Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети: 3 схемы конденсаторного запуска с подробным объяснением

Среди электрических машин, предназначенных для совершения механической работы, одними из наиболее продуктивных считаются трехфазные агрегаты. Вращение ротора осуществляется посредством одновременного воздействия магнитного потока от фазных обмоток. Что и обеспечивает одновременное усилие сразу трех моментов, пропорционально взаимодействующих друг с другом. Как можно выполнить подключение трехфазного двигателя в зависимости от их конструктивных особенностей и параметров электрической сети мы рассмотрим далее.

Выбор пускового конденсатора для электродвигателя

Современный подход к данному вопросу предусматривает использование специальных калькуляторов в интернете, которые проводят быстрый и точный расчет.

Для проведения расчета следует знать и ввести нижеприведенные показатели:

1. Тип соединения обмоток двигателя: треугольник или звезда. От типа соединения зависит также и емкость.
2. Мощность двигателя является одним из определяющих факторов. Этот показатель измеряется в Ваттах.
3. Напряжение сети учитывается при расчетах. Как правило, оно может быть 220 или 380 Вольт.
4. Коэффициент мощности – постоянное значение, которое зачастую составляет 0,9. Однако, есть возможность изменить этот показатель при расчете.
5. КПД электродвигателя также оказывает влияние на проводимые расчеты. Эту информацию, как и другую, можно узнать, изучив нанесенную информацию производителем. Если ее нет, следует ввести модель двигателя в интернете для поиска информации о том, какой КПД. Также, можно ввести приблизительное значение, которое свойственно для подобных моделей. Стоит помнить, что КПД может изменяться в зависимости от состояния электродвигателя.

Подобная информация вводится в соответствующие поля и проводится автоматический расчет. При этом, получаем емкость рабочего конденсата, а пусковой должен иметь показатель в 2,5 раза больше.

Провести подобный расчет можно самостоятельно.

Для этого можно воспользоваться следующими формулами:

1. Для типа соединения обмоток «звезда», определение емкости проводится при использовании следующей формулы: Cр=2800*I/U. В случае соединения обмоток «треугольником», используется формула Cр=4800*I/U. Как видно из вышеприведенной информации, тип соединения является определяющим фактором.
2. Вышеприведенные формулы определяют необходимость расчета величины тока, который проходит в системе. Для этого используется формула: I=P/1,73Uηcosφ. Для расчета понадобятся показатели работы двигателя.
3. После вычисления тока можно найти показатель емкости рабочего конденсатора.
4. Пусковой, как ранее было отмечено, в 2 или 3 раза должен превосходить по показателю емкости рабочий.

При выборе, стоит также учесть нижеприведенные нюансы:

1. Интервал рабочей температуры.
2. Возможное отклонение от расчетной емкости.
3. Сопротивление изоляции.
4. Тангенс угла потерь.

Обычно на вышеуказанные параметры не обращают особого внимания. Однако их можно учесть для создания идеальной системы питания электродвигателя.

Габаритные размеры также могут стать определяющим фактором. При этом, можно выделить следующую зависимость:

1. Увеличение емкости приводит к увеличению диаметрального размера и расстояния выхода.
2. Наиболее распространенный максимальный диаметр 50 миллиметров при емкости 400 мкФ. При этом, высота составляет 100 миллиметров.

Кроме этого, стоит учитывать, что на рынке можно встретить модели от иностранных и отечественных производителей. Как правило, зарубежные имеют большую стоимость, но и надежнее. Российские варианты исполнения также часто используются при создании сети подключения электродвигателя.

Общая информация

Подключение трехфазных двигателей подразумевает относительно сложную операцию, которая требует понимания процессов, протекающих в электроустановке. Для чего необходимо рассмотреть как составляющие элементы, так и их назначение.

Конструктивно трехфазные электродвигатели состоят из:

• Статора с магнитопроводом;
• Ротора с валом;
• Обмоток.

В зависимости от типа двигателя встречаются модели с короткозамкнутым или фазным ротором. В одних ротор вращается только за счет электромагнитного поля, наводимого от обмоток статора, в других, вращение вала получает усилие от поля ротора при протекании тока в его обмотках. Для включения трехфазных двигателей необходимо разобраться с тем, как фазы обмоток соединяются между собой.

Асинхронный или коллекторный: как отличить

Вообще, отличить тип двигателя можно по табличке — шильдику — на которой написаны его данные и тип. Но это только в том случае, если его не ремонтировали. Ведь под кожухом может быть что угодно. Так что если вы не уверены, лучше определить тип самостоятельно.

Так выглядит новый однофазный конденсаторный двигатель

Как устроены коллекторные движки

Отличить асинхронный и коллекторный двигатели можно по строению. У коллекторных обязательно есть щетки. Они расположены возле коллектора. Еще обязательный атрибут движка этого типа — наличие медного барабана, разделенного на секции.

Такие двигатели выпускаются только однофазные, они часто устанавливаются в бытовой технике, так как позволяют получить большое число оборотов на старте и после разгона. Также они удобны тем, что легко позволяют менять направление вращения — необходимо только поменять полярность. Несложно также организовать изменение скорости вращения — изменением амплитуды питающего напряжения или угла его отсечки. Потому и используются подобные двигатели в большей части бытовой и строительной техники.

Строение коллекторного двигателя

Недостатки коллекторных двигателей — высокая шумность работы на больших оборотах. Вспомните дрель, болгарку, пылесос, стиральную машину и т.д.. Шум при их работе стоит приличный. На малых оборотах коллекторные двигатели не так шумят (стиральная машина), но не все инструменты работают в таком режиме.

Второй неприятный момент — наличие щеток и постоянного трения приводит к необходимости регулярного технического обслуживания. Если токосъемник не чистить, загрязнение графитом (от стирающихся щеток) может привести к тому, что соседние секции в барабане соединятся, мотор попросту перестанет работать.

Асинхронные

Асинхронный двигатель имеет статор и ротор, может быть одно и трёхфазным. В данной статье рассматриваем подключение однофазных двигателей, потому речь пойдет только о них.

Асинхронные двигатели отличаются невысоким уровнем шумов при работе, потому устанавливаются в технике, шум работы которой критичен. Это кондиционеры, сплит-системы, холодильники.

Строение асинхронного двигателя

Есть два типа однофазных асинхронных двигателей — бифилярные (с пусковой обмоткой) и конденсаторные. Вся разница состоит в том, что в бифилярных однофазных двигателях пусковая обмотка работает только до разгона мотора. После она выключается специальным устройством — центробежным выключателем или пускозащитным реле (в холодильниках). Это необходимо, так как после разгона она только снижает КПД.

В конденсаторных однофазных двигателях конденсаторная обмотка работает все время. Две обмотки — основная и вспомогательная — смещены относительно друг друга на 90°. Благодаря этому можно менять направление вращения. Конденсатор на таких двигателях обычно крепится к корпусу и по этому признаку его несложно опознать.

Более точно определить бифилярный или конденсаторный двигатель перед вами, можно при помощи измерений сопротивления обмоток. Если сопротивление вспомогательной обмотки больше в два раза (разница может быть еще более значительная), скорее всего, это бифилярный двигатель и эта вспомогательная обмотка пусковая, а значит, в схеме должен присутствовать выключатель или пусковое реле. В конденсаторных двигателях обе обмотки постоянно находятся в работе и подключение однофазного двигателя возможно через обычную кнопку, тумблер, автомат.

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.

Как рассчитать емкость рабочего конденсатора

Для двух соединений обмоток берутся несколько разные соотношения.

В формуле введен коэффициент соединения Кс, который для треугольника равен 4800, а для звезды — 2800.

Cр=Кс*I/U;

I=P/(√3*U*η*cosϕ);

или

Cр=Кс*P/(√3*U²*η*cosϕ).

Где значения Р (мощность), U (напряжение 220 В), η (КПД двигателя, в процентном значении деленном на 100) и cosϕ (коэффициент мощности) берутся с шильдика двигателя.

Вычислить значение можно с помощью обычного калькулятора или воспользовавшись чем-то вроде подобной вычислительной таблицы. В ней нужно подставить значения параметров двигателя (желтые поля), результат получается в зеленых полях в микрофарадах

Таблица

Однако не всегда есть уверенность, что параметры работы двигателя соответствуют тому, что написано на шильдике. В этом случае нужно измерить реальный ток измерительными клещами и воспользоваться формулой Cр = Кс*I/U.

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.

Обзор моделей

электродвигатель АИР

Одними из наиболее популярных являются электродвигатели серии АИР. Существуют модели, исполненные на лапах 1081, и модели комбинированного исполнения – лапы + фланец 2081.

Электродвигатели в исполнении лапы+фланец обойдутся примерно на 5% дороже, чем аналогичные на лапах.

Как правило, производители предоставляют гарантию от 12 месяцев.

Для электродвигателей, имеющих высоту вращения 56-80 мм, исполнение станины алюминиевое. Двигатели с высотой вращения более 90 мм представлены в чугунном исполнении.

Модели различаются между собой по мощности, частоте вращения, высоте оси вращения, КПД.

Чем мощнее двигатель, тем выше его стоимость:

1. Двигатель с мощностью 0.18 кВт можно приобрести за 3 тыс. рублей (электродвигатель АИРЕ 56 B2).
2. Модель с мощностью 3 кВт будет стоить уже около 10 тыс. рублей (АИРЕ 90 LB2).

Что касается частоты вращения, то наиболее распространены модели с частотами 1500 и 3000 оборотов/минуту, хотя существуют двигатели и с другими значениями частот. При равных мощностях, стоимость двигателя с частотой вращения 1500 об/мин немного выше, чем имеющего частоту 3000 об/мин.

Высота оси вращения для моторов с 1 фазой варьируется от 56 мм до 90 мм и напрямую зависит от мощности: чем мощнее двигатель, тем больше высота оси вращения, а значит и цена.

Различные модели имеют разный КПД, обычно от 67% до 75%. Больший КПД соответствует большей стоимости модели.

Следует обратить внимание также на двигатели, выпускаемые итальянской компанией ААСО, основанной в 1982 году:

1. Так, электромотор ААСО серии 53, рассчитан специально для применения в газовых горелках. Эти моторы также могут быть использованы в установках для мойки, генераторах теплого воздуха, системах централизованного обогрева.
2. Электромоторы серий 60, 63, 71 разработаны для использования в установках водоснабжения. Также, фирма предлагает универсальные двигатели серий 110 и 110 компакт, которые отличаются разнообразной сферой применения: горелки, вентиляторы, насосы, подъемные устройства и другое оборудование.

Продвигаемся к кнопочному посту

На кнопочном посту, в моём случае, две кнопки – «СТОП» (её контакты постоянно замкнуты) и «ПУСК» (контакт постоянно разомкнут, и замыкается только в момент нажатия). Первое, что необходимо сделать – это соединить перемычкой фазную клемму рабочего пускателя и контакт кнопки «СТОП», подав на неё питание.

Присоединяем один конец перемычки к фазной клемме («L1») и протягиваем контакт

Второй конец идёт на клемму кнопки «СТОП»

Также следует отметить, что если кнопочный пост уже был ранее где-либо установлен, то перемычка между контактами «ПУСК» и «СТОП» может отсутствовать. В этом случае её нужно установить. Сделать это очень просто – из фото ниже чётко видно, как выполнить подобную работу.

Перемычка между пусковой и стоповой кнопкой необходима

Продолжаем подключение кнопочного поста

Далее необходимо собрать схему таким образом, чтобы пусковая кнопка взаимодействовала с катушками обоих пускателей. Для этого монтируется перемычка между ней и одним из постоянно разомкнутых контактов катушки рабочего магнитного пускателя. В нашем случае, я выбрал зелёный провод. Один его конец фиксируем на контакте кнопки «ПУСК», к которому подходит перемычка от стоповой.

Соединение на пусковой кнопке — работа с постом практически завершена

Второй конец соединяем с катушкой рабочего пускателя и тоже сразу затягиваем – здесь больше соединений не будет.

Коммутация с постоянно разомкнутым контактом катушки рабочего пускателя

Осталось завершить подключение кнопочного поста. Монтируем перемычку со свободного контакта пусковой кнопки на питание катушки дополнительного пускателя. Таким образом, получится, что при нажатии на кнопку «ПУСК» питание будет подаваться на конденсатор 50 мкФ, но только в то время, пока она удерживается. Если кнопку отпустить (двигатель запущен), цепь разрывается, подача питания на катушку прекращается, и контакты дополнительного пускателя размыкаются.

Присоединяем один конец перемычки к свободному контакту кнопки «ПУСК»Второй конец этого провода коммутируется с клеммой катушки дополнительного пускателя

Запуск 3х фазного двигателя от 220 Вольт

Запуск 3х фазного двигателя от 220 Вольт

Часто возникает необходимость в подсобном хозяйстве подключать трехфазный электродвигатель, а есть только однофазная сеть (220 В). Ничего, дело поправимое. Только придется подключить к двигателю конденсатор, и он заработает.

Читаем подробно далее

Емкость применяемого конденсатора, зависит от мощности электродвигателя и рассчитывается по формуле

С = 66·Рном ,

где С – емкость конденсатора, мкФ, Рном – номинальная мощность электродвигателя, кВт.

То есть можно считать, что на каждые 100 Вт мощности трехфазного электродвигателя требуется около 7 мкФ электрической емкости.

Например, для электродвигателя мощностью 600 Вт нужен конденсатор емкостью 42 мкФ. Конденсатор такой емкости можно собрать из нескольких параллельно соединенных конденсаторов меньшей емкости:

Итак, суммарная емкость конденсаторов для двигателя мощностью 600 Вт должна быть не менее 42 мкФ. Необходимо помнить, что подойдут конденсаторы, рабочее напряжение которых в 1,5 раза больше напряжения в однофазной сети.

В качестве рабочих конденсаторов могут быть использованы конденсаторы типа КБГ, МБГЧ, БГТ. При отсутствии таких конденсаторов применяют и электролитические конденсаторы. В этом случае корпуса конденсаторов электролитических соединяются между собой и хорошо изолируются.

Отметим, что частота вращения трехфазного электродвигателя, работающего от однофазной сети, почти не изменяется по сравнению с частотой вращения двигателя в трехфазном режиме.

Большинство трехфазных электродвигателей подключают в однофазную сеть по схеме «треугольник» (рис. 1). Мощность, развиваемая трехфазным электродвигателем, включенным по схеме «треугольник», составляет 70-75% его номинальной мощности.

Трехфазный электродвигатель подключают так же по схеме «звезда» (рис. 2).

Чтобы произвести подключение по схеме «звезда», необходимо две фазные обмотки электродвигателя подключить непосредственно в однофазную сеть (220 В), а третью – через рабочий конденсатор (Ср) к любому из двух проводов сети.

Для пуска трехфазного электродвигателя небольшой мощности обычно достаточно только рабочего конденсатора, но при мощности больше 1,5 кВт электродвигатель либо не запускается, либо очень медленно набирает обороты, поэтому необходимо применять еще пусковой конденсатор (Сп). Емкость пускового конденсатора в 2,5-3 раза больше емкости рабочего конденсатора. В качестве пусковых конденсаторов лучше всего применяют электролитические конденсаторы типаЭП или такого же типа, как и рабочие конденсаторы.

Схема подключения трехфазного электродвигателя с пусковым конденсатором Сп показана на рис. 3.

Заключительные выводы

1. Существующие технические способы позволяют подключать трехфазные асинхронные двигатели к однофазной сети 220 вольт. Многочисленные исследователи предлагают для этого свои экспериментальные схемы большим ассортиментом.
2. Однако, этот метод не обеспечивает эффективное использование ресурса электрической мощности из-за больших потерь энергии, связанных с некачественным преобразованием напряжения для подключения к фазам статора. Поэтому двигатель работает с низким КПД, повышенными затратами.
3. Длительная эксплуатация станков с подобными двигателями экономически не обоснована.
4. Способ можно рекомендовать только для подключения неответственных механизмов на короткий участок времени.
5. С целью эффективного использования асинхронного электродвигателя необходимо применять полноценное трехфазное подключение либо современный дорогой инверторный преобразователь соответствующей мощности.
6. Однофазный электродвигатель с такой же мощностью в бытовой сети лучше справиться со всеми задачами, а его эксплуатация обойдется дешевле.

Таким образом, конструкции асинхронных двигателей, ранее массово подключаемые к домашней проводке, сейчас не пользуются популярностью, а способ их подключения морально устарел, используется редко.

Вариант подобного механизма показан фотографией наждака со снятым для наглядности защитным щитком и ограничительным упором. Даже при таком исполнении работать на нем затруднительно из-за потерь мощности.

Практические советы Александра Шенрок, изложенные в его видеоролике, наглядно дополняют материал статьи, позволяют лучше осмыслить эту тему. Рекомендую его к просмотру, но, критически отнеситесь к замеру сопротивления изоляции тестером.

Задавайте вопросы в комментариях, делитесь статьей с друзьями через кнопки социальных сетей.

Устройство и предназначение конденсаторов

Этот элемент электрической схемы состоит из двух пластин (обкладок). Обкладки расположены по отношению друг к другу так, что между ними оставлен зазор. При включении конденсатора в цепь электрического тока на обкладках накапливаются заряды. Из-за физического зазора между пластинами устройство обладает маленькой проводимостью.

Внимание! Этот зазор бывает воздушным или заполнен диэлектриком. В качестве диэлектрика применяются: бумага, электролит, оксидные плёнки. Главная особенность такого двухполюсника – способность накапливать энергию электрического поля и мгновенно отдавать её на нагрузку (заряд и разряд)

Главная особенность такого двухполюсника – способность накапливать энергию электрического поля и мгновенно отдавать её на нагрузку (заряд и разряд).

Устройство детали

Первым прототипом ёмкости стала Лейденская банка, созданная в 1745 году в городе Лейдене немцем фон Клейстом. Банку изнутри и снаружи выстилали медной фольгой. Так появилась идея создания обкладок.

Лейденские банки, соединённые параллельно

Графическое обозначение двухполюсника на схемах и чертежах – две вертикально расположенные черты (как обкладки) с зазором между ними.

Обозначение на схемах

Скачать

Если тема интересует более глубоко, рекомендую ознакомиться с литературой, приведенной на странице .

Вот одна из книг, приведенных там: • Ломоносов, В.Ю.; Поливанов, К.М.; Михайлов, О.П. Электротехника. / Ломоносов, В.Ю.; Поливанов, К.М.; Михайлов, О.П. Электротехника. Одна из лучших книг, посвящённых основам электротехники. Изложение начинается с самых основ: объясняется, что такое напряжение, сила тока и сопротивление, приводятся указания по расчёту простейших электрических цепей, рассказывается о взаимосвязи и взаимозависимости электрических и магнитных явлений. Объясняется, что такое переменный ток, как устроен генератор переменного тока. Описывается, что такое конденсатор и что собой представляет катушка индуктивности, какова их роль в цепях переменного тока. Объясняется, что такое трёхфазный ток, как устроены генераторы трёхфазного тока и как организуется его передача. Отдельная глава посвящена полупроводниковым приборам: в ней речь идёт о полупроводниковых диодах, о транзисторах и о тиристорах; об использовании полупроводниковых приборов для выпрямления переменного тока и в качестве полупроводниковых ключей. Коротко описываются достижения микроэлектроники. Последняя треть книги целиком посвящена электрическим машинам, агрегатам и оборудованию: в 10 главе речь идёт о машинах постоянного тока (генераторах и двигателях); 11 глава посвящена трансформаторам; о машинах переменного тока (однофазных и трёхфазных, синхронных и асинхронных) подробно рассказывается в 12 главе; выключатели, электромагниты и реле описываются в главе 13; в главе 14 речь идёт о составлении электрических схем. Последняя, 15 глава, посвящена измерениям в электротехнике. Эта книга — отличный способ изучить основы электротехники, понять основополагающие принципы работы электрических машин и агрегатов., zip, 13.87 MB, скачан: 2727 раз./

• Пуск и защита двигателей переменного тока / Пуск и защита двигателей переменного тока. Системы пуска и торможения двигателей переменного тока. Устройства защиты и анализ неисправностей двигателей переменного тока. Руководство по выбору устройств защиты. Руководство от Schneider Electric, pdf, 1.17 MB, скачан: 2104 раз./

Подключение асинхронного двигателя

Трехфазный переменный ток

Электрическая сеть трехфазного переменного тока получила наиболее широкое распространение среди электрических систем передачи энергии. Главным по сравнению с однофазной и двухфазной системами является ее экономичность. В трехфазной цепи энергия передается по трем проводам, а токи текущие в разных проводах сдвинуты относительно друг друга по фазе на 120°, при этом синусоидальные ЭДС на разных фазах имеют одинаковую частоту и амплитуду.

Трехфазный ток (разница фаз 120°)

Звезда и треугольник

Трехфазная обмотка статора электродвигателя соединяется по схеме в зависимости от напряжения питания сети. Концы трехфазной обмотки могут быть: соединены внутри электродвигателя (из двигателя выходит три провода), выведены наружу (выходит шесть проводов), выведены в распределительную коробку (в коробку выходит шесть проводов, из коробки три).

Фазное напряжение — разница потенциалов между началом и концом одной фазы

Другое определение для соединения «звезда»: фазное напряжение это разница потенциалов между линейным проводом и нейтралью (обратите внимание, что у схемы «треугольник» отсутствует нейтраль)

Линейное напряжение

— разность потенциалов между двумя линейными проводами (между фазами).

Внимание: Несмотря на то, что мощность для соединений в звезду и треугольник вычисляется по одной формуле, подключение одного и того же электродвигателя разным способом в одну и туже электрическую сеть приведет к потреблению разной мощности. При этом не правильное подключение электродвигателя, может привести к расплавлению обмоток статора.

Пример: Допустим электродвигатель был подключен по схеме «звезда» к трехфазной сети переменного тока Uл=380 В (соответственно Uф=220 В) и потреблял ток Iл=1 А

Полная потребляемая мощность:

S = 1,73∙380∙1 = 658 Вт.

Теперь изменим схему соединения на «треугольник», линейное напряжение останется таким же Uл=380 В, а фазовое напряжение увеличится в корень из 3 раз Uф=Uл=380 В. Увеличение фазового напряжения приведет к увеличению фазового тока в корень из 3 раз. Таким образом линейный ток схемы «треугольник» будет в три раза больше линейного тока схемы «звезда». А следовательно и потребляемая мощность будет в 3 раза больше:

S = 1,73∙380∙3 = 1975 Вт.

Таким образом, если двигатель рассчитан на подключение к трехфазной сети переменного тока по схеме «звезда», подключение данного электродвигателя по схеме «треугольник» может привести к его поломке.

Если в нормальном режиме электродвигатель подключен по схеме «треугольник», то для уменьшения пусковых токов на время пуска его можно соединить по схеме звезда. При этом вместе с пусковым током уменьшится также пусковой момент.

Подключение электродвигателя по схеме звезда и треугольник

Обозначение выводов статора трехфазного электродвигателя

Обозначение выводов обмоток статора вновь разрабатываемых

трехфазных машин согласно
ГОСТ 26772-85

Обозначение выводов обмоток статора ранее разработанных

и модернизируемых трехфазных машин согласно
ГОСТ 26772-85

Про запуск трехфазных двигателей, косинус φ и не только…

Насмотрелся я тут на ютубе роликов токарей Mehamozg и Виктора Леонтьева и захотелось мне осуществить давнюю мечту — тоже заняться токарной обработкой металлов. На местном загибающемся предприятии приобрел я старый и ушатанный станок 1Е61МТ 1969 г.в.

Недорого, практически по цене металлолома. Там же удалось приобрести сверлильный и заточной станки в аналогичном состоянии. Приволок, значит, я все это дело в гараж и возник вопрос подключения всего этого безобразия к электричеству. Точнее, вопрос этот возник еще до покупки станков, было придумано несколько решений и сейчас настал момент реализации задумок на практике.

Станки, как и все общепромышленное оборудование, рассчитаны на подключение к трехфазной сети 380 В. Больше всех потребляет от этой сети токарный станок — около 4,5 кВт, из которой большую часть жрет асинхронный двигатель главного привода. Конечно, потреблять максимальную мощность он будет только при самых тяжелых режимах резания, но все равно, 2-3 кВт для нормальной работы обеспечить необходимо. В гараже же, в наличии есть только однофазная сеть 220 В. Хотя сейчас можно воспользоваться госпрограммой и подключить 3 фазы 15 кВт за 550 рублей, но, как пишут люди, там могут возникнуть проблемы организационного характера, могущие затянуть решение вопроса на неопределенный срок. Поэтому было принято решение попробовать пока обходиться своими силами.

Самое простое на сегодняшний день решение для запуска асинхронного электродвигателя – использовать частотный преобразователь. В частотном преобразователе исходное напряжение (одна или три фазы) выпрямляется до постоянного тока (по хорошему — с обязательной коррекцией коэффициента мощности — косинуса φ). А потом, из постоянного тока с помощью широтно-импульсной модуляции снова генерируется, но уже три фазы, сдвинутые по фазе на 120 градусов.

При этом можно в некоторых пределах изменять напряжение и частоту этих фаз, и, соответственно, менять частоту вращения асинхронного двигателя (поскольку в асинхронных двигателях частота питающей сети напрямую определяет частоту вращения ротора). Таким образом, можно плавно разгонять и тормозить двигатель и менять частоту его вращения. Это полезное свойство частотного преобразователя позволяет даже немного модернизировать токарный станок, выкинуть из него за ненадобностью коробку передач, существенно, при этом, упростив трансмиссию и уменьшив, тем самым, потери механической энергии в ней, вибрации и общую шумность работы станка. Частотник – отличная штука, но цены пока еще кусаются. Хотя китайцы на алиэкспресс уже предлагают варианты в пределах 10 т. р. На авито, например, предлагают от станций управления лифтом за 15 — 20 тыщ.

Но частотник не решает всех проблем. Во-первых, существуют частотники для работы в однофазной и трехфазной сети. Обычно, «однофазные» частотники питаются от одной фазы 220 В и выдают 3 фазы с межфазным напряжением также 220 В (то есть, для двигателей 380/220, включенных треугольником). Соответственно, «трехфазные» частотники требуют для питания 3 фазы 380 В, и выдают на выходе также 3 фазы с межфазным напряжением 380 В. Отличаются они напряжением, которое получается после выпрямления и сглаживания сетевого. В «однофазных» после выпрямления получается напряжение около 310 В, в трехфазных — около 530 В. Если трехфазный частотник подключить только на одну фазу, он, в принципе, работать будет, но будет ругаться на маленькое напряжение сети (310 вместо 530). Чтобы его обмануть, некоторые предлагают поменять номиналы резисторов в цепочке делителя (на схеме выше — R1 и R2), которым контроллер частотника измеряет сетевое напряжение. Делитель пересчитывается таким образом чтобы при напряжении на сглаживающем конденсаторе 310 В контроллер думал что там 530 В. Но, это так себе вариант, поскольку на выходе такой частотник все равно будет выдавать фазы с амплитудой тех же 310 В, то есть потребует подключения двигателя треугольником, что не всегда возможно.

Вариант получше – подать на частотник повышенное напряжение 380 В (однофазное), например, с помощью повышающего трансформатора 220/380 В. Но, поскольку в таком варианте подключения выпрямляется только одна фаза, уровень пульсаций выходного напряжения будет существенно больше чем при выпрямлении 3 фаз. Поэтому следует увеличить емкость фильтра и желательно установить дроссель, если его изначально не было, благо что многие частотные преобразователи имеют дополнительные клеммы специально для этих целей.

Еще есть вариант – переделать входной выпрямитель и фильтр по схеме удвоения напряжения (как это реализовано в компьютерных БП с переключателем 110/220 В). При этом, выпрямитель становится однополупериодным.

По этой схеме напряжение 220 В подается на выпрямительные диоды и на среднюю точку дополнительных конденсаторов фильтра С3, С4, которые должны в этом случае иметь еще бОльшую емкость, чем в варианте с трансформатором. Суммарное напряжение после такого выпрямителя становится 310+310=620 В, что уже становится достаточно близко к порогу, при котором частотник начнет ругаться на превышение напряжения. Этот способ применим при небольших мощностях двигателя, ориентировочно до 1 кВт.

