Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети
При эксплуатации или изготовлении того или иного оборудования нередко возникает необходимость подключения асинхронного трехфазного двигателя к обычной сети 220 В. Сделать это вполне реально и даже не особо сложно, главное — найти выход из следующих возможных ситуаций, если нет подходящего однофазного мотора, а трехфазный лежит без дела, а также если имеется трехфазное оборудование, но в мастерской лишь однофазная сеть.
Схемы подключения к сети
Для начала имеет смысл вспомнить схему подключения трехфазного двигателя к трехфазной сети.
Схема подключения трехфазного электродвигателя на 220 В по схеме «Звезда» и «Треугольник»
Для простоты восприятия магнитный пускатель и прочие узлы коммутации не изображены. Как видно из схемы, каждая обмотка мотора питается от своей фазы. В однофазной же сети, как следует из ее названия, «фаза» всего одна. Но и ее достаточно для питания трехфазного электромотора. Взглянем на асинхронный двигатель, подключенный на 220 В.
Как подключить трехфазный электродвигатель 380 В на 220 В через конденсатор по схеме «Звезда» и «Треугольник»: схема.
Здесь одна обмотка трехфазного электромотора напрямую включена в сеть, две остальные соединены последовательно, а на точку их соединения подается напряжение через фазосдвигающий конденсатор С1. С2 является пусковым и включается кнопкой В1 с самовозвратом только в момент пуска: как только двигатель запустится, ее нужно отпустить.
Сразу возникает несколько вопросов:
- Насколько такая схема эффективна?
- Как обеспечить реверс двигателя?
- Какие емкости должны иметь конденсаторы?
Реверсирование двигателя
Для того чтобы заставить двигатель вращаться в другую сторону, достаточно «перевернуть» фазу, поступающую на точку соединения обмоток В и С (соединение «Треугольник») или на обмотку В (схема «Звезда»). Схема же, позволяющая изменять направление вращения ротора простым щелчком переключателя SB2, будет выглядеть следующим образом.
Реверсирование трехфазного двигателя на 380 В, работающего в однофазной сети
Здесь следует заметить, что практически любой трехфазный двигатель — реверсный, но выбирать направление вращения мотора нужно перед его пуском. Реверсировать электродвигатель во время его работы нельзя! Сначала нужно обесточить электродвигатель, дождаться его полной остановки, выбрать нужное направление вращение тумблером SВ1 и лишь затем подать на схему напряжение и кратковременно нажать на кнопку В1.
Емкости фазосдвигающего и пускового конденсаторов
Для подсчета емкости фазосдвигающего конденсатора нужно воспользоваться несложной формулой:
- С1 = 2800/(I/U) — для включения по схеме «Звезда»;
- С1 = 4800/(I/U) — для включения по схеме «Треугольник».
Здесь:
- С1 — емкость фазосдвигающего конденсатора, мкФ;
- I — номинальный ток одной обмотки двигателя, А;
- U — напряжение однофазной сети, В.
Но что делать, если номинальный ток обмоток неизвестен? Его можно легко рассчитать, зная мощность мотора, которая обычно нанесена на шильдик устройства. Для расчета воспользуемся формулой:
I = P/1,73*U*n*cosф, где:
- I — потребляемый ток, А;
- U — напряжение сети, В;
- n — КПД;
- cosф — коэффициент мощности.
Символом * обозначен знак умножения.
Емкость пускового конденсатора С2 выбирается в 1,5−2 раза больше емкости фазосдвигающего.
Рассчитывая фазосдвигающий конденсатор, нужно иметь в виду, что двигатель, работающий не в полную нагрузку, при расчетной емкости конденсатора может греться. В этом случае номинал его нужно уменьшить.
Эффективность работы
К сожалению, трехфазный двигатель при питании одной фазой развить свою номинальную мощность не сможет. Почему? В обычном режиме каждая из обмоток двигателя развивает мощность в 33,3%. При включении мотора, к примеру, «треугольником» лишь одна обмотка С работает в штатном режиме, а в точке соединения обмоток В и С при правильно подобранном конденсаторе напряжение будет в 2 раза ниже питающего, а значит, мощность этих обмоток упадет в 4 раза — т. е. всего 8,325% каждая.
33,3 + 8,325 + 8,325 = 49.95%.
Итак, даже теоретически трехфазный двигатель, включенный в однофазную сеть, развивает лишь половину своей паспортной мощности, а на практике эта цифра еще меньше.
Способ повысить развиваемую мотором мощность
Оказывается, повысить мощность мотора можно, и притом существенно. Для этого даже не придется усложнять конструкцию, а достаточно лишь подключить трехфазный двигатель по приведенной ниже схеме.
Асинхронный двигатель — подключение на 220 В по улучшенной схеме
Здесь уже обмотки A и B работают в номинальном режиме, и лишь обмотка C отдает четверть мощности:
33,3 + 33,3 + 8,325 = 74.92%.
Совсем неплохо, не правда ли? Единственное условие при таком включении — обмотки A и B должны быть включены противофазно (отмечено точками). Реверсирование же такой схемы производится обычным образом — переключением полярности цепи конденсатор-обмотка C.
И последнее замечание. На месте фазосдвигающего и пускового конденсатора могут работать лишь бумажные неполярные приборы, к примеру, МБГЧ, выдерживающие напряжение в полтора-два раза выше напряжения питающей сети.
Запуск трехфазного двигателя от однофазной сети без конденсатора
Статья посвящена возможности запуска трехфазного асинхронного двигателя мощностью 250 Вт от сети 220 В не при помощи пускового конденсатора, а с использованием самодельного пускового электронного устройства. Схема его очень проста: на двух тиристорах, с тиристорными ключами и транзисторным управлением.
Схема устройства
Данное управление двигателем мало кому известно и практически не используется. Преимущество предлагаемого пускового устройства в том, что значительно уменьшается потеря мощности двигателя. При пуске трехфазного двигателя 220 В помощью конденсатора потеря мощности составляет минимум 30%, а может достигать 50%. Использование этого пускового устройства снижает потерю мощности до 3%, максимум составит 5%.
Однофазная сеть подключается:
Пусковое устройство подключается к двигателю вместо конденсатора.
Подключенный к устройству резистор позволяет регулировать обороты двигателя. Устройство также можно включить на реверс.
Для эксперимента взят старый двигатель еще советского производства.
С данным пусковым устройством двигатель запускается мгновенно и работает без каких-либо проблем. Такую схему можно использовать практически на любом двигателе мощностью до 3 кВт.
Примечание: в сети 220 В двигатели мощностью более 3 кВт включать просто не имеет смысла – бытовая электропроводка не выдержит нагрузки.
В схеме можно использовать любые тиристоры, ток которых не менее 10 А. Диоды 231, также 10-амперные.
Примечание: у автора в схеме установлены диоды 233, что не имеет значения (только они идут по напряжению 500 В) −поставить можно любые диоды, которые имеют ток 10 А и удерживают более 250 В.
Устройство компактно. Автор схемы собрал резисторы просто наборами, чтобы не тратить время на подборку резисторов по номиналу. Теплоотвод не требуется. Установлен конденсатор, стабилитрон, два диода 105. Схема получилась очень простая и эффективная в работе.
Рекомендуется для использования – сборка пускового устройства проблем не создаст. В итоге при подключении двигатель стартует на своей максимальной мощности и практически без ее потери в отличие от стандартной схемы с использованием конденсатора.
Смотрите видео о работе устройства
схемы соединения обмоток и конденсаторы, емкость, реверс
Подключение трёхфазного двигателя к однофазной цепи может потребоваться просто потому, что другого нет под рукой, или нужно сэкономить, или просто захотелось смастерить что-то своими руками из старых запасов. Тем более асинхронники (это практически все 3-фазные электромоторы, могущие встретиться на жизненном пути Самоделкина) имеют одно очень важное конструкционное преимущество: у них нет электрических щёток — лишней расходной детали.
Подключение двигателя 380 на 220
380в — это напряжение между фазами в трёхфазной цепи (линейное), а 220в — напряжение между фазой и нулём (фазное) в той же самой цепи. В обычной однофазной цепи: дома, на даче или в гараже есть только два провода — ноль и фаза; сейчас в новых постройках появился защитный ноль (заземление) — провод жёлто-зелёного цвета, он подходит к «рогам» розетки, его в расчёт не принимаем, о заземлении разговор совсем другой.
То, что имеется сам трёхфазный электродвигатель, ясно по умолчанию, нужно только определить схему подключения его обмоток и как подключить двигатель 380 на 220. Для этого надо вскрыть клеммную коробку электродвигателя и если в ней только три клеммы, стало быть, обмотки статора соединены звездой и для переделки на треугольник, а когда на шильдике движка указано рабочее напряжение 380 В, то это нужно, придётся открывать заднюю крышку мотора, искать выводы обмоток, переключать их. Тут рекомендуется позвать опытного электрика.
В коробке шесть клемм, расположенных двумя рядами — по три штуки в каждом. Рассмотрим возможные варианты
- Три клеммы ОДНОГО ряда соединены между собой — звезда.
- МЕЖДУРЯДНОЕ соединение клемм попарно — треугольник.
Какую схему соединения обмоток выбрать
Читаем информацию о рабочем напряжении на табличке:
- 380В — только треугольник.
- 380В/220В — треугольник или звезда.
- 220/127 — только звезда. Очень редкий вариант.
Нужно иметь в виду, что при соединении треугольником на обмотку попадает напряжение в 1,7 раза больше, чем при соединении звездой, а значит и реализуемая мощность будет выше, но звезда обеспечивает плавный пуск.
Подбираем конденсатор
В цепи переменного тока — а это как раз наш случай — не стоит пользоваться полярными, имеющими плюсовой и минусовой контакты (анод и катод) конденсаторами. Но при необходимости эту проблему обойти можно путём использования диодного моста или двух полярных конденсаторов, объединённых в один соединением одноимённых контактов, но тут опять лучше позвать опытного электрика.
Существует формула потребной ёмкости рабочего конденсатора, но рассчитав по ней, равно потребуется проверять работу устройства на практике. Если есть какие-то конденсаторы лучше сразу перейти к методу вдумчивого подбора, но именно вдумчивого, а не совсем бездумного. Конденсаторы должны быть неполярными, обладать одинаковым рабочим напряжением никак не менее 300 В, но лучше 400 В и выше.
- Рабочее напряжение конденсаторов должно быть ОДИНАКОВЫМ, иначе тот, где оно меньше, выйдет из строя.
Начните со значения 30 микрофарад (μF) на 1 киловатт паспортной мощности мотора при соединении обмоток статора звездой, при треугольнике можно пробовать с 50−70 μF. Электродвигатель на холостом ходу (без нагрузки) должен запуститься и набрать обороты не особо нагреваясь, продолжительная работа на холостом ходу нежелательна, двигатель может сгореть. Если холостой запуск происходит нормально, без перегрева и запаха гари, то рабочий конденсатор подобран, на нём и будет работать, подключайте нагрузку и продолжайте испытания уже в рабочем состоянии.
А если подключение электродвигателя 380 В на 220 В через конденсатор происходит сразу под серьёзной нагрузкой? Тут потребуется стартовый конденсатор, его ёмкость нужно начинать подбирать со значений в полтора раза больше, чем рабочий. Пример: рабочий 60 μF, тогда стартовый первоначально ставим на 90 μFи, если нормального запуска нет, то добавляем ёмкость пусковой цепи конденсаторов (примерная ёмкость пусковой цепи составляет до трёх рабочей, в нашем примере до 180 μF). После выхода на рабочие обороты пусковые конденсаторы выключаются, остаётся только рабочий. Цепи рабочего и пускового конденсаторов параллельны, в каждую можно поставить отдельный выключатель.
В бытовой сети не нужно использовать устройства мощностью более 3 квт — сработает защита или сгорит проводка.
Подсчет итоговой ёмкости
При параллельном соединении конденсаторов их ёмкости складываются, а вот при последовательном — наоборот, суммарная ёмкость будет меньше, тут равна сумма обратных значений. Когда два одинаковых конденсатора соединяются параллельно суммарная ёмкость удваивается, а если последовательно, то уменьшается в два раза. То есть сумма ёмкости двух конденсаторов по 100 микрофарад может быть и 200 μF, и 50 μF. Всё зависит от типа их соединения между собой.
Другой пример: суммарная ёмкость конденсаторов 60 μF и 90 μF при параллельном соединении будет 150 μF, при последовательном — 36 μF. Это можно творчески использовать при подборе из того, что есть, или при покупке подешевле.
Реверс
Для изменения направления вращения ротора нужно переключить ёмкостную цепь на другой провод или клемму коробки электродвигателя. На одну клемму подаётся фаза, на другую ноль, включение конденсаторной группы производим к третьей. Теперь при подключении второго провода конденсатора к фазе мотор крутится в одну сторону, к нулю — в другую.
Этого достаточно, чтобы разобраться в том как подключить трёхфазный двигатель на 220, но если всё получилось и вроде работает правильно крутит, не греется, не горит окончательно убедиться в правильности собранной схемы поможет нехитрая и в этом случае необязательная проверка. Во время работы с постоянной, одинаковой нагрузкой с помощью токоизмерительных клещей померьте токи в фазном, нулевом и конденсаторном проводах. В идеале они должны быть равны между собою, если и есть небольшие различия (процентов 30), то это не идеал, но всё-таки хорошо.
А исправляется различие токов просто — путём изменения ёмкости рабочего конденсатора. Нужно не делать резких движений и не сжечь обмотку, установив слишком большую ёмкость рабочего конденсатора.
Подключение трёхфазного двигателя к однофазной сети: типичная схема
Массовым применением зарекомендовали себя асинхронные трёхфазные электродвигатели переменного тока 380 вольт. Благодаря надёжной работе и минимальным требованиям по техническому обслуживанию двигатели нашли применение в быту при изменении стандартной схемы включения. Осуществить подключение трёхфазного двигателя к однофазной сети могут только те, кто в совершенстве владеет знаниями в области электротехники и электромеханики.
Асинхронные трёхфазные двигатели
Асинхронные электродвигатели механически состоят из двух частей: статора и ротора. Статор является неподвижной частью, которая состоит из сердечника набранного из электротехнической стали, обладающей высокими магнитными свойствами.
Сердечник набирается из отдельных листов для предотвращения возникновения вихревых токов Фуко, которые могут возникнуть в переменном магнитном поле проводника.
Каждая из пластин отдельно изолируется специальным лаком. Пазы сердечника оснащаются медным эмалированным проводом, состоящим из трёх обмоток, которые располагаются, одна от другой с угловым расстоянием равным 120 градусов.
Свободно вращающая подвижная часть, называемая, ротор помещается внутрь сердечника на расстояние друг от друга не менее 0,5 мм до 3 мм.
Стандартное подключение
Подключение трёхфазного двигателя к трёхфазной сети осуществляется по схеме соединения типа «Звезда». При таком соединении к каждой из фаз по отдельности приложено напряжение 220 В относительно центральной общей точки «Нуля», а между каждой из фаз величина линейного напряжения составит 380 В.
Преимущество такого способа подключения:
- Малые пусковые токи.
- Мягкий старт.
Второй способ подключения «Треугольник». Соединение обмоток подключено последовательно, по кругу. Начало первой обмотки (А) соединяют с концом третьей ©, а конец первой (А) соединён с началом второй (В), конец второй обмотки (В) соединён с началом третьей ©. Основным недостатком такого подключения в трёхфазной сети 380 В, является:
- Повышенный пусковой ток превышающий номинальный в 7—8 раз, вызывающий аварийную перегрузку сети.
- Повышенный протекающий ток в рабочем состоянии.
При подключении треугольником мощность электродвигателя становится выше, чем при соединении звездой. В автоматизированных системах запуск и разгон двигателя проводят в режиме звезды, доводя скорость до номинальных оборотов, после чего производится автопереход в режим треугольника.
Нестандартная схема
Подключить трехфазный двигатель на 220 вольт можно путём внесения изменений в стандартную схему включения, что уменьшит его паспортную мощность на 30%. Подключение электродвигателя 380 В на 220 В через конденсатор существенно отразится на его характеристиках при практическом применении конденсаторов, увеличивая ёмкостный сдвиг фаз, при простой реализации и меньших потерях.
Для сдвига фазы конденсатор можно подключить параллельно к одной из трёх фаз двигателя. Включение обмоток по схеме треугольника выдаёт полезной мощности больше, чем включение «Звезда». Для более мощных двигателей схема подключения трёхфазного электродвигателя на 220 В предусматривает применение в своих цепях пускового конденсатора, включенного на короткий срок действия. После старта и набора оборотов пусковой конденсатор отключается, а рабочий остаётся подключенным.
Пусковой конденсатор в схеме подключен параллельно основному. Запустить электродвигатель можно при помощи пусковой кнопки. Ёмкость пускового конденсатора в 2—3 раза выше, чем у рабочего и заряд на нём может оставаться длительное время. В целях безопасности в схему вводят резисторы с сопротивлением порядка 300 кОм и не выше 1 МОм, мощностью 2—3 Вт, необходимые для разряда конденсаторов.
Асинхронный двигатель при подключении на 220 В требует необходимой точности с подбором ёмкостей пускового и основного конденсатора, обеспечивающие его уверенный запуск и надёжную работу. При недостаточной ёмкости мощность электродвигателя будет недостаточной, что отразится на качестве его работы, а при избыточной возрастают протекающие через обмотки токи, вызывающие перегрев обмоток, создавая межвитковое замыкание и выходом из строя электродвигателя.
Как подобрать ёмкости конденсаторов
Чтобы не вдаваться в подробности инженерного расчёта, используя громоздкие формулы, можно использовать простой и понятный расчёт ёмкости конденсатора, исходя из условия, что на каждые 100 Вт принимается 7 мкф. Если двигатель имеет мощность 1 киловатт (1000 Вт), то рассчитывается 7 умноженное на 10, в итоге получается 70 мкф.
Полученная ёмкость при расчёте не всегда может совпадать с табличными значениями выпускаемых конденсаторов. Для получения необходимой ёмкости нужно соединить конденсаторы параллельно между собой для суммарного значения расчётной ёмкости. Пусковые конденсаторы имеют сокращённое время работы только при пуске, что даёт возможность использования недорогих ёмкостей, специально предназначенных для этих целей.
Если запуск двигателя производится без нагрузки, то необходимость в пусковом конденсаторе отпадает. При использовании нагрузки требуется в обязательном порядке использовать пусковой конденсатор.
Использовать можно плёночные конденсаторы или металлобумажные (МБГО, МБГЧ, К78−17, К75−12, БГТ и другие). Запас допустимого напряжения должен на 30% превышать напряжение питающей сети, что отражено на корпусе конденсатора.
Подключение электродвигателя 380 В на 220 В через конденсатор позволяет также изменить направление вращения электродвигателя.
Реверсное переключение можно производить при помощи магнитного пускателя. Необходимо на одну из обмоток (А) подать питание 220 В (фаза и ноль), а две другие обмотки (В и С), соединённых последовательно, подключить параллельно обмотке (А). К средней точке между обмотками (В и С) включают вывод конденсатора, а другой его вывод подключен либо к нолю, либо к фазе, что меняет направление вращения асинхронного электродвигателя.