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.
Однофазные и трехфазные
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.
Подключение трехфазного двигателя
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.
Подключение к однофазной сети
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.
Схемы подключения
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.
Подбор конденсатора
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.
Вывод
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.
В этой статье я хотел бы рассказать как изменяется мощность двигателя при схеме соединения обмоток звезда – треугольник и наоборот.
В связи со спецификой своей работы я сталкиваюсь с ремонтов различных асинхронных двигателей и в большинстве случаев выход из строя двигателя происходит при неправильном переключении обмоток двигателя, так как люди не понимают, как изменяется мощность двигателя при переключении с треугольника на звезду и обратно, и как это может отразится на работоспособности самого двигателя.
Известно [Л1. с. 34], что при соединении в звезду линейные токи Iл и фазные токи Iф равны между собой, при этом между фазным Uф и линейным напряжением Uл существует соотношение, где Uл = √3*Uф, в результате Uф = Uл/√3.
Исходя из этого, полная мощность определяется через линейные величины:
При схеме соединения в треугольник, фазные и линейные напряжения равны между собой Uл = Uф, при этом между токами существует соотношение: Iл = √3*Iф, в результате Iф = Iл/√3.
Исходя из этого, полная мощность определяется, как:
Для определения активной и реактивной мощности используются формулы:
Из-за того что формулы для схемы соединения звезды и треугольника имеют одинаковый вид, у мало опытных инженеров происходят недоразумения, будто вид соединения безразличен и ни на что не влияет.
Рассмотрим на примере, на сколько ошибочные данные утверждения. В данном примере будем рассматривать электродвигатель типа АИР90L2, который имеет две схемы подключения ∆/Y, технические характеристики двигателя:
- коэффициент мощности cosφ = 0,84;
- коэффициент полезного действия, η = 78,5%;
Определяем ток двигателя при напряжении 380 В и схеме соединения треугольник, мощность при таком соединении составляет 3 кВт:
Теперь соединим обмотки двигателя в звезду. В результате на фазную обмотку пришлось на 1,73 раза более низкое напряжение Uф = Uл/√3, соответственно и ток уменьшился в 1,73 раза, но так как при соединении в треугольник Uл = Uф, а линейный ток был в 1,73 раза больше фазного Iл = √3*Iф, то получается, что при соединении в звезду, мощность уменьшится в √3*√3 = 3 раза, соответственно и ток уменьшиться в 3 раза.
Из всего выше изложенного можно сделать, следующие выводы:
1. При переключении двигателя со звезды на треугольник, мощность двигателя увеличивается в 3 раза и наоборот. Использовать данные переключения, можно если схемы подключения двигателя позволяет выполнять переключения ∆/Y, в противном случае, двигатель может сгореть, когда Вы будете выполнять переключение со звезды на треугольник.
2. Как Вы уже поняли, используя схему переключения обмоток двигателя со звезды на треугольник, мы уменьшаем пусковые токи при пуске двигателя на пониженном напряжении, а затем его повышаем до номинального. Когда обмотки двигателя соединены в звезду, к каждой из них подводиться напряжение меньше номинального в 1,73 раза. В процессе пуска, двигатель увеличивает скорость вращения и ток снижается. В это время происходит переключение на треугольник.
Обращаю Ваше внимание, что двигатели, которые недогружены, работают с очень низким cosφ. Поэтому рекомендуется заменить недогруженный двигатель, на двигатель меньшей мощности. Если же у недогруженного двигателя, запас мощности велик, то cosφ можно поднять путем переключения обмоток с треугольника на звезду без риска перегреть двигатель.
Как мы видим ничего сложного нету в определении мощности при схеме звезда и треугольник.
Литература:
1. Звезда и треугольник. Е.А. Каминский, 1961 г.
В промышленности и быту широко распространены асинхронные двигатели, которые питаются напрямую от с переменным напряжением. В статоре подобного мотора расположены три обмотки, смещенные друг относительно друга на 120 градусов – это сделано для того, чтобы создавать одинаковое в любой точке окружности вокруг статора. Для подключения таких электродвигателей применяется две основные схемы: подключение звездой и треугольником. Давайте подробнее рассмотрим каждый из этих видов подключения. Для наглядности, обозначим начало каждой из трех обмоток U1 , V1 , W1, а их концы – U2 , V2 , W2 соответственно.
Чтобы реализовать подключение мотора по схеме «звезда», необходимо соединить все концы обмоток U2 , V2 , W2 в одной точке, а на входы каждой из обмоток подавать по одной фазе из трехфазной сети.
Для того чтобы подключить двигатель по схеме «треугольник», необходимо к началу первой обмотки U1 присоединить конец второй V2, к началу второй обмотки V1 – конец третьей обмотки W2, а начало третьей обмотки W1 к концу первой U2. К местам, где соединяются обмотки, подключаются фазы питающей сети.
Посмотрите видео о способах подключения электродвигателей:
Важно правильно выбрать схему подключения для конкретного двигателя, иначе можно не получить от него необходимой мощности, а в отдельных случаях — даже вывести мотор из строя.
Каждая из этих схем подключения к сети имеет как свои плюсы, так и недостатки. К примеру, мотор, подключенный звездой, запускается очень плавно, и может работать с небольшой перегрузкой без вреда для самого двигателя.
Однако максимальная паспортная мощность электропривода в таком случае недостижима – двигатель будет выдавать до 70% от своей номинальной мощности.
Подключение треугольником позволяет достигать паспортной мощности, однако при такой схеме подключения пусковые токи достигают значительных величин. К тому же замечено, что при подключении треугольником электродвигатель греется при работе, что уменьшает срок его службы.
Чтобы минимизировать минусы и полностью реализовать плюсы каждой из схем, была придумана система автоматической смены схемы подключения. То есть, асинхронный электродвигатель запускается по схеме «звезда», а при выходе на свою номинальную частоту вращения, переключается на схему «треугольник», и выходит на свою паспортную мощность. Реализуется такая смена схем подключения при помощи или пусковых реле времени. Также это можно сделать при помощи пакетного переключателя, но в этом случае нужно внимательно следить за работой мотора, чтобы переключить его в нужный момент.
Ещё одно интересное видео, о способе подключения электродвигателя:
Трехфазный электродвигатель - это электрическая машина, предназначенная для работы в переменного тока. Такой двигатель состоит из статора и ротора. Статор имеет три обмотки, сдвинутые на сто двадцать градусов. При появлении в цепи обмоток трехфазного напряжения на полюсах образуются магнитные потоки, происходит вращение ротора. Электродвигатели бывают синхронными и асинхронными. Трехфазные получили широкое применение в промышленности и в быту. Такие двигатели бывают односкоростными, в таком случае обмотки двигателя соединяют по схеме «звезда» или «треугольник», и многоскоростными. Последние агрегаты переключаемые, в таком случае происходит переход с одной схемы подключения на другую.
Трехфазные электродвигатели разделяют по схемам соединения обмоток. Существует две схемы подключения - соединение «звездой» и «треугольником». Подключение обмоток двигателя по типу «звезда» представляет собой соединение концов обмоток двигателя в одну точку (нулевой узел): получается дополнительный вывод - нулевой. Свободные концы подключаются к фазам сети электрического тока 380 В. Внешне такое подключение напоминает трехконечную звезду. На фото показана следующая схема: соединение «звездой» и «треугольником».Подключение обмоток электродвигателя по типу «треугольник» представляет собой обмоток: конец первой соединяют с началом второй обмотки, конец второй - с началом третьей, а конец третьей с началом первой. На узлы соединения обмоток подается трехфазное напряжение. При таком подключении обмоток нулевой вывод отсутствует. Внешне оно напоминает треугольник.
Соединение «звездой» и «треугольником» одинаково распространены, они не имеют значительных отличий. Для соединения обмоток по типу «звезда» (при работе двигателя в номинальном режиме) линейное напряжение должно быть больше, чем при подключении по типу «треугольник». Поэтому в характеристиках трехфазного двигателя указывают следующим образом: 220/380 В либо 127/220 В. В случае необходимости с номинальным обмотки требуется соединять по типу «звезда», а номинальным напряжением двигателя будет 380/660 В (по типу «треугольник»).
Следует отметить, что часто используется комбинированное подключение «звездой» и «треугольником». Это делается с целью более плавного пуска электродвигателя. При пуске используется подключение типа «звезда», а затем с помощью специального реле происходит переключение на «треугольник», таким образом, уменьшается пусковой ток. Подобные схемы рекомендуется применять для пуска электродвигателей большой мощности, требующих большого пускового тока. Важно помнить, что при этом пусковой ток превышает номинальный в семь раз.
Существуют и другие комбинации при подключении электродвигателей, например соединение «звездой» и «треугольником» может заменяться двойной, тройной «звездой», а также иными вариантами подключения. Такие способы применяют для многоскоростных (двух-, четырех- и т. д.) электродвигателей.
Содержание:
Асинхронные электродвигатели зарекомендовали себя в работе такими показателями, как надежность в эксплуатации, возможность получения большой мощности крутящего момента, отличной производительностью. Важным показателем работы этих двигателей является способность переключений на соединение «звездой» и «треугольником» - а это стабильность при эксплуатации. Каждое соединение имеет свои достоинства, которые необходимо понимать при правильном применении асинхронных электродвигателей.
Оптимальный выбор подключения электродвигателя
Преобразование «звезды» в «треугольник» в асинхронном электродвигателе, а также способность к ремонту обмоток электродвигателя, и сравнительно с другими двигателями невысокая стоимость в совокупности со стойкостью к механическим воздействиям сделали этот вид двигателей наиболее популярными. Основным параметром, который характеризует достоинство асинхронных двигателей, является простота в конструкции. При всех достоинствах этого типа электрических двигателей он имеет и отрицательные моменты при эксплуатации.
На практике трехфазные асинхронные электродвигатели к сети могут присоединяться по схеме «звезда» и «треугольник». Подключение «звездой» - это когда концы статорной обмотки обираются в одну точку, и напряжение сети 380 вольт подается на начало каждой из обмоток, схематично этот вид соединения обозначается знаком (Y).
Если в коммутирующей коробке подключения электродвигателя выбирается вариант «треугольник», надо статорные обмотки соединить последовательно:
- конец первой обмотки - с началом второй;
- подсоединение конца «второй» - с началом третьей;
- конец третьей - с началом первой.
Схемы подключения электродвигателя
Специалисты, не вдаваясь в основы электротехники, приводят тот факт, что подключенные по схеме «звезда» электродвигатели работают мягче, чем включенные по схеме треугольник (Δ). Это хорошая схема для небольшой мощности двигателей. Они также акцентируют внимание на том факте, что при мягкой работе, когда используется схема «звезда» (Y), электродвигатель не набирает паспортной мощности.
Выбирая оптимальный вариант подключения электродвигателя, следует рассмотреть тот факт, что соединение треугольником (Δ) дает возможность двигателю набирать максимальную мощность, но значение пускового тока значительно возрастает.
Сравнивая показатели мощности, это основное различие соединений «звезда» и «треугольник» (Y, Δ), эксперты отмечают, что электродвигатели, имеющие соединение «звездой» (Y), обладают мощностью в 1,5 раза ниже, чем соединенные «треугольником» (Δ).
Для снижения параметров тока в момент пуска в отличающихся схемах включения (Δ) – (Y) рекомендуется использовать подключение двигателя «звездой и треугольником», комбинированную схему включения. Комбинированный, или его еще называют смешанный, вид подключения рекомендуется выполнять для электрических моторов с большой паспортной мощностью.
Когда включается схема соединения «звезда» (Y) и (Δ), с начала запуска работает соединение «звезда» (Y), после набора электродвигателем достаточных оборотов происходит переключение на соединение «треугольник» (Δ). Существуют устройства автоматического переключения соединений электродвигателя. Рассмотрим, чем отличаются схемы пуска электромоторов и в чем между ними разница.
Как управлять переключениями электродвигателя
Часто для пуска электрического двигателя большой мощности используется переключение соединения «треугольник» в «звезду», это необходимо для снижения параметров тока при пуске. Иными словами, пуск двигателя происходит в режиме «звезда», а вся работа осуществляется на соединении «треугольник». Для этой цели используется контактор на три фазы.
Необходимо при автоматическом переключении выполнить обязательные условия:
- сделать блокировку контактов от одновременного срабатывания;
- обязательное исполнение работы, с задержкой времени.
Задержка времени необходима для 100%-го отключения соединения «звезда», иначе при включении соединения «треугольник» возникнет между фазами КЗ. Используется реле времени (РВ), которое выполняет задержку переключения на интервал от 50 до 100 миллисекунд.
Какими способами можно сделать задержку времени переключений
Когда применяется схема «звезда и треугольник», надо обязательно выполнять задержку времени включения соединения (Δ), пока не отключится соединение (Y), специалистами отдается предпочтение трем методам:
- с помощью контакта нормально разомкнутого в реле времени, который проводит блокировку схемы «треугольник», когда происходит пуск электродвигателя, а момент переключения контролирует токовое реле (РТ);
- используя таймер в реле времени современного исполнения, который имеет способность переключать режимы с интервалом от 6 до 10 секунд.
- методом внешнего управления контакторами пускателя от автоматических блоков или ручное переключение.
Стандартная схема переключения
Классический вариант переключения со «звезды» на «треугольник» специалистами считается надежным способом, он не требует больших затрат, прост в исполнении, но, как и любой другой способ, имеет недостаток - это габаритные размеры РВ (реле времени). Этот тип РВ гарантированно выполняет задержку времени намагничиванием сердечника, а чтобы размагнитить его, требуется время.
Схема смешанного (комбинированного) включения работает следующим образом. Когда оператор включает трехфазный выключатель (АВ), пускатель электродвигателя приготовлен к действию. Через контакты кнопки «Стоп», нормально замкнутого положения и через нормально разомкнутые контакты кнопки «Пуск», которую нажимает оператор, электрический ток проходит в катушку контактора (КМ). Контакты (БКМ) обеспечивают самоподхват силовых контактов и удерживают их во включенном положении.
Реле в схеме (КМ) обеспечивает способность отключения оператором кнопкой «Стоп» электрический двигатель. Когда «фаза управления» проходит через пусковую кнопку, она также проходит замкнутые нормально расположенные контакты (БКМ1) и контакты (РВ) - запускается контактор (КМ2), силовые контакты его обеспечивают подачу напряжения на соединение (Y), начинается раскрутка ротора электродвигателя.
Когда оператор осуществляет пуск двигателя, контакты (БКМ2) в контакторе (КМ2) размыкаются, это порождает неработающее состояние силовых контактов (КМ1), которые обеспечивают питание соединения двигателя Δ.
Токовое реле (РТ) срабатывает практически сразу из-за высоких значений тока, которое включено в цепь токовых трансформаторов (ТТ1) и (ТТ2). Управляющая цепь катушки контактора (КМ2) шунтируется контактами токового реле (РТ), что не дает сработать (РВ).
В цепи контактора (КМ1) блок контактов (БКМ2) размыкается при запуске (КМ2), что не дает сработать катушке (КМ1).
С набором нужного параметра оборотов вращения ротора двигателя контакты токового реле размыкаются, так как пусковой ток уменьшается в управлении контактора (КМ2), одновременно с размыканием контактов, подающих напряжение на соединение обмотки (Y), БКМ2 соединяются, что приводит в рабочее положение контактор (КМ1), а в его цепи блок контактов БКМ2 размыкается, и, как следствие, обесточивается РВ. Преобразование включения «треугольника» в «звезду» происходит после остановки двигателя.
Важно! Временное реле отключается не сразу, а с задержкой, что дает некоторое время в цепи (КМ1) контактам реле быть замкнутым, этим обеспечивается пуск (КМ1) и работа двигателя по схеме «треугольник».
Недостатки стандартной схемы
Несмотря на надежность работы классической схемы переключения с одного соединения на другое соединение электрического двигателя большой мощности, она имеет свои неудобства:
- надо правильно делать расчет нагрузки на вал электродвигателя, иначе он будет долго набирать обороты, что не даст быстро сработать токовому реле и затем переключиться на работу по соединению Δ, а также в этом режиме крайне нежелательно долго эксплуатировать двигатель;
- во избежание перегрева обмоток двигателя специалисты рекомендуют включать в цепь тепловое реле;
- когда в классической схеме применяется современный вид РВ, надо соблюдать паспортные требования по нагрузке на вал;
Вывод
Важным условием при использовании схемы подключения «звезда-треугольник» является правильный расчет нагрузки на вал электродвигателя. Кроме этого нельзя отрицать тот факт, что когда отключается контактор одного соединения Y, а двигатель еще не набрал нужных оборотов, срабатывает фактор самоиндукции, и в сеть поступает повышенное напряжение, что может вывести из рабочего состояния другое рядом включенное оборудование и приборы.
Специалисты рекомендуют электрические двигатели, имеющие среднюю величину мощности, запускать по схеме Y, это дает мягкую работу и плавный пуск. Отличаются методики выбора включения и по имеющемуся напряжению на объекте, по нагрузке.
