Самыми распространенными приводами различных электрических машин в мире являются асинхронные двигатели. Они были изобретены еще в XIX веке и очень быстро, в силу простоты своей конструкции, надежности и долговечности, используются широко и в промышленности, и в быту.
Однако далеко не все потребители электрической энергии обеспечены трехфазным электроснабжением, что затрудняет применение надежных помощников человека – трехфазных электродвигателей. Но выход, достаточно просто реализуемый на практике, все же есть. Нужно только сделать подключение двигателя, используя специальную схему.
Но вначале стоит немного узнать о принципах работы и о их подключении.
На статоре асинхронного двигателя помещаются три обмотки, которые обозначаются буквами C1, C2— C6. Первой обмотке принадлежат выводы C1 и C4, второй С2 и C5, а третьей C3 и C6, причем C1— С6 – это начала обмоток, а C4— C6 – их конец. В современных двигателях принята несколько иная система маркировки, обозначающая обмотки буквами U, V, W, а их начало и конец обозначают цифрами 1 и 2. Например, началу первой и обмотки C1 соответствует U1, концу третей C6 соответствует W2 и так далее.
Все выводы обмоток смонтированы в специальной клеммной коробке, которая есть у любого асинхронного двигателя. На табличке, которая должна быть на каждом двигателе обозначены его мощность, рабочее напряжение (380/220 В или 220/127 В), а также возможность Подключения по двум схемам: «звездой» или «треугольником».
Стоит учитывать, что мощность асинхронной машины при подключении в однофазную сеть всегда будет на 50-75% меньше, чем при трехфазном подключении.
Если просто подключить трехфазный двигатель к сети 220 вольт просто соединив обмотки с питающей сетью, то ротор не будет двигаться по той простой причине, что отсутствует вращающееся магнитное поле. Для того, чтобы его создать необходимо сдвинуть фазы на обмотках при помощи специальной схемы.
Из курса электротехники известно, что конденсатор, включенный в электрическую цепь переменного тока, будет сдвигать фазу напряжения. Это происходит из-за того, что во время его заряда происходит постепенное возрастание напряжения, время которого определяется емкостью конденсатора и величиной протекающего тока.
Получается, что разность потенциалов на выводах конденсатора будет всегда опаздывать по отношению к питающей сети. Этим эффектом и пользуются для подключения трехфазных двигателей в однофазную сеть.
На рисунке представлена схема подключения однофазного двигателя при разных способах. Очевидно, что напряжение между точками A и C , также B и C будет расти с запаздыванием, что создаст эффект вращающегося магнитного поля. Номинал конденсатора в соединениях типа «треугольник рассчитывается по формуле: C=4800*I/U, где I – это рабочий ток, а U– напряжение. Емкость в этой формуле вычисляется в микрофарадах.
В соединениях по способу «звезда», которое наименее предпочтительно нужно использовать в однофазных сетях из-за меньшей отдаваемой мощности, применяют другую формулу C=2800*I/U. Очевидно, что конденсаторы требуют меньших номиналов, что объясняется меньшими пусковыми и рабочими токами.
Представленная выше схема подходит только для тех трехфазных электродвигателей, чья мощность не превышает 1,5 кВт. При большей мощности потребуется применение другой схемы, которая помимо рабочих характеристик гарантированно обеспечит пуск двигателя и его выход в рабочий режим. Такая схема представлена на следующем рисунке, где дополнительно присутствует возможность реверса двигателя.
Конденсатор Сp обеспечивает работу двигателя в штатном режиме, а Cп – нужен при пуске и разгоне двигателя, который делается в течение нескольких секунд. Резистор R разряжает конденсатор после запуска и размыкания кнопочного выключателя Кн , а переключатель SA служит для реверса.
Емкость пускового конденсатора обычно применяется в два раза большей, чем емкость рабочего конденсатора. Для того чтобы набрать нужную емкость, используют собранные батареи из конденсаторов. Известно, что параллельное соединение конденсаторов суммирует их емкость, а последовательное – обратно пропорционально.
При выборе номиналов конденсаторов руководствуются тем, что их рабочее напряжение должно быть больше напряжения в сети минимум на одну ступень, а это обеспечит их надежную работу при пуске.
Современная элементная база позволяет использовать конденсаторы высокой емкости при небольших габаритах, что значительно упрощает подключение трехфазных двигателей в однофазную сеть 220 вольт.
Для работы разнообразных электрических устройств используются асинхронные двигатели, которые просты и надежны в работе и монтаже – их легко можно установить своими руками. Подключение трехфазного двигателя к однофазной и трехфазной сети осуществляется звездой и треугольником.
Асинхронный трехфазный двигатель состоит из следующих основных частей: обмоток, подвижного ротора и неподвижного статора. Обмотки могут быть соединены межу собой, а к их открытым контактам подключается основное питание сети или последовательно, т. е. конец одной обмотки соединен с началом следующей.
Фото – схема звезда наглядноПодключение может осуществляться к однофазной, двухфазной и трехфазной сети, при этом двигатели в основном рассчитаны на два напряжения – 220/380 В. Переключение типа соединения обмоток позволяет менять номинальное напряжение. Несмотря на то, что в принципе подключение двигателя возможно и к однофазной сети, оно редко используется, т. к. конденсатор снижает эффективность устройства. И от номинальной мощности потребитель получает приблизительно 60 %. Но если иного варианта нет, то нужно подключать схемой “треугольник”, тогда перегрузка мотора будет меньшей, чем при звезде.
Перед подсоединением обмоток в однофазной сети нужно обязательно проверить емкость конденсатора, который будет использоваться. Для этого нужна формула:
C мкф = P Вт /10
Если исходные параметры конденсатора неизвестны, то рекомендуется использовать пусковую модель, которая может «подстроиться» под работу двигателя и контролировать его обороты. Также часто для работы устройства с короткозамкнутым ротором используют реле тока или стандартный магнитный пускатель. Эта деталь схемы позволяет обеспечить полную автоматизацию рабочего процесса. Причем для бытовых моделей (с мощностью от 500 в до 1 кВт) можно использовать пускатель от стиралки или холодильника, в дальнейшем увеличивая емкость конденсатора или изменяя обмотку реле.
Видео: как подключать трехфазный двигатель в 220В
При однофазной сети необходимо сдвигать фазу при помощи специальных деталей, чаще всего это конденсатор. Но в некоторых условиях его заменят тиристор. Если установить тиристорный ключ в корпус электродвигателя, то при закрытом положении он не только сдвигает фазы, но и значительно увеличивает пусковой момент. Это способствует повышению КПД до 70 %, что является прекрасным показателем для такого подсоединения. Используя только эту деталь можно отказаться от применения вентилятора и основных типов конденсаторов – пускового и рабочего.
Но и это подключение не является идеальным. При работе ЭД с тиристором потребляется на 30 % больше электрического тока, чем с конденсаторами. Поэтому такой вариант применяется только на производстве или при отсутствии выбора.
Рассмотрим, как производится подключение трехфазного асинхронного двигателя к трехфазной сети, если используется схема треугольник.
Фото – простой треугольник
На чертеже указаны два конденсатора – пусковой и рабочий, кнопка пуска, диод, сигнализирующий о начале работы и резисторная система торможения и полной остановки. Также в данном случае применяется переключатель, который имеет три позиции: «удержание», «старт», «стоп». При установке рукоятки в первом положении к контактам начинает поступать электрический ток. Здесь важно сразу же после того, как двигатель заведется перейти в режим «старт», иначе обмотки могут загореться из-за перегрузки. Во время окончания рабочего процесса рукоятка фиксируется в точке «стоп».
Фото – подключение при помощи конденсаторов электролитов
Иногда при подключении в фазу удобнее останавливать трехфазный двигатель за счет энергии, которая запасена в конденсаторе. Иногда вместо них используются электролиты, но это более сложный вариант установки устройства. В этом случае очень важны параметры конденсатора, в частности, его емкость – от неё зависит торможение и время полной остановки движущихся частей. Также в этой схеме используются выпрямляющие диоды и резисторы. Они помогут при необходимости ускорить остановку двигателя. Но их технические характеристики должны иметь следующий вид:
Имея под рукой схему с остановки мотора, при помощи конденсатора можно осуществить подключение с реверсом. Главным отличием от предыдущего чертежа является модернизация трехфазного двухскоростного двигателя за счет двойного переключателя и магнитного пускового реле. Переключатель также как и в предыдущих вариантах имеет несколько основных позиций, но фиксируется только на «старт» и «стоп» – это очень важно.
Фото – реверс при помощи пускателя
Реверсивное подключение двигателя возможно также через магнитный пускатель. В таком случае нужно изменить порядок очередности фаз статора, тогда можно будет обеспечить перемену направления вращения. Чтобы это сделать, нужно сразу после нажатия на кнопку пускателя «Вперед», нажать кнопку «Назад». После этого блокировочный контакт отключит катушку переднего хода и переведет питание на задний – направление вращения изменится. Но нужно быть внимательным при подключении пускателя – если перепутать местами контакты, то при переходе произойдет не реверсирование, а короткое замыкание.
Еще одним необычным способом, как можно подключить трехфазный двигатель, является вариант с использованием четырехполюсного УЗО. Её особенностью является возможность использования без нуля сети.
Необходимость использования трехфазного асинхронного электродвигателя самостоятельно чаще всего возникает, когда устанавливается или проектируется самодельное оборудование. Обычно на дачах или в гараже мастера хотят использовать самодельные наждачные станки, бетономешалки, приборы по заточке и обрезке изделий.
Использование трехфазного асинхронного электродвигателя самостоятельно
Тут и возникает вопрос: как подключить электродвигатель, рассчитанный на 380, к сети в 220 Вольт. Кроме того, важно как подключить электродвигатель в сеть, так и обеспечить необходимый показатель коэффициента полезного действия (КПД), сохранить эффективность и работоспособность агрегата.
На каждом двигателе есть пластина или шильдик, где указаны технические данные и схема скрутки обмоток. Символ Y обозначает соединение звездой, а ∆ – треугольником. Помимо этого, на пластине обозначено напряжение сети, для которого предназначен электродвигатель. Разводка для подсоединения к сети находится на клеммнике, куда выводят провода обмотки.
Для обозначения начала и конца обмотки используют буквы С или U, V, W. Первое обозначение было в практике раньше, а английские буквы стали применять после введения ГОСТа.
Не всегда использовать для работы двигатель, предназначенный для трехфазной сети, представляется возможным. Если на клеммник выведено 3 вывода, а не 6 как обычно, то подключение возможно только с напряжением, которое указано в инженерных характеристиках. В этих агрегатах соединение треугольником или звездой уже сделано внутри самого прибора. Поэтому использовать электродвигатель на 380 Вольт с 3 выводами для однофазной системы невозможно.
Можно частично разобрать двигатель и переделать 3 вывода на 6, но это сделать не так просто.
Существует разные схемы того, как лучше подключать приборы с параметрами в 380 Вольт в однофазную сеть. Чтобы использовать трехфазный электродвигатель в сети 220 Вольт, проще воспользоваться одним из 2 способов подключения: «звезда» или «треугольник». Хотя можно осуществить запуск трехфазного двигателя с 220 без конденсаторов. Рассмотрим все варианты.
На рисунке показано, как выполняется этот тип подключения. В работе электродвигателя следует дополнительно воспользоваться фазосдвигающими конденсаторами, которые ещё называют пусковыми (Спуск.) и рабочими (Сраб.).
Тип подключения «Звезда»
При подключении звездой все три конца обмотки соединяются. Для этого используют специальную перемычку. Питание подается на клеммы с начала обмоток. При этом начало обмотки С1(U1) через параллельно подключенные конденсаторы поступает на начало обмотки С3(U3). Далее этот конец и С2(U2) надо подключить к сети.
В этом виде подключения, как и в первом примере, используются конденсаторы. Для того чтобы подключить по этой схеме скрутки потребуются 3 перемычки. Они будут соединять начало и конец обмотки. Выводы, идущие с начала обмотки С6С1 через такую же параллельную схему, как и в случае с подключением «звезда», соединяются с выводом, идущим от С3С5. Затем полученный конец и вывод С2С4 следует подключить к сети.
Тип подключения «Треугольник»
Если на шильдике указаны показатели 380/220ВВ, то подключение в сеть возможно только по «треугольнику».
Для рабочего конденсатора применяется формула:
Сраб.=2780хI/U, где
U – номинальное напряжение,
I – ток.
Существует и другая формула:
Сраб.= 66хР, где Р – это мощность трехфазного электродвигателя.
Получается, что 7мкФ емкости конденсатора рассчитаны на 100Вт его мощности.
Значение для емкости пускового устройства должно быть на 2,5-3 порядка больше рабочего. Такое расхождение показателей по емкости у конденсаторов требуется, потому что пусковой элемент включается при работе трехфазного двигателя на непродолжительное время. К тому же при включении высшая нагрузка на него значительно больше, оставлять в рабочем положении это устройство на более длительный период не стоит, иначе из-за перекоса тока по фазам через некоторое время электродвигатель начнет перегреваться.
Если вы используете для работы электродвигатель, мощность которого меньше 1кВт, то пусковой элемент не потребуется.
Иногда емкости одного конденсатора для начала работы не хватает, тогда схема подбирается из нескольких разных элементов, соединенных последовательно. Общую емкость при параллельном соединении можно рассчитать по формуле:
Cобщ=C1+C1+…+Сn.
На схеме подобное подключение выглядит следующим образом:
О том, насколько правильно подобраны емкости конденсаторов, можно будет понять только в процессе использования. Из-за этого схема из нескольких элементов более оправдана, ведь при большей емкости двигатель будет перегреваться, а при меньшей – выходная мощность не достигнет нужного уровня. Подбор емкости лучше начать с минимального ее значения и постепенно доводить до оптимального. При этом можно замерить ток с помощью токоизмерительных щипцов, тогда подобрать оптимальный вариант станет проще. Подобный замер делают в рабочем режиме трехфазного электродвигателя.
Для подключения электродвигателя чаще всего используют бумажные конденсаторы (МБГО, КБП или МПГО), но все они обладают небольшими емкостными характеристиками и достаточной громоздкостью. Другой вариант – подобрать электролитические модели, хотя здесь придется дополнительно подключить в сеть диоды и резисторы. К тому же при пробое диода, а это случается довольно часто, через конденсатор начнет поступать переменный ток, что может привести к взрыву.
Кроме емкости, стоит обратить внимание на рабочее напряжение в домашней сети. При этом следует подбирать модели с техническими показателями не меньше 300Вт. Для бумажных конденсаторов подсчет рабочего напряжения для сети немного другой, и рабочее напряжение у данного типа устройств должно быть выше 330-440ВВ.
Посмотрим, как это подключение рассчитывается на примере двигателя со следующими характеристиками на шильдике.
Характеристики двигателя
Итак, возьмем со схемой соединения для сети в 220 Вольт «треугольником» и «звездой» для 380 Вольт.
В данном случае мощность взятого для примера электродвигателя составляет 0,25 kW, что значительно меньше 1 kW, пусковой конденсатор не потребуется, а общая схема будет выглядеть следующим образом.
Для подключения в сеть необходимо найти емкость рабочего конденсатора. Для этого стоит подставить значения в формулу:
Сраб.= 2780 2А/220В=25 мкФ.
Рабочее напряжение устройства выбирается выше показателя в 300 Вольт. Исходя из этих данных, сортируют соответствующие модели. Некоторые варианты можно найти в таблице:
Зависимость емкости и напряжения от типа конденсатора
| Тип конденсатора | Емкость, мкФ | Номинальное напряжение, В |
|---|---|---|
| МБГ0 | 1 2 4 10 20 30 | 400, 500 160, 300, 400, 500 160, 300, 400 160, 300, 400, 500 160, 300, 400, 500 160, 300 |
| МБГ4 | 1; 2; 4; 10; 0,5 | 250, 500 |
| К73-2 | 1; 2; 3; 4; 6; 8; 10 | 400, 630 |
| К75-12 | 1; 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10 | 400 |
| К75-12 | 1; 2; 3; 4; 5; 6; 8 | 630 |
| К75-40 | 4; 5; 6; 8; 10; 40; 60; 80; 100 | 750 |
Трехфазный электродвигатель, предназначенный для 380 Вольт, используют для однофазного напряжения, применяя тиристорный ключ. Для того чтобы запустить агрегат в таком режиме, потребуется вот эта схема:
Схема трехфазного электродвигателя для однофазного напряжения
В работе использованы:
Все элементы рассчитаны на напряжение 300 Вольт и ток 10А.
Собирается тиристорный ключ, как и другие микросхемы, на плате.
Сделать такое устройство под силу всем, кто имеет начальные познания в создании микросхем. При мощности электродвигателя меньше 0,6-0,7kW при подключении в сеть нагрева тиристорного ключа не наблюдается, поэтому дополнительное охлаждение не потребуется.
Подобное подключение может показаться слишком сложным, но все зависит от того, какие у вас есть элементы, чтобы переделать двигатель из 380Вт в однофазный. Как видно, использовать трехфазный двигатель для 380 через однофазную сеть не так сложно, как это кажется на первый взгляд.
Видео рассказывает о безопасном подключении наждака к сети 220 В и делится советами, что для этого нужно.
Некоторые мастера самостоятельно собирают станки по обработке древесины или металла в домашних условиях. Для этого могут использоваться любые доступные двигатели подходящей мощности. В некоторых случаях приходится разбираться с тем, как подключить трехфазный двигатель к однофазной сети. Именно этой теме и посвящена статья. Также будет рассказано о том, как правильно подобрать требуемые конденсаторы.
Чтобы правильно понимать предмет обсуждения, который объясняет подключение двигателя 380 на 220 вольт, необходимо разобраться, в чем лежит принципиальное отличие таких агрегатов. Все трехфазные двигатели являются асинхронными. Это означает, что фазы в нем подключены с некоторым смещением. Конструктивно двигатель состоит из корпуса, в который помещена статическая часть, которая не вращается, ее называют статором. Также есть вращающийся элемент, который называется ротором. Ротор находится внутри статора. На статор подается трехфазное напряжение, каждая фаза по 220 вольт. После этого происходит образование электромагнитного поля. Из-за того, что фазы находятся в угловом смещении, появляется электродвижущая сила. Она и заставляет ротор, который находится в магнитном поле статора вращаться.
Обратите внимание! Напряжение на обмотки трехфазного двигателя подается через тип соединения, которое выполняется в форме звезды или треугольника.
Однофазные асинхронные агрегаты имеют немного иной тип подключения, т. к. питаются от сети 220 вольт. В ней есть только два провода. Один называется фазным, а второй нулевым. Чтобы запуститься, двигателю необходимо иметь только одну обмотку, к которой подключается фаза. Но только одной будет мало для пускового импульса. Поэтому присутствует еще она обмотка, которая задействована во время пуска. Чтобы она выполнила свою роль, она может быть подключена через конденсатор, что бывает чаще всего, или кратковременно замыкаться.
Обычное подключение трехфазного двигателя к трехфазной сети может стать непростой задачей для тех, кто никогда не сталкивался с ней. В некоторых агрегатах есть только три провода для подключения. Они позволяют сделать это по схеме «звезда». В других приборах есть шесть проводов. В таком случае появляется выбор между треугольником и звездой. Ниже на фото можно видеть реальный пример подключения звездой. В белой обмотке подходит питающий кабель, и он подключается только к трем выводам. Дальше установлены специальные перемычки, которые обеспечивают правильное питание обмоток.
Чтобы было понятнее, как это реализовать самостоятельно, ниже будет приведена схема такого подключения. Подключение треугольником несколько проще, т. к. три дополнительные клеммы отсутствуют. Но это говорит лишь о том, что механизм перемычек реализован уже в самом двигателе. При этом нет возможности повлиять на способ соединения обмоток, а значит необходимо будет соблюсти нюансы при подключении такого двигателя в однофазную сеть.
Трехфазный агрегат с успехом можно подключить к однофазной сети. Но стоит учитывать, что при схеме, которая называется «звезда», мощность агрегата не будет превышать половины его номинальной мощности. Чтобы увеличить этот показатель, необходимо обеспечить подключение по типу «треугольник». В таком случае можно будет добиться лишь 30-процентного падения мощности. Бояться при этом не стоит, ведь в сети 220 вольт невозможно возникновение критического напряжения, которое бы повредило обмотки двигателя.
Когда трехфазный двигатель подключен к сети 380, тогда каждая его обмотка запитана от одной фазы. При соединении его к 220 вольтовой сети на две обмотки приходит фазный и нулевой провод, а третья остается незадействованной. Чтобы исправить этот нюанс, необходимо подобрать правильный конденсатор, который в требуемый момент сможет подать на нее напряжение. В идеале в цепи должно быть два конденсатора. Один из них является пусковым, а второй рабочим. Если мощность трехфазного агрегата не превышает 1,5 кВт, и нагрузка на него подается уже после того, как он наберет требуемые обороты, тогда можно использовать только рабочий конденсатор.
Обратите внимание! Без дополнительных конденсаторов или других приспособлений подключить напрямую двигатель на 380 к 220 не получиться.
В этом случае его необходимо его необходимо установить в разрыв между третьим контактом треугольника и нулевым проводом. Если необходимо добиться эффекта, при котором двигатель будет вращаться в обратном направлении, тогда необходимо на один вывод конденсатора подключить не нулевой, а фазный провод. Если двигатель по мощности превосходит, указанную выше, тогда понадобится еще и пусковой конденсатор. Он монтируется параллельно рабочему. Но стоит учитывать, что в провод, который дет между ними, на разрыв должен быть установлен выключатель без фиксации. Такая кнопка позволит задействовать конденсатор только во время пуска. При этом придется после включения двигателя в сеть несколько секунд удерживать эту клавишу для того, чтобы агрегат набрал требуемые обороты. После этого ее необходимо отпустить, чтобы не сжечь обмотки.
Если потребуется реализовать включение такого агрегат реверсивно, тогда монтируется тумблер на три вывода. Средний должен быть постоянно подключен к рабочему конденсатору. Крайние должны быть подключены к фазному и нулевому проводу. В зависимости от того, в какую сторону должно быть вращение, потребуется выставить тумблер либо на ноль, либо на фазу. Ниже схематически изображена схема такого подключения.
Не существует универсальных конденсаторов, которые бы подходили ко всем агрегатам без разбора. Их характеристикой служит емкость, которую они способны держать. Поэтому каждый придется подбирать индивидуально. Основным требованием для него будет работа при напряжении сети в 220 вольт, чаще они рассчитаны на 300 вольт. Чтобы определиться, какой именно элемент потребуется, необходимо воспользоваться формулой. Если соединение осуществляется звездой, тогда необходимо силу тока разделить на напряжение в 220 вольт и умножить на 2800. Показателем силы тока берется цифра, которая указана в характеристиках двигателя. Для подключения треугольником формула остается такой же, но последний коэффициент изменяется на 4800.
Например, если на агрегате написано, что номинальный ток, который может протекать по его обмоткам составляет 6 ампер, тогда емкость рабочего конденсатора будет 76 мкФ. Это при подключении звездой, для подключения треугольником результат будет 130 мкФ. Но выше говорилось, что если агрегат испытывает нагрузку при старте или имеет мощность больше 1,5 кВт, тогда понадобится еще один конденсатор - пусковой. Его емкость обычно в 2 или в 3 раза больше рабочего. То есть для соединения звездой понадобится второй конденсатор с емкостью 150-175 мкФ. Подбирать его придется опытным путем. В продаже может не быть конденсаторов требуемой емкости, тогда можно собрать блок для получения требуемой цифры. Для этого доступные конденсаторы соединяются параллельно, чтобы их емкость сложилась.
Обратите внимание! Есть некоторое ограничение по мощности трехфазных агрегатов, которые можно запитать от однофазной сети. Оно составляет 3 кВт. При превышении этого значения может выйти из строя проводка.
Почему пусковые конденсаторы лучше подбирать опытным путем начиная с наименьшего? Дело в том, что при недостаточном его значении будет подаваться ток большего значения, что может вывести из строя обмотки. Если его значение будет больше требуемого, тогда агрегату будет недостаточно импульса для запуска. Более наглядно представить себе подключение можно с помощью видео.
Во время работы с электрическим током соблюдайте технику безопасности. Не запускайте ничего, если до конца неуверены в правильности выполненного подключения. Обязательно посоветуйтесь с опытным электриком, который подскажет, сможет ли проводка выдержать требуемую нагрузку от агрегата.
Бывают в жизни ситуации, когда нужно включить какое-то промышленное оборудование в обычную домашнюю сеть электропитания. Тут же возникает проблема с числом проводов. У машин, предназначенных для эксплуатации на предприятиях, выводов, как правило, три, а бывает и четыре. Что с ними делать, куда их подключать? Те, кто пытался испробовать различные варианты, убедились, что моторы просто так крутиться не хотят. Возможно ли вообще однофазное подключение трехфазного двигателя? Да, добиться вращения можно. К сожалению, в этом случае неизбежно падение мощности почти вдвое, но в некоторых ситуациях это - единственный выход.
Для того чтобы понять, как подключить трехфазный двигатель к обычной розетке, следует разобраться, как соотносятся напряжения в промышленной сети. Общеизвестны величины напряжений - 220 и 380 Вольт. Раньше еще было 127 В, но в пятидесятые годы от этого параметра отказались в пользу более высокого. Откуда взялись эти «волшебные цифры»? Почему не 100, или 200, или 300? Вроде бы круглые цифры считать легче.
Большая часть промышленного электрооборудования рассчитана на подключение к трехфазной сети Напряжение каждой из фаз по отношению к нейтральному проводу составляет 220 Вольт, совсем как в домашней розетке. Откуда же берутся 380 В? Это очень просто, достаточно рассмотреть равнобедренный треугольник с углами в 60, 30 и 30 градусов, который представляет собой векторная диаграмма напряжений. Длина самой длинной стороны будет равна длине бедра, умноженной на cos 30°. После нехитрых подсчетов можно убедиться, что 220 х cos 30°= 380.
Не все типы промышленных двигателей могут работать от одной фазы. Самые распространенные из них - «рабочие лошадки», составляющие большинство электромашин на любом предприятии - асинхронные машины мощностью в 1 - 1,5 кВА. Как работает такой трехфазный двигатель в трехфазной сети, для которой он предназначен?
Изобретателем этого революционного устройства стал русский ученый Михаил Осипович Доливо-Добровольский. Этот выдающийся электротехник был сторонником теории трехфазной питающей сети, которая в наше время стала главенствующей. трехфазный работает по принципу индукции токов от обмоток статора на замкнутые проводники ротора. В результате их протекания по короткозамкнутым обмоткам в каждой из них возникает магнитное поле, вступающее во взаимодействие с силовыми линиями статора. Так получается вращающий момент, приводящий к круговому движению оси двигателя.
Обмотки расположены под углом 120°, таким образом, вращающееся поле, создаваемое каждой из фаз, последовательно толкает каждую намагничиваемую сторону ротора.
Трехфазный двигатель в трехфазной сети может включаться двумя способами - с участием нейтрального провода или без него. Первый способ называется «звезда», в этом случае каждая из обмоток находится под (между фазой и нулем), равным в наших условиях 220 В. Схема подключения трехфазного двигателя «треугольником» предполагает последовательное соединение трех обмоток и подачу линейного (380 В) напряжения на узлы коммутации. Во втором случае двигатель будет выдавать большую примерно в полтора раза мощность.
Управление трехфазным двигателем может предполагать необходимость изменения направления вращения на противоположное, то есть реверс. Чтобы этого добиться, нужно просто поменять местами два провода из трех.
Для удобства изменения схемы в клеммной коробке двигателя предусмотрены перемычки, выполненные, как правило, из меди. Для включения «звездой» нежно соединить три выходных провода обмоток вместе. «Треугольник» получается немного сложнее, но и с ним справится любой электрик средней квалификации.
Итак, порой возникает вопрос о том, как подключить трехфазный двигатель в обычную домашнюю розетку. Если просто попробовать подсоединить к вилке два провода, он вращаться не станет. Для того чтобы дело пошло, нужно сымитировать фазу, сдвинув подаваемое напряжение на какой-то угол (желательно 120°). Добиться этого эффекта можно, если применить фазосдвигающий элемент. Теоретически это может быть и индуктивность, и даже сопротивление, но чаще всего трехфазный двигатель в однофазной сети включается с использованием электрических обозначаемых на схемах латинской буквой С.
Что касается применений дросселей, то оно затруднено по причине сложности определения их значения (если оно не указано на корпусе прибора). Для замера величины L требуется специальный прибор или собранная для этого схема. К тому же выбор доступных дросселей, как правило, ограничен. Впрочем, экспериментально любой фазосдвигающий элемент подобрать можно, но это дело хлопотное.
Что происходит при включении двигателя? На одну из точек соединения подается ноль, на другую - фаза, а на третью - некое напряжение, сдвинутое на некоторый угол относительно фазы. Понятно и неспециалисту, что работа двигателя не будет полноценной в отношении механической мощности на валу, но в некоторых случаях достаточно самого факта вращения. Однако уже при запуске могут возникать некоторые проблемы, например, отсутствие начального момента, способного сдвинуть ротор с места. Что делать в этом случае?
В момент пуска валу требуются дополнительные усилия для преодоления сил инерции и трения покоя. Чтобы увеличить момент вращения, следует установить дополнительный конденсатор, подключаемый к схеме только в момент старта, а затем отключающийся. Для этих целей лучшим вариантом является применение замыкающей кнопки без фиксации положения. Схема подключения трехфазного двигателя со стартовым конденсатором приведена ниже, она проста и понятна. В момент подачи напряжения следует нажать на кнопку «Пуск», и создаст дополнительной сдвиг фазы. После того как двигатель раскрутится до нужных оборотов, кнопку можно (и даже нужно) отпустить, и в схеме останется только рабочая емкость.
Итак, мы выяснили, что для того, чтобы включить трехфазный двигатель в однофазной сети, требуется дополнительная схема подключения, в которую, помимо пусковой кнопки, входят два конденсатора. Их величину нужно знать, иначе работать система не будет. Для начала определим величину электрической емкости, необходимую для того, чтобы заставить ротор тронуться с места. При параллельном включении она представляет собой сумму:
С = С ст + Ср, где:
С ст - стартовая дополнительная отключаемая после разбега емкость;
С р - рабочий конденсатор, обеспечивающий вращение.
Еще нам потребуется величина номинального тока I н (она указана на табличке, прикрепленной к двигателю на заводе-изготовителе). Этот параметр также можно определить с помощью нехитрой формулы:
I н = P / (3 х U), где:
U - напряжение, при подключении «звездой» - 220 В, а если «треугольник», то 380 В;
P - мощность трехфазного двигателя, ее иногда в случае утери таблички определяют на глаз.
Итак, зависимости требуемой рабочей мощности вычисляются по формулам:
С р = Ср = 2800 I н / U - для «звезды»;
С р = 4800 I н / U - для «треугольника»;
Пусковой конденсатор должен быть больше рабочего в 2-3 раза. Единица измерения - микрофарады.
Есть и совсем уж простой способ вычисления емкости: C = P /10, но эта формула скорее дает порядок цифры, чем ее значение. Впрочем, повозиться в любом случае придется.
Метод расчета, приведенный выше, является приблизительным. Во-первых, номинальное значение, указанное на корпусе электрической емкости, может существенно отличаться от фактического. Во-вторых, бумажные конденсаторы (вообще говоря, вещь недешевая) часто используются бывшие в употреблении, и они, как всякие прочие предметы, подвержены старению, что приводит к еще большему отклонению от указанного параметра. В-третьих, ток, который будет потребляться двигателем, зависит от величины механической нагрузки на валу, а потому оценить его можно только экспериментально. Как это сделать?
Здесь потребуется немного терпения. В результате может получиться довольно объемный набор конденсаторов, соединенных параллельно и последовательно. Главное - после окончания работы все хорошенько закрепить, чтобы не отваливались припаянные концы от вибраций, исходящих от мотора. А потом не лишним будет еще раз проанализировать результат и, возможно, упростить конструкцию.
Если в распоряжении у мастера нет специальных электролитических клещей, позволяющий замерять ток без размыкания цепей, то следует подключить амперметр последовательно к каждому проводу, который входит в трехфазный двигатель. В однофазной сети будет протекать суммарное значение, а подбором конденсаторов следует стремиться к наиболее равномерной загрузке обмоток. При этом следует помнить о том, что при последовательном подключении общая емкость уменьшается по закону:
Также необходимо не забывать и о таком важном параметре, как напряжение, на которое рассчитан конденсатор. Оно должно быть не менее номинального значения сети, а лучше с запасом.
Схема трехфазного двигателя, включенного между одной фазой и нейтральным проводом, иногда дополняется сопротивлением. Оно служит для того, чтобы на стартовом конденсаторе не накапливался заряд, остающийся после того, как машина уже выключена. Эта энергия может вызвать электрический удар, не опасный, но крайне неприятный. Для того чтобы обезопасить себя, следует параллельно с пусковой емкостью соединить резистор (у электриков это называется «зашунтировать»). Величина его сопротивления большая - от половины мегома до мегома, а по размерам он невелик, поэтому довольно и полуваттной мощности. Впрочем, если пользователь не боится быть «ущипнутым», то без этой детали вполне можно и обойтись.
Как уже отмечалось, пленочные или бумажные электрические емкости дорогие, и прибрести их не так просто, как хотелось бы. Можно произвести однофазное подключение трехфазного двигателя с использованием недорогих и доступных электролитических конденсаторов. При этом совсем уж дешевыми они тоже не будут, так как должны выдерживать 300 Вольт постоянного тока. Для безопасности их следует зашунтировать полупроводниковыми диодами (Д 245 или Д 248, например), но нелишним будет помнить о том, что при пробитии этих приборов переменное напряжение попадет на электролит, и он сперва сильно нагреется, а потом взорвется, громко и эффектно. Поэтому без крайней необходимости лучше все же использовать конденсаторы бумажного типа, работающие под напряжением хоть постоянным, хоть переменным. Некоторые мастера вполне допускают применение электролитов в пусковых цепях. В силу кратковременного воздействия на них переменного напряжения, они могут и не успеть взорваться. Лучше не экспериментировать.
Где обычные граждане, не имеющие доступа к пользующимся спросом электрическим и электронным деталям, их приобретают? На барахолках и «блошиных рынках». Там они лежат, заботливо выпаянные чьими-то (обычно пожилыми) руками из старых стиральных машин, телевизоров и прочей вышедшей из обихода и строя бытовой и промышленной техники. Просят за эти изделия советского производства немало: продавцы знают, что если деталь нужна, то ее купят, а если нет - и даром не возьмут. Бывает, что как раз самого необходимого (в данном случае конденсатора) как раз и нет. И что же делать? Не беда! Сойдут и резисторы, только нужны мощные, желательно керамические и остеклованные. Конечно, идеальное сопротивление (активное) фазу не сдвигает, но в этом мире ничего нет идеального, и в нашем случае это хорошо. Каждое физическое тело обладает собственной индуктивностью, электрической мощностью и резистивностью, будь оно крошечной пылинкой или огромной горой. Включение трехфазного двигателя в розетку становится возможным, если на вышеприведенных схемах заменить конденсатор сопротивлением, номинал которого вычисляется по формуле:
R = (0,86 x U) / kI, где:
kI - величина тока при трехфазном подключении, А;
U - наши верные 220 Вольт.
Перед тем как приобретать за немалые деньги мотор, который рачительный хозяин собирается использовать в качестве привода для точильного круга, циркулярной пилы, сверлильного станка или другого какого-либо полезного домашнего устройства, не помешает подумать о его применимости для этих целей. Не каждый трехфазный двигатель в однофазной сети вообще сможет работать. Например, серию МА (у него короткозамкнутый ротор с двойной клеткой) следует исключить, дабы не пришлось тащить домой немалый и бесполезный вес. Вообще, лучше всего сначала поэкспериментировать или пригласить опытного человека, электромеханика, например, и посоветоваться с ним перед покупкой. Вполне подойдет асинхронный двигатель трехфазный серии УАД, АПН, АО2, АО и, конечно же, А. Эти индексы указаны на заводских табличках.
