бурлако, работают так же. Они просто выполнены из других, более усовершенствованных полупроводников, как и силовая часть.

Схема запуска асинхронного двигателя от симисторного электронного ключа: усовершенствование конструкции В Голик

Картинка подключения трехфазного электродвигателя упростилась. Вместо двунаправленного силового блока из двух тиристоров и диодов здесь работает один симистор VS1 серии ТС-2-10.

Он также шунтирует одну обмотку «B» в момент достижения синусоидой напряжения амплитудного значения, когда ток параллельной цепочки минимален.

При этом создается сдвиг фаз токов в параллельных обмотках, как и в предыдущей схеме, порядка 50-80 угловых градусов, что достаточно для вращения ротора.

Работой симитора VS1 управляет ключ, выполненный на симметричном динисторе VS2 для каждого полупериода гармоники напряжения. Он получает команды от фазосдвигающей цепочки, выполненной из резистивно-емкостных элементов.

Сдвиг фазы сигнала конденсатором C дополняется общим сопротивлением R1+R2. Подстроечный резистор R2 на 68 кОм работает как R7 в предыдущей схеме, регулируя время заряда конденсатора и, соответственно, момент подключения VS2, а через него VS1 в работу.

Рекомендации автора по сборке и наладке

Схема испытывалась и предназначена для работы с электродвигателями, раскручивающими ротор до 1500 оборотов в минуту с электрической мощностью 0,5÷2,2 кВт.

На устройствах электронных ключей, работающих с мощными электродвигателями, необходимо обеспечивать теплоотвод с симистора VS1.

При наладке устройства обращают внимание на оптимальную подгонку угла сдвига фаз токов между обмотками, когда двигатель запускается и работает нормально: без шума, гула и вибраций. Для этого может потребоваться изменение номиналов у элементов фазосдвигающей цепочки.

Семисторы можно использовать другой марки. Важно, чтобы они соответствовали электрическим характеристикам. Вместо DB3 допустимо установить отечественный динистор KP1125.

Схема безконденсаторного запуска электродвигателей с большими пусковыми моментами

Она же хорошо подходит под управление двигателями, собранными для вращения со скоростью 3000 оборотов в минуту. С этой целью у нее изменена система подключения обмоток с треугольника на разомкнутую звезду.

На картинке ниже их полярность показана точками.

В этой ситуации создается больший крутящий момент для запуска ротора.

Рассматриваемая схема отличается от предыдущей дополнительным электронным ключом, подключенным к обмотке «A», создающим дополнительно сдвиг фазы тока. Он необходим для трудных условий работы.

Рекомендации автора по наладке и работе не изменились.

Рассмотрим сначала как подключается трехфазный двигатель в сеть 380в.

Трехфазные двигатели бывают, как с тремя выводами — для подключения только на «звезду», так и с шестью соединениями, с возможностью выбора схемы ― звезда или треугольник. Классическую схему можно видеть на рисунке. Здесь на рисунке слева изображено подключение звездой. На фото справа, показано как это выглядит на реальном брне мотора.

Видно, что для этого необходимо установить специальные перемычки на нужные вывода. Эти перемычки идут в комплекте с двигателем. В случае когда имеется только 3 вывода, то соединение в звезду уже сделано внутри корпуса мотора. В таком случае изменить схему соединения обмоток попросту невозможно.

Некоторые говорят, что так делали для того, чтобы рабочие не воровали агрегаты по домам для своих нужд. Как бы там ни было, такие варианты двигателей, можно с успехом использовать для гаражных целей, но мощность их будет заметно ниже, чем соединенных треугольником.

Конструктивные особенности

Перед тем как приступать к работе, разберитесь с конструкцией АД (асинхронный двигатель).

Устройство состоит из двух элементов — ротора (подвижная часть) и статора (неподвижный узел).

Статор имеет специальные пазы (углубления), в которые и укладывается обмотка, распределенная таким образом, чтобы угловое расстояние составляло 120 градусов.

Обмотки устройства создают одно или несколько пар полюсов, от числа которых зависит частота, с которой может вращаться ротор, а также другие параметры электродвигателя — КПД, мощность и другие параметры.

При включении асинхронного мотора в сеть с тремя фазами, по обмоткам в различные временные промежутки протекает ток.

Создается магнитное поле, взаимодействующее с роторной обмоткой и заставляющее его вращаться.

Другими словами, появляется усилие, прокручивающее ротор в различные временные промежутки.

Если подключить АД в сеть с одной фазой (без выполнения подготовительных работ), ток появится только в одной обмотке.

Создаваемого момента будет недостаточно, чтобы сместить ротор и поддерживать его вращение.

Вот почему в большинстве случаев требуется применение пусковых и рабочих конденсаторов, обеспечивающих работу трехфазного мотора. Но существуют и другие варианты.

Управление асинхронным двигателем

Прямое подключение к сети питания

Использование магнитных пускателей позволяет управлять асинхронными электродвигателями путем непосредственного подключения двигателя к сети переменного тока.

С помощью магнитных пускателей можно реализовать схему:

  • нереверсивного пуска: пуск и остановка;
  • реверсивного пуска: пуск, остановка и реверс.

Использование теплового реле позволяет осуществить защиту электродвигателя от величин тока намного превышающих номинальное значение.

Нереверсивная схема

Нереверсивная схема подключения трехфазного асинхронного электродвигателя к трехфазной сети переменного электрического тока через магнитный пускатель
L1, L2, L3 — контакты для подключения к сети трехфазного переменного тока, QF1 — автоматический выключатель, SB1 — кнопка остановки, SB2 — кнопка пуска, KM1 — магнитный пускатель, KK1 — тепловое реле, HL1 — сигнальная лампа, M — трехфазный асинхронный двигатель

Реверсивная схема

Реверсивная схема подключения трехфазного асинхронного электродвигателя к трехфазной сети переменного электрического тока через магнитные пускатели
L1, L2, L3 — контакты для подключения к сети трехфазного переменного тока, QF1 — автоматический выключатель, KM1, KM2 — магнитные пускатели, KK1 — тепловое реле, Mм — трехфазный асинхронный двигатель, SB1 — кнопка остановки, SB2 — кнопка пуска «вперед», SB3 — кнопка пуска «назад» (реверс), HL1, HL2 — сигнальные лампы

Частотное управление асинхронным электродвигателем

Для регулирования скорости вращения и момента асинхронного двигателя используют частотный преобразователь. Принцип действия частотного преобразователя основан на изменении частоты и напряжения переменного тока.

Функциональная схема частотно-регулируемого привода

    В зависимости от функционала частотные преобразователи реализуют следующие методы регулирования асинхронным электродвигателем:
  • скалярное управление;
  • векторное управление.

Скалярное управление является простым и дешевым в реализации, но имеет следующие недостатки — медленный отклик на изменение нагрузки и небольшой диапазон регулирования. Поэтому скалярное управление обычно используется в задачах, где нагрузка либо постоянна, либо изменяется по известному закону (например, управление вентиляторами).

Скалярное управление асинхронным двигателем с датчиком скорости

Векторное управление используется в задачах, где требуется независимо управлять скоростью и моментом электродвигателя (например, лифт), что, в частности, позволяет поддерживать постоянную скорость вращения при изменяющемся моменте нагрузки. При этом векторное управление является самым эффективным управлением с точки зрения КПД и увеличения времени работы электродвигателя.

Среди векторных методов управления асинхронными электродвигателями наиболее широкое применение получили: полеориентированное управление и прямое управление моментом.

Полеориентированное управления асинхронным электродвигателем по датчику положения ротора

Полеориентированное управление позволяет плавно и точно управлять параметрами движения (скоростью и моментом), но при этом для его реализации требуется информация о направлениии вектора потокосцепления ротора двигателя.

    По способу получения информации о положении потокосцепления ротора электродвигателя выделяют:
  • полеориентированное управление по датчику;
  • полеориентированное управление без датчика: положение потокосцепления ротора вычисляется математически на основе той информации, которая имеется в частотном преобразователе (напряжение питания, напряжения и токи статора, сопротивление и индуктивность обмоток статора и ротора, количество пар полюсов двигателя).

Полеориентированное управления асинхронным электродвигателем без датчика положения ротора

Прямое управление моментом имеет простую схему и высокую динамику работы, но при этом высокие пульсации момента и тока.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector