Ротор турбинного компрессора

Как известно, трехфазные асинхронные электрические (эл.) двигатели, имеющие короткозамкнутый ротор, подключаются по схеме звезда или треугольник в зависимости от линейного напряжения, на которое рассчитана каждая обмотка.

При пуске особенно мощных эл. двигателей, подключённых по схеме треугольника, наблюдаются повышенные пусковые токи, которые в перегруженных сетях создают временное падение напряжения ниже допустимого предела.

Данное явление обусловлено конструктивными особенностями асинхронных эл. двигателей, у которых массивный ротор имеет достаточно большую инерционность, и при его раскрутке мотор работает в режиме перегрузки. Пуск электродвигателя усложняется, если на валу находится нагрузка с большой массой – роторы турбинных компрессоров, центробежных насосов или механизмы различных станков.

Способ уменьшения пусковых токов электродвигателя

Чтобы уменьшить токовые перегрузки и падение напряжения в сети, применяют особый способ подключения трехфазного эл. двигателя, при котором происходит переключение со звезды на треугольник по мере набора оборотов.

Подключение обмоток двигателя: звездой (слева) и треугольником (справа)

При подключении соединенных звездой обмоток двигателя, рассчитанного на подключение треугольником в трехфазную сеть, напряжение, приведённое к каждой обмотке на 70% меньше от номинала. Соответственно, ток при пуске эл. двигателя будет меньшим, но следует помнить, что стартовый момент вращения также будет меньшим.

Поэтому переключение режимов звезда-треугольник нельзя применять для электродвигателей, изначально имеющих на валу неинерционную нагрузку, такую как вес груза лебедки или сопротивление поршневого компрессора.

Недопустимо переключение режимов у электродвигателя, стоящего на поршневом компрессоре

Для работы в составе таких агрегатов, имеющих большую нагрузку в момент пуска, применяют особые трехфазные эл. двигатели с фазным ротором, в которых пусковые токи регулируются с помощью реостатов.

Переключение звезда треугольник можно применять только для электродвигателей, имеющих на валу свободно вращающуюся нагрузку – вентиляторы, центробежные насосы, валы станков, центрифуг и другого подобного оборудования.

Центробежный насос с асинхронным электродвигателем

Реализация смены режимов подключения обмоток двигателя

Очевидно, что для осуществления пуска трехфазного электромотора в режиме звезды с последующим переключением на соединение обмоток треугольником, необходимо применение нескольких трехфазных контакторов в пускателе.

Набор контакторов в пускателе для переключения звезда-треугольник

При этом нужно обеспечивать блокировку одномоментного срабатывания данных контакторов, а также должна быть обеспечена кратковременная задержка переключения, чтобы соединение звездой гарантированно отключилось прежде, чем включится треугольник, иначе произойдет трехфазное короткое замыкание.

Поэтому реле времени (РВ), которое используется в схеме для установки интервала переключения, также должно обеспечивать задержку 50-100 мс, чтобы не происходило короткого замыкания.

Способы осуществления задержки переключения

Диаграмма времени переключения режимов

Существует несколько принципов осуществления задержки при помощи:

Ручной переключатель режимов

Классическая схема

Данная система достаточно проста, неприхотлива и надежна, но имеет существенный недостаток, который будет описан ниже и требует применения громоздкого и морально устаревшего реле времени.

Данное РВ обеспечивает задержку отключения из-за намагниченного сердечника, на размагничивание которого требуется некоторое время.

Электромагнитное реле времени задержки

Необходимо мысленно пройтись по цепях прохождения тока, чтобы понять работу данной схемы.

Классическая схема переключения режимов с реле тока и времени

После включения трехфазного автоматического выключателя АВ пускатель готов к работе. Через нормально замкнутые контакты кнопки «Стоп», и замыкаемый оператором контакт кнопки «Пуск» ток протекает через катушку контактора КМ. Силовые контакты КМ удерживаются во включенном состоянии «самоподхватом», благодаря контакту БКМ.

На фрагменте приведенной выше схемы красной стрелкой указан шунтирующий контакт

Реле КМ необходимо для обеспечения возможности отключения двигателя кнопкой «Стоп». Импульс от кнопки «Пуск» также проходит через нормально замкнутые БКМ1 и РВ, запуская контактор КМ2, основные контакты которого обеспечивают подачу напряжения на соединение обмоток по типу звезда – осуществляется раскрутка ротора.

Поскольку в момент пуска КМ2 контакт БКМ2 размыкается, то КМ1, обеспечивающий включения соединения обмоток треугольником, никак не может сработать.

Контакторы, обеспечивающие подключение звездой (КМ2) и треугольником (КМ1)

Пусковые токовые перегрузки эл. двигателя заставляют практически мгновенно сработать РТ, включенное в цепи трансформаторов тока ТТ1, ТТ2. При этом цепь управления катушкой КМ2 шунтируется контактом РТ, блокируя работу РВ.

Одновременно с запуском КМ2 при помощи его дополнительного нормально разомкнутого контакта БКМ2 запускается реле времени, контакты которого переключаются, но срабатывания КМ1 не происходит, так как БКМ2 в цепи катушки КМ1 разомкнут.

Включение реле времени — зеленая стрелка, переключающие контакты — красные стрелки

По мере набора оборотов пусковые токи уменьшаются и контакт РТ в цепи управления КМ2 размыкается. Одновременно с отключением силовых контактов, обеспечивающих питанием соединение обмоток звездой, происходит замыкание БКМ2 в цепи управления КМ1 и размыкание БКМ2 в цепи питания РВ.

Но, поскольку РВ отключается с запаздыванием, этого времени достаточно, чтобы его нормально разомкнутый контакт в цепи КМ1 оставался замкнутым, благодаря чему происходит самоподхват КМ1,подключающий соединение обмоток треугольником.

Нормально разомкнутый контакт самоподхвата КМ1

Недостаток классической схемы

Если по причине неправильного расчета нагрузки на валу он не сможет набрать обороты, то и реле тока в этом случае не позволит схеме переключиться в режим треугольника. Длительная эксплуатация эл. асинхронного двигателя в таком режиме стартовой перегрузки крайне нежелательна, обмотки будут перегреваться.

Перегретые обмотки двигателя

Поэтому, для предотвращения последствий непредвиденного увеличения нагрузки при пуске трехфазного эл. двигателя (изношенный подшипник или попадание посторонних предметов в вентилятор, загрязнение крыльчатки насоса), следует также подключить тепловое реле в цепь питания эл. двигателя после контактора КМ (на схеме не указано) и установить датчик температуры на кожух.

Внешний вид и основные узлы теплового реле

Если используется таймер (современное РВ) для переключения режимов, которое происходит в установленном интервале времени, то при включении обмоток двигателя треугольником, происходит набор номинальных оборотов, при условии, что нагрузка на валу соответствует техническим условиям работы электромотора.

Переключение режимов при помощи современного реле времени CRM-2T

Работа самого таймера достаточно проста – вначале осуществляется включение контактора звезды, а по истечении регулируемого времени, происходит отключение данного контактора, и с некоторой также регулируемой задержкой осуществляется включения контактора треугольника.

Правильные технические условия для использования переключения соединений обмоток.

При пуске любого трехфазного эл. двигателя должно соблюдаться важнейшее условие – момент сопротивления нагрузки всегда должен быть меньше чем стартовый момент вращения, иначе электромотор попросту не запустится, а его обмотки перегреются и перегорят, даже если используется стартовый режим звезды, при котором напряжение ниже номинального.

Даже если на валу свободно вращающаяся нагрузка, стартового момента при подключении звездой может не хватить и эл. двигатель не наберет обороты, при которых должно осуществляться переключение в режим треугольника, так как сопротивление среды, в котором вращаются механизмы агрегатов, (лопасти вентилятора или крыльчатка наноса) будет увеличиваться по мере набора скорости вращения.

В таком случае, если из схемы исключено токовое реле, и переключение режимов осуществляется по уставке таймера, то в момент перехода на треугольник будут наблюдаться всё те же броски тока почти такой же продолжительности, как и при пуске с неподвижного состояния ротора.

Сравнительные характеристики прямого и переходного запусков двигателя с нагрузкой на валу

Очевидно, что такое подключение звезда-треугольник не даст никаких положительных результатов при неправильно рассчитанном стартовом моменте. Но в момент отключения контактора, обеспечивающего подключение звездой, при недостаточных оборотах двигателя, вследствие самоиндукции будет наблюдаться бросок повышенного напряжения в сеть, которое может повредить другое оборудование.

Поэтому, используя переключение звезда-треугольник, необходимо убедиться в целесообразности такого подключения трехфазного асинхронного эл. двигателя и перепроверить расчеты по нагрузке.

Сегодня асинхронные электромоторы пользуются популярностью благодаря надежности, отличной производительности и сравнительно невысокой стоимости. Двигатели этого типа обладают конструкцией, способной выдерживать сильные механические нагрузки. Чтобы пуск агрегата прошел успешно, его необходимо правильно подключить. Для этого используется соединения типа «звезда» и «треугольник», а также их комбинация.

Виды соединений

Конструкция электромотора достаточно проста и состоит из двух главных элементов - неподвижного статора и расположенного внутри, вращающегося ротора . Каждая из этих частей имеет собственные обмотки, проводящие ток. Статорная уложена в специальные пазы при обязательном соблюдении расстояния в 120 градусов.

Принцип работы двигателя прост - после включения пускателя и подачи напряжения на статор возникает магнитное поле, заставляющее ротор вращаться. Обе оконечности обмоток выводятся в распределительную коробку и располагаются в два ряда. Их выводы маркируются буквой «С» и получают цифровое обозначение в пределах от 1 до 6.

Чтобы их соединить, можно использовать один из трех способов:

• «Звезда»;
• «Треугольник»;
• «Звезда-треугольник».

Если все оконечности статорной обмотки соединяются в одной точке, то этот тип подключения носит название «звезда». Если же все концы обмотки соединены последовательно, то это «треугольник». В этом случае контакты располагаются так, что их ряды смещаются относительно друг друга. В результате напротив клеммы С6 находится вывод С1 и т. д. Это один из ответов на вопрос, в чем разница соединений звездой и треугольником.

Кроме этого, в первом случае обеспечивается более плавная работа мотора, но не достигается максимальная мощность. Если используется схема «треугольник», то в обмотках возникают большие пусковые токи, отрицательно влияющие на срок службы агрегата. Для их снижения приходится использовать специальные реостаты, делающие пуск максимально плавным.

Если 3-фазный двигатель подключается к сети в 220 вольт, то вращающего момента недостаточно для запуска. Чтобы увеличить этот показатель, используются дополнительные элементы. В бытовых условиях оптимальным решением станет фазосдвигающий конденсатор. Следует заметить, что мощность трехфазных сетей выше в сравнении с однофазными. Это говорит о том, что подключение 3-фазного мотора в однофазную электросеть обязательно приведет к потере мощности. Невозможно точно сказать, какой из этих способов лучше, так как у каждого есть не только преимущества, но и недостатки.

Плюсы и минусы «звезды»

Общую точку, в которой соединяются все оконечности обмотки, называют нейтралью. Если в электроцепи присутствует нейтральный проводