Как из трехфазного двигателя сделать однофазный
Обновлено: 06.07.2024
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, Вт | IC1=IL1, A | C1, мкФ | L1, Гн |
|---|---|---|---|
| 100 | 0.26 | 3.8 | 2.66 |
| 200 | 0.53 | 7.6 | 1.33 |
| 300 | 0.79 | 11.4 | 0.89 |
| 400 | 1.05 | 15.2 | 0.67 |
| 500 | 1.32 | 19.0 | 0.53 |
| 600 | 1.58 | 22.9 | 0.44 |
| 700 | 1.84 | 26.7 | 0.38 |
| 800 | 2.11 | 30.5 | 0.33 |
| 900 | 2.37 | 34.3 | 0.30 |
| 1000 | 2.63 | 38.1 | 0.27 |
| 1100 | 2.89 | 41.9 | 0.24 |
| 1200 | 3.16 | 45.7 | 0.22 |
| 1300 | 3.42 | 49.5 | 0.20 |
| 1400 | 3.68 | 53.3 | 0.19 |
| 1500 | 3.95 | 57.1 | 0.18 |
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, Вт | IC1, A | IL1, A | C1, мкФ | L1, Гн |
|---|---|---|---|---|
| 100 | 0.35 | 0.18 | 5.1 | 3.99 |
| 200 | 0.70 | 0.35 | 10.2 | 2.00 |
| 300 | 1.05 | 0.53 | 15.2 | 1.33 |
| 400 | 1.40 | 0.70 | 20.3 | 1.00 |
| 500 | 1.75 | 0.88 | 25.4 | 0.80 |
| 600 | 2.11 | 1.05 | 30.5 | 0.67 |
| 700 | 2.46 | 1.23 | 35.6 | 0.57 |
| 800 | 2.81 | 1.40 | 40.6 | 0.50 |
| 900 | 3.16 | 1.58 | 45.7 | 0.44 |
| 1000 | 3.51 | 1.75 | 50.8 | 0.40 |
| 1100 | 3.86 | 1.93 | 55.9 | 0.36 |
| 1200 | 4.21 | 2.11 | 61.0 | 0.33 |
| 1300 | 4.56 | 2.28 | 66.0 | 0.31 |
| 1400 | 4.91 | 2.46 | 71.1 | 0.29 |
| 1500 | 5.26 | 2.63 | 76.2 | 0.27 |
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 | ||
|---|---|---|---|
| 220 | 237 | 254 | |
| 0.2 | 0.63 | 0.54 | 0.46 |
| 0.5 | 1.26 | 1.06 | 0.93 |
| 1 | - | 2.05 | 1.75 |
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
| Трансформатор | Номинальный ток, A | Мощность двигателя, Вт |
|---|---|---|
| ТС-360М | 1.8 | 600. 1500 |
| ТС-330К-1 | 1.6 | 500. 1350 |
| СТ-320 | 1.6 | 500. 1350 |
| СТ-310 | 1.5 | 470. 1250 |
| ТСА-270-1, ТСА-270-2, ТСА-270-3 | 1.25 | 400. 1250 |
| ТС-250, ТС-250-1, ТС-250-2, ТС-250-2М, ТС-250-2П | 1.1 | 350. 900 |
| ТС-200К | 1 | 330. 850 |
| ТС-200-2 | 0.95 | 300. 800 |
| ТС-180, ТС-180-2, ТС-180-4, ТС-180-2В | 0.87 | 275. 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.
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.
Многие любители и профессионалы применяют в работе электрооборудование различного предназначения. И во многих случаях электрооборудование приводится в движение трехфазными двигателями. Но трехфазная сеть зачастую недоступна в гаражных боксах и индивидуальных домовладениях. И тогда на помощь приходят схемы подключения трехфазного двигателя в однофазную сеть.
Для чего нужен конденсатор
Наиболее распространены и применяются в станках трехфазные асинхронные двигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором. Их подключение к однофазной сети мы и будем рассматривать. При включении двигателя в трехфазную сеть по трем обмоткам, в разный момент времени протекает переменный ток. Этот ток создает вращающееся магнитное поле, которое начинает вращать ротор двигателя.
При подключении двигателя к однофазной сети, ток по обмоткам течет, но вращающегося магнитного поля нет, ротор не крутится. Выход из этой ситуации был найден. Самым простым и действенным способом оказалось параллельное подключение конденсатора к одной из обмоток двигателя. Конденсатор, импульсно получая и отдавая энергию создает смещение фазы, в обмотках двигателя получается вращающееся магнитное поле и он работает. Емкость постоянно находится под напряжением и называется рабочим конденсатором.
ВАЖНО! Правильно рассчитать и подобрать емкость рабочего конденсатора и его тип.
Как правильно подобрать конденсаторы
Теоретически предполагается осуществлять расчет необходимой емкости путем деления силы тока на напряжение и полученную величину умножить на коэффициент. Для разного типа соединений обмоток коэффициент составляет:
Недостатком этого метода является то, что не всегда на электродвигателе сохранилась табличка с данными. Невозможно точно знать коэффициент мощности и мощность двигателя, а следовательно и силу тока. К тому же на силу тока могут действовать такие факторы как отклонения напряжения в сети и величина нагрузки на двигатель.
| Мощность электродвигателя, кВт | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1,1 | 1,5 | 2,2 |
| Ёмкость конденсатора C2 в номинальном режиме, мкФ | 40 | 60 | 80 | 100 | 150 | 230 |
| Ёмкость конденсатора C2 в недогруженном режиме, мкФ | 25 | 40 | 60 | 80 | 130 | 200 |
| Ёмкость пускового конденсатора C1 в номинальном режиме, мкФ | 80 | 120 | 160 | 200 | 250 | 300 |
| Ёмкость конденсатора C1 в недогруженном режиме, мкФ | 20 | 35 | 45 | 60 | 80 | 100 |
Поэтому следует применять упрощенный расчет емкости рабочих конденсаторов. Просто учесть, что на каждые 100 ватт мощности необходимо 7 микрофарад емкости. Удобнее использовать несколько параллельно соединенных конденсаторов малой, желательно одинаковой емкости, чем один большой. Просто суммируя емкость собранных конденсаторов, можно легко определить и подобрать оптимальное значение. Для начала лучше процентов на десять занизить суммарную емкость.
Если двигатель легко запускается и мощности его достаточно для работы, то все подобрано правильно. Если нет – нужно еще подсоединять конденсаторы, пока двигатель не достигнет оптимальной мощности.
СПРАВКА. При подключении трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в однофазную сеть теряется не менее трети его мощности.
Следует помнить, что много не всегда хорошо, и при превышении оптимальной емкости рабочих конденсаторов двигатель будет перегреваться. Перегрев может привести к сгоранию обмоток и выходу электродвигателя из строя.
ВАЖНО! Конденсаторы следует соединять между собой параллельно.
ВНИМАНИЕ! Желательно выбирать конденсаторы для переменного тока. Использование иных тоже возможно, но связано с усложнением схемы и возможными нежелательными последствиями.
В случае, если запуск двигателя осуществляется под нагрузкой и происходит тяжело, необходим еще и пусковой конденсатор. Он включается параллельно рабочему на непродолжительное время пуска электродвигателя. Его емкость должна быть равной или не более чем в два раза превышать емкость рабочего.
Схема подключения электродвигателя 380 на 220 вольт с конденсатором
Подключить трехфазный двигатель в однофазную сеть несложно и с этим справится даже электромонтер-любитель. Если возникают затруднения, следует обратиться к друзьям или знакомым. Рядом всегда найдется грамотный электрик.
Обмотки трехфазных двигателей с рабочим напряжением 380 на 220 для работы в сети на триста восемьдесят вольт соединены по схеме звезда. Это значит, что концы обмоток соединены между собой, а начала подсоединяются в сеть. Для возможности работы электродвигателя в однофазной сети 220 вольт необходимо для начала его обмотки переключить на схему треугольник. Т.е. конец первой соединить с началом второй, конец второй с началом третьей и конец третьей с началом первой.
Эти соединения и будут выводами двигателя для подключения к электропитанию. Два вывода необходимо через двухполюсной выключатель подсоединить к нулю и фазе сети в 220 вольт. Третий вывод через рабочие конденсаторы, соединить с каким либо из первых двух выводов из двигателя. Можно пробовать запускать.
Если запуск прошел успешно, двигатель работает с приемлемой мощностью и не сильно греется, то можно ничего не менять. Получилась работоспособная схема только с рабочими конденсаторами.
В случае запуска под нагрузкой или просто тяжелого пуска двигателя, он может раскручиваться долго и не достигать приемлемой мощности. Тогда потребуется включить в схему еще и пусковую емкость. Пусковые конденсаторы выбираются того же типа, что и рабочие. Одинаковой или в два раза превышающей ёмкость рабочих. И подключаются параллельно им. Используются только для пуска электродвигателя.
Очень удобно для такого пуска использовать своеобразный выключатель серии АП. Важно чтобы он был в исполнении с блок контактами. В нем при нажатии кнопки Пуск пара контактов остается замкнутыми до нажатия на кнопку Стоп. К ним подключают выводы двигателя и электросеть. Третий контакт замкнут только во время удержания кнопки Пуск, через него и подсоединяется пусковой конденсатор. Выключатели такого типа, только без предохранительной аппаратуры часто устанавливали на старые советские центрифуговые стиральные машинки.
Схема подключения электродвигателя без конденсаторов
Реально работающих схем подключения трехфазного двигателя в бытовую сеть 220 вольт без конденсаторов нет. Некоторые изобретатели предлагают подключать двигатели через индукционные катушки или сопротивления. Якобы, таким образом, создается сдвиг фаз на необходимый угол и двигатель вращается. Другие предлагают тиристорные схемы подключения. На практике это не работает, и не стоит изобретать велосипед. Когда есть дешевый и проверенный способ пуска посредством конденсаторов.
Действительно рабочим вариантом является подключение трехфазного асинхронного двигателя через преобразователь частоты. Преобразователь подключается в бытовую сеть и выдает трехфазный ток, причем с возможностью плавного пуска и регулировки оборотов. Но стоит такое чудо примерно от 7000 рублей с подключаемой мощностью всего в 250 ватт. Мощные приборы стоят гораздо дороже. За такие деньги можно приобрести электрооборудование с возможностью подключения к однофазной цепи. Будь то мини токарный станок, циркулярка, насос или компрессор.
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.
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).
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 реализации схемы можно использовать переключатель с двумя положениями.
В большей части в ЭД отечественного производства уже собрана схема звезды. Все, что требуется — пересобрать треугольник.
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.
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:
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.
Однофазное подключение трехфазного двигателя к электрической сети
Асинхронные электродвигатели широко применяются в промышленности благодаря относительной простоте конструкции, хорошим рабочим характеристикам, удобству управления.
Подобные устройства часто попадают в руки домашнего мастера и он, пользуясь знанием основ электротехники, подключает такой электродвигатель для работы от однофазной сети 220 вольт. Чаще всего его используют для наждака, обработки древесины, измельчения зерен и выполнения других простых работ.
Даже на отдельных промышленных станках и механизмах с приводами встречаются образцы различных двигателей, способных работать от одной или трех фаз.
Чаще всего у них используется конденсаторный запуск, как наиболее простой и приемлемый, хотя это не единственный способ, известный большинству грамотных электриков.
Принцип работы трехфазного двигателя
Промышленные асинхронные электрические устройства систем 0,4 кВ выпускаются с тремя обмотками статора. К ним прикладываются напряжения, сдвинутые по углу на 120 градусов и вызывающие токи аналогичной формы.
Для запуска электродвигателя токи направляют таким образом, чтобы они создали суммарное вращающееся электромагнитное поле, оптимально воздействующее на ротор.
Конструкция статора, используемая для этих целей, представлена:
2. магнитопроводом сердечника с уложенными в него тремя обмотками;
3. клеммными выводами.
В обычном исполнении изолированные провода обмоток собраны по схеме звезды за счет установки перемычек между винтами клемм. Кроме этого способа еще существует подключение, называемое треугольником.
В обоих случаях обмоткам назначено направление: начало и конец, связанное со способом монтажа — навивки при изготовлении.
Обмотки нумеруются арабскими цифрами 1, 2, 3. Их концы обозначаются К1, К2, К3, а начала — Н1, Н2, Н3. У отдельных типов двигателей подобный способ маркировки может быть изменен, например, С1, С2, С3 и С4, С5, С6 или другими символами либо вообще не применяться.
Правильно нанесенная маркировка упрощает подключение проводов питания. При создании на обмотках симметричной схемы расположения напряжений, обеспечивается создание номинальных токов, осуществляющих оптимальную работу электродвигателя. В этом случае их форма в обмотках полностью соответствует подводимому напряжению, повторяет его без каких-либо искажений.
Естественно, следует понимать, что это чисто теоретическое заявление, ибо на практике токи преодолевают различные сопротивления, незначительно отклоняются.
Наглядному восприятию происходящих процессов помогает изображение векторных величин на комплексной плоскости. Для трехфазного двигателя токи в обмотках, создаваемые приложенным симметричным напряжением, изображаются следующим образом.
При питании электродвигателя системой напряжений с тремя равномерно разнесенными по углу и одинаковыми по величине векторами в обмотках протекают такие же симметричные токи.
Каждый из них образует электромагнитное поле, сила индукции которого наводит в обмотке ротора собственное магнитное поле. В результате сложного взаимодействия трех полей статора с полем ротора создается вращательное движение последнего, обеспечивается создание максимальной механической мощности, вращающей ротор.
Принципы подключения однофазного напряжения к трехфазному двигателю
Для полноценного подключения к трем одинаковым статорным обмоткам, разнесенных по углу на 120 градусов, два вектора напряжения отсутствуют, имеется только один из них.
Можно подать его всего в одну обмотку и заставить ротор вращаться. Но, эффективно использовать такой двигатель не получится. Он будет обладать очень малой выходной мощностью на валу.
Поэтому возникает задача подключения этой фазы таким образом, чтобы она в разных обмотках создавала симметричную систему токов. Другими словами, нужен преобразователь напряжения однофазной сети в трехфазную. Подобная задача решается разными методами.
Если отбросить сложные схемы современных инверторных установок, то можно реализовать следующие распространенные способы:
1. использование конденсаторного запуска;
2. применение дросселей, индуктивных сопротивлений;
3. создание различных направлений токов в обмотках;
4. комбинированный способ с выравниванием сопротивлений фаз для образования одинаковых амплитуд у токов.
Кратко разберем эти принципы.
Отклонение тока при прохождении через емкость
Наиболее широко практикуется конденсаторный запуск, позволяющий отклонять ток в одной из обмоток за счет подключения емкостного сопротивления, когда создается опережение тока от вектора приложенного напряжения на 90 градусов.
В качестве конденсаторов обычно используются металлобумажные конструкции серий МБГО, МБГП, КБГ и подобные. Электролиты не приспособлены для пропускания переменного тока, быстро взрываются, а схемы, предусматривающие их использование, отличаются сложностью, низкой надежностью.
В этой схеме ток отличается по углу от номинальной величины. Он отклоняется всего на 90 градусов, не доходя на 30 о (120-90=30).
Отклонение тока при прохождении через индуктивность
Ситуация аналогична предыдущей. Только здесь ток отстает от напряжения на те же 90 градусов, а тридцати недобирает. Кроме того, конструкция дросселя не такая простая, как у конденсатора. Его надо рассчитать, собрать, настроить под индивидуальные условия. Этот способ не получил широкого распространения.
При использовании конденсаторов или дросселей токи в обмотках электродвигателя не доходят до требуемого угла на тридцатиградусный сектор, показанный красным цветом на картинке, что уже создает повышенные потери энергии. Но, с ними приходится мириться.
Они мешают созданию равномерного распределения сил индукции, создают тормозящий эффект. Точно оценить его влияние сложно, но при простом подходе деления углов получается (30/120=1/4) потеря 25%. Однако, можно ли так считать?
Отклонение тока подачей напряжения обратной полярности
В схеме звезды принято фазный провод напряжения подключать на вход обмотки, а нулевой — на ее конец.
Если в две разнесенные на 120 о фазы подать одно и то же напряжение, но разделить их, а во второй изменить полярность, то токи сдвинутся по углу относительно друг друга. Они станут формировать электромагнитные поля разного направления, влияющего на вырабатываемую мощность.
Только при этом способе по углу получается отклонение токов на небольшое значение — 30 о .
Этим методом пользуются в отдельных случаях.
Способы комплексного применения конденсаторов, индуктивностей, изменения полярности обмоток
Первые три перечисленных метода не позволяют поодиночке создавать оптимально симметричное отклонение токов в обмотках. Всегда возникает их перекос по углу относительно стационарной схемы, предусмотренной для трехфазного полноценного питания. За счет этого происходит образование противодействующих моментов, тормозящих раскрутку, снижающих КПД.
Поэтому исследователи провели многочисленные эксперименты, основанные на разных сочетаниях этих способов с целью создания преобразователя, обеспечивающего наибольшую эффективность работы трехфазного двигателя. Эти схемы с подробным разбором электротехнических процессов приводятся в специальной учебной литературе. Их изучение повышает уровень теоретических знаний, но в своем большинстве они редко применяются на практике.
Хорошая картина распределения токов создается в схеме, когда:
1. на одну обмотку подается фаза прямого включения;
2. на вторую и третью обмотки напряжение подключают через конденсатор и дроссель, соответственно;
3. внутри схемы преобразователя осуществляется выравнивание амплитуд токов за счет подбора реактивных сопротивлений с компенсацией дисбаланса активными резисторами.
Хочется обратись внимание на третий пункт, которому многие электрики не придают значения. Просто посмотрите на следующую картинку и сделайте вывод о возможности равномерного вращения ротора при симметричном приложении к нему сил одинаковых и разных по величине.
Комплексный метод позволяет создать довольно сложную схему. Она очень редко применяется на практике. Один из вариантов ее реализации для электродвигателя мощностью в 1кВт показан ниже.
Для изготовления преобразователя необходимо создать непростой дроссель. Это требует затрат времени и материальных средств.
Также трудности возникнут при поиске резистора R1, который будет работать с токами, превышающими 3 ампера. Он должен:
обладать мощностью, превышающей 700 ватт;
надежно изолироваться от токоведущих частей.
Существует еще несколько технических сложностей, которые придется преодолеть для создания такого преобразователя трехфазного напряжения. Однако, он довольно универсален, позволяет подключать двигатели с мощностью до 2,5 киловатт, обеспечивает их устойчивую работу.
Итак, технический вопрос подключения трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть решен посредством создания сложной схемы преобразователя. Но, он не нашел практического применения по одной простой причине, от которой невозможно избавиться — завышенное потребление электроэнергии самим преобразователем.
Мощность, затрачиваемая на создание схемы трехфазных напряжений подобной конструкцией, превышает минимум в полтора раза потребности самого электродвигателя. При этом суммарные нагрузки, создаваемые на подводящую питание электропроводку, сравнимы с работой старых сварочных аппаратов.
Электрический счетчик, к радости продавцов электроэнергии, очень быстро начинает перечислять деньги из кошелька домашнего мастера на счет энергоснабжающей организации, а это хозяевам совсем не нравится. В итоге сложное техническое решение создания хорошего преобразователя напряжения оказалось ненужным для практического применения в домашнем хозяйстве, да и на промышленных предприятиях тоже.
Допонительно
Схемы включения трехфазных асинхронных двигателей для работы от однофазных сетей:
Схемы а — е применяются в том случае, когда фазы обмотки статора жестко соединены в звезду или треугольник и у двигателя имеется только три выводных конца. Наилучшими из этих схем следует считать схемы в и е. При включении двигателя по этим схемам в случае правильного подбора емкости конденсатора он обладает вполне удовлетворительными пусковыми и рабочими свойствами.
Схемы ж и з применяются в случае, когда у двигателя имеется шесть выходных концов — начала и концы всех фаз. При таком соединении обмоток двигатель практически не отличается от обычного однофазного асинхронного двигателя с пусковым сопротивлением или емкостью.
Обмотки двух его фаз, соединенные последовательно, образуют рабочую обмотку, а обмотка третьей фазы — пусковую обмотку. Рабочая обмотка, как и в обычном однофазном двигателе с пусковым сопротивлением или емкостью, занимает 2/3 пазов статора, пусковая обмотка — 1/3 пазов.
При правильном выборе активного сопротивления или емкости этот двигатель может иметь примерно такие же пусковые и рабочие свойства, как и специально рассчитанный однофазный асинхронный двигатель с пусковой обмоткой. (Ю. М. Юферов. Электрические двигатели автоматических устройств)
4 заключительных вывода
1. Технически использовать однофазное подключение трехфазного двигателя можно. Для этого создано много разнообразных схем с различной элементной базой.
2. Практически применять этот способ для длительной работы приводов в промышленных станках и механизмах нецелесообразно из-за больших потерь энергии потребления, создаваемых посторонними процессами, ведущими к низкому КПД системы, повышению материальных затрат.
3. В домашних условиях схему можно использовать для выполнения кратковременных работ на неответственных механизмах. Длительно работать подобные устройства могут, но при этом оплата электроэнергии значительно возрастает, а мощность работающего привода не обеспечивается.
4. Для эффективной эксплуатации асинхронного двигателя лучше использовать полноценную трехфазную сеть питания. Если такой возможности нет, то лучше отказаться от этой затеи и приобрести специальный однофазный электродвигатель соответствующей мощности.
Читайте также: