Асинхронный электродвигатель подключение к 220. Запуск трехфазного двигателя от однофазной сети без конденсатора

Асинхронные трехфазные двигатели распространены в производстве и быту. Особенность заключается в том, что подсоединить их можно как к трехфазной, так и однофазной сети. В случае с однофазными моторами это невозможно: они работают только при питании от 220В. А какие существуют способы подключения двигателя 380 Вольт? Рассмотрим, как соединять статорные намотки в зависимости от количества фаз в электросети с использованием иллюстраций и обучающего видео.

Различают две базовые схемы (видео и схемы в следующем подразделе статьи):

• треугольник,
• звезда.

Преимущество соединения треугольником – работа на максимальной мощности. Но при включении электродвигателя в намотках продуцируются высокие пусковые токи, опасные для техники. При подключении звездой пуск мотора плавный, поскольку токи при нем низкие. Но достичь максимальной мощности при этом не получится.

В связи с вышесказанным двигатели при питании от 380 Вольт соединяют только звездой. Иначе высокий вольтаж при включении треугольником способен развить такие пусковые токи, что агрегат выйдет из строя. Но при высокой нагрузке выдаваемой мощности может не хватать. Тогда прибегают к хитрости: запускают двигатель звездой для безопасного включения, а затем переключаются с этой схемы на треугольник для набора высокой мощности.

Треугольник и звезда

Перед тем, как рассмотрим эти схемы, условимся:

• У статора есть 3 обмотки, у каждой из которых – по 1 началу и по 1 концу. Они выведены наружу в виде контактов. Поэтому для каждой намотки их 2. Будем обозначать: обмотка – О, конец – К, начало – Н. На схеме ниже 6 контактов, пронумерованных от 1 до 6. Для первой обмотки начало – 1, конец – 4. Согласно принятым обозначениям это НО1 и КО4. Для второй обмотки – НО2 и КО5, для третьей – НО3 и КО6.
• В электросети 380 Вольт 3 фазы: A, B и C. Их условные обозначения оставим прежними.

При соединении обмоток электродвигателя звездой сначала соединяют все начала: НО1, НО2 и НО3. Тогда к КО4, КО5 и КО6 соответственно подают питание от A, B и C.

При подключении асинхронного электродвигателя треугольником каждое начало соединяют с концом намотки последовательно. Выбор порядка номеров обмоток произвольный. Может получиться: НО1-КО5-НО2-КО6-НО3-КО2 .

Соединения звездой и треугольником выглядят так:

В работе электриков распространённой задачей является подключение двигателя, рассчитанного на три фазы, в однофазную сеть. Выполнить это, на первый взгляд, непростое задание без помощи дополнительных приборов сложно. Устройствами, которые позволяют мотору с тремя фазами работать в сети 220 В, являются различные фазосдвигающие элементы. Из их многообразия чаще всего для этих целей выбирают ёмкость. Правильно подобрать конденсатор для трехфазного двигателя можно с помощью схем и несложных формул.

Асинхронные электродвигатели с тремя обмотками на статоре преобладают в различных отраслях сельского хозяйства. Их применяют для привода устройств вентиляции, уборки навоза, приготовления кормов, подачи воды. Популярность таких моторов обусловлена рядом преимуществ:

Подключить трехфазный двигатель на 220 можно пытаться, зная различия схем соединения обмоток. Количество фаз, на которое рассчитан двигатель, можно определить по числу зажимов в его клеммной коробке: у трёхфазного в ней будет 6 выводов, а у однофазного два или четыре.

Обмотки мотора с тремя фазами соединяются по установленной схеме, называемой «звездой» или «треугольником». Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки. При соединении в звезду концы обмоток соединены. В клеммной коробке эта схема соединения будет отображена использованием двух перемычек между зажимами с обозначениями «С6», «С4», «С5». Если же обмотки двигателя соединяются в треугольник, то к каждому концу присоединяется начало. В клеммной коробке будут использованы три перемычки, которые будут соединять зажимы «С1» и «С6», «С2» и «С4», «С3» и «С5».

Необходимость фазосдвигающих элементов

При подключении трехфазного электродвигателя в сеть 220 В пусковой вращающий момент не возникает. Поэтому появляется необходимость в подключении пусковых устройств. Они создают сдвиг фаз, который позволяет мотору запускаться и длительно работать под нагрузкой.

В качестве фазосдвигающих элементов могут быть использованы:

• сопротивление;
• индуктивность;
• ёмкость.

Из-за подключения трехфазного двигателя через конденсатор вал начинает вращаться при подаче напряжения. Присоединение ёмкости гарантирует мотору не только пуск, но и удерживание нагрузки продолжительное время.

Подключить трехфазный электродвигатель в сеть 220 В можно только после изучения схемы соединения обмоток и назначения устройства, которое он будет приводить в действие.

Присоединение конденсатора к обмоткам мотора необходимо выполнять, соблюдая некоторые правила. Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети производится с использованием одной из двух стандартных схем: «звезда» или «треугольник».

В моторах средней и высокой мощности необходимо две ёмкости - рабочая и пусковая. Рабочий конденсатор Ср необходим для возникновения кругового поля при номинальном режиме работы. Пусковой конденсатор Сп нужен для создания кругового поля при пуске с номинальной нагрузкой на валу.

Порядок подключения при «звезде»:

Порядок подключения при схеме «треугольник»:

• Соединить в коробке клемм выводы катушек мотора, установив три перемычки между зажимами С1 и С6, С2 и С4, С3 и С5.
• Присоединить конденсаторы к началу и концу одной фазы (С1, С4 или С2, С5 либо С3, С6).
• Подвести ноль к клемме перемычки, свободной от ёмкости, а фазу к любому другому зажиму.

Для изменения направления вращения вала нужно либо напряжение, либо конденсаторы присоединить к другой фазе двигателя.

Выбирая конденсатор, необходимо предупредить ситуацию, при которой фазный ток превысит своё номинальное значение. Поэтому к подсчётам необходимо подойти очень тщательно - неправильные результаты могут привести не только к поломке конденсатора, но и перегоранию обмоток двигателя.

На практике для пуска моторов небольшой мощности пользуются упрощённым подбором исходя из соображений, что для каждых 100 Вт мощности двигателя необходимо 7 мкФ ёмкости при соединении в треугольник. При подключении обмотки в звезду это значение уменьшается вдвое. Если в однофазную сеть присоединяют мотор на три фазы с мощностью 1 квт, то необходим конденсатор зарядом 70-72 мкФ при соединении обмоток треугольником, и 36 мкФ в случае подключения звездой.

Расчёт необходимого значения ёмкости для работы производится по формулам.

При схеме соединения звездой:

Если обмотки образуют треугольник:

I - номинальный ток двигателя. Если по каким-либо причинам его значение неизвестно, для расчёта необходимо воспользоваться формулой:

При этом U = 220 В при соединении звездой, U = 380в - треугольником.

Р - мощность, измеряемая в ваттах.

При пуске двигателя со значительной нагрузкой на валу параллельно с рабочей ёмкостью необходимо включить пусковую.

Её значение рассчитывают по формуле:

Сп=(2,5÷3,0) Ср

Пусковая ёмкость должна превышать значение рабочей в 2,5 - 3 раза.

Очень важен правильный выбор значения напряжения для конденсатора. Этот параметр, так же как и ёмкость, влияет на цену и габариты прибора. Если напряжение сети больше номинального значения конденсатора, пусковое приспособление выйдет из строя.

Но и использовать оборудование с завышенным напряжением также не стоит. Ведь это приведёт к неэффективному увеличению габаритов конденсаторной батареи.

Оптимальным является значение напряжения конденсатора в 1,15 раз превышающее значение напряжения сети: Uk =1,15 U с.

Очень часто при включении мотора с тремя обмотками в однофазную сеть используются конденсаторы типа КГБ-МН или БГТ (термостойкие). Они выполнены из бумаги. Металлический корпус полностью герметичен. Имеет прямоугольный вид. Необходимо учитывать, что допустимые значения напряжения и ёмкости, обозначенные на приборе, указаны для постоянного тока. Поэтому при работе на переменном токе необходимо уменьшать показатели напряжения конденсатора в 2 раза.

Выбор схемы подключения

Обмотки одного и того же двигателя можно соединить либо звездой, либо треугольником. Выбирать схему соединения нужно по нагрузке. Если трехфазный мотор в однофазной сети будет приводить в движение какой-либо маломощный механизм, то можно выбрать схему соединения «звезда». При этом рабочий ток будет невелик, но габариты и цена конденсаторной батареи значительно снизятся.

В случае большой нагрузки при работе или в момент пуска, обмотки двигателя обязательно должны быть включены по схеме «треугольник». Это обеспечит достаточный ток для длительной работы. К недостаткам следует отнести значительную цену и габариты конденсаторов.

Если после присоединения конденсаторов и подачи напряжения мотор гудит, но не запускается, причины могут быть разнообразными:

Громкий неприятный шум при включении мотора и вращении вала свидетельствует о превышенной ёмкости конденсатора.

Работать трехфазный двигатель в однофазной сети будет неплохо. Недостатком будет лишь развиваемая им мощность - не 100%, а 60-80% номинальной. Если ёмкость используется только для пуска, то полезная мощность двигателя не превысит 60% его номинальной мощности.

Существует масса разнообразных электрических двигателей, но все они имеют две характеристики, основанные на напряжении сети, к которой привязаны они и их мощность. Многие не имеют представления, как подключить двигатель 380 на 220В. Статья раскроет эту тему.

Как подключить электродвигатель 380 на 220?

Существует две схемы такого подсоединения . Каждая имеет свои особенности.

1. Звезда-треугольник;
2. Конденсаторы.

В хозяйстве иногда возникает потребность подключения к однофазной электросети электрический двигатель, который рассчитан на работу в трехфазной сети. Этот случай считается исключительным, и к нему стоит прибегать только, если нет возможности подключиться к трехфазной электросети, так как в ней сразу создается магнитное вращающееся поле, которое создает условия для вращения ротора в статоре. Ко всему прочему в этом режиме достигается максимальная мощность и эффективность работы электродвигателя.

Если вы подключаете к бытовой однофазной электрической сети, то совершайте три обмотки по схеме «треугольник» для того, чтобы получить наибольшую выходную мощность асинхронного электромотора (это будет максимум 70%, если сравнивать с трехфазным подключением). Если подключаете схемой «звезда», то максимальная мощность будет достигать 50% от возможной.

Однофазное подключение на два выхода дает возможность подключить фазу и ноль, третьей фазы нет, но она восполняется конденсатором.

Направление вращения электрического двигателя будет зависеть от того, как будет сформирован третий контакт: через фазу или ноль. В режиме одной фазы частота вращения будет идентичной трехфазному режиму. Как подключить двигатель 380 на 220? Какова схема подключения электрического двигателя 380 на 220 В с конденсатором?

Подключение электродвигателя с конденсатором

При подключении маломощных асинхронных электрических двигателей до 1,5 кВт, запускающихся без нагрузки, необходимо иметь только рабочий конденсатор . К нулю подключаем один его конец, другой же к третьему выходу треугольника. Чтобы изменить направление вращения мотора подключение конденсатора ведем не от нуля, а от фазы.

В случае работы двигателя сразу при запуске под нагрузкой или когда его мощность более 1,5 кВт, то для успешного запуска нужно внести в схему пусковой конденсатор, который будет включаться в работу параллельно рабочему. Он нужен для увеличения пускового толчка при старте, он станет включаться всего на несколько секунд.

Обычно пусковой конденсатор имеет кнопочное подключение, остальная же схема подключается от электрической сети через тумблер либо же через кнопку с двумя фиксирующимися положениями. Чтобы произвести запуск требуется подключить питание через тумблер или двухпозиционную кнопку, затем произвести нажатие на пусковую кнопку и удерживать ее до тех пор, пока не запустится электрический двигатель. Как только запуск произошел, отпускаем кнопку, при этом ее пружина разомкнет контакты и произведет отключение пусковой емкости.

Если необходим реверсивный запуск трехфазного двигателя в сети 220 вольт, тогда нужно будет занести в схему тумблер переключения. Он нужен для подключения одного конца рабочего конденсатора к фазе и к нулю.

В случае, если двигатель не желает запускаться либо очень медленно набирает скорость оборотов , то необходимо внести в схему пусковой конденсатор, который подключен через кнопку «Пуск». Для подключения этой кнопки на реверсивной схеме для обозначения проводов используется фиолетовый цвет. Если в реверсе нет необходимости, то со схемы выпадает кнопка вместе с проводами и пусковой правый конденсатор.

Подключение электродвигателя без конденсаторов

Как ни крути, но работать трехфазный электродвигатель будет в однофазной сети на 220 В только с конденсаторами . Они не нужны для запуска электромоторов, которые рассчитаны на работу с напряжением сети в 220 вольт.

Собрать самостоятельно схему подключения не так и сложно. Сложность будет заключаться в подборе необходимой емкости рабочего конденсатора, дополнительные хлопоты возникнут, если потребуется пусковой.

Выбор конденсаторов для электродвигателей

Как подобрать нужные модели? На корпусе находятся обозначения и величина емкости. Заострите внимание только на моделях типа МБГЧ, МБПГ, МБГО, БГТ с рабочим напряжением, которое обозначает (U раб), не менее 300 вольт.

• Чтобы рассчитать рабочую емкость конденсатора для схемы подключения звездой, необходимо использовать формулу Cраб=2800х(I/U). В случае подключения обмоток треугольником, тогда по такой формуле: Сраб=4800х(I/U).
• Для получения результатов по величине в мкФ емкости рабочего конденсатора Сраб, нужно потребляемый двигателем ток (по паспорту) разделить на напряжение сети U, которое равняется 220 вольт, полученные данные умножаются на 4800, если задействован треугольник, или 2800, если работа производилась со звездой.

Экспериментальным способом подбирается емкость пусковых. Обычно их емкость превосходит емкость рабочих в 2-3 раза.

К примеру, есть электродвигатель обмотки, провода которого имеют соединение треугольником, величина потребляемого тока равна 3 амперам. Эти данные подставляем в формулу Сраб= 4800 x (3 / 220)≈ 65 мкФ . При этом пусковой будет иметь пределы в 130-160 мкФ. Но такая емкость редко встречается у конденсаторов, что приводит к параллельному подключению для рабочего, к примеру, шесть по десять плюс один на 5 мкФ.

Учтите то, что расчет составляется на номинальную мощность. Работая в половину силы, электрический двигатель станет нагреваться, поэтому следует уменьшить емкость рабочего конденсатора, чтобы уменьшить ток в обмотке.

При не достающей до требуемой емкости, мощность, развиваемая электрическим двигателем, будет низкой.

Помните о том, что если электрический двигатель, переделанный с 380 на 220 вольт, будет долго работать без нагрузки, он сгорит.

Обратите внимание! После отключения конденсаторы на своих выводах достаточно долго сохраняют напряжение опасной величины. Не забывайте следить за соблюдением мер по безопасности: всегда их ограждайте, чтобы исключить случайное прикосновение. Перед эксплуатацией конденсаторов каждый раз не забывайте производить их разрядку.

Всегда помните о том, что не следует подключать трехфазный двигатель, у которого мощность более 3 кВт , к обычной электросети дома на 220В. Это приводит к тому, что начинает происходить выбивание пробок, плавиться изоляция проводов, если неправильно подобрана защита.

В личном хозяйстве часто требуется подключить какой-либо станок или приспособление для облегчения деятельности. Это может быть и корморезка, и самодельная дробилка, и циркулярка, и бетономешалка, и многое другое. На всех устройствах обычно используют асинхронные 3 фазные двигатели . Они самые распространённые. Остаётся лишь выбрать метод включения этого мотора в однофазную сеть 220 В.

Стандартное подключение

Все трехфазные асинхронные двигатели подсоединяют в сеть на 380 В. При этом они выдают максимальную мощность и наибольшие обороты. Но не у каждого хозяина есть возможность провести к себе на участок все три фазы. Это связано с финансовыми затратами по установке специальных счётчиков и различных щитов учёта электроэнергии. К тому же само оформление документов занимает довольно много времени.

По стандартной схеме, чтобы подключить трехфазный двигатель к 380 В, производят соединение трёх фаз со штатными клеммами мотора через пускатели, с помощью которых осуществляется запуск. В распределительной коробке двигателя обычно свободны три контакта, к которым и цепляют три фазы. Совершенно нет никакой разницы, какую фазу подсоединить к конкретному проводу. Правда, есть один нюанс – при смене проводов подключения, не трогая третий провод, получают вращение электродвигателя в другую сторону, что иногда необходимо в хозяйственной деятельности.

Соединение обмоток

Схемы соединения обмоток в двигателе только две – «звезда» или «треугольник». И оттого, как они соединены, зависят рабочие характеристики мотора. При любом соединении мощность не теряется. Зато при чрезмерной нагрузке двигатели со «звездой» медленнее скидывают свои обороты, чем их собратья с «треугольником». Отсюда делают вывод, что моторы со «звездой» требуют меньше пускового тока и, следовательно, менее нагружают электросеть при запуске.

Двигатели с соединением обмоток по «треугольнику» выдают свою мощность до конца даже при большой нагрузке, совершенно не теряя оборотов. Зато потом резко останавливаются, и для их следующего запуска требуется огромный пусковой ток, что чрезмерно перегружает электрическую сеть.

В промышленности используют обе схемы соединения. Двигатели со «звездой» применяют там, где требуется их систематическое включение и выключение, например, на каких-либо линиях производства, переработки, сборки и так далее. Моторы, у которых обмотки соединены по «треугольнику», нужны для работы на постоянных режимах нагрузки, например, выгрузной конвейер из шахты и другое.

В личных подсобных хозяйствах чаще всего используют двигатели, у которых соединение обмоток сделано по принципу «звезда» . По такой схеме двигатели легко запускаются, а это не нагружает электрическую сеть частного дома.

Электрический двигатель в домашней сети

Обычное штатное напряжение домашней розетки 220 В. Оно считается однофазным, и на него рассчитаны все электрические бытовые приборы , начиная от телевизора и заканчивая последней моделью кофемолки.

А вот при необходимости включения трехфазного двигателя в однофазную сеть возникает несколько проблем. А именно:

• без дополнительных устройств запуск невозможен;
• при работе двигателя пропадает 30 – 40 % мощности. Это вынужденная потеря, так как в работе задействованы только две обмотки статора вместо трёх.

Всё-таки асинхронные трехфазные двигатели мощностью до 2,2 кВт с успехом подсоединяют к обычной домашней розетке. Для этого есть три проверенных способа.

1. Конденсаторное включение электродвигателя.
2. Резисторное включение.
3. Включение через частотный преобразователь.

Все три метода подключения имеют свои плюсы и минусы, поэтому выбирают наиболее удобный применительно к конкретным условиям. А также всё зависит от финансовых возможностей хозяина.

Конденсаторное включение

Это наиболее распространённый способ. И заключается в введении некоторого количества ёмкостей, чтобы произошёл сдвиг фазы третьей незадействованной обмотки статора. Это намного облегчает запуск мотора. О том, как подключить 3х фазный двигатель на 220 вольт, подробно видно на схеме. Здесь сразу представлены два вида соединений обмоток статора.

• С1- С4, С2-С5, С3-С6 – обозначения обмоток статора;
• Ср – рабочий конденсатор;
• Сп – пусковой конденсатор;
• КН -- кнопка для запуска.

Конечно, если двигатель без применения конденсаторов хорошенько раскрутить вручную до 1 тыс. об/мин., а потом включить в сеть на 220 В, то, скорее всего, он будет работать. Но этим никто и никогда не занимался. Обычно искали или покупали ёмкости для запуска .

Ёмкость рабочего конденсатора рассчитывают по формуле С=67×Р, где Р – мощность двигателя в кВт, а С – ёмкость конденсатора в мкФ. На практике пользуются ещё более простой формулой – 7 мкФ на каждые 100 Вт мощности. Например, для мотора 2,2 кВт нужен конденсатор ёмкостью 154 мкФ. Конденсаторы таких больших ёмкостей встречаются довольно редко, поэтому их набирают несколько и соединяют параллельно. При этом необходимо учитывать напряжение, на которое они рассчитаны. Оно должно быть больше 220 вольт примерно в полтора раза.

Обычно используют конденсаторы таких типов, как БГТ, КБП, МБГЧ, МБГО и им подобные. Это наиболее безопасные бумажные ёмкости , способные выдерживать значительную перегрузку при запуске двигателя. К тому же они слабо подвержены нагреву. Но при отсутствии их применяют и электролитические конденсаторы. В таком случае корпуса этих ёмкостей соединяют и хорошенько изолируют, так как они после высыхания электролита способны взрываться при нагрузке. Правда, довольно редко.

При запуске двигателя мощностью до 2,2 кВт используют только рабочий конденсатор. Его вполне хватает, чтобы разогнать мотор до штатных оборотов. При большей же мощности необходимо применять и пусковой конденсатор. Его ёмкость больше рабочего в 2,5 – 3 раза, то есть, для мотора в 2,2 кВт это будет 300 – 450 мкФ. В качестве пусковых ёмкостей часто применяют именно электролитические, так как в этом случае они работают кратковременно и нужны только для запуска. После набора мотором своих полных оборотов пусковые конденсаторы отключают кнопкой КН, что показано на схеме.

Чтобы изменить направление вращения электродвигателя, необходимо сделать переключения. Для этого нужно обратиться к схеме, где обмотки соединены «звездой»:

• вместо С1-С2 подключить в однофазную сеть С1-С3;
• рабочий конденсатор Ср включить между С2 и С3;
• кнопку с пусковым конденсатором тоже переключить на С2-С3.

В схеме соединения «треугольником» проводят аналогичные действия.

Существует специальная электрическая схема переключения вращения двигателя, которая на практике используется довольно редко. Обычно настраивают вращение в какую-нибудь одну сторону. Мотор нужен для привода конкретного устройства или агрегата, и чтобы поменять вращение рабочего органа, используют обыкновенный редуктор. Это можно увидеть на примере токарного или другого станка. В личном подсобном хозяйстве, например, для изменения хода ленты, где калибруют картофель, также употребляют редуктор. Это намного упрощает определённую задачу и обеспечивает хорошую технику безопасности.

Резисторное включение электродвигателя

При отсутствии конденсаторов для включения трехфазного мотора в однофазную сеть иногда используют резисторы . Это мощные керамические или стеклованные сопротивления. Вполне сгодится вольфрамовая проволока толщиной до 1 мм. При подключении её скручивают в пружину и укладывают в керамическую трубку.

Размер сопротивления вычисляется по формуле R = (0,87× U)/ I , где U – напряжение однофазной сети 220 В, а I – величина тока в амперах А.

Схема подключения с резисторами используется только для двигателей мощностью до 1 кВт, так как в сопротивлении происходит большая потеря энергии.

Через преобразователь частоты

Запуск 3-фазного мотора от сети на 220 В с помощью этого устройства сейчас является самым перспективным . Оттого оно употребляется в новейших проектах по управлению электроприводами. Дело в том, что при изменении напряжения и частоты сети меняется количество оборотов мотора, а в результате - и направление вращения.

Преобразователь представляет собой две электронные части , которые находятся в одном корпусе. Это управляющий модуль и силовой. Первый отвечает непосредственно за пуск и регулировки, а второй питает мотор электроэнергией.

Использование преобразователя для пуска трехфазного двигателя от домашней сети позволяет резко уменьшить пусковой ток и, следовательно, нагрузку. Практически пуск мотора можно производить постепенно, наращивая его обороты от 0 до 1000 – 1500 об/мин.

Пока такой прибор имеет очень высокую стоимость, что ограничивает его применение в домашнем хозяйстве. Кроме того, из-за плохих показателей качества самой электросети устройство постоянно находится в стадии усовершенствования. Это заставляет многих хозяев пользоваться старыми проверенными способами подключения трехфазных двигателей в однофазную сеть.

Применение однофазных двигателей в быту

Кроме трехфазных моторов широкое распространение получили и однофазные асинхронные двигатели. Они повсюду применяются в мощных насосах, в стиральных машинах, в тепловых и вентиляционных системах, а также пользуются популярностью у частных предпринимателей, которые решили открыть собственную пилораму.

Такие двигатели включают в обычную сеть на 220 В. Внутри этих моторов находятся две обмотки – одна из них пусковая, а другая рабочая. При создании сдвига фаз между ними получается вращающееся магнитное поле – это основное условие для запуска этих двигателей. Сдвигают фазы, как и в случае с трехфазными моторами, путём добавления ёмкостей. Схема подключения однофазного двигателя очень похожа на схему с трехфазным мотором.

Расчёт конденсаторов производят по такой же формуле или учитывают, что на каждый киловатт мощности мотора нужно 75 мкФ ёмкости. Это для рабочего конденсатора, а для пускового - в три раза больше. Кроме того, конденсаторы должны выдерживать напряжение не менее 300 В. При малой мощности двигателя вполне обходятся одной рабочей ёмкостью.

Как известно, при включении трёхфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть, по распространенным конденсаторным схемам: "треугольник", или "звезда", мощность двигателя используется только наполовину (в зависимости от применяемого двигателя).

Кроме того, затруднён запуск двигателя под нагрузкой.

В предлагаемой статье описан метод подключения двигателя без потери мощности.

В различных любительских электромеханических станках и приспособлениях чаще всего используются трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. К сожалению, трехфазная сеть в быту — явление крайне редкое, поэтому для их питания от обычной электрической сети любители применяют фазосдвигающий конденсатор, что не позволяет в полном объеме реализовать мощность и пусковые характеристики двигателя. Существующие же тринисторные "фазосдвигающие" устройства еще в большей степени снижают мощность на валу двигателей.

Вариант схемы устройства запуска трехфазного электродвигателя без потери мощности приведен на рис. 1 .

Обмотки двигателя 220/380 В соединены треугольником, а конденсатор С1 включен, как обычно, параллельно одной из них. Конденсатору "помогает" дроссель L1, включенный параллельно другой обмотке. При определенном соотношении емкости конденсатора С1, индуктивности дросселя L1 и мощности нагрузки можно получить сдвиг фаз между напряжениями на трех ветвях нагрузки, равный точно 120°.

На рис. 2 приведена векторная диаграмма напряжений для устройства, представленного на рис. 1, при чисто активной нагрузке R в каждой ветви. Линейный ток Iл в векторном виде равен разности токов Iз и Ia, а по абсолютному значению соответствует величине Iф√3, где Iф=I1=I2=I3=Uл/R — фазный ток нагрузки, Uл=U1=U2=U3=220 В — линейное напряжение сети.

К конденсатору С1 приложено напряжение Uc1=U2, ток через него равен Ic1 и по фазе опережает напряжение на 90°.

Аналогично к дросселю L1 приложено напряжение UL1=U3, ток через него IL1 отстает от напряжения на 90°.

При равенстве абсолютных величин токов Ic1 и IL1 их векторная разность при правильном выборе емкости и индуктивности может быть равной Iл.

Сдвиг фаз между токами Ic1 и IL1 составляет 60°, поэтому треугольник из векторов Iл, Iс1 и IL1 — равносторонний, а их абсолютная величина составляет Iс1=IL1=Iл=Iф√3. В свою очередь, фазный ток нагрузки Iф=Р/ЗUL, где Р — суммарная мощность нагрузки.

Иными словами, если емкость конденсатора С1 и индуктивность дросселя L1 выбрать такими, чтобы при поступлении на них напряжения 220 В ток через них был бы равен Ic1=IL1=P/(√3⋅Uл)=P/380, показанная на рис. 1 цепь L1C1 обеспечит на нагрузке трехфазное напряжение с точным соблюдением сдвига фаз.

Таблица 1

В табл. 1 приведены значения тока Ic1=IL1. емкости конденсатора С1 и индуктивности дросселя L1 для различных величин полной мощности чисто активной нагрузки.

Реальная нагрузка в виде электродвигателя имеет значительную индуктивную составляющую. В результате линейный ток отстает по фазе от тока активной нагрузки на некоторый угол ф порядка 20...40°.

На шильдиках электродвигателей обычно указывают не угол, а его косинус — широко известный cosφ, равный отношению активной составляющей линейного тока к его полному значению.

Индуктивную составляющую тока, протекающего через нагрузку устройства, показанного на рис. 1 , можно представить в виде токов, проходящих через некоторые катушки индуктивности Lн, подключенные параллельно активным сопротивлениям нагрузки (рис. 3,а) , или, что эквивалентно, параллельно С1, L1 и сетевым проводам.

Из рис. 3,б видно, что поскольку ток через индуктивность противофазен току через емкость, катушки индуктивности LH уменьшают ток через емкостную ветвь фазосдвигающей цепи и увеличивают через индуктивную. Поэтому для сохранения фазы напряжения на выходе фазосдвигающей цепи ток через конденсатор С1 необходимо увеличить и через катушку уменьшить

Векторная диаграмма для нагрузки с индуктивной составляющей усложняется. Ее фрагмент, позволяющий произвести необходимые расчеты, приведен на рис. 4 .

Полный линейный ток Iл разложен здесь на две составляющие: активную Iлcosφ и реактивную Iлsinφ.

В результате решения системы уравнений для определения необходимых значений токов через конденсатор С1 и катушку L1:

IC1sin30° + IL1sin30° = Iлcosφ, IC1cos30° - IL1cos30° = Iлsinφ,

получаем следующие значения этих токов:

IC1 = 2/√3⋅Iлsin(φ+60°), IL1 = 2/√3⋅Iлcos(φ+30°).

При чисто активной нагрузке (φ=0) формулы дают ранее полученный результат Ic1=IL1=Iл.

На рис. 5 приведены зависимости отношений токов Ic1 и IL1 к Iл от cosφ, рассчитанные по этим формулам Для (cosφ = √3/2 = 0,87) ток конденсатора С1 максимален и равен 2/√3Iл = 1.15Iл, а ток дросселя L1 вдвое меньше.

Этими же соотношениями с хорошей степенью точности можно пользоваться для типовых значений cosφ, равных 0,85...0,9.

Таблица 2

В табл. 2 приведены значения токов IC1, IL1, протекающих через конденсатор С1 и дроссель L1 при различных величинах полной мощности нагрузки, имеющей указанное выше значение cosφ = √3/2.

Для такой фазосдвигающей цепи используют конденсаторы МБГО, МБГП, МБГТ, К42-4 на рабочее напряжение не менее 600 В или МБГЧ, К42-19 на напряжение не менее 250 В.

Дроссель проще всего изготовить из трансформатора питания стержневой конструкции от старого лампового телевизора. Ток холостого хода первичной обмотки такого трансформатора при напряжении 220 В обычно не превышает 100 мА и имеет нелинейную зависимость от приложенного напряжения.

Если же в магнитопровод ввести зазор порядка 0,2...1 мм, ток существенно возрастет, а зависимость его от напряжения станет линейной.

Сетевые обмотки трансформаторов ТС могут быть соединены так, что номинальное напряжение на них составит 220 В (перемычка между выводами 2 и 2"), 237 В (перемычка между выводами 2 и 3") или 254 В (перемычка между выводами 3 и 3"). Сетевое напряжение чаще всего подают на выводы 1 и 1". В зависимости от вида соединения меняются индуктивность и ток обмотки.

В табл. 3 приведены значения тока в первичной обмотке трансформатора ТС-200-2 при подаче на нее напряжения 220 В при различных зазорах в магнитопроводе и разном включении секций обмоток.

Сопоставление данных табл. 3 и 2 позволяет сделать вывод, что указанный трансформатор можно установить в фазосдвигающую цепь двигателя с мощностью примерно от 300 до 800 Вт и, подбирая зазор и схему включения обмоток, получить необходимую величину тока.

Индуктивность изменяется также в зависимости от синфазного или противофазного соединения сетевой и низковольтных (например, накальных) обмоток трансформатора.

Максимальный ток может несколько превышать номинальный ток в рабочем режиме. В этом случае для облегчения теплового режима целесообразно снять с трансформатора все вторичные обмотки, часть низковольтных обмоток можно использовать для питания цепей автоматики устройства, в котором работает электродвигатель.

Таблица 3

В табл. 4 приведены номинальные величины токов первичных обмоток трансформаторов различных телевизоров и ориентировочные значения мощности двигателя, с которыми их целесообразно использовать фазосдвигающую LC-цепь следует рассчитывать для максимально возможной нагрузки электродвигателя.

Таблица 4

При меньшей нагрузке необходимый сдвиг фаз уже не будет выдерживаться, но пусковые характеристики по сравнению с использованием одного конденсатора улучшатся.

Экспериментальная проверка проводилась как с чисто активной нагрузкой, так и с электродвигателем.

Функции активной нагрузки выполняли по две параллельно соединенных лампы накаливания мощностью 60 и 75 Вт, включенные в каждую нагрузочную цепь устройства (см рис. 1) , что соответствовало общей мощности 400 Вт В соответствии с табл. 1 емкость конденсатора С1 составляла 15 мкф Зазор в магнитопроводе трансформатора ТС-200-2 (0,5 мм) и схема соединения обмоток (на 237 В) были выбраны из соображений обеспечения необходимого тока 1,05 А.

Измеренные на нагрузочных цепях напряжения U1, U2, U3 отличались друг от друга на 2...3 В, что подтверждало высокую симметрию трехфазного напряжения.

Эксперименты проводились также с трехфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором АОЛ22-43Ф мощностью 400 Вт. Он работал с конденсатором С1 емкостью 20 мкф (кстати, такой же, как и при работе двигателя только с одним фазосдвигающим конденсатором) и с трансформатором, зазор и соединение обмоток которого выбраны из условия получения тока 0,7 А.

В результате удалось быстро запустить двигатель без пускового конденсатора и заметно увеличить крутящий момент, ощущаемый при торможении шкива на валу двигателя.

К сожалению, провести более объективную проверку затруднительно, поскольку в любительских условиях практически невозможно обеспечить нормированную механическую нагрузку на двигатель.

Следует помнить, что фазосдвигающая цепь — это последовательный колебательный контур, настроенный на частоту 50 Гц (для варианта чисто активной нагрузки), и без нагрузки подключать к сети эту цепь нельзя.