Но это у меня запланировано на потом (или купить частотник или спаять самому), а пока я решил обойтись старым дедовским способом. С помощью пусковых конденсаторов. Как известно, на индуктивностях и емкостях фазы напряжения и тока не совпадают. На индуктивностях фаза тока отстает от фазы напряжения, а на емкости наоборот, опережает. Таким образом, с помощью дополнительной емкости можно сдвинуть фазу и добиться того чтобы фазы на всех трех выводах двигателя отличались примерно на 120 градусов. Схемы эти давно известны, таблицы необходимых емкостей конденсаторов давно рассчитаны, есть и в этих ваших интернетах и в бумажных изданиях. Чаще всего применяется схема из пусковой и рабочей емкостей. Пусковая емкость подключается кратковременно, только на время разгона двигателя. Минус этого способа – максимальная мощность двигателя снижается, его не рекомендуется нагружать больше 70% его максимальной мощности.

Еще одна проблема, связанная с пуском асинхронного двигателя заключается в том, что двигатели на 380 обычно включены звездой, межфазное напряжение 380 В. Для включения в сеть 220 В обмотки необходимо перекоммутировать в треугольник. В этом включении межфазное напряжение у двигателя становится 220 В. Если двигатель звездой 380В включить в сеть 220 В ничего страшного не произойдет, ничего не сгорит, двигатель будет крутиться, но не будет развивать необходимой мощности, поскольку напряжение на нем будет 60% от номинала. То есть, кроме того что мощность упадет от работы в однофазной сети, еще мощность упадет и от несоответствия напряжения, в итоге мы получим всего 20-30% от номинальной мощности. Этого, конечно, уже слишком мало. Запас по мощности какой-никакой, а должен быть.

Однако, очень часто асинхронные двигатели выпускаются без возможности ручного переключения обмоток в коммутационной коробке. Например, все двигатели которые мне попадались, были именно такие. Из них просто выходит 3 провода, соединенные внутри двигателя звездой и ничего с этим поделать нельзя. Как то давно я разбирал один такой двигатель, находил внутри точку соединения трех обмоток и выводил ее наружу тремя отдельными проводами. Вроде все получилось, двигатель заработал по схеме треугольника, но работенка эта была та еще. Без необходимого инструмента и приспособлений можно много что испортить. Например, посадить с перекосом подшипники, которые после этого начнут очень быстро изнашиваться. А еще (практически всегда) обмотка статора залита эпоксидкой и, ковыряя ее, можно запросто повредить саму обмотку.

Я решил поступить проще. Если нельзя перекоммутировать обмотки на 220 В, значит нам ничего не остается как только повысить напряжение до необходимых 380 В. Однофазное 220 В превратить в однофазное же 380 В. Сделать это можно с помощью упоминавшегося уже выше повышающего трансформатора. Единственное, такой трансформатор на 3-4 кВт будет размером со сварочный, весить примерно так же и, ко всему прочему, еще и влетит в копеечку. Если вообще повезет такой найти. Сэкономить тут можно, включая трансформатор по автотрансформаторной схеме.

В этом случае необходим трансформатор с выходной обмоткой всего на 160 В. На те же, например, 2 кВт выходной мощности автотрансформатор уже должен будет иметь мощность всего 840 Вт, что уже более-менее приемлемо. Для постройки автотрансформатора я использовал трансформаторы от ИБП. Их сейчас можно купить весьма недорого, поскольку старые ИБП на 300-500 Вт сейчас массово списываются, а сдавать такие трансформаторы на медь не очень то и выгодно, поскольку у них проваренный магнитопровод и они без болгарки не разбираются. Я очень удачно приобрел в свое время весьма недорого 10 шт таких трансформаторов.

Они имеют на силовой обмотке напряжение порядка 15-16 В. Если эти обмотки соединить последовательно синфазно, можно получить недостающие 160 В. Если потом эти 160 В включить последовательно синфазно со входным напряжением 220 В, мы получим так необходимые нам 380 В.

Чем еще хорош этот способ так это тем, что можно не париться с заменой пускателей, трансформаторов местного освещения и пр. электрической арматуры, на аналогичные, но на напряжение 220 В. С повышающим трансформатором они будут работать в номинальном режиме. Вообще, в схеме вообще можно использовать часть пускателей на 220 и часть на 380 В, поскольку есть в наличии оба напряжения.

Трансформаторы я смонтировал в подходящем по размеру железном ящике. На переднюю панель вывел вольтметры входного и выходного напряжений, амперметр потребляемого нагрузкой тока и контрольные лампочки.

Единственное, в ящик влезло не 10, а только 9 трансформаторов. Недостающее напряжение я добрал, соединив параллельно 7 маломощных обмоток на 18 вольт. Они все вместе по сечению становятся равными одной силовой. Вход автотрансформатора защищен сдвоенным автоматом на 25 А. От одного такого трансформатора может питаться токарный станок, сверлильный станок, а также прочие станки, которые, возможно, появятся в будущем. От отводов трансформатора также берется напряжение 30 и 45 В, которое затем выпрямляется и его предполагается использовать для торможения двигателя главного привода постоянным током. Тумблером можно выбрать напряжение или 30 или 45 В, соответственно меняется скорость замедления ротора. От маломощных обмоток двух трансформаторов, соединенных последовательно предполагается питать светодиодные лампочки на 36 В для местного освещения, и лампочки индикации. Вот примерная схема.

От этого же автотрансформатора можно в будущем питать электродвигатели и через частотный преобразователь.

Рассмотрим схемы пуска двигателя. Для сверлильного станка схема относительно простая.

При нажатии кнопки «ПУСК» через одну пару контактов срабатывает пускатель и самоблокируется, подавая напряжение на две фазы и через рабочий конденсатор на третью фазу. Через другую пару контактов параллельно рабочему конденсатору подключается пусковой. Кнопку необходимо держать нажатой доли секунды, пока двигатель не раскрутится. После этого кнопку можно отпустить. Для реверсирования направления вращения имеется переключатель, схема остается той же самой, но напряжение на конденсаторы подается с другого провода и двигатель начинает раскручиваться в обратную сторону. Зачем надо крутить сверло в обратную сторону я не знаю, но поскольку такая логика работы была у станка изначально, я ее сохранил. При нажатии кнопки «СТОП» цепь питания контактора разрывается и станок обесточивается. На входе схемы также стоит защитный автомат на 6 А.

Контактор на схеме нарисован условно, в реальности для такого небольшого станка достаточно любого, самого маломощного пускателя, имеющего всего три силовых замыкающих контакта и один маломощный.

Для запуска двигателя токарного станка можно было бы применить аналогичную схему, за исключением того что пусковая емкость требуется в несколько раз больше. Я так и хотел сделать вначале, с управлением от кнопок. Даже приобрел удобный кнопочный пост для этого. Но потом все же решил оставить управление от штатного барабанного переключателя станка. Этот переключатель типа БП1-153 имеет три фиксированных положения «ВПЕРЕД», «СТОП» и «НАЗАД». В положениях «ВПЕРЕД» и «НАЗАД» замкнута соответствующая пара контактов. Схема примерно такая:

Каждая пара контактов включает свой собственный пускатель. Пускатель подает питание на две фазы двигателя и через рабочую емкость на третью фазу. В этом варианте для смены направления вращения вместо того чтобы менять место подключения конденсатора, я решил менять фазировку подачи питания на двух фазах. Как уже было сказано выше, для станка после запуска пусковую емкость желательно отключать. Это можно делать, например, с помощью реле времени (DA1 и DA2). После раскрутки двигателя, последний становится генератором 3 фаз, от которого можно запитать другие потребители, требующие трехфазного питания, например, помпу СОЖ, которая включается штатным пакетником. Пускатели «ВПЕРЕД» и «НАЗАД» взаимоблокируются нормально разомкнутыми контактами. Если включен один, цепь включения другого разорвана. Когда оба пускателя выключены, замыкается цепь четвертого пускателя, который подключает к двум фазам двигателя постоянный ток 30 или 45 В. Этот пускатель включается кратковременно, на доли секунды для остановки шпинделя. Кратковременность обеспечивает также реле времени. Схема самодельного реле времени приведена ниже и собрана на известной микросхеме NE555 или ее аналогах.

Схема включения микросхемы NE555, в общем то, типовая. Цепочка деталей R1, VD1, … VT1, VT2 необходима для разряда времязадающей емкости после пропадания напряжения на входе реле.

Пара слов о пусковой емкости. Для пуска двигателя станка необходима достаточно большая емкость и на достаточно высокое напряжение, не менее 650 В. Набирать такую емкость из советских металлобумажных конденсаторов не очень удачная идея, особенно если их нет под рукой в достаточном количестве. Такая батарея займет огромный объем и влетит в хорошую такую копеечку. Современные конденсаторы имеют меньшие размеры, но также способны пробить хорошую брешь в бюджете. Кстати, следует различать пусковые и рабочие конденсаторы. Пусковые предназначены для кратковременной работы и не могут длительно выдерживать большую реактивную мощность. Использовать их вместо рабочих не следует. Очень привлекательным вариантом является использование полярных (электролитических) конденсаторов. Они имеют высокую емкость при небольших габаритах. Их можно, например, относительно бесплатно надергать на платах старых ламповых мониторов, телевизоров и любой другой техники, имеющей импульсный блок питания и большую «сетевую» емкость после выпрямителя. Правда, максимальное напряжение у них обычно 400 – 450 В, поэтому для работы в цепях 380 В мне их придется включать 2 шт последовательно. Например, так.

Для работы на переменном токе такие пары включаются встречно последовательно и шунтируются защитными диодами. При положительной полуволне работает один конденсатор, при отрицательной – другой. Высокоомные резисторы служат для разрядки батареи после снятия с нее напряжения и для выравнивания потенциалов. Такая схема подойдет, например, для сверлильного станка. Вот она в собранном виде.

Для токарного станка надо существенно большую емкость. При последовательном включении двух конденсаторов суммарная емкость равна половине от емкости одного конденсатора. Поэтому чтобы добрать до необходимой емкости включим параллельно две такие цепочки. Если во второй цепочке конденсаторы развернуть в обратную сторону, то в качестве защитных диодов можно использовать готовый диодный мост. Примерная схема.

Очень важное замечание для тех, кто захочет использовать такую схему: данная схема предназначена только для кратковременной работы, только в качестве пусковой емкости. Длительно батарея из электролитических конденсаторов работать не может, эти конденсаторы также не терпят большую реактивную мощность, разогреваются и вспухают.

Подбирая оптимальную пусковую и рабочую емкости заметил интересную особенность – амперметр электромагнитного типа показывает разный потребляемый двигателем ток в зависимости от величины подключенной емкости. При этом двигатель работает с одной и той же постоянной нагрузкой. Очевидно, амперметр показывает не только активную состаляющую тока потребления, но и реактивную тоже. А реактивная составляющая, судя по всему, приличная. Это и индуктивности двигателя, индуктивности электромагнитных пускателей, индуктивность повышающего автотрансформатора.

Для исследования этого вопроса и измерения величины активной и реактивной мощности на алиэкспресс был приобретен прибор китайского производства. Примерно такой как на фото.

Прибор измеряет и индицирует напряжение в сети, ток через нагрузку, высчитывает активную, реактивную мощности и косинус φ. Заявляется точность измерения в 1% и собственное энергопотребление <0,2 Вт. Прибор можно заказать в двух вариантах: на диапазон питающих напряжений 80-300 В и 200-400 В. Это как раз то что нужно. При получении прибора, первое что меня огорчило, это то, что мне вместо заказанного прибора на диапазон 200-400 В прислали на 80-300. После того как я полез внутрь прибора с целью посмотреть, как его можно переделать на 380 В там меня ожидало второе огорчение: питание самого прибора осуществлялось простейшим способом с помощью гасящего конденсатора, резистора и стабилитрона. При токе потребления 65-70 мА это означало потребляемую мощность 20 Вт при напряжении сети 300 В. Что, естественно, неприемлемо. Кроме этого, использование емкостного балласта вносило погрешности в показания самого прибора, хоть и относительно небольшие. Например, при подключении лампочки накаливания 60 Вт (самая что ни на есть активная нагрузка) прибор показывал косинус φ около 0,909. Третье и самое большое огорчение от изделия наших китайских товарищей я испытал, прочитав отзывы. В одном из отзывов другой покупатель сообщал что в этом изделии перепутаны местами 1 и 2 разряды нижнего индикатора. Именно поэтому этот прибор и показывал столь большой косинус φ для чисто активной нагрузки. На самом деле это число должно выглядеть 0,990. Также он неправильно отображал и мощность. Мощность в 20 Вт он отображал, соответственно, как 02 Вт.

Чтобы прибором можно было хоть как то пользоваться, пришлось его доработать напильником. Во-первых, порезать на плате проводники, кинуть перемычки и поменять местами разряды 1 и 2 нижнего индикатора для правильного отображения информации. Общие катоды (или аноды) индикатора ищутся прозвонкой. Во вторых, я выкинул все цепи питания из гасящего конденсатора вплоть до внутреннего стабилизатора 3,6 В. Вместо гасящей цепочки я применил импульсный источник питания 5 В от ставшего давно ненужным зарядного устройства сотового телефона. При возможности выбора из нескольких таких источников питания следует отдавать предпочтение фирменным, которые выполнены на специализированной микросхеме ШИМ, и имеющие все необходимые элементы фильтрации помех, а не ноунейм, сделанные тяп-ляп на одном транзисторе. Также необходимо заменить фильтрующие емкости на «горячей» стороне на более высоковольтные, минимум на 450 В. К мощности такого источника питания особых требований нет, поскольку потребляемый прибором ток не превышает 100 мА, с такой нагрузкой справится абсолютно любой зарядник. Несмотря на то, что свободного места внутри прибора хватает на то чтобы установить какой-нибудь особо малогабаритный источник питания внутри корпуса, я все же установил его снаружи. Во-первых, из-за того что фильтрующие емкости на 450 В оказались несколько большего «роста», чем те что были. А во вторых, чтобы разместить этот источник помех подальше от измерительной катушки, выполненной на ферритовом кольце. Доработанный приборчик стабильно работает в диапазоне 80-270 В, потребляет при этом существенно меньше энергии и не дает погрешности при измерении косинуса φ. При подключении лампочки накаливания 60 Вт показания прибора (косинус φ) теперь 0,999, то есть такие, какие и должны быть.

А теперь немного осветим вопрос для чего же это все надо. Потому как почти все бытовые однофазные счетчики (все дисковые – на 100%) считают только активную энергию. То есть, платить за реактивку обычным мелким потребителям вряд ли придется. Энергосбыт заставляет учитывать реактивку и ставить счетчики полной энергии только крупных потребителей. Но есть пара нюансов, которые следует учитывать также и мелким потребителям. Большая реактивная мощность, гуляющая по проводам, во-первых, приводит к нагреву этих самых проводов, а это уже вполне себе такая активная мощность, прекрасно учитываемая счетчиком и отражающаяся потом в квитанции на оплату. Если протяженность этих проводов велика, то и потери в них могут оказаться существенными. Во вторых, для запаса на реактивную мощность необходимо закладывать провода бОльшего сечения, которые стоят больших денег. Если же на проводах сэкономили и проложили ровно такие, какова активная мощность потребителя, без запаса по току, то дополнительная реактивная мощность может привести к их нагреву выше безопасного уровня и, также, к большим потерям активной энергии в них. Если, например, некий потребитель потребляет активную мощность в 1 кВт, но его косинус φ всего, к примеру, 0,33, то полная мощность, гуляющая по проводам в 3 раза больше! Иными словами, провода для такого потребителя должны быть рассчитаны как на 3 кВт. И потери в проводах будут как от 3 кВт. Соответственно, и коммутирующее оборудование должно быть также рассчитано на мощность 3 кВт.

В моем же случае провода и коммутирующее оборудование в гаражном кооперативе уже давно проложены. Причем, в стародавние времена и с расчетом на пару-тройку лампочек Ильича и не более того, и менять их никто уже не будет. Поэтому мне бы не хотелось чтобы где то там в общем щитке отгорали провода, происходили другие неприятные вещи и выслушивать потом всякие замечания от местного электрика и соседей по гаражу.

Попробуем улучшить косинус φ на примере с имеющимся небольшим станочным парком. Основные потребители в нем – сверлильный станок, токарный станок и заточной станок. Все три станка запитаны через автотрансформатор, описанный выше, и преобразующий однофазное напряжение 220 В в однофазное же 380 В. Сначала необходимо исследовать ситуацию, измерить этот косинус φ, оценить, насколько все хорошо или же плохо. Может, овчинка выделки и не стоит?

Подключим измеритель в щиток, сразу после счетчика и главного автомата. Таким образом, прибор будет измерять параметры сети на самом входе кабеля в гараж. Включение в сеть ламп накаливания или паяльника никак не ухудшает косинус φ. Прибор индицирует 0,999. Включение всех светодиодных и компактных люминисцентных ламп освещения ухудшает косинус φ, но незначительно, примерно до величины 0,76.

И действительно, в них, в большинстве своем, стоит импульсный преобразователь с выпрямителем и емкостным фильтром на входе. Лампочки создают реактивность именно емкостного характера, потому как включение в сеть радиоприемника с трансформаторным блоком питания улучшает показания косинуса φ.

Выключив лампочки и включив вводной автомат автотрансформатора (ненагруженного), мы видим что косинус φ резко падает до значения 0,5.

Отсюда вывод – индуктивность трансформатора подлежит обязательной компенсации. При включении заточного станка косинус φ падает до неприемлемо низкого уровня — 0,3 – тоже необходимо скомпенсировать.

Но зато при включении сверлильного станка косинус φ несколько повышается – это работает рабочая емкость схемы пуска двигателя, которая, вероятно, выбрана несколько большей чем требуется. При включении токарного станка косинус φ остается вполне приемлимого уровня – 0,95, значит в нем тоже рабочая емкость выбрана достаточной величины.

Для подбора компенсирующей емкости соберем батарею из нескольких конденсаторов, каждый из которых можно отдельно включать и выключать тумблерами.

Емкости в батарее выберем 4, 6, 20, 40, 64 мкФ, то есть близкие к степеням двойки. Таким образом, включая разные комбинации тумблеров можно выбрать любую емкость из диапазона 4 -134 мкФ с примерным шагом в 4 мкФ. По ощущениям, такой величины емкости должно хватить для компенсации имеющейся реактивности. Ясно, что идеально скомпенсировать косинус φ до 1 не получится, для этого нужно очень точно подобрать нужную емкость, но это и не требуется. Зададим себе цель обеспечить косинус φ не менее 0,95 при включении любого из имеющегося оборудования.

Подбирая различные комбинации конденсаторов выяснилось, что для компенсации индуктивности автотрансформатора необходима емкость около 5 мкФ, но таковой у меня в наборе не оказалось, поэтому я установил туда 4 мкФ. Для компенсации индуктивности заточного станка нужно 24 мкФ. Также была подобрана более оптимальная емкость для токарного станка — 40 мкФ, с этой емкостью потребляемый ток упал с 9 до 7 А. До кучи я еще подобрал емкость для сварочного трансформатора, хотя для его режима работы это вряд ли как то улучшит ситуацию, но хоть будет меньше гнать реактивку во время простоя. Сверлильный станок я не трогал, там все норм. Лучше, на мой взгляд, для небольших электрохозяйств добавлять компенсирующую емкость непосредственно в тот прибор, который и создает реактивность. А не делать общий компенсатор, как это делается на больших производствах. Чтобы при включении и отключении потребителей не приходилось по новой подбирать компенсирующую емкость. Конечно, этот процесс можно легко автоматизировать, написав простейшую программу для микроконтроллера, если как-то считать информацию с измерителя. Но один раз подобрать и воткнуть нужную емкость намного проще и надежнее (предполагаю, что за такой простой подход, без процессоров и нанотехнологичных решений, некоторые на этом сайте меня заругают).

Кстати, если нет возможности приобрести упомянутый мной измеритель косинуса φ или аналогичный прибор, можно воспользоваться любым подходящим щитовым амперметром электромагнитного типа. Этот прибор показывает полный потребляемый ток (активный и реактивный) и при подборе компенсирующей емкости следует ориентироваться на минимальные показания прибора.

В общем, такими нехитрыми и относительно простыми способами мне удалось запустить трехфазные двигатели, обеспечить неплохой коэффициент мощности и, вероятно, некоторую экономию электроэнергии. В статье не описано ничего принципиально нового или инновационного, но, думаю, информация будет полезна тем, кто в данный момент решает похожую задачу. Замечания и предложения прошу писать в комментариях.

Схемы подключения

Варианты подключения двигателя через конденсатор:

• схема подключения однофазного двигателя с использованием пускового конденсатора;
• подключение электродвигателя с использованием конденсатора в рабочем режиме;
• подключение однофазного электродвигателя с пусковым и рабочим конденсаторами.

Все эти схемы успешно применяются при эксплуатации асинхронных однофазных двигателей. В каждом случае есть свои достоинства и недостатки, рассмотрим каждый вариант более подробно.

Схема с пусковым конденсатором

Идея заключается в том, что конденсатор включается в цепь только при пуске, используется пусковая кнопка, которая размыкает контакты после раскрутки ротора, по инерции он начинает вращаться. Магнитное поле основной обмотки поддерживает вращение длительное время. В качестве кратковременного переключателя ставят кнопки с группой контактов или реле.

Поскольку схема кратковременного подключения однофазного двигателя через конденсатор предусматривает кнопку на пружине, которая при отпускании размыкает контакты, это дает возможность экономить, провода пусковой обмотки делают тоньше. Чтобы исключить межвитковое короткое замыкание, используют термореле, которое при достижении критической температуры отключает дополнительную обмотку. В некоторых конструкциях ставят центробежный выключатель, который при достижении определенной скорости вращения размыкает контакты.

Схемы и конструкции регулировки скорости вращения и предотвращения перегрузок электродвигателя на автомате могут быть различны. Иногда центробежный выключатель устанавливается на валу ротора или на других элементах, вращающихся от него с прямым соединением, или через редуктор.

Под действием центробежных сил груз оттягивает пружины с контактной пластиной, при достижении установленной скорости вращения замыкает контакты, переключатель реле обесточивает двигатель или подает сигнал на другой механизм управления.

Бывают варианты, когда тепловое реле и центробежный выключатель устанавливаются в одной конструкции. В этом случае тепловое реле отключает двигатель при воздействии критической температуры или усилиями раздвигающегося груза центробежного выключателя.

В связи с особенностями характеристик асинхронного двигателя конденсатор в цепи дополнительной катушки искажает линии магнитного поля, от круглой формы до эллиптической, в результате этого потери мощности увеличиваются, снижается КПД. Пусковые характеристики остаются хорошие.

Схема с рабочим конденсатором

Отличие этой схемы в том, что конденсатор после пуска не отключается, и вторичная обмотка на протяжении всей работы импульсами своего магнитного поля раскручивает ротор. Мощность электродвигателя в этом случае значительно увеличивается, форму электромагнитного поля можно попытаться приблизить от эллиптической формы к круглой подбором емкости конденсатора. Но в этом случае момент пуска более продолжительный по времени, и пусковые токи больше. Сложность схемы заключается в том, что емкость конденсатора для выравнивания магнитного поля подбирается с учетом токовых нагрузок. Если они будут меняться, то и все параметры будут не постоянными, для стабильности формы линий магнитного поля можно установить несколько конденсаторов с различными емкостями. Если при изменении нагрузки включать соответствующую емкость, это улучшит рабочие характеристики, но существенно усложняет схему и процесс эксплуатации.

Комбинированная схема с двумя конденсаторами

Оптимальным вариантом для усреднения рабочих характеристик является схема с двумя конденсаторами — пусковым и рабочим.

Переподключение с 380 вольт на 220

Очень важно понимать, как подключается трехфазный электродвигатель к сети 220в. Чтобы трехфазный двигатель подключить к 220в, заметим, что у него есть шесть выводов, что соответствует трем обмоткам. При помощи тестера провода прозванивают, чтобы найти катушки. Их концы соединяем по два – получается соединение «треугольник» (и три конца).

Для начала, два конца сетевого провода (220 в) подключаем к любым двум концам нашего «треугольника». Оставшийся конец (оставшаяся пара скрученных проводов катушки) подсоединяется к концу конденсатора, а оставшийся провод конденсатора также соединяется с одним из концов сетевого провода и катушек.

От того, выберем мы один или другой, будет зависеть в какую сторону начнет вращаться двигатель. Проделав все указанные действия, запускаем двигатель, подав на него 220 в.

Электромотор должен заработать. Если этого не произошло, или он не вышел на требуемую мощность, необходимо вернуться на первый этап, чтобы поменять местами провода, т.е. переподключить обмотки.

Если при включении, мотор гудит, но не крутиться, требуется дополнительно установить (через кнопку) конденсатор. Он будет в момент пуска давать двигателю толчок, заставляя крутиться.

Видео:

Видео: Как подключить электродвигатель с 380 на 220

Прозванивание, т.е. измерение сопротивления, проводится тестером. Если такой отсутствует, воспользоваться можно батарейкой и обычной лампой для фонарика: в цепь, последовательно с лампой, подсоединяют определяемые провода. Если концы одной обмотки найдены – лампа загорается.

Труднее гораздо найти определить начало и концы обмоток. Без вольтметра со стрелкой не обойтись.

Подсоединить потребуется к обмотке батарейку, а к другой — вольтметр.

Разрывая контакт провода с батарейкой, наблюдают, отклоняется ли стрелка и в какую сторону. Те же действия проводят с оставшимися обмотками, изменяя, если нужно, полярность. Добиваются чтобы отклонялась стрелка в ту же сторону, что при первом измерении.

Как определиться с типом двигателя

Если двигатель новый, то особых проблем не будет, поскольку на его табличке указан тип двигателя и другие данные. Если двигатель подвергался ремонту, то определение его типа связано с некоторыми трудностями: табличку могли просто потерять или повредить ее механически. Поэтому в таких случаях лучше знать, как самостоятельно определить тип двигателя.

Коллекторные двигатели

Коллекторный двигатель

Определить, двигатель коллекторный или асинхронный, совсем несложно, поскольку они имеют разное строение. Характерное отличие коллекторного двигателя – это наличие щеток, которые находятся неподвижно, а также коллектора, который вращается и представляет набор медных пластин. К этим пластинам прижимаются щетки, передающие электрический ток на обмотку якоря двигателя.

Достоинство таких двигателей заключается в том, что они быстро разгоняются и позволяют получить большие обороты. К тому же, поменяв полярность, допустимо сменить направление вращения устройства. Не менее важным можно считать тот фактор, что можно легко организовать контроль частоты вращения двигателя, с его регулировкой в широких пределах.

К существенному минусу коллекторных двигателей следует отнести их повышенную шумность в работе, особенно на повышенных оборотах. Что касается небольших оборотов, то работу этих двигателей можно считать вполне приемлемой. Следует учитывать также тот факт, что трение щеток и коллектора приводят к тому, что изнашиваются, как щетки, так и коллектор. В результате приходится менять щетки или протачивать коллектор. Если не осуществлять постоянного контроля за состоянием щеток и коллектора, то имеется высокая вероятность того, что устройство придется ремонтировать.

Проверка сопротивления изоляции обмоток статора

Если двигатель при хранении находился в неотапливаемом помещении, то он контактировал с влажным воздухом, отсырел. Его изоляция нарушилась, способна создавать токи утечек. Поэтому ее качество надо оценивать электрическими измерениями.

Тестер в режиме омметра не всегда способен выявить такое нарушение. Он покажет только явный брак: слишком маленькая мощность его источника тока не обеспечивает точный результат замера. Для проверки состояния изоляции необходимо пользоваться мегаомметром — специальным прибором с мощным источником питания, обеспечивающим приложение к измерительной цепи повышенного напряжения 500 или 1000 вольт.

Оценка состояния изоляции должна проводиться до подачи рабочего напряжения на обмотки. Если выявлены токи утечек, то можно попытаться просушить двигатель в теплой, хорошо проветриваемой среде. Часто этот прием позволяет восстановить работоспособность электрической схемы, собранной внутри сердечника статора.

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.