Как подключить 3 фазный двигатель через конденсатор

В домашнем хозяйстве иногда возникает необходимость запустить 3х фазный асинхронный электродвигатель (АД). При наличии 3х фазной сети это не составляет трудностей. При отсутствии 3х фазной сети двигатель можно запустить и от однофазной сети, добавив в схему конденсаторы.

Конструктивно АД состоит из неподвижной части – статора, и подвижной – ротора. На статоре в пазах укладываются обмотки. Обмотка статора представляет собой трёхфазную обмотку, проводники которой равномерно распределены по окружности статора и пофазно уложены в пазах с угловым расстоянием 120 эл. градусов. Концы и начала обмоток выводятся в соединительную коробку. Обмотки образуют пары полюсов. От числа пар полюсов зависит номинальная частота вращения ротора двигателя. Большинство общепромышленных двигателей имеют 1-3 пары полюсов, реже 4. АД с большим числом пар полюсов имеют низкий КПД, больше габариты, поэтому используются редко. Чем больше пар полюсов, тем меньше частота вращение ротора двигателя. Общепромышленые АД выпускаются с рядом стандартных скоростей вращения ротора: 300, 1000, 1500, 3000 об/мин.

Ротор АД представляет собой вал, на котором находится короткозамкнутая обмотка. В АД малой и средней мощности обмотку обычно изготавливают путём заливки расплавленного алюминиевого сплава в пазы сердечника ротора. Вместе со стержнями отливают короткозамкнутые кольца и торцевые лопасти, осуществляющие вентиляцию машины. В машинах большой мощности обмотку выполняют из медных стержней, концы которых соединяют с короткозамкнутыми кольцами при помощи сварки.

При включении АД в 3ф сеть по обмоткам по очереди в разный момент времени начинает идти ток. В один период времени ток проходит по полюсу фазы А, в другой по полюсу фазы В, в третий по полюсу фасы С. Проходя через полюса обмоток, ток поочередно создает вращающее магнитное поле, которое взаимодействует с обмоткой ротора и заставляет его вращаться, как бы подталкивая его в разных плоскостях в разный момент времени.

Если включить АД в 1ф сеть, вращающий момент будет создаваться только одной обмоткой. Действовать на ротор такой момент будет в одной плоскости. Такого момента не достаточно, чтоб сдвинуть и вращать ротор. Чтобы создать сдвиг фазы тока полюса, относительно питающей фазы, применяют фазосдвигающие конденсаторы рис.1.

Рис.1

Конденсаторы можно применять любых типов, кроме электролитических. Хорошо подходят конденсаторы типа МБГО, МБГ4, К75-12, К78-17. Некоторые данные конденсаторов приведены в таблице 1.

Если необходимо набрать определенную емкость, то конденсаторы следует соединить параллельно.

Основные электрические характеристики АД приводятся в паспорте рис.2.

Рис.2

Из паспорта видно, что двигатель трехфазный, мощностью 0,25 кВт, 1370 об/мин, есть возможность менять схему соединения обмоток. Схема соединения обмоток «треугольник» при напряжении 220В, «звезда», при напряжении 380В ,соответственно ток 2,0/1,16А.

Схема соединения «звезда» изображена на рис.3. При таком включении к обмоткам электродвигателя между точками АВ (линейное напряжение U_л) подводится напряжение в раза больше напряжения между точками АО (фазное напряжение U_ф).

Рис.3 Схема подключения «звезда».

Таким образом линейное напряжение в раза больше фазного напряжения: . При этом фазный ток I_ф равен линейному току I_л.

Рассмотрим схему соединения «треугольник» рис. 4:

Рис.4 Схема соединения «треугольник»

При таком соединении линейное напряжение U_Л равное фазному напряжению U_ф., а ток в линии I_л в раза больше фазного тока I_ф: .

Таким образом если АД рассчитан на напряжение 220/380 В, то для его подключения к фазному напряжению 220 В используется схема соединения обмоток статора «треугольник». А для подключения к линейному напряжению 380 В – соединение «звезда».

Для пуска данного АД от однофазной сети напряжением 220В нам следует включить обмотки по схеме «треугольник», рис.5.

Рис.5 Схема соединения обмоток ЭД по схеме «треугольник»

Схема соединение обмоток в выводной коробке показана на рис. 6

Рис.6 Соединение в выводной коробке ЭД по схеме «треугольник»

Чтобы подключить электродвигатель по схеме «звезда» необходимо две фазные обмотки подключить непосредственно в однофазную сеть, а третью – через рабочий конденсатор С_р к любому из проводов сети рис. 6.

Соединение в выводной коробке для схемы «звезда» изображено на рис. 7.

Рис.7 Схема соединения обмоток ЭД по схеме «звезда»

Схема соединение обмоток в выводной коробке показана на рис. 8

Рис.8 Соединение в выводной коробке ЭД по схеме «звезда»

Емкость рабочего конденсатора С_р для данных схем рассчитывается по формуле:
,
где I_н— номинальный ток, U_н— номинальное рабочее напряжение.

В нашем случае, для включения по схеме «треугольник» емкость рабочего конденсатора C_р = 25 мкФ.

Рабочее напряжение конденсатора должно быть в 1.15 раз больше номинального напряжения питающей сети.

Для пуска АД не большой мощности обычно достаточно рабочего конденсатора, но при мощности более 1.5 кВт двигатель либо не запускается, либо очень медленно набирает обороты, поэтому необходимо применить еще пусковой конденсатор С_п . Емкость пускового конденсатора должна быть в 2.5-3 раза больше емкости рабочего конденсатора.

Схема соединения обмоток электродвигателя, соединенных по схеме «треугольник» с применением пусковых конденсаторов С_п представлена на рис. 9.

Рис.9 Схема соединения обмоток ЭД по схеме «треугольник» с применением пусковых конденсатов

Схема соединения обмоток двигателя «звезда» с применением пусковых конденсаторов представлена на рис. 10.

Рис.10 Схема соединения обмоток ЭД по схеме «звезда» с применением пусковых конденсаторов.

Пусковые конденсаторы С_п подключают параллельно рабочим конденсаторам при помощи кнопки КН на время 2-3 с. При этом скорость вращения ротора электродвигателя должна достигнуть 0.7…0.8 от номинальной скорости вращения.

Для запуска АД с применением пусковых конденсаторов удобно применять кнопку рис.11.

Рис.11

Конструктивно кнопка представляет собой трехполюсный выключатель, одна пара контактов которого замыкается, когда кнопка нажата. При отпускании контакты размыкаются, а остальная пара контактов остается включенной, до тех пор, пока не будет нажата кнопка стоп. Средняя пара контактов выполняет функцию кнопки КН (рис.9, рис.10), через которую подключают пусковые конденсаторы, две остальных пары работают как выключатель.

Может оказаться так, что в соединительной коробке электродвигателя концы фазных обмоток выполнены внутри двигателя. Тогда АД можно подключить только по схемам рис.7, рис. 10, в зависимости от мощности.

Существует еще схема соединения обмоток статора трехфазного электродвигателя — неполная звезда рис. 12. Выполнение соединения по данной схеме возможно, если начала и концы фазных обмоток статора выведены в соединительную коробку.

Рис.12

Подключать ЭД по такой схеме целесообразно, когда необходимо создать пусковой момент, превышающий номинальный. Такая необходимость возникает в приводах механизмов с тяжелыми условиями пуска, при пуске механизмов под нагрузкой. Следует отметить, что результирующий ток в питающих проводах превышает номинальный ток на 70-75%. Это необходимо учитывать при выборе сечения провода для подключения электродвигателя

Емкость рабочего конденсатора С_р для схемы рис. 12 рассчитывается по формуле:
.

Емкости пусковых конденсаторов должны быть в 2.5-3 раза больше емкости С_р. Рабочее напряжение конденсаторов в обеих схемах должно быть в 2.2 раза больше номинального напряжения.

Обычно выводы статорных обмоток электродвигателей маркируют металлическими или картонными бирками с обозначением начал и концов обмоток. Если же бирок по каким-либо причинам не окажется, поступают следующим образом. Сначала определяют принадлежность проводов к отдельным фазам статорной обмотки. Для этого следует взять любой из 6 наружных выводов электродвигателя и присоединить его к какому-либо источнику питания, а второй вывод источника подсоедините к контрольной лампочке и вторым проводом от лампы поочередно прикоснитесь к оставшимся 5 выводам статорной обмотки, пока лампочка не загорится. Загорание лампочки означает, что 2 вывода принадлежат к одной фазе. Условно пометим бирками начало первого провода С1 ,а его конец — С4. Аналогично найдем начало и конец второй обмотки и обозначим их С2 и С5, а начало и конец третьей — С3 и С6.

Следующим и основным этапом будет определение начала и конца статорных обмоток. Для этого воспользуемся способом подбора, который применяется для электродвигателей мощностью до 5 кВт. Соединим все начала фазных обмоток электродвигатели согласно ранее присоединенным биркам в одну точку (используя схему «звезда») и включим электродвигатель в однофазную сеть с использованием конденсаторов.

Если двигатель без сильного гудения сразу наберет номинальную часто­ту вращения, это означает, что в общую точку попали все начала или все концы обмотки. Если при включении двигатель сильно гудит и ротор не может набрать номинальную частоту вращения, то в первой обмотке следует поменять местами выводы С1 и С4. Если это не помогает, концы первой обмотки необходимо вернуть в первоначальное положение и теперь уже выводы С2 и С5 поменяйте местами. То же самоё сделайте; в отношении третьей пары, если двигатель продолжает гудеть.

При определении начал и концов обмоток строго придерживайтесь правил техники безопасности. В частности, прикасаясь к зажимам статорной обмотки, провода держите только за изолированную часть. Это необходимо делать еще и потому, что электродвигатель имеет общий стальной магнитопровод и на зажимах других обмоток может появиться большое напряжение.

Для изменения направления вращения ротора АД, включенного в однофазную сеть по схеме «треугольник» (см. рис.5), достаточно третью фазную обмотку статора (W) подсоединить через конденсатор к зажиму второй фазной обмотки статора (V).

Чтобы изменить направление вращения АД, включенного в однофазную сеть по схеме «звезда» (см. рис.7), нужно третью фазную обмотку статора (W) подсоединить через конденсатор к зажиму второй обмотки (V).

При проверке технического состояния электродвигателей нередко можно с огорчением заметить, что после продолжительной работы появляются посторонний, шум и вибрация, а ротор трудно повернуть вручную. Причиной этого может быть плохое состояние подшипников: беговые дорожки покрыты ржавчиной, глубокими царапинами и вмятинами, повреждены отдельные шарики и сепаратор. Во всех случаях необходимо осмотреть электродвигатель и устранить имеющиеся неисправности. При незначительном повреждении достаточно промыть подшипники бензином, и смазать их.

В жизни бывают ситуации, когда нужно запустить 3-х фазный асинхронный электродвигатель от бытовой сети. Проблема в том, что в вашем распоряжении только одна фаза и «ноль».

Что делать в такой ситуации? Можно ли подключить мотор с тремя фазами к однофазной сети?

Если с умом подойти к работе, все реально. Главное — знать основные схемы и их особенности.

СОДЕРЖАНИЕ (нажмите на кнопку справа):

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.

Как подключить электродвигатель с 380 на 220В без конденсатора?

Как отмечалось выше, для пуска ЭД с короткозамкнутым ротором от сети с одной фазой чаще всего применяется конденсатор.

Именно он обеспечивает пуск устройства в первый момент времени после подачи однофазного тока. При этом емкость пускового устройства должна в три раза превышать этот же параметр для рабочей емкости.

Для АД, имеющих мощность до 3-х киловатт и применяемых в домашних условиях, цена на пусковые конденсаторы высока и порой соизмерима со стоимостью самого мотора.

Следовательно, многие все чаще избегают емкостей, применяемых только в момент пуска.

По-другому обстоит ситуация с рабочими конденсаторами, использование которых позволяет загрузить мотор на 80-85 процентов его мощности. В случае их отсутствия показатель мощности может упасть до 50 процентов.

Тем не менее, бесконденсаторный пуск 3-х фазного мотора от однофазной сети возможен, благодаря применению двунаправленных ключей, срабатывающих на короткие промежутки времени.

Требуемый момент вращения обеспечивается за счет смещения фазных токов в обмотках АД.

Сегодня популярны две схемы, подходящие для моторов с мощностью до 2,2 кВт.

Интересно, что время пуска АД от однофазной сети ненамного ниже, чем в привычном режиме.

Основные элементы схемы — симисторы и симметричный динистры. Первые управляются разнополярными импульсами, а второй — сигналами, поступающими от полупериода питающего напряжения.

Подходит для электродвигателей на 380 Вольт, имеющих частоту вращения до 1 500 об/минуту с обмотками, подключенными по схеме треугольника.

В роли фазосдвигающего устройства выступает RC-цепь. Меняя сопротивление R2, удается добиться на емкости напряжения, смещенного на определенный угол (относительно напряжения бытовой сети).

Выполнение главной задачи берет на себя симметричный динистор VS2, который в определенный момент времени подключает заряженную емкость к симистору и активирует этот ключ.

Подойдет для электродвигателей, имеющих частоту вращения до 3000 об/минуту и для АД, отличающихся повышенным сопротивлением в момент пуска.

Для таких моторов требуется больший пусковой ток, поэтому более актуальной является схема разомкнутой звезды.

Особенность — применение двух электронных ключей, замещающих фазосдвигающие конденсаторы. В процессе наладки важно обеспечить требуемый угол сдвига в фазных обмотках.

Делается это следующим образом:

• Напряжение на электродвигатель подается через ручной пускатель (его необходимо подключить заранее).
• После нажатия на кнопку требуется подобрать момент пуска с помощью резистора R

При реализации рассмотренных схем стоит учесть ряд особенностей:

• Для эксперимента применялись безрадиаторные симисторы (типы ТС-2-25 и ТС-2-10), которые отлично себя проявили. Если использовать симисторы на корпусе из пластмассы (импортного производства), без радиаторов не обойтись.
• Симметричный динистор типа DB3 может быть заменен на KP Несмотря на тот факт, что KP1125 сделан в России, он надежен и имеет меньше переключающее напряжение. Главный недостаток — дефицитность этого динистора.

Как подключить через конденсаторы

Для начала определитесь, какая схема собрана на ЭД. Для этого откройте крышку-барно, куда выводятся клеммы АД, и посмотрите, сколько проводов выходит из устройства (чаще всего их шесть).

Обозначения имеют следующий вид: С1-С3 — начала обмотки, а С4-С6 — ее концы. Если между собой объединяются начала или концы обмоток, это «звезда».

Сложнее всего обстоят дела, если с корпуса просто выходит шесть проводов. В таком случае нужно искать на них соответствующие обозначения (С1-С6).

Чтобы реализовать схему подключения трехфазного ЭД к однофазной сети, требуются конденсаторы двух видов — пусковые и рабочие.

Первые применяются для пуска электродвигателя в первый момент. Как только ротор раскручивается до нужного числа оборотов, пусковая емкость исключатся из схемы.

Если этого не происходит, возможные серьезные последствия вплоть до повреждения мотора.

Главную функцию берут на себя рабочие конденсаторы. Здесь стоит учесть следующие моменты:

• Рабочие конденсаторы подключаются параллельно;
• Номинальное напряжение должно быть не меньше 300 Вольт;
• Емкость рабочих емкостей подбирается с учетом 7 мкФ на 100 Вт;
• Желательно, чтобы тип рабочего и пускового конденсатора был идентичным. Популярные варианты — МБГП, МПГО, КБП и прочие.

Если учитывать эти правила, можно продлить работу конденсаторов и электродвигателя в целом.

Расчет емкости должен производиться с учетом номинальной мощности ЭД. Если мотор будет недогружен, неизбежен перегрев, и тогда емкость рабочего конденсатора придется уменьшать.

Если выбрать конденсатор с емкостью меньше допустимой, то КПД электромотора будет низким.

Помните, что даже после отключения схемы на конденсаторах сохраняется напряжение, поэтому перед началом работы стоит производить разрядку устройства.

Также учтите, что подключение электродвигателя мощностью от 3 кВт и более к обычной проводке запрещено, ведь это может привести к отключению автоматов или перегоранию пробок. Кроме того, высок риск оплавления изоляции.

Чтобы подключить ЭД 380 на 220В с помощью конденсаторов, действуйте следующим образом:

• Соедините емкости между собой (как упоминалось выше, соединение должно быть параллельным).
• Подключите детали двумя проводами к ЭД и источнику переменного однофазного напряжения.
• Включайте двигатель. Это делается для того, чтобы проверить направление вращения устройства. Если ротор движется в нужном направлении, каких-либо дополнительных манипуляций производить не нужно. В ином случае провода, подключенные к обмотке, стоит поменять местами.

С конденсатором дополнительная упрощенная — для схемы звезда.

С конденсатором дополнительная упрощенная — для схемы треугольник.

Как подключить с реверсом

В жизни бывают ситуации, когда требуется изменить направление вращения мотора. Это возможно и для трехфазных ЭД, применяемых в бытовой сети с одной фазой и нулем.

Для решения задачи требуется один вывод конденсатора подключать к отдельной обмотке без возможности разрыва, а второй — с возможностью переброса с «нулевой» на «фазную» обмотку.

Для реализации схемы можно использовать переключатель с двумя положениями.

К крайним выводам подпаиваются провода от «нуля» и «фазы», а к центральному — провод от конденсатора.

Как подключить по схеме «звезда-треугольник» (с тремя проводами)

В большей части в ЭД отечественного производства уже собрана схема звезды. Все, что требуется — пересобрать треугольник.

Главным достоинством соединения «звезда/треугольник» является тот факт, что двигатель выдает максимальную мощность.

Несмотря на это, в производстве такая схема применяется редко из-за сложности реализации.

Чтобы подключить мотор и сделать схему работоспособной, требуется три пускателя.

К первому (К1) подключается ток, а к другому — обмотка статора. Оставшиеся концы подключаются к пускателям К3 и К2.

Далее обмотка последнего пускателя (К2) объединяется с оставшимися фазам для создания схемы «треугольник».

Когда к фазе подключается пускатель К3, остальные концы укорачиваются, и схема преобразуется в «звезду».

Учтите, что одновременное включение К2 и К3 запрещено из-за риска короткого замыкания или выбиванию АВ, питающего ЭД.

Чтобы избежать проблем, предусмотрена специальная блокировка, подразумевающая отключение одного пускателя при включении другого.

Принцип работы схемы прост:

• При включении в сеть первого пускателя, запускается реле времени и подает напряжение на третий пускатель.
• Двигатель начинает работу по схеме «звезда» и начинает работать с большей мощностью.
• Через какое-то время реле размыкает контакты К3 и подключает К2. При этом электродвигатель работает по схеме «треугольник» со сниженной мощностью. Когда требуется отключить питание, включается К1.

Итоги

Как видно из статьи, подключить электродвигатель трехфазного тока в однофазную сеть без потери мощности реально. При этом для домашних условий наиболее простым и доступным является вариант с применением пускового конденсатора.

Конденсаторы. Нужная емкость рабочих конденсаторов для работы трехфазного мотора в однофазной сети находится в зависимости от схемы включения обмоток мотора и прочих характеристик. Для соединения "звездой" емкость рассчитывается по формуле:

Для соединения "треугольником":

Где Ср — емкость рабочего конденсатора в мкФ, I — ток в А, U — напряжение сети в В. Ток рассчитывается по формуле:

Где Р — мощность электродвигателя кВт; n — КПД двигателя; cosф — коэффициент мощности, 1.73 — коэффициент, определяющий соответствие меж линейным и фазным токами. КПД и коэффициент мощности указаны в паспорте и на табличке мотора. Традиционно их значение располагается в спектре 0,8-0,9.

На практике значение емкости рабочего конденсатора при подсоединении "треугольником" возможно счесть по облегченной формуле C = 70•Pн, где Pн — номинальная мощность электродвигателя в кВт. Согласно данной формуле на каждые 100 Вт мощности электродвигателя нужно около 7 мкФ емкости рабочего конденсатора.

Корректность подбора емкости конденсатора проверяется результатами эксплуатации двигателя. В случае если её значение оказывается больше, нежели потребуется при этих условиях работы, движок станет перенагреваться. Ежели емкость оказалась менее требуемой, выходная мощность электродвигателя станет очень низкой. Имеет резон подыскивать конденсатор для трехфазного мотора, начиная с небольшой емкости и равномерно повышая её значение до рационального. В случае если есть возможность, гораздо лучше выбрать емкость измерением тока в электропроводах присоединенных к сети и к рабочему конденсатору, к примеру токоизмерительными клещами. Значение тока должно быть более близким. Замеры следует производить при том режиме, в каком движок будет действовать.

При определении пусковой емкости исходят, сначала, из требований создания нужного пускового момента. Не перепутывать пусковую емкость с емкостью пускового конденсатора. На приведенных выше схемах, пусковая емкость равна сумме емкостей рабочего (Ср) и пускового (Сп) конденсаторов.

В случае если по условиям работы запуск электродвигателя случается без нагрузки, то пусковая емкость традиционно принимается одинаковой рабочей, другими словами пусковой конденсатор не нужен. В данном случае схема подключения упрощается и удешевляется. Для такового упрощения и основное удешевления схемы, возможно организовать вероятность отключения нагрузки, к примеру, сделав возможность быстро и комфортно изменять положение мотора для падения ременной передачи, либо сделав для ременной передачи прижимающей ролик, к примеру, как у ременного сцепления мотоблоков.