Как меняется мощность 3-фазного электродвигателя при подключении его в сеть 220 вольт

Схемы подключения

Варианты подключения двигателя через конденсатор:

• схема подключения однофазного двигателя с использованием пускового конденсатора;
• подключение электродвигателя с использованием конденсатора в рабочем режиме;
• подключение однофазного электродвигателя с пусковым и рабочим конденсаторами.

Все эти схемы успешно применяются при эксплуатации асинхронных однофазных двигателей. В каждом случае есть свои достоинства и недостатки, рассмотрим каждый вариант более подробно.

Схема с пусковым конденсатором

Идея заключается в том, что конденсатор включается в цепь только при пуске, используется пусковая кнопка, которая размыкает контакты после раскрутки ротора, по инерции он начинает вращаться. Магнитное поле основной обмотки поддерживает вращение длительное время. В качестве кратковременного переключателя ставят кнопки с группой контактов или реле.

Поскольку схема кратковременного подключения однофазного двигателя через конденсатор предусматривает кнопку на пружине, которая при отпускании размыкает контакты, это дает возможность экономить, провода пусковой обмотки делают тоньше. Чтобы исключить межвитковое короткое замыкание, используют термореле, которое при достижении критической температуры отключает дополнительную обмотку. В некоторых конструкциях ставят центробежный выключатель, который при достижении определенной скорости вращения размыкает контакты.

Схемы и конструкции регулировки скорости вращения и предотвращения перегрузок электродвигателя на автомате могут быть различны. Иногда центробежный выключатель устанавливается на валу ротора или на других элементах, вращающихся от него с прямым соединением, или через редуктор.

Под действием центробежных сил груз оттягивает пружины с контактной пластиной, при достижении установленной скорости вращения замыкает контакты, переключатель реле обесточивает двигатель или подает сигнал на другой механизм управления.

Бывают варианты, когда тепловое реле и центробежный выключатель устанавливаются в одной конструкции. В этом случае тепловое реле отключает двигатель при воздействии критической температуры или усилиями раздвигающегося груза центробежного выключателя.

В связи с особенностями характеристик асинхронного двигателя конденсатор в цепи дополнительной катушки искажает линии магнитного поля, от круглой формы до эллиптической, в результате этого потери мощности увеличиваются, снижается КПД. Пусковые характеристики остаются хорошие.

Схема с рабочим конденсатором

Отличие этой схемы в том, что конденсатор после пуска не отключается, и вторичная обмотка на протяжении всей работы импульсами своего магнитного поля раскручивает ротор. Мощность электродвигателя в этом случае значительно увеличивается, форму электромагнитного поля можно попытаться приблизить от эллиптической формы к круглой подбором емкости конденсатора. Но в этом случае момент пуска более продолжительный по времени, и пусковые токи больше. Сложность схемы заключается в том, что емкость конденсатора для выравнивания магнитного поля подбирается с учетом токовых нагрузок. Если они будут меняться, то и все параметры будут не постоянными, для стабильности формы линий магнитного поля можно установить несколько конденсаторов с различными емкостями. Если при изменении нагрузки включать соответствующую емкость, это улучшит рабочие характеристики, но существенно усложняет схему и процесс эксплуатации.

Комбинированная схема с двумя конденсаторами

Оптимальным вариантом для усреднения рабочих характеристик является схема с двумя конденсаторами — пусковым и рабочим.

Почему всё так сложно

Этот вопрос и мне изначально не давал покоя, однако всё сложно лишь на первый взгляд. Если выполнять всю работу пошагово, в соответствии с инструкциями, он отпадёт сам собой. Как уже упоминалось, основные сложности были созданы, можно сказать, намеренно. Ведь стоило лишь приобрести в любом магазине электротехники более совершенный кнопочный пост, и большая часть работы просто потеряла свою актуальность. Но в том, что я пошёл столь проблематичным путём есть и свои плюсы – были рассмотрены все варианты при нулевых затратах. Всё, что мне было необходимо, нашлось в гараже. Зато сейчас я имею возможность пользоваться низкобюджетным заточным станком. Из затрат – лишь покупка наждачного заточного круга и оплата счетов за электроэнергию, которые нельзя назвать крупными.

Стандартная схема включения трехфазного двигателя в однофазную сеть

Процесс подключения трехфазного двигателя к напряжению 230 вольт прост. Обычно ветка несет синусоиду, разница составляет 120 градусов. Формируется фазовый сдвиг, равномерный, обеспечивает плавность вращения электромагнитного поля статора. Действующее значение каждой волны составляет 230 вольт. Это позволит подключить трехфазный двигатель к домашней розетке. Фокус цирковой: получить три синусоиды, используя одну. Сдвиг фаз равен 120 градусов.

На практике означенное сделать можно, заручившись помощью специальных приборов фазовращателей. Не тех, что используются высокочастотными трактами волноводов, а специальных фильтров, сформированных пассивными, реже активными элементами. Любители заморочкам предпочитают применение заправского конденсатора. Если обмотки двигателя соединить треугольником, сформировав единое кольцо, получим сдвиги фаз 45 и 90 градусов, хватает худо-бедно для неуверенной работы вала:

Схема подключения трехфазного двигателя коммутацией обмоток треугольником

1. На одну обмотку подается фаза розетки. Провода цепляют разницу потенциалов.
2. Вторая обмотка запитывается конденсатором. Формируется сдвиг фаз 90 градусов относительно первой.
3. На третьей за счет приложенных напряжений образуется слабо похожее на синусоиду колебание со сдвигом еще на 90 градусов.

Итого, третья обмотка отстоит от первой по фазе на 180 градусов. Показывает практика, расклада хватает нормально работать. Разумеется, двигатель иногда «залипает», сильно греется, мощность падает, хромает КПД. Пользователи мирятся, когда подключение асинхронного двигателя к трехфазной сети исключено.

Из чисто технических нюансов добавим: схема правильной раскладки проводов приводится на корпусе прибора. Чаще украшает внутреннюю сторону кожуха, скрывающего колодку, либо вычерчена неподалеку на шильдике. Руководствуясь схемой, поймем, как подключить электродвигатель с 6 проводами (по паре на каждую обмотку). Когда сеть трёхфазная (часто называют 380 вольт), обмотки соединяются звездой. Образуется одна общая катушкам точка, куда стыкуется нейтраль (условный схемный электрический нуль). На прочие концы подаются фазы. Получается три – по числу обмоток.

Как обращаться с треугольником для подключения трехфазного двигателя на 230 вольт, понятно. Дополнительно приводим рисунок, изображающий:

• Схему электрического соединения обмоток.
• Рабочий конденсатор, служащий цели создания правильного распределения фаз.
• Пусковой конденсатор, облегчающий раскрутку вала на начальных оборотах. В последующем отключается от схемы кнопкой, разряжается шунтирующим резистором (для безопасности и пребывания в готовности к новому циклу пуска).

Подключение трехфазного двигателя 230 вольт треугольником

Картинка показывает: обмотка А находится под напряжением 230 вольт. На С подается со сдвигом фаз 90 градусов. Благодаря разности потенциалов, концы обмотки В формируют напряжение, сдвинутое на 90 градусов. Очертания далеки привычной школьным физикам синусоиде. Опущены в целях упрощения пусковой конденсатор, шунтирующий резистор. Считаем, расположение очевидно из сказанного выше. Подобная методика худо-бедно позволит добиться от двигателя нормальной работы. Клавишей пусковой конденсатор замыкается, осуществляя пуск, отключается от фазы, разряжается шунтом.

Пришло время сказать: емкость, обозначенная чертежом 100 мкФ, практически выбирается, учитывая:

1. Частоты вращения вала.
2. Мощность двигателя.
3. Нагрузки, ложащиеся на ротор.

Подбирать нужно конденсатор экспериментальным путем. Согласно нашему рисунку, напряжение обмоток В и С будет одинаковым. Напоминаем: тестер показывает действующее значение. Фазы напряжения будут различны, форма сигнала обмотки В несинусоидальная. Действующее значение показывает: в плечи отдается одинаковая мощность. Обеспечивается боле менее стабильная работа установки. Мотор меньше греется, оптимизируется КПД двигателя. Каждая обмотка сформирована индуктивным сопротивлением, которое также накладывает отпечаток на сдвиг фаз между напряжением и током

Вот почему важно подобрать правильное значение емкости. Можно добиться идеальных условий работы двигателя

Подключение по схеме «звезда»

У каждой обмотки есть начало и конец. Перед тем, как подключить двигатель 380 на 220, нужно выяснить, где концы обмоток. Для соединения по схеме «звезда» достаточно установить перемычки таким образом, чтобы все концы были замкнуты. Три фазы нужно подключать к началам обмоток. При запуске двигателя от трехфазной сети желательно использовать именно эту схему, так как при работе не индуцируются высокие токи.

Но добиться высокой мощности вряд ли удастся, поэтому применяют на практике гибридные схемы. Запускают мотор с включенными обмотками по схеме «звезда», а при выходе на устоявшийся режим происходит переключение на «треугольник».

Схемы подключения

Начнем с того, что рассмотрим конструкцию трехфазного электродвигателя. Нас здесь будут интересовать три обмотки, которые и создают магнитное поле, вращающее ротор мотора. То есть, именно так и происходит преобразование электрической энергии в механическую.

Существует две схемы подключения:

Сразу же оговоримся, что подключение звездой делает пуск агрегата более плавным. Но при этом мощность электродвигателя будет ниже номинальной практически на 30%. В этом плане подключение треугольником выигрывает. Мощность подключенный таким образом мотор не теряет. Но тут есть один нюанс, который касается токовой нагрузке. Эта величина резко возрастает при пуске, что негативно влияет на обмотку. Высокая сила тока в медном проводе повышает тепловую энергию, которая влияет на изоляцию провода. Это может привести к пробивке изоляции и выходу из строя самого электродвигателя.

Хотелось бы обратить ваше внимание на тот факт, что большое количество европейского оборудования, завезенного на просторы России, укомплектовано европейскими электрическими двигателями, которые работают под напряжением 400/690 вольт. Кстати, снизу фото шильдика такого мотора

Так вот эти трехфазные электродвигатели надо подключать к отечественной сети 380В только по схеме треугольник. Если подключить европейский мотор звездой, то под нагрузкой он сразу же сгорит. Отечественные же трехфазные электродвигатели к трехфазной сети подключаются по схеме звезда. Иногда подключение производят треугольником, это делается для того, чтобы выжать из мотора максимальную мощность, необходимую для некоторых видов технологического оборудования.

Производители сегодня предлагают трехфазные электродвигатели, в коробке подключения которых сделаны выводы концов обмоток в количестве трех или шести штук. Если концов три, то это значит, что на заводе внутри мотора уже сделана схема подключения звезда. Если концов шесть, то трехфазный двигатель можно подключать к трехфазной сети и звездой, и треугольником. При использовании схемы звезда необходимо три конца начала обмоток соединить в одной скрутке. Три остальных (противоположных) подключить к фазам питающей трехфазной сети 380 вольт. При использовании схемы треугольник нужно все концы соединить между собой по порядку, то есть последовательно. Фазы подключаются к трем точкам соединения концов обмоток между собой. Внизу фото, где показаны два вида подключения трехфазного двигателя.

Схема звезда-треугольник

Такая схема подключения к трехфазной сети используется достаточно редко. Но она существует, поэтому есть смысл сказать о ней несколько слов. Для чего она используется? Весь смысл такого соединения основан на позиции, что при пуске электродвигателя используется схема звезда, то есть плавный пуск, а для основной работы используется треугольник, то есть выжимается максимум мощности агрегата.

Правда, такая схема достаточно сложная. При этом обязательно устанавливаются в соединение обмоток три магнитных пускателя. Первый соединяется с питающей сетью с одной стороны, а с другой стороны к нему подсоединяются концы обмоток. Ко второму и третьему подключаются противоположные концы обмоток. Ко второму пускателю производится подсоединение треугольником, к третьему звездой.

Внимание! Одновременно включать второй и третий пускатели нельзя. Произойдет короткое замыкание между подключенными к ним фазами, что приведет к сбрасыванию автомата. Поэтому между ними устанавливается блокировка

По сути, все будет происходить так – при включении одного, размыкаются контакты у другого

Поэтому между ними устанавливается блокировка. По сути, все будет происходить так – при включении одного, размыкаются контакты у другого.

Принцип работы таков: при включении первого пускателя временное реле включает и пускатель номер три, то есть, подключенного по схеме звезда. Происходит плавный пуск электродвигателя. Реле времени задет определенный промежуток, в течение которого мотор перейдет в обычный режим работы. После чего пускатель номер три отключается, а включается второй элемент, переводя на схему треугольник.

Способ 3. Использование асинхронного электродвигателя в качестве генератора

Данный способ основан на использование трёхфазного асинхронного электрического в качестве преобразователя/генератора однофазной электрической сети 220В в трёхфазную электрическую сеть 380В

Схема преобразователя/генератора однофазной электрической сети 220В в трёхфазную электрическую сеть 380В выглядит следующим образом:

Порядок работы следующий, при подключении преобразователя/генератора к электрической сети 220В нажимаем и удерживаем кнопку SA1 подключая тем самым пусковой конденсатор С1 до выхода электродвигателя используемого в качестве преобразователя/генератора на рабочие обороты, после этого можно разомкнуть кнопку SA1 и подключить нагрузку к выходу 380В.

Отключение производят в следующей последовательности – отключаем трёхфазную нагрузку от выхода 380В преобразователя/генератора, а затем отключаем от сети 220В сам преобразователь/генератор.

В качестве преобразователя/генератора можно использовать любой трёхфазный асинхронный электродвигатель с обмотками включенными по схеме “звезда”. Мощность этого двигателя должна быть минимум на 30% больше мощности подключаемой нагрузки. Лучше для этих целей использовать электромоторы с частота вращения ротора 1000 об/мин и меньше.

Электродвигатель в качестве нагрузки подключается по схеме звезда.

Конденсатор C1 в данной схеме выполняет роль пускового, его ёмкость рассчитывается по следующей формуле:

С_раб = (K _* I_ф / U_сети) _* 2,5

• K – является специальным коэффициентом. Его значение составляет 2800 для схемы «звезда».
• Iф – номинальный ток статора, указанный на информационной табличке. При невозможности прочтения, выполняются измерения с помощью специальных измерительных клещей.
• Uсети – напряжение питающей сети, величиной в 220 вольт.

Основным недостатком данного преобразователя/генератора является повышенное энергопотребление, общая мощность потребления будет складываться из мощьности подключаемой нагрузки и примерно 45-50% мощности электромотора используемого в качестве преобразователя/генератора.

Способы преобразования энергии

В данном разделе описаны основные методы преобразования 220 Вольт в увеличенную трёхфазную энергию с напряжением 380 В. Существует множество способов, однако опытные специалисты выделяют только пять основных:

• Использование электрического преобразователя энергии;
• Использование трансформаторов тока;
• Преобразование тока из двухфазного в трёхфазный;
• Применение трёхфазного мотора в роли генератора;
• Использование преобразователя конденсаторного плана.

Инвертор напряжения

Преобразователь энергии

Одно из самых простых устройств для моментального преобразования энергии – это инвертор, устройство, повышающее номинальное напряжение в сети до требуемых показателей, величина которых зависит от технических характеристик конкретного прибора.

Бытовые инверторы формируют стабильное напряжение и не требуют специальных навыков при эксплуатации. К сожалению, мощность подобных приборов невысока, но в то же время они подходят почти для всех трёхфазных бытовых устройств.

Подключение звездой и треугольником

Внутри прибор оснащен опцией защиты от скачков напряжения и коротких замыканий, что позволяет стабилизировать частоту подачи тока, исключив внезапное изменение амплитуды в электрической цепи, нередко приводящее к поломкам.

Внимание! Постоянная энергия с минимумом перепадов напряжения получается благодаря принципу действия преобразователя. Первым делом, он обеспечивает снижение частотности переменного тока, после чего формирует трёхфазное напряжение с необходимой частотой

Способ применения трех фаз

При стандартном инженерном оснащении в распределительных этажных щитах подключено три фазы, но в каждое обособленное жилое помещение заводится лишь одна из них.

Щитки, как правило, устанавливают в коридорах, либо на лестничных клетках, откуда можно подвести в помещение две дополнительные фазы, однако для этого необходимо заручиться письменным разрешением эксплуатирующих служб.

Документ на подведение двух фаз можно запросить у энергоснабжающей организации или согласовать с управляющей компанией дома. Также необходимо установить трёхфазный прибор для коммерческого учета электроэнергии.

Схема преобразования

Этапы подключения пускателя для второго конденсатора

Для начала были произвольно выбраны 2 контакта, которые были соединены между собой перемычкой. Здесь клеммы можно протягивать сразу – больше никаких дополнительных проводов к ним коммутироваться не будет.

Устанавливаем перемычку между контактами второго пускателя

Здесь дело вот в чём. Конечно, монтаж второго магнитного пускателя – это дополнительные проблемы, однако, в моём случае, была поставлена цель вообще ничего не приобретать в магазине. Как уже говорилось, кнопочные посты, оказавшиеся в наличии, были старого образца – на пусковой кнопке присутствовал лишь один постоянно разомкнутый контакт. Если же их два, то необходимость в монтаже второго пускателя сразу отпадает, что значительно облегчает работу. В описываемом мною варианте работы больше, зато она учитывает все возможные нюансы, которые могут возникнуть в процессе коммутации.

От перемкнутых контактов второго пускателя отводим провод – он нужен для подачи питания и присоединяется к клемме подачи фазы на первое устройство, а именно на «L1».

Подключение провода для подачи питания на второй пускатель

Катушка второго магнитного пускателя

Понятно, что второй магнитный пускатель не сможет обойтись без стабильной подачи напряжения на катушку. Для обеспечения стабильности, соединяем контакт «L2» первого устройства с её клеммой при помощи отдельного провода. В моём случае, для наглядности, выбрана тёмно-коричневая жила.

Подключение коричневого провода на контакт «L2» рабочего пускателяКоммутация другого конца жилы с одной из клемм катушки второго пускателя

У некоторых может возникнуть вопрос, почему вся коммутация производится на клеммах магнитного пускателя? Ведь, если большую её часть перенести на вводной автомат, обслуживание и ремонт впоследствии будет проводить значительно проще. Изначально и я так подумал, однако столкнулся с проблемой малого размера контактора – несколько проводов в него просто не помещались. Что же касается клеммы пускателя, то она значительно больше, что упрощает сам процесс коммутации. После её окончания, для удобства, можно объединить несколько жил, подходящих к одной клемме, при помощи небольшого хомутика или просто смотать их изолентой.

Преимущества инвертора 220 в 380

Универсальный инвертор 220 в 380 обладает рядом выгодных преимуществ:

1. возможность выработки трёхфазного тока 380 В без потери мощности асинхронного двигателя;
2. возможность применения для подключения моторов с самыми разнообразными характеристиками;
3. невысокая мощность потребления.

Также плюсами использования инвертора с 220 на 380 считаются такие моменты, как:

• уменьшение потребления электроэнергии в связи с возрастанием мощности до пятидесяти процентов;
• стабильность работы оборудования, защищённой от воздействия скачков напряжения;
• увеличения ресурса работы — плавность запуска и остановки понижают степень износа приборов.

Преимущества схемы тиристорного преобразователя: автор В Соломыков

Эта разработка позволяет максимально эффективно сохранить мощность асинхронного двигателя при его подключении в однофазную сеть. Она является прообразом современных частотных преобразователей, но выполнена на старой и доступной элементной базе.

Тиристорный преобразователь позволяет сделать формы напряжений на каждой фазе очень похожими на идеальные, гармоничные синусоиды, под которые и создается асинхронный электродвигатель.

Питание от сети 220 вольт происходит через защиту — автоматический выключатель SF1 и диодный мост на базе Д233В.

Силовые выходные цепи образуются работой тиристорных ключей VS1-VS6.

Сдвиг фаз токов для питания каждой обмотки двигателя своим напряжением создается работой двух микросхем:

1. DD1 — К176ЛЕ5;
2. DD2 — К176 ИР2.

Они формируют такты сдвига напряжений сигналов в регистрах, а их сочетания подаются на входы управления тиристорами VS1÷VS6 через индивидуальные транзисторы VT1÷VT6 по запланированной временной диаграмме.

Логическая часть

Микросхема К176ИР2 вырабатывает по 2 раздельных 4-х разрядных регистра сдвига с четырьмя выходами Q от любого триггера. Каждый триггер двухступенчатый, типа D.

Ввод данных в регистр происходит через вход D. Также имеется вход для тактовых импульсов типа C. Они поступают через вход D 1-го триггера, а затем смещаются по ходу вправо на один такт.

Обнуление данных на выходе регистра Q происходит при поступлении на вход R (асинхронный сброс) напряжения логического уровня.

Таблица данных К176ИР2 и состояний регистров

Работой микросхемы К176ИР2 управляет элементы DD1 на сборке К176ЛЕ5.

Они обеспечивают подачу импульсов на управляющие электроды тиристоров по следующей временной диаграмме.

Силовая часть схемы, принципы ее управления и наладки

При подаче напряжения на схему обнуляется регистр сдвига микросхемы DD2 до окончания заряда емкости C2 по цепочке через R5. В момент заряда срабатывает логический элемент DD1.1, разрешающий сдвиг импульса регистру DD2.

При переходе регистра в положение «логической 1» подается сигнал на базу его биполярного транзистора (VT1÷VT6). Последний открывается и подает команду на управляющий электрод своего тиристора.

В результате работы этой цепочки между выходными силовыми клеммами создается трехфазное напряжение (довольно близкое к синусоидальной форме) со сдвигом векторов между собой на 120 градусов.

Асинхронный двигатель, работающий по этой схеме, развивает наибольшую мощность по сравнению с тремя предыдущими вариантами.

Частота коммутации тиристоров подбирается экспериментально при наладке за счет выбора номиналов емкостей С4, С5, С6. Их номиналы зависят от мощности электродвигателя.

Емкость конденсаторов предварительно рассчитывают по формуле:

При номинальной частоте вращения ротора выставляют n=1.

Резисторы R3 и R4 после окончания настройки устройства демонтируют, а вместо R4 запаивают конденсатор с емкостью 0,68 микрофарад.

Затем к точкам A и B припаивают регулировочный резистор на 15 килоом. Его назначение — точное выставление частоты вращения ротора у двигателя.

Все четыре схемы, которые я привел, не содержат дефицитных деталей и могут быть собраны в домашних условиях людьми с начальным уровнем навыков электрика.

Для продвинутых мастеров могу порекомендовать схему, по которой выполнил подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без конденсаторов на современной электронной базе владелец сайта Радиокот.

Он фактически собрал частотный преобразователь, которому отдал много времени. К тому же простым паяльником и обычным цифровым мультиметром там отделаться не получится. Нужны практические навыки, специальный инструмент, осциллограф для наладки.

Все это я написал, чтобы подвести вас к выводу: запустить асинхронный двигатель на 3 фазы в сеть 220 вольт без потерь мощности можно только через промышленный частотный преобразователь.

Рекомендую посмотреть два коротких видеоролика по этой теме и сравнить результат.

Видео владельца Kick Ass с самодельным регулятором по схеме В Голик.

Видео владельца Capricorn WorkShop о самом простом частотном преобразователе.

Выводы сделайте сами. А если остались еще вопросы и неясности, или заметили случайную ошибку, то воспользуйтесь разделом комментариев. Обязательно обсудим.

Похожие записи:

Активное, емкостное и индуктивное сопротивление. закон ома для цепей переменного тока Ретро проводка в современном доме Где используется фидерный кабель Маркировка smd компонентов: кодовые обозначения Как сделать веб-приложение для вашего собственного bluetooth low energy девайса? Как подключить усилитель в машине