Электронная схема подключения трехфазного двигателя в однофазную сеть

Электронная схема подключения трехфазного двигателя в однофазную сеть

Как подключить трехфазный двигатель к однофазной сети

Бывают ситуации, когда нужно подключить электроприбор не так, как записано в его паспорте. К примеру, часто требуется подключение трехфазного двигателя к однофазной сети, что, хотя и снижает его мощность, иногда бывает вполне оправданным. Существуют основные схемы включения таких электродвигателей, которые широко и успешно применяются на практике. Также есть и некоторые нюансы, помогающие решать неожиданные трудности, связанные с отсутствием тех или иных материалов.

Работа такого двигателя в однофазной сети

Для правильного понимания поставленной задачи нужно четко представлять, по какому принципу работают трехфазные электродвигатели. Имея три обмотки, смещенные на 120°, они находятся в идеальных условиях: магнитное поле равномерно вращается по окружности, создавая движущую силу без каких-либо рывков и пульсаций. После подачи в схему напряжения, появляется пусковой момент, и ротор начинает раскручиваться до рабочих оборотов.

Работа трехфазного двигателя

Трехфазный ток можно представить как три однофазные схемы, также смещенные друг относительно друга на 120°. Понятно, почему двигатель будет работать без рывков: при повороте ротора на каждую треть, он «подхватывается» следующей фазой, которая «провожает» его еще на треть оборота. И как результат получается полный оборот.

Но вот возникла необходимость включения такого аппарата на одной фазе. Если просто взять, и на любые две обмотки подать такое напряжение, то ничего не произойдет. В одной из катушек статора будет пульсирующее магнитное поле, никак не влияющее ни на что больше. Пускового момента нет, крутящего тоже – двигатель будет только нагреваться. Но теперь, зная принцип работы таких машин, несложно понять, что нужно. Необходимо задействовать все три обмотки, при этом должно быть смещение по фазам.

Подключение такого типа двигателя к однофазной сети производится по самой распространенной схеме – с пусковым конденсатором. Такой метод позволяет задействовать все три обмотки, а также создать необходимый сдвиг по фазам.

Обмотки электродвигателя можно включить по двум основным схемам: звезда и треугольник. В зависимости от этого различается и подключение конденсатора.

Можно было бы обойтись и одним конденсатором, но чаще всего электродвигатели имеют какую-то нагрузку, а значит, чтобы их запустить, нужна будет дополнительная емкость. Поэтому в цепь нужно кратковременно включить дополнительный емкостной элемент – пусковой конденсатор.

Расчет конденсаторов

Понятно, что к цепи запуска нельзя подключать первый попавшийся конденсатор. Если емкость будет больше чем нужно, электродвигатель будет греться, если меньше – не будет устойчиво работать. Существуют специальные расчеты для нахождения нужных значений.

Пример расчетов для конденсатора

I – фазный ток статора. Его лучше всего измерить клещами, либо, если нет такой возможности, можно взять значения, указанные на шильде – бирке на станине двигателя.

Емкость пускового конденсатора берется из расчета 2–3 Сраб.

Однако все равно, лучшим вариантом будет дополнительный подбор нужных емкостей экспериментальным путем. В этом поможет таблица:

По напряжению конденсаторы должны быть в 1,5 раза выше напряжения сети. Это обусловлено тем, что 220В – это действующее напряжение, но ведь на конденсатор будет воздействовать полное, амплитудное напряжение. А оно в 2 выше действующего. Это приблизительно 1,4. Несложный математический подсчет помогает увидеть: 220*1,4=308 В. Ну а если учесть, что в розетке редко бывает ровно 220, чаще всего напряжение плавает в одну и другую сторону, то нужно брать большее значение.

Модели конденсаторов

Лучше всего использовать металлобумажные конденсаторы. Если нет подходящих по емкости, их набирают из нескольких элементов. Но что, если нет и металлобумажных? Допустимо ли использование электролитических?

Для рабочих конденсаторов – однозначно нет. Электролитические емкости полярные, то есть, они для постоянного тока, и при подключении важно соблюдать полярность. В сети переменного тока, или при неправильном соединении, они попросту взрываются, забрызгивая бумагой и электролитом все окружающее пространство.

Но есть и свои хитрости. Что делать, если есть только электролиты, а запустить электродвигатель нужно прямо здесь и сейчас? Самая простая схема для превращения полярного элемента в неполярный:

Соединять необходимо отрицательными выводами. При этом стоит помнить, что при таком соединении их суммарная емкость будет в два раза ниже (если значения одинаковые, то можно просто разделить на два).

Но в нашей цепи присутствуют большие токи, поэтому предпочтительнее использовать другое соединение:

Применяется встречно – параллельное соединение, следовательно, нужно правильно посчитать результирующую емкость. Диоды также выбираются по току и напряжению.

Если двигатель будет работать на мощном станке, тогда подойдут металлобумажные элементы. Для пусковой емкости используют электролиты, но здесь важно не передержать кнопку пуска.

Данные двигателя

На что стоит обратить внимание при включении в однофазную сеть 3ех фазных электродвигателей:

  • полезная мощность снижается до 70–80%,
  • при рабочих значениях 380/220,Ỵ/Δ, подключать на одну фазу нужно треугольником. При соединении звездой не будет максимальной мощности,
  • если на шильде указано только одно значение – 380В, звезда, тогда придется двигатель разбирать, чтобы сделать переключение на треугольник, что не совсем удобно. При возможности стоит поискать другой двигатель.

Реверс в однофазной сети

Чтобы сделать реверс такого двигателя, подключенного к однофазной сети, нужно пусковой конденсатор переключить на другую обмотку. Делать это необходимо при снятом напряжении питания, и включать его только после полной остановки ротора. Это самая простая схема реверсирования.

Читать еще:  Давление впрыска двигателя gdi

Существуют и другие варианты решения этой проблемы, но они более сложные и дорогостоящие.

Как видно из вышесказанного, трехфазные асинхронники – это довольно универсальные электрические машины. Они хорошо зарекомендовали себя в работе, их можно включать не так, как записано в паспорте, а также в зависимости от варианта исполнения, могут работать в самых разных условиях.

Трехфазный двигатель в однофазной сети без конденсаторного запуска

В статье собраны советы, как можно подключить такой электродвигатель в однофазную сеть без использования конденсаторной батареи или частотного преобразователя за счет импульса тока от электронного ключа. Они дополняются схемами и видеороликом.

  • Принцип работы электронного ключа
  • Схема запуска электродвигателя до 2 кВт
    • Описание технологии
    • Особенности монтажа
    • Принципы наладки
  • Две схемы на симисторах
    • Запуск легкого электродвигателя
    • Схема пуска двигателя под нагрузкой
    • Особенности наладки

Принцип работы электронного ключа

Если собрать обмотки асинхронного электродвигателя по схеме треугольника и подключить к напряжению однофазной сети 220 вольт, то через них станут протекать одинаковые токи, как показано на графике ниже.

Угловое смещение любой обмотки относительно других составляет 120 градусов. Поэтому магнитные поля от каждой из них будут складываться, устранять взаимное влияние.

Создаваемое результирующее магнитное поле статора не будет оказывать влияние на ротор: он останется в состоянии покоя.

Чтобы электродвигатель начал вращение необходимо через его обмотки пропустить сдвинутые на 120° токи, как это делается в нормальной трехфазной системе питания или за счет подключения частотного преобразователя. Тогда двигатель станет вырабатывать мощность с минимальными потерями, обладая наибольшим КПД.

Широко распространённые промышленные схемы запуска трехфазного двигателя в однофазной сети позволяет ему работать, но с меньшим КПД и большими потерями, что, чаще всего, вполне допустимо.

Альтернативными методами являются:

  1. Механическая раскрутка ротора, например, за счет ручной намотки шнура на вал и резкого его прокручивания рывком при поданном напряжении;
  2. Сдвиг фаз токов за счет кратковременного использования электронного ключа, коммутирующего электрическое сопротивление одной обмотки.

Поскольку первый способ «намотал и дернул» не вызывает трудностей, то сразу анализируем второй.

На верхней схеме показан подключенный параллельно обмотке B электронный ключ «k». Это довольно условное обозначение принято для объяснения принципа работы электродвигателя за счет формирования токового импульса.

Как запускается двигатель

Обмотки статора подключены по схеме треугольника. На одну из них (A) подается напряжение 220 вольт. Параллельно ей подключена еще одна цепочка из двух последовательных обмоток (B+C).

По закону Ома напряжение сети создает в них токи. Их величина зависит от сопротивления. Все обмотки одинаковы. Поэтому в (A) ток больше, а (B+C) в 2 раза меньше по величине. Причем по фазе они совпадают. При такой ситуации они не способны создать вращающееся магнитное поле, достаточное для запуска ротора.

Параллельно обмотке (B) подключена электронная схема, обозначенная как ключ K. Он находится в разомкнутом состоянии, но кратковременно замыкается в момент достижения максимального напряжения на обмотке С.

Электронный ключ закорачивает обмотку В и падение напряжения на обмотке С скачком возрастает в два раза, что в итоге и обеспечивает сдвиг фаз токов в обмотках А и С. Важно отметить, что ток в обмотках (А) и (В+С) в этот момент равен нулю.

Угол сдвига фаз φ, необходимый для запуска двигателя, достаточно выдержать в интервале 50÷70°, хотя идеальный вариант — 120.

Конструкция фазосдвигающего электронного ключа может собираться из разных деталей. Наиболее подходящие устройства для бытовых целей по мере их сложности представлены ниже.

Схема запуска электродвигателя до 2 кВт

Ее описание можно найти в №6 журнала Радио за 1996 год. Автор статьи В Голик предлагает конструкцию двунаправленного (положительной и отрицательной полугармоник) электронного ключа на двух диодах и тиристорах с управлением транзисторным блоком.

Описание технологии

Силовые диоды VD1 и VD2 совместно с тиристорами VS1, VS2 образуют мост, который управляется прямым и обратным биполярными транзисторами. Положение подстроечного резистора R7 влияет на напряжение открытия VT1, VT2.

Срабатывание транзисторного ключа обеспечивает кратковременный сдвиг фаз токов в обмотках и создание вращающегося магнитногого поля, раскручивающего ротор.

Благодаря приложенному моменту магнитных сил к ротору, последний начинает вращение. Его энергия постоянно пополняется на каждой полуволне очередным импульсом.

Особенности монтажа

Автор выполнил электронный ключ на стеклопластиковой плате и поместил его в изолированный корпус с возможностью подключения входных и выходных цепей через контактные выводы. Вариант исполнения схемы навесным монтажом тоже имеет право на реализацию.

Для работы электродвигателей небольших мощностей допустимо силовые диоды и тиристоры размещать без радиаторов. Но обеспечить хороший теплоотвод с них и надежную работу лучше заранее, включив эти элементы в конструкцию электронного ключа.

Номиналы электронных компонентов указаны прямо на схеме.

С целью обеспечения безопасности следует хорошо выполнить изоляцию корпуса электронного блока, исключить случайное прикосновение к его деталям во время работы: они все находятся под напряжением 220 вольт.

Читать еще:  Электрическая схема двигателя дойц

Принципы наладки

Ползунок резистора R7 «Режим» имеет два крайних положения:

  1. минимального;
  2. и максимального сопротивления.

В первом случае электронный ключ открыт и создает максимальный импульс сдвига тока в обмотке, а во втором — закрыт: вращение ротора исключено.

Запуск трехфазного двигателя осуществляют на максимально допустимом сдвиге фазы тока внутри обмотки. Затем положением R7 выставляют его рабочие обороты и мощность.

Проверенные модели

Автор опробовал схему на двигателях с:

  1. числом оборотов 1360 и мощностью 370 ватт (АААМ63В4СУ1);
  2. 1380 об/мин, 2 кВт.

Результаты экспериментов его устроили.

Вместо рекомендованных силовых диодов и тиристоров можно использовать любые другие полупроводниковые элементы. Но, следует обращать внимание на их рабочий ток не менее 10 ампер и обратное напряжение от 300 вольт.

Две схемы на симисторах

Следующие 2 конструкции электронного ключа описал В Бурлако в 1999 году. Они опубликованы в журнале Сигнал №4.

Запуск легкого электродвигателя

Устройство разработано для двигателей с мощностью до 2,2 кВт, имеет минимальный набор электронных деталей.

Конденсатор С, обладая емкостным сопротивлением, под действием приложенного к его пластинам напряжения, сдвигает вектор тока вперед на 90 градусов, направляя его на управление динистором VS2.

Разность потенциалов на конденсаторе регулируется суммарным сопротивлением R1, R2. Импульс динистора поступает на управляющий электрод симистора VS1, который вбрасывает ток в обмотку электродвигателя.

Схема пуска двигателя под нагрузкой

Для станков и механизмов, создающих большое противодействие раскрутке ротора, можно порекомендовать переключить обмотки на схему разомкнутой звезды с созданием двух раскручивающих моментов.

Полярность обмоток двигателя указана точками на схеме. Фазосдвигающие цепочки импульсов тока работают по той же технологи, что и в предыдущих случаях. Номиналы электрических деталей проставлены рядом с их графическими обозначениями.

Особенности наладки

Автор Бурлако подавал напряжение на двигатель трехфазным пускателем SG1 марки ПНВС-10, которым комплектовались старые активаторные стиральные машины.

Все три контакта этого пускателя при нажатии на кнопку «Пуск» замыкаются одновременно, а при отпускании:

  • два крайних остаются в замкнутом состоянии;
  • средний — разрывается, отключая цепь пусковой обмотки.

Через этот средний контакт в обеих схемах подается импульс тока. Схема работает только на время, необходимое для раскрутки двигателя, после чего выводится из работы, отключается от питающего напряжения.

Момент запуска двигателя в каждой схеме подбирают после подачи напряжения изменением сопротивления R2. При этом в треугольнике до момента раскрутки ротора проходят большие токи, вызывающие сильные вибрации конструкции. Для их уменьшения рекомендуется подбирать фазосдвигающий импульс ступенями, а не плавно.

При оптимальном положении R2 двигатель запускается без вибраций.

Для двигателей небольшой мощности можно осуществлять монтаж симисторов без радиаторов охлаждения, но последние все же повышают надежность схемы.

Мое мнение о методе

Рекомендую обратить внимание на следующий вывод.

В трех рассмотренных схемах ток рабочего режима протекает по всем подключенным обмоткам. Полное расходование приложенной энергии тратится не рентабельно. Только около 30% ее мощности создает вращение ротора. Остальная часть порядка 70% — безвозвратные потери.

Если кого-то устраивает запуск трехфазного двигателя в однофазной сети по этой схеме, то это ваш выбор. Я же сделал обзор этих схем, чтобы показать их положительные и отрицательные стороны, не навязывая собственное мнение.

Этой темой стали массово пользоваться создатели видеороликов на Ютубе, набирая количество просмотров и подписчиков, как ЮКА ЛАХТ, в своем видео «Без конденсаторный запуск трехфазного двигателя».

Делайте выбор осознанно, а если остались вопросы по теме, то сейчас вам удобно задать их в комментариях.

ЭСИС Электрические системы и сети

Информационно-справочный электротехнический сайт

Включение трёхфазного двигателя в однофазную сеть

Включение трёхфазного двигателя в однофазную сеть

Пожалуй, наиболее распространённый и простой способ подключения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть при отсутствии питающего напряжения

380 в – это способ с применением фазосдвигающего конденсатора, через который запитывается третья обмотка электродвигателя.

Перед тем, как подключать трехфазный электродвигатель в однофазную сеть убедитесь, что его обмотки соединены “треугольником” (см. рис. ниже, вариант 2), т. к. именно это соединение даст минимальные потери мощности 3х-фазного двигателя при включении его в сеть

Мощность, развиваемая трехфазным электродвигателем, включенным в однофазную сеть с такой схемой соединения обмоток может составлять до 75% его номинальной мощности. При этом частота вращения двигателя практически не отличается от его частоты при работе в трёхфазном режиме.

На рисунке показаны клеммные колодки электродвигателей и соответствующие им схемы соединения обмоток. Однако, исполнение клеммной коробки электродвигателя может отличаться от показанного ниже – вместо клеммных колодок, в коробке может располагаться два разделённых пучка проводов (по три в каждом).

Эти пучки проводов представляют собой “начала” и “концы” обмоток двигателя. Их необходимо «прозвонить», чтобы разделить обмотки друг от друга и соединить по нужной нам схеме “треугольник” – последовательно, когда конец одной обмотки соединяется с началом другой т. д (С1-С6, С2-С4, С3-С5).

При включении трёхфазного электродвигателя в однофазную сеть, в схему “треугольник” добавляются пусковой конденсатор Сп, который используется кратковременно (только для запуска) и рабочий конденсатор Ср.

Читать еще:  Двигатель 1kd ftv неисправности

В качестве кнопки SB для запуска эл. двигателя небольшой мощности (до 1,5 кВт) можно использовать обычную кнопку “ПУСК”, применяемую в цепях управления магнитных пускателей.

Для двигателей большей мощности стоит заменить её на коммутационный аппарат помощнее – напр, автомат. Единственным неудобством в этом случае будет необходимость ручного отключения конденсатора Сп автоматом после того как электродвигатель наберёт обороты.

Таким образом, в схеме реализована возможность двухступенчатого управления электродвигателем, уменьшая общую ёмкость конденсаторов при “разгоне” двигателя.

Если мощность двигателя невелика (до 1 кВт), то запустить его можно будет и без пускового конденсатора, оставив в схеме лишь рабочий конденсатор Ср.

Рассчитать ёмкость рабочего конденсатора можно формулой:

  • С раб = 4800 • I / U, мкФ – для двигателей, включенных в однофазную сеть с соединением обмоток “треугольник”.
  • С раб = 2800 • I / U, мкФ – для двигателей, включенных в однофазную сеть с соединением обмоток “звезда”.

Это наиболее точный способ, требующий, однако, измерения тока в цепи электродвигателя. Зная номинальную мощность двигателя, для определения ёмкости рабочего конденсатора лучше воспользоваться следующей формулой:

С раб = 66·Р ном, мкФ, где Р ном – номинальная мощность двигателя.

Упростив формулу, можно сказать, что для работы трёхфазного электродвигателя в однофазной сети, ёмкость конденсатора на каждые 0,1 кВт его мощности должна составлять около 7 мкФ.

Так, для двигателя мощностью 1,1 кВт ёмкость конденсатора должна составлять 77 мкФ. Такую ёмкость можно набрать несколькими конденсаторами, соединёнными друг с другом параллельно (общая ёмкость в этом случае будет равна суммарной), используя следующие типы: МБГЧ, БГТ, КГБ с рабочим напряжением, превышающим напряжение в сети в 1,5 раза.

Рассчитав ёмкость рабочего конденсатора можно определить ёмкость пускового – она должна превышать ёмкость рабочего в 2-3 раза. Применять конденсаторы для запуска следует тех-же типов, что и рабочие, в крайнем случае и при условии очень кратковременного запуска можно применить электролитические – типов К50-3, КЭ-2, ЭГЦ-М, рассчитанных на напряжение не менее 450 в.

3-фазный двигатель в однофазной сети

Трехфазные асинхронные электродвигатели не требуют дополнительных устройств для запуска и работы. Нужны лишь контакторы или иные устройства подачи трехфазного напряжения. Однако при включении двигателя в однофазную сеть используются другие способы запуска.

Фазосдвигающий конденсатор

Существует простой способ, позволяющий запитать трехфазный двигатель от бытовой однофазной сети с напряжением 220 В. Трехфазное напряжение получают путем сдвига фаз с помощью фазосдвигающего конденсатора. Делается это так.

В однофазной сети имеются два провода (фаза и ноль), между которыми существует сдвиг фаз 180 градусов. Для включения трехфазного двигателя нужны три проводника, напряжения на которых должны иметь сдвиг фаз 120 градусов. Поэтому, если подключить один из выводов двигателя к фазному проводнику напрямую, а другой – через фазосдвигающий конденсатор, то в совокупности с нулевым проводником и обмотками такая система будет трехфазной. Другими словами, будет обеспечен нужный режим питания.

Для расчета номинала фазосдвигающего конденсатора можно воспользоваться приближенной формулой:

где k – коэффициент, равный 4800 для схемы подключения «треугольник», 2800 – для «звезды», I – номинальный ток двигателя (указывается на шильдике), U – фазное напряжение (в нашем случае – 220 В).

Рабочее напряжение конденсатора следует выбирать не менее 400 В, при этом желательно использовать специальные конденсаторы для электродвигателей, на частоту 50 – 60 Гц.

Пусковой конденсатор

Приведенная выше формула справедлива для номинального тока. Но двигатель работает не только на номинале. При пуске его ток может превышать номинальное значение в 5-7 раз, а при работе – быть ниже в 2-3 раза (холостой ход). В результате момент на валу при включении будет мал, и двигатель будет разгоняться очень долго либо вообще не сможет запуститься. Поэтому для запуска используют дополнительный пусковой конденсатор, который подключают к рабочему (фазосдвигающему) на время разгона (3-5 секунд). Обычно емкость пускового конденсатора выбирают в 2-5 раз больше, в зависимости от требуемого момента при пуске и времени разгона.

Для подключения пускового конденсатора используют специальные ручные пускатели, в которых время пуска равно времени нажатия на двухпозиционную кнопку «Пуск». Пока оператор держит «Пуск» в позиции без фиксации, подключаются рабочий и пусковой конденсаторы. Как только оператор отпускает кнопку, она переходит в фиксированную позицию, и в схеме остается лишь рабочий конденсатор. Остановка двигателя производится кнопкой «Стоп». Кроме ручных пускателей могут использоваться релейные и электронные схемы.

Данный способ не применяется на практике для двигателей более 2,2 кВт из-за низкого КПД и большой емкости конденсаторов.

Двигатель с пусковой обмоткой

Конденсатор также используется в случае, когда двигатель имеет две обмотки – рабочую и пусковую. Рабочая обмотка подключается к питающему однофазному напряжению (220 В) напрямую. Пусковая обмотка имеет меньший ток и подключается через фазосдвигающей конденсатор. Совместно обе обмотки имеют такую конфигурацию, что формируют внутри статора вращающееся магнитное поле.

Емкость фазосдвигающего конденсатора обычно указывается на шильдике двигателя. На время пуска и разгона может применяться дополнительный конденсатор. Такой двигатель называют конденсаторным, и он предназначен для работы только в однофазной сети.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector