Схема подключения треугольником с 380 на 220. Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности. Схемы подключения трехфазных двигателей в однофазную сеть

В разных любительских электромеханических станках и устройствах в большинстве случаев используются трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Увы, трехфазная сеть в обиходу — явление очень редкое, потому для их питания от обыкновенной электрической сети любители используют фазосдвигающий конденсатор, чтоне разрешает в полном объеме воплотить мощность и пусковые свойства мотора.

Асинхронные трехфазные электродвигатели, а конкретно именно их, в следствии широкого распространения, нередко приходится применять, состоят из неподвижного статора и подвижного ротора. В пазах статора с угловым расстоянием в 120 электрических градусов уложены проводники обмоток, начала и концы которых (C1, C2, C3, C4, C5 и C6) выведены в распределительную коробку.

Подключение "треугольник" (для 220 вольт)

Подключение "звезда" (для 380 вольт)

Распределительная коробка трехфазного двигателя с положением перемычек для подключения по схеме звезда

При включении трехфазного мотора к трехфазной сети по его обмоткам в различный момент времени по очереди начинает идти ток, создающий крутящееся магнитное поле, которое ведетвзаимодействие с ротором, принуждая его крутиться. При подключении мотора в однофазовую сеть, крутящий момент, способный двинуть ротор, не создается.

В случае если вы можете подсоединить движок на стороне к трехфазной сети то опредилить мощьность не тяжело. В разрыв одной из фаз ставим амперметр. Запускаем. Показания амперметра умнажаем на фазовое напряжение.

В хорошей сети оно 380. Получаем мощьность P=I*U. Отнимаем % 10-12 на КПД. Получаете фактически верный результат.

Для измерения оборотов есть мех-ские приборы. Хотя на слух также возможно определить.

Посреди различных методов включения трехфазных электродвигателей в однофазную сеть наиболее обычный - включение третьего контакта через фазосдвигающий конденсатор.

Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети

Частота вращения трехфазного мотора, работающего от однофазовой сети, остается практически той же, как и при его подключении в трехфазную сеть. Увы, этого невозможно заявить о мощности, потери которой достигают значимых величин. Четкие значения потери силы находятся в зависимости от схемы включения, условий работы мотора, величины емкости фазосдвигающего конденсатора. Приблизительно, трехфазный движок в однофазовой сети утрачивает в пределах 30-50% собственной силы.

Не многие трехфазные электродвигатели готовы хорошо действовать в однофазовых сетях, но большая часть из них справляются с данной задачей полностью удовлетворительно - в случае если не считать потери мощности. В главном для работы в однофазовых сетях используются асинхронные движки с короткозамкнутым ротором (А, АО2, АОЛ, АПН и др.).

Асинхронные трехфазные движки рассчитаны на 2 номинальных напряжения сети - 220/127, 380/220 и так далее Более всераспространены электродвигатели с рабочим напряжением обмоток 380/220В (380В - для "звезды", 220 - для "треугольника"). Наибольшее напряжение для "звезды", наименьшее - для "треугольника". В паспорте и на табличке движков не считая прочих характеристик указывается рабочее напряжение обмоток, схема их соединения и вероятность ее изменения.

Таблички трехфазных электродвигателей

Обозначение на табличке А гласит о том, что обмотки мотора имеют все шансы быть подключены как "треугольником" (на 220В), так и "звездой" (на 380В). При подключении трехфазного мотора в однофазовую сеть лучше применять схему "треугольник", так как в данном случае движок растеряет меньше силы, нежели при включении "звездой".

Табличка Б информирует, что обмотки мотора подсоединены по схеме "звезда", и в разветвительной коробке не учтена вероятность переключить их на "треугольник" (имеется не более чем 3 вывода). В данном случае остается либо смириться с большой утратой мощности, подключив движок по схеме "звезда", либо, внедрившись в обмотку электродвигателя, попробовать вывести отсутствующие концы, чтоб соединить обмотки по схеме "треугольник".

В случае если рабочее напряжение мотора составляет 220/127В, то к однофазной сети на 220В движок возможно подключить лишь по схеме "звезда". При включении 220В по схеме "треугольник", двигатель сгорит.

Начала и концы обмоток (различные варианты)

Наверное, главная сложность включения трехфазного мотора в однофазовую сеть состоит в том, чтоб разобраться в электропроводах, выходящих в распределительную коробку либо, при неимении последней, просто выведенных наружу мотора.

Самый обычный вариант, когда в имеющемся двигателе на 380/220В обмотки уже подключены по схеме "треугольник". В данном случае необходимо просто подсоединить токоподводящие электропровода и рабочий и пусковой конденсаторы к клеммам мотора согласно схеме подключения.

В случае если в двигателе обмотки соединены "звездой", и имеется вероятность поменять ее на "треугольник", то такой случай также нельзя отнести к трудоемким. Необходимо просто поменять схему включения обмоток на "треугольник", использовав для этого перемычки.

Определение начал и концов обмоток. Дело обстоит труднее, в случае если в распределительную коробку выведено 6 проводов без указания про их принадлежности к конкретной обмотке и обозначения начал и концов. В данном случае дело сводится к решению 2-ух задач (Хотя до того как этим заниматься, необходимо попробовать поискать в сети некоторую документацию к электродвигателю. В ней быть может описано к чему относятся электропровода различных расцветок.):

определению пар проводов, имеющих отношение к одной обмотке;

нахождению начала и конца обмоток.

1-ая задачка решается "прозваниванием" всех проводов тестером (замером сопротивления). Когда прибора нет, возможно решить её при помощи лампочки от фонарика и батареек, подсоединяя имеющиеся электропровода в цепь поочередно с лампочкой. В случае если последняя загорается, значит, два проверяемых конца относятся к одной обмотке. Этим методом определяются 3 пары проводов (A, B и C на рисунке ниже) имеющих отношение к 3 обмоткам.

Определение пар проводов относящихся к одной обмотке

Вторая задача, нужно определить начала и концы обмоток, здесь будет несколько сложнее и будет необходимо наличие батарейки и стрелочного вольтметра. Цифровой для этой задачи не подойдет из-за инертности. Порядок определения концов и начал обмоток показан на схемах 1и 2.

Нахождение начала и конца обмоток

К концам одной обмотки (к примеру, A) подключается батарейка, к концам иной (к примеру, B) - стрелочный вольтметр. Сейчас, когда порвать контакт проводов А с батарейкой, стрелка вольтметра качнется в какую-нибудь сторону. Потом нужно подключить вольтметр к обмотке С и сделать такую же операцию с разрывом контактов батарейки. По мере надобности меняя полярность обмотки С (меняя местами концы С1 и С2) необходимо добиться того, чтоб стрелка вольтметра качнулась в такую же сторону, как и в случае с обмоткой В. Точно так же проверяется и обмотка А - с батарейкой, подсоединенной к обмотке C либо B.

В конечном итоге всех манипуляций должно выйти следующее: при разрыве контактов батарейки с хоть какой из обмоток на 2-х других должен появляться электрический потенциал одинаковой полярности (стрелка устройства качается в одну сторону). Сейчас остается пометить выводы 1-го пучка как начала (А1, В1, С1), а выводы другого - как концы (А2, В2, С2) и соединить их по нужной схеме - "треугольник" либо "звезда" (когда напряжение мотора 220/127В).

Извлечение отсутствующих концов. Наверное, самый непростой вариант - когда движок имеет слияние обмоток по схеме "звезда", и нет способности переключить ее на "треугольник" (в распределительную коробку выведено не более чем 3 электропровода - начала обмоток С1, С2, С3) .

В данном случае для включения мотора по схеме "треугольник" нужно вывести в коробку отсутствующие концы обмоток С4, С5, С6.

Схемы включения трехфазного мотора в однофазную сеть

Включение по схеме "треугольник". В случае домашней сети, исходя из убеждений получения большей выходной мощности более подходящим считается однофазное включение трехфазных двигателей по схеме "треугольник". При всем этом их мощность имеет возможность достигать 70% от номинальной. 2 контакта в разветвительной коробке подсоединяются непосредственно к электропроводам однофазной сети (220В), а 3-ий - через рабочий конденсатор Ср к хоть какому из 2-ух первых контактов либо электропроводам сети.

Обеспечивание запуска. Запуск трехфазного мотора без нагрузки возможно производить и от рабочего конденсатора (подробнее ниже), но в случае если эл-двигатель имеет какую-то нагрузку, он либо не запустится, либо станет набирать обороты чрезвычайно медлительно. Тогда уже для быстрого запуска нужен вспомогательный пусковой конденсатор Сп (расчет емкости конденсаторов описан ниже). Пусковые конденсаторы врубаются лишь на время запуска мотора (2-3 сек, покуда обороты не достигнут приблизительно 70% от номинальных), потом пусковой конденсатор необходимо отключить и разрядить.

Комфортен пуск трехфазного мотора при помощи особенного выключателя, одна пара контактов которого замыкается при нажатой кнопке. При ее отпускании одни контакты размыкаются, а другие остаются включенными - пока же не будет нажата кнопка "стоп".

Выключатель для запуска электродвигателей

Реверс. Направление вращения двигателя зависит от того, к какому контакту ("фазе") подсоединена третья фазная обмотка.

Направлением вращения возможно управлять, подсоединив последнюю, через конденсатор, к двухпозиционному переключателю, соединенному двумя своими контактами с первой и 2-ой обмотками. Зависимо от положения переключателя движок станет крутиться в одну либо другую сторону.

На рисунке ниже представлена схема с пусковым и рабочим конденсатором и клавишей реверса, дозволяющая производить комфортное управление трехфазным двигателем.

Схема подключения трехфазного двигателя к однофазной сети, с реверсом и кнопкой для подключения пускового конденсатора

Подключение по схеме "звезда". Подобная схема подключения трехфазного двигателя в сеть с напряжением 220В используется для электродвигателей, у которых обмотки рассчитаны на напряжение 220/127В.

Конденсаторы. Нужная емкость рабочих конденсаторов для работы трехфазного мотора в однофазной сети находится в зависимости от схемы включения обмоток мотора и прочих характеристик. Для соединения "звездой" емкость рассчитывается по формуле:

Cр = 2800 I/U

Для соединения "треугольником":

Cр = 4800 I/U

Где Ср - емкость рабочего конденсатора в мкФ, I - ток в А, U - напряжение сети в В. Ток рассчитывается по формуле:

I = P/(1.73 U n cosф)

Где Р - мощность электродвигателя кВт; n - КПД двигателя; cosф - коэффициент мощности, 1.73 - коэффициент, определяющий соответствие меж линейным и фазным токами. КПД и коэффициент мощности указаны в паспорте и на табличке мотора. Традиционно их значение располагается в спектре 0,8-0,9.

На практике значение емкости рабочего конденсатора при подсоединении "треугольником" возможно счесть по облегченной формуле C = 70 Pн, где Pн - номинальная мощность электродвигателя в кВт. Согласно данной формуле на каждые 100 Вт мощности электродвигателя нужно около 7 мкФ емкости рабочего конденсатора.

Корректность подбора емкости конденсатора проверяется результатами эксплуатации двигателя. В случае если её значение оказывается больше, нежели потребуется при этих условиях работы, движок станет перенагреваться. Ежели емкость оказалась менее требуемой, выходная мощность электродвигателя станет очень низкой. Имеет резон подыскивать конденсатор для трехфазного мотора, начиная с небольшой емкости и равномерно повышая её значение до рационального. В случае если есть возможность, гораздо лучше выбрать емкость измерением тока в электропроводах присоединенных к сети и к рабочему конденсатору, к примеру токоизмерительными клещами. Значение тока должно быть более близким. Замеры следует производить при том режиме, в каком движок будет действовать.

При определении пусковой емкости исходят, сначала, из требований создания нужного пускового момента. Не перепутывать пусковую емкость с емкостью пускового конденсатора. На приведенных выше схемах, пусковая емкость равна сумме емкостей рабочего (Ср) и пускового (Сп) конденсаторов.

В случае если по условиям работы запуск электродвигателя случается без нагрузки, то пусковая емкость традиционно принимается одинаковой рабочей, другими словами пусковой конденсатор не нужен. В данном случае схема подключения упрощается и удешевляется. Для такового упрощения и основное удешевления схемы, возможно организовать вероятность отключения нагрузки, к примеру, сделав возможность быстро и комфортно изменять положение мотора для падения ременной передачи, либо сделав для ременной передачи прижимающей ролик, к примеру, как у ременного сцепления мотоблоков.

Запуск под нагрузкой требует присутствия доборной емкости (Сп) подключаемой временно пуска двигателя. Повышение отключаемой емкости приводит к возрастанию пускового момента, и при неком конкретном ее значении момент достигает собственного наибольшего значения. Дальнейшее повышение емкости приводит к обратному эффекту: пусковой момент начинает убавляться.

Отталкиваясь от условия пуска двигателя под нагрузкой ближайшей к номинальной, пусковая емкость обязана быть в 2-3 раза более рабочей, то есть, в случае если емкость рабочего конденсатора 80 мкФ, то емкость пускового конденсатора обязана быть 80-160 мкФ, что обеспечит пусковую емкость (сумма емкости рабочего и пускового конденсаторов) 160-240 мкФ. Хотя в случае если двигатель имеет маленькую нагрузку при запуске, емкость пускового конденсатора быть может меньше либо ее может и небыть вообще.

Пусковые конденсаторы действуют недолговременное время (всего несколько секунд за весь период подключения). Это дает возможность использовать при запуске двигателя более дешевые пусковые электролитические конденсаторы, специально созданные для данной цели.

Заметим, что у двигателя присоединенного к однофазной сети через конденсатор, работающего в отсутствии нагрузки, по обмотке, питаемой через конденсатор, следует ток на 20-30% превосходящий номинальный. Потому, в случае если движок используется в недогруженном режиме, то емкость рабочего конденсатора надлежит минимизировать. Но тогда уже, в случае если движок запускался без пускового конденсатора, последний имеет возможность потребоваться.

Гораздо лучше применять не 1 великий конденсатор, а несколько гораздо меньше, частично из-за способности подбора хорошей емкости, подсоединяя добавочные либо отключая ненадобные, последние применяют в качестве пусковых. Нужное число микрофарад набирается параллельным соединением нескольких конденсаторов, отталкиваясь от того, что суммарная емкость при параллельном соединении подсчитывается по формуле:

Определение начала и конца фазных обмоток асинхронного электродвигателя

При эксплуатации или изготовлении того или иного оборудования нередко возникает необходимость подключения асинхронного трехфазного двигателя к обычной сети 220 В. Сделать это вполне реально и даже не особо сложно, главное — найти выход из следующих возможных ситуаций, если нет подходящего однофазного мотора, а трехфазный лежит без дела, а также если имеется трехфазное оборудование, но в мастерской лишь однофазная сеть.

Для начала имеет смысл вспомнить схему подключения трехфазного двигателя к трехфазной сети.

Схема подключения трехфазного электродвигателя на 220 В по схеме «Звезда» и «Треугольник»

Для простоты восприятия магнитный пускатель и прочие узлы коммутации не изображены. Как видно из схемы, каждая обмотка мотора питается от своей фазы. В однофазной же сети, как следует из ее названия, «фаза» всего одна. Но и ее достаточно для питания трехфазного электромотора. Взглянем на асинхронный двигатель, подключенный на 220 В.

Как подключить трехфазный электродвигатель 380 В на 220 В через конденсатор по схеме «Звезда» и «Треугольник»: схема.

Здесь одна обмотка трехфазного электромотора напрямую включена в сеть, две остальные соединены последовательно, а на точку их соединения подается напряжение через фазосдвигающий конденсатор С1. С2 является пусковым и включается кнопкой В1 с самовозвратом только в момент пуска: как только двигатель запустится, ее нужно отпустить.

Сразу возникает несколько вопросов:

Насколько такая схема эффективна?
Как обеспечить реверс двигателя?
Какие емкости должны иметь конденсаторы?

Для того чтобы заставить двигатель вращаться в другую сторону, достаточно «перевернуть» фазу, поступающую на точку соединения обмоток В и С (соединение «Треугольник») или на обмотку В (схема «Звезда»). Схема же, позволяющая изменять направление вращения ротора простым щелчком переключателя SB2, будет выглядеть следующим образом.

Реверсирование трехфазного двигателя на 380 В, работающего в однофазной сети

Здесь следует заметить, что практически любой трехфазный двигатель — реверсный, но выбирать направление вращения мотора нужно перед его пуском. Реверсировать электродвигатель во время его работы нельзя! Сначала нужно обесточить электродвигатель, дождаться его полной остановки, выбрать нужное направление вращение тумблером SВ1 и лишь затем подать на схему напряжение и кратковременно нажать на кнопку В1.

Емкости фазосдвигающего и пускового конденсаторов

Для подсчета емкости фазосдвигающего конденсатора нужно воспользоваться несложной формулой:

С1 = 2800/(I/U) — для включения по схеме «Звезда»;
С1 = 4800/(I/U) — для включения по схеме «Треугольник».

Здесь:

С1 — емкость фазосдвигающего конденсатора, мкФ;
I — номинальный ток одной обмотки двигателя, А;
U — напряжение однофазной сети, В.

Но что делать, если номинальный ток обмоток неизвестен? Его можно легко рассчитать, зная мощность мотора, которая обычно нанесена на шильдик устройства. Для расчета воспользуемся формулой:

I = P/1,73*U*n*cosф, где:

I — потребляемый ток, А;
U — напряжение сети, В;
n — КПД;
cosф — коэффициент мощности.

Символом * обозначен знак умножения.

Емкость пускового конденсатора С2 выбирается в 1,5−2 раза больше емкости фазосдвигающего.

Рассчитывая фазосдвигающий конденсатор, нужно иметь в виду, что двигатель, работающий не в полную нагрузку, при расчетной емкости конденсатора может греться. В этом случае номинал его нужно уменьшить.

Эффективность работы

К сожалению, трехфазный двигатель при питании одной фазой развить свою номинальную мощность не сможет. Почему? В обычном режиме каждая из обмоток двигателя развивает мощность в 33,3%. При включении мотора, к примеру, «треугольником» лишь одна обмотка С работает в штатном режиме, а в точке соединения обмоток В и С при правильно подобранном конденсаторе напряжение будет в 2 раза ниже питающего, а значит, мощность этих обмоток упадет в 4 раза — т. е. всего 8,325% каждая. Произведем несложный подсчет и рассчитаем общую мощность:

33,3 + 8,325 + 8,325 = 49.95%.

Итак, даже теоретически трехфазный двигатель, включенный в однофазную сеть, развивает лишь половину своей паспортной мощности, а на практике эта цифра еще меньше.

Способ повысить развиваемую мотором мощность

Оказывается, повысить мощность мотора можно, и притом существенно. Для этого даже не придется усложнять конструкцию, а достаточно лишь подключить трехфазный двигатель по приведенной ниже схеме.

Асинхронный двигатель — подключение на 220 В по улучшенной схеме

Здесь уже обмотки A и B работают в номинальном режиме, и лишь обмотка C отдает четверть мощности:

33,3 + 33,3 + 8,325 = 74.92%.

Совсем неплохо, не правда ли? Единственное условие при таком включении — обмотки A и B должны быть включены противофазно (отмечено точками). Реверсирование же такой схемы производится обычным образом — переключением полярности цепи конденсатор-обмотка C.

И последнее замечание. На месте фазосдвигающего и пускового конденсатора могут работать лишь бумажные неполярные приборы, к примеру, МБГЧ, выдерживающие напряжение в полтора-два раза выше напряжения питающей сети.

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.

Напряжения и их соотношение

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.

Устройство трехфазного двигателя

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.

Треугольник или звезда?

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.

Как включить мотор в обратном направлении?

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.

Фазосдвигающие емкости

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?

Пусковой конденсатор

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.

Расчет величины емкостей

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.

Почему нужна подгонка

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, 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.

Составление батареи емкостей

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.

Разрядный резистор

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.

Использование электролитов

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.

Если нет конденсаторов

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.

Какие двигатели подойдут?

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.

Трехфазные асинхронные двигатели совершенно заслужено являются самыми массовыми в мире, благодаря тому, что они очень надежны, требуют минимального технического обслуживания, просты в изготовлении и не требуют при подключении каких-либо сложных и дорогостоящих устройств, если не требуется регулировка скорости вращения. Большинство станков в мире приводятся в действие именно трёхфазными асинхронными двигателями, они также приводят в действие насосы, электроприводы различных полезных и нужных механизмов.

Но как быть тем, кто в личном домовладении не имеет трехфазного электроснабжения, а в большинство случаев это именно так. Как быть, если хочется в домашней мастерской поставить стационарную циркулярную пилу, электрофуганок или токарный станок? Хочется порадовать читателей нашего портала, что выход из этого затруднительного положения есть, причем достаточно просто реализуемый. В этой статье мы намерены рассказать, как подключить трехфазный двигатель в сеть 220 В.

Рассмотрим кратко принцип работы асинхронного двигателя в своих «родных» трехфазных сетях 380 В. Это очень поможет впоследствии адаптировать двигатель для работы в других, «не родных» условиях – однофазных сетях 220 В.

Устройство асинхронного двигателя

Большинство производимых в мире трехфазных двигателей – это асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (АДКЗ), которые не имеют никакой электрической контактной связи статора и ротора. В этом их основное преимущество, так как щетки и коллекторы, – самое слабое место любого электродвигателя, они подвержены интенсивному износу, требуют технического обслуживания и периодической замены.

Рассмотрим устройство АДКЗ. Двигатель в разрезе показан на рисунке.

В литом корпусе (7) собран весь механизм электродвигателя, включающий две главные части – неподвижный статор и подвижный ротор. В статоре имеется сердечник (3), который набран из листов специальной электротехнической стали (сплава железа и кремния), которая обладает хорошими магнитными свойствами. Сердечник набран из листов по причине того, что в условиях переменного магнитного поля в проводниках могут возникнуть вихревые токи Фуко, которые в статоре нам абсолютно не нужны. Дополнительно каждый лист сердечника еще покрыт с обеих сторон специальным лаком, чтобы вообще свести на нет протекание токов. Нам от сердечника нужны только магнитные его свойства, а не свойства проводника электрического тока.

В пазах сердечника уложена обмотка (2), выполненная из медного эмалированного провода. Если быть точным, то обмоток в трехфазном асинхронном двигателе как минимум три – по одной на каждую фазу. Причем уложены это обмотки в пазы сердечника с определенным порядком – каждая расположена так, что находится под угловым расстоянием в 120° к другой. Концы обмоток выведены в клеммную коробку (на рисунке она расположена в нижней части двигателя).

Ротор помещен внутрь сердечника статора и свободно вращается на валу (1). Зазор между статором и ротором для повышения КПД стараются сделать минимальным – от полумиллиметра до 3 мм. Сердечник ротора (5) также набран из электротехнической стали и в нем тоже имеются пазы, но они предназначены не для обмотки из провода, а для короткозамкнутых проводников, которые расположены в пространстве так, что напоминают беличье колесо (4), за что и получили свое название.

Беличье колесо состоит из продольных проводников, которые связаны и механически, и электрически с торцевыми кольцами Обычно беличье колесо изготавливают путем заливки в пазы сердечника расплавленного алюминия, а заодно еще формуют монолитом и кольца, и крыльчатки вентиляторов (6). В АДКЗ большой мощности в качестве проводников клетки применяют медные стержни, сваренные с торцевыми медными кольцами.

Что такое трехфазный ток

Для того чтобы понять какие силы заставляют вращаться ротор АДКЗ, надо рассмотреть что такое трехфазная система электроснабжения, тогда все встанет на свои места. Мы все привыкли к обычной однофазной системе, когда в розетке есть только два или три контакта, один из которых (L), второй рабочий ноль (N), а третий защитный ноль (PE). Среднеквадратичное фазное напряжение в однофазной системе (напряжение между фазой и нулем) равно 220 В. Напряжение (а при подключении нагрузки и ток) в однофазных сетях изменяются по синусоидальному закону.

Из приведенного графика амплитудно-временной характеристики видно, что амплитудное значение напряжения не 220 В, а 310 В. Чтобы у читателей не было никаких «непоняток» и сомнений, авторы считают своим долгом сообщить, что 220 В – это не амплитудное значение, а среднеквадратичное или действующее. Он равно U=U max /√2=310/1,414≈220 В. Для чего это делается? Только для удобства расчетов. За эталон принимают постоянное напряжение, по его способности произвести какую-то работу. Можно сказать, что синусоидальное напряжение с амплитудным значением в 310 В за определенный промежуток времени произведет такую же работу, которое бы сделало постоянное напряжение 220 В за тот же промежуток времени.

Надо сразу сказать, что практически вся генерируемая электрическая энергия в мире трехфазная. Просто с однофазной энергией проще управляться в быту, большинству потребителей электроэнергии достаточно и одной фазы для работы, да и однофазные проводки гораздо дешевле. Поэтому из трехфазной системы «выдергивается» один фазный и нулевой проводник и направляются к потребителям – квартирам или домам. Это хорошо видно в подъездных щитах, где видно, как с одной фазы провод идет в одну квартиру, с другой во вторую, с третьей в третью. Это так же хорошо видно на столбах, от которых линии идут к частным домовладениям.

Трехфазное напряжение, в отличие от однофазного, имеет не один фазный провод, а три: фаза A, фаза B и фаза C. Фазы еще могут обозначать L1, L2, L3. Кроме фазных проводов, естественно, присутствует еще общий для всех фаз рабочий ноль (N) и защитный ноль (PE). Рассмотрим амплитудно-временную характеристику трехфазного напряжения.

Из графиков видно, что трехфазное напряжение – это совокупность трех однофазных, с амплитудой 310 В и среднеквадратичным значением фазного (между фазой и рабочим нулем) напряжения в 220 В, причем фазы смещены относительно друг друга с угловым расстоянием 2*π/3 или 120°. Разность потенциалов между двумя фазами называют линейным напряжением и оно равно 380 В, так как векторная сумма двух напряжений будет U л =2* U ф * sin(60°)=2*220* √3/2=220* √3=220*1,73=380,6 В , где U л – линейное напряжение между двумя фазами, а U ф – фазное напряжение между фазой и нулем.

Трехфазный ток легко генерировать передавать к месту назначения и в дальнейшем преобразовывать в любой нужный вид энергии. В том числе и в механическую энергию вращения АДКЗ.

Как работает трехфазный асинхронный двигатель

Если подать переменное трехфазное напряжение на обмотки статора, то через них начнут протекать токи. Они, в свою очередь, вызовут магнитные потоки, также изменяющиеся по синусоидальному закону и также сдвинутые по фазе на 2*π/3=120°. Учитывая, что обмотки статора расположены в пространстве на таком же угловом расстоянии – 120°, внутри сердечника статора образуется вращающееся магнитное поле.

Это постоянно изменяющееся поле пересекает «беличье колесо» ротора и вызывает в нем ЭДС (электродвижущую силу), которая также будет пропорциональна скорости изменения магнитного потока, что на математическом языке означает производную от магнитного потока по времени. Так как магнитный поток изменяется по синусоидальному закону, значит, ЭДС будет изменяться по закону косинуса, ведь (sinx )’= cosx . Из школьного курса математики известно, что косинус «опережает» синус на π/2=90°, то есть, когда косинус достигает максимума, синус его достигнет через π/2 — через четверть периода.

Под воздействием ЭДС в роторе, а, точнее, в беличьем колесе возникнут большие токи, учитывая, что проводники замкнуты накоротко и имеют низкое электрическое сопротивление. Эти токи образуют свое магнитное поле, которое распространяется по сердечнику ротора и начинает взаимодействовать с полем статора. Разноименные полюса, как известно, притягиваются, а одноименные отталкиваются друг от друга. Возникающие силы создают момент заставляющий ротор вращаться.

Магнитное поле статора вращается с определенной частотой, которая зависит от питающей сети и количества пар полюсов обмоток. Рассчитывается частота по следующей формуле:

n 1 = f 1 *60/ p, где

f 1 – частота переменного тока.
p – число пар полюсов обмоток статора.

С частотой переменного тока все понятно – она в наших сетях электроснабжения составляет 50 Гц. Число пар полюсов отражает, сколько пар полюсов имеется на обмотке или обмотках, принадлежащих одной фазе. Если к каждой фазе подключается одна обмотка, отстоящая на 120° от других, то число пар полюсов будет равно единице. Если одной к одной фазе подключаются две обмотки, тогда число пар полюсов будет равно двум и так далее. Соответственно и меняется угловое расстояние между обмотками. Например, при числе пар полюсов равным двум, в статоре размещается обмотка фазы A, которая занимает сектор не 120°, а 60°. Затем за ней следует обмотка фазы B, занимающая такой же сектор, а затем и фазы C. Далее чередование повторяется. При увеличении пар полюсов соответственно уменьшаются сектора обмоток. Такие меры позволяют уменьшить частоту вращения магнитного поля статора и соответственно ротора.

Приведем пример. Допустим, трехфазный двигатель имеет одну пару полюсов и подключен к трехфазной сети частотой 50 Гц. Тогда магнитное поле статора будет вращаться с частотой n 1 =50*60/1=3000 об/мин. Если увеличить количество пар полюсов – во столько же раз уменьшится частота вращения. Чтобы поднять обороты двигателя, надо увеличить частоту , питающего обмотки. Чтобы изменить направление вращения ротора, надо поменять местами две фазы на обмотках

Следует отметить, что частота вращения ротора всегда отстает от частоты вращения магнитного поля статора, поэтому двигатель и называется асинхронным. Почему это происходит? Представим, что ротор вращается с той же скоростью, что и магнитное поле статора. Тогда беличье колесо не будет «пронизывать» переменное магнитное поле, а оно будет для ротора постоянным. Соответственно не будет наводиться ЭДС и перестанут протекать токи, не будет взаимодействия магнитных потоков и исчезнет момент, приводящий ротор в движение. Именно поэтому ротор находится «в постоянном стремлении» догнать статор, но никогда не догонит, так как исчезнет энергия, заставляющая вращаться вал двигателя.

Разницу частот вращения магнитного поля статора и вала ротора называют частотой скольжения, и она рассчитывается по формуле:

∆ n= n 1 -n 2 , где

n1 – частота вращения магнитного поля статора.
n2 – частота вращения ротора.

Скольжением называется отношение частоты скольжения к частоте вращения магнитного поля статора, оно рассчитывается по формуле: S=∆ n/ n 1 =(n 1 — n 2)/ n 1 .

Способы подключения обмоток асинхронных двигателей

Большинство АДКЗ имеет три обмотки, каждая из которых соответствует своей фазе и имеет начало и конец. Системы обозначения обмоток могут быть разными. В современных электродвигателях принята система обозначения обмоток U, V и W, а их выводы обозначают цифрой 1 начало обмотки и цифрой 2 – ее конец, то есть обмотка U имеет два вывода U1 и U2, обмотка V–V1 и V2, а обмотка W – W1 и W2.

Однако еще до сих пор в эксплуатации находятся асинхронные двигатели, сделанные во времена СССР и имеющие старую систему маркировки. В них начала обмоток обозначаются C1, C2, C3, о концы C4, C5, C6. Значит, первая обмотка имеет выводы C1 и C4, вторая C2 и C5, а третья C3 и C6. Соответствие старых и новых систем обозначений представлено на рисунке.

Рассмотрим, как могут соединяться обмотки в АДКЗ.

Соединение звездой

При таком соединении все концы обмоток объединяют в одной точке, а к их началам подключают фазы. На принципиальной схеме такой способ подключения действительно напоминает звезду, за что и получил название.

При соединении звездой к каждой обмотке в отдельности приложено фазной напряжение в 220 В, а к двум обмоткам, соединенных последовательно линейное напряжение 380 В. Главное преимущество такого способа подключения – это небольшие токи запуска, так как линейное напряжение приложено к двум обмоткам, а не к одной. Это позволяет двигателю «мягко» стартовать, но мощность его будет ограничена, так как протекающие токи в обмотках будут меньше, чем при другом способе подключения.

Соединение треугольником

При таком соединении обмотки объединяют в треугольник, когда начало одной обмотки соединяется с концом следующей – и так по кругу. Если линейное напряжение в трехфазной сети 380 В, то через обмотки будут протекать токи гораздо больших величин, чем при соединении звездой. Поэтому мощность электродвигателя будет выше.

При соединении треугольником в момент запуска АДКЗ потребляет большие пусковые токи, которые могут в 7-8 раз превышать номинальные и способны вызвать перегрузку сети, поэтому на практике инженеры нашли компромисс – запуск двигателя и его раскручивание до номинальных оборотов производится по схеме звезда, а затем происходит автоматическое переключение на треугольник.

Как определить, по какой схеме подключены обмотки двигателя?

Прежде чем подключать трехфазный двигатель к однофазной сети 220 В, необходимо выяснить по какой схеме подключены обмотки и при каком рабочем напряжении может работать АДКЗ. Для этого необходимо изучить табличку с техническими характеристиками – «шильдик», который должен быть на каждом двигателе.

На такой табличке — «шильдике», можно узнать много полезной информации

На табличке имеется вся необходимая информация, которая поможет подключить двигатель к однофазной сети. На представленном шильдике видно, что двигатель имеет мощность 0,25 кВт и количество оборотов 1370 об/мин, что говорит о наличии двух пар полюсов обмоток. Значок ∆/Y означает, что обмотки можно соединить как треугольником, так и звездой, причем следующий показатель 220/380 В свидетельствует о том, что при соединении треугольником напряжение питающей сети должно быть 220 В, а при соединении звездой – 380 В. Если такой двигатель подключить в сеть 380 В треугольником, то обмотки его сгорят.

На следующем шильдике можно увидеть, что такой двигатель можно подключить только звездой и только в сеть 380 В. Скорее всего в клеммной коробке у такого АДКЗ будет только три вывода. Опытные электрики смогут подключить и такой двигатель к сети 220 В, но для этого надо будет вскрывать заднюю крышку, чтобы добраться до выводов обмоток, затем найти начало и конец каждой обмотки и произвести необходимую коммутацию. Задача сильно усложняется, поэтому авторы не рекомендуют подключать такие двигатели к сети 220 В, тем более что большинство современных АДКЗ могут подключаться по-разному.

На каждом двигателе есть клеммная коробка, расположенная чаще всего сверху. В этой коробке есть входы для питающих кабелей, а сверху она закрыта крышкой, которую необходимо снять при помощи отвертки.

Как говорят электрики и паталогоанатомы: «Вскрытие покажет»

Под крышкой можно увидеть шесть клемм, каждая из которых соответствует или началу, или концу обмотки. Помимо этого клеммы соединяются перемычками, и по их расположению можно определить, по какой схеме подключены обмотки.

Вскрытие клеммной коробки показало, что у «пациента» очевидная «звездная болезнь»

На фото «вскрытой» коробки видно, что провода, ведущие к обмоткам подписаны и перемычками соединены в одну точку концы всех обмоток – V2, U2, W2. Это свидетельствует о том, что имеет место соединение звездой. С первого взгляда может показаться, что концы обмоток расположены в логичном порядке V2, U2, W2, а начала «перепутаны» - W1, V1, U1. Однако, это сделано с определенной целью. Для этого рассмотрим клеммную коробку АДКЗ с подключенными обмотками по схеме треугольник.

На рисунке видно, что положение перемычек меняется – соединяются начала и концы обмоток, причем клеммы расположены так, что те же перемычки используются для перекоммутации. Тогда становится понятно почему «перепутаны» клеммы – так легче перебрасывать перемычки. На фотографии видно, что клеммы W2 и U1 соединены отрезком провода, но в базовой комплектации новых двигателей всегда присутствуют именно три перемычки.

Если после «вскрытия» клеммной коробки обнаруживается такая картина, как на фотографии, то это означает, что двигатель предназначен для звезды и трехфазной сети 380 В.

Такому двигателю лучше возвращаться в свою «родную стихию» — в цепи трехфазного переменного тока

Видео: Отличный фильм про трехфазные синхронные двигатели, который еще не успели раскрасить

Подключить трехфазный двигатель в однофазную сеть 220 В можно, но при этом надо быть готовым пожертвовать значительным снижением его мощности – в лучшем случае она составит 70% от паспортной, но для большинства целей это вполне приемлемо.

Основной проблемой подключения является создание вращающегося магнитного поля, которое наводит ЭДС в короткозамкнутом роторе. В трехфазных сетях реализовать это просто. При генерации трехфазной электроэнергии в обмотках статора наводится ЭДС из-за того, что внутри сердечника вращается намагниченный ротор, который приводится в движение энергией падающей воды на ГЭС или паровой турбиной на ГЭС и АЭС. Он создает вращающееся магнитное поле. В двигателях происходит обратное преобразование – изменяющееся магнитное поле приводит во вращение ротор.

В однофазных сетях получить вращающееся магнитное поле сложнее - надо прибегнуть к некоторым «хитростям». Для этого надо сдвинуть фазы в обмотках по отношению друг к другу. В идеальном случае нужно сделать так, что фазы будут сдвинуты по отношению друг к другу на 120°, но на практике это трудно реализовать, так как такие устройства имеют сложные схемы, стоят достаточно дорого и их изготовление и настройка требуют определенной квалификации. Поэтому в большинстве случаев применяют простые схемы, при этом несколько жертвуя мощностью.

Сдвиг фаз при помощи конденсаторов

Электрический конденсатор известен своим уникальным свойством не пропускать постоянный ток, но пропускать переменный. Зависимость токов, протекающих через конденсатор, от приложенного напряжения показана на графике.

Ток в конденсаторе всегда будет «лидировать» на четверть периода

Как только к конденсатору прикладывают возрастающее по синусоиде напряжение, он сразу «накидывается» на него и начинает заряжаться, так как изначально был разряжен. Ток в этот момент будет максимальным, но по мере заряда он будет уменьшаться и достигнет минимума в тот момент, когда напряжение достигнет своего пика.

Как только напряжение будет уменьшаться, конденсатор среагирует на это и будет начинать разряжаться, но ток при этом будет идти в обратном направлении, по мере разряда он будет увеличиваться (со знаком минус) до тех пор, пока уменьшается напряжение. К моменту, когда напряжение равно нулю ток достигает своего максимума.

Когда напряжение начинает расти со знаком минус, то идет перезаряд конденсатора и ток постепенно приближается от своего отрицательного максимума к нулю. По мере уменьшения отрицательного напряжения и стремлении его к нулю идет разряд конденсатора с увеличением тока через него. Далее, цикл повторяется заново.

Из графика видно, что за один период переменного синусоидального напряжения, конденсатор два раза заряжается и два раза разряжается. Ток, протекающий через конденсатор, опережает напряжение на четверть периода, то есть — 2* π/4= π/2=90° . Вот таким простым путем можно получить фазовый сдвиг в обмотках асинхронного двигателя. Сдвиг фаз в 90° не является идеальным в 120°, но вполне достаточен для того, чтобы на роторе появился необходимый вращательный момент.

Сдвиг фаз также можно получить, применив катушку индуктивности. В этом случае все произойдет наоборот – напряжение будет опережать ток на 90°. Но на практике применяют больше емкостной сдвиг фаз из-за более простой реализации и меньших потерь.

Схемы подключения трехфазных двигателей в однофазную сеть

Существует очень много вариантов подключения АДКЗ, но мы рассмотрим только наиболее часто используемые и наиболее просто реализуемые. Как было рассмотрено ранее, для сдвига фазы достаточно подключить параллельно какой-либо из обмоток конденсатор. Обозначение C р говорит о том, что это рабочий конденсатор.

Следует отметить, что соединение обмоток в треугольник предпочтительней, так как с такого АДКЗ можно «снять» полезной мощности больше, чем со звезды. Но существуют двигатели, предназначенные для работы в сетях с напряжением 127/220 В. О чем обязательно должна быть информация на шильдике.

Если читателям встретится такой двигатель, то - это можно считать удачей, так как его можно включать в сеть 220 В по схеме звезда, а это обеспечит и плавный пуск, и до 90% от паспортной номинальной мощности. Промышленностью выпускаются АДКЗ специально предназначенные для работы в сетях 220 В, которые могут называть конденсаторными двигателями.

Как двигатель не называй — он все равно асинхронный с короткозамкнутым ротором

Следует обратить внимание, что на шильдике указано рабочее напряжение 220 В и параметры рабочего конденсатора 90 мкФ (микрофарад, 1 мкФ=10 -6 Ф) и напряжение 250 В. Можно с уверенностью сказать, что этот двигатель фактически является трехфазным, но адаптированный для однофазного напряжения.

Для облегчения пуска мощных АДКЗ в сетях 220 В кроме рабочего применяют еще и пусковой конденсатор, который включается на непродолжительное время. После старта и набора номинальных оборотов пусковой конденсатор отключают, и вращение ротора поддерживает только рабочий конденсатор.

Пусковой конденсатор «дает пинка» при старте двигателя

Пусковой конденсатор – C п, подключают параллельно рабочему C р. Из электротехники известно, что при параллельном соединении емкости конденсаторов складываются. Для его «активации» применяют кнопочный выключатель SB, удерживаемый несколько секунд. Емкость пускового конденсатора обычно минимум в два с половиной раза выше, чем рабочего, причем сохранять заряд он может достаточно долго. При случайном прикосновении к его выводам можно получить довольно сильно ощутимый разряд через тело. Для того чтобы разрядить C п применяют резистор, подключенный параллельно. Тогда после отключения пускового конденсатора от сети, будет происходить его разряд через резистор. Его выбирают с достаточно большим сопротивлением 300 кОм-1 мОм и рассеиваемой мощностью не менее 2 Вт.

Расчет емкости рабочего и пускового конденсатора

Для уверенного запуска и устойчивой работы АДКЗ в сетях 220 В следует наиболее точно подобрать емкости рабочего и пускового конденсаторов. При недостаточной емкости C р на роторе будет создаваться недостаточный момент для подключения какой-либо механической нагрузки, а избыточная емкость может привести к протеканию слишком высоких токов, что в результате может привести к межвитковому замыканию обмоток, которое «лечится» только очень дорогостоящей перемоткой.

Что рассчитывается	Формула	Что необходимо для расчетов
Емкость рабочего конденсатора для подключения обмоток звездой – Cр, мкФ	Cр=2800I/U; I=P/(√3Uηcosϕ); Cр=(2800/√3)P/(U^2n* cosϕ)=1616,6P/(U^2n* cosϕ)	Для всех: I – ток в амперах, A; U – напряжение в сети, В; P – мощность электродвигателя; η – КПД двигателя выраженное в величинах от 0 до 1 (если на шильдике двигателя оно указано в процентах, то этот показатель надо разделить на 100); cosϕ – коэффициент мощности (косинус угла между вектором напряжения и тока), он всегда указывается в паспорте и на шильдике.
Емкость пускового конденсатора для подключения обмоток звездой – Cп, мкФ	Cп=(2-3)Cр≈2,5Cр
Емкость рабочего конденсатора для подключения обмоток треугольником – Cр, мкФ	Cр=4800I/U; I=P/(√3Uηcosϕ); Cр=(4800/√3)P/(U^2n* cosϕ)=2771,3P/(U^2n* cosϕ)
Емкость пускового конденсатора для подключения обмоток треугольником – Cп, мкФ	Cп=(2-3)Cр≈2,5Cр

Приведенных формул в таблице вполне достаточно для того, чтобы рассчитать необходимую емкость конденсаторов. В паспортах и на шильдиках может указываться КПД или рабочий ток. В зависимости от этого можно вычислить необходимые параметры. В любом случае тех данных будет достаточно. Для удобства наших читателей, можно воспользоваться калькулятором, который быстро рассчитает необходимую рабочую и пусковую емкость.

Домашнее хозяйство часто нуждается в средствах механизации. Самодельный станок, насос для воды, оборудование для малого бизнеса… да мало ли для чего может понадобиться хороший электродвигатель! Однако проблема в том, что промышленные электродвигатели рассчитаны на работу в трехфазной сети (380 В).

В то время как в жилых домах и квартирах сеть однофазная, или 220 В. Но решение есть! Давайте рассмотрим, как заставить работать промышленный двигатель от бытовой сети.

Отличия однофазного двигателя от трехфазного

В трехфазном двигателе вращение ротора вызывает магнитное поле, которое наводится в статоре переменным напряжением каждой из трех фаз относительно друг друга. Это обеспечивает эффективность работы двигателя. Частота вращения двигателя остается одинаковой при однофазном и трехфазном подключении, а вот мощность при однофазном значительно уменьшается.

В этом случае мы получим от двигателя не больше 70% от номинальной мощности. Чтобы достичь максимально возможного результата, обмотки двигателя необходимо соединить «треугольником». Если подключение выполнено «звездой», то максимальная мощность (даже теоретически) составит не более 50% от номинальной. Чтобы уточнить методику соединения обмоток (если вы затрудняетесь отличить «звезду» от «треугольника»), рекомендуется просмотреть дополнительную информацию.

Так как в трехфазном двигателе имеется три выхода, на два из них подключается нулевой и фазный провода, а третий соединяется через конденсатор. При этом направление вращения будет зависеть от того, как будет подключен конденсатор - к нулевому или фазовому выводам.

Схемы подключения трехфазных двигателей на 220 вольт

Если двигатель маломощный (менее 1,5 кВт), и подключение происходит без нагрузки, то для успешной работы достаточно просто подключить к схеме конденсатор. Например, один вывод припаять к входу нулевого провода, а другой - к свободному концу обмотки, или третьему выводу треугольника. Если направление вращения не устраивает, то нужно просто прикрепить второй вывод конденсатора к входу фазного провода.

Для запуска нагруженного или мощного двигателя необходим более мощный «толчок», который может обеспечить дополнительный (пусковой) конденсатор. Он впаивается в схему параллельно основному, однако работает не постоянно, а только несколько секунд, на время старта двигателя. Обычно его подключают через кнопку или двухпозиционный тумблер. Для запуска требуется нажать кнопку (включить тумблер) на то время, пока двигатель запустится и наберет обороты. Затем кнопку отпускают, разрывая сеть и отключая емкость.

Двигатель можно заставить работать в прямом и реверсивном режимах. Для этого в схеме подключения добавляется тумблер, который в одном положении подключает конденсатор к нулевому, а в другом - к фазовому проводу. В реверсивной схеме, если двигатель медленно запускается или не стартует вообще, также может быть добавлен пусковой конденсатор. Он точно так же подключается параллельно основному и включается кнопкой «Пуск».

Часто можно услышать вопрос, а можно ли в принципе запустить трехфазный двигатель без конденсатора? К сожалению, этого сделать нельзя. Так можно запустить только мотор, изначально предназначенный для работы с однофазной сетью 220 В.

Подбор емкости конденсатора

Рабочее напряжение конденсатора должно быть не меньше 300 В. Лучше всего для схемы подходят конденсаторы марок БГТ, МБЧГ, МБПГ и МБГО. Все данные (тип, Uраб, емкость) указаны на корпусе.

Для расчета необходимой емкости следует воспользоваться формулой:

для подключения «треугольником» С = (I/U)x4800;
для подключения «звездой» С = (I/U)x2800.

Где С - емкость конденсатора в микрофарадах (мкФ), I - номинальный ток в обмотках (по паспорту), U - напряжение питания (220 В), а цифры - коэффициенты для разных типов подключения обмотки.

Что касается пусковых конденсаторов, то их емкость необходимо подбирать путем эксперимента. Обычно она составляет 2-3 от рабочего номинала.

Приведем пример расчета

Соединение - треугольник. Потребляемый номинальный паспортный ток - 3 А. Подставляя значения в формулу, получаем С=(3/220)х4800 = 65 мкФ. В этом случае емкость пускового конденсатора нужно выбирать в пределах 130-180 мкФ. Однако конденсаторов на 65 мкФ в продаже не бывает, поэтому собираем набор из 6 шт. по 10 мкФ и добавляем еще один - 5 мкФ.

Нужно учитывать, что при расчете использовались данные на номинальную мощность. Если двигатель будет работать с недогрузом, он будет перегреваться. В этом случае необходимо уменьшить емкость конденсаторов, чтобы снизить ток в обмотке. Но со снижением емкости уменьшится и мощность, которую может развить двигатель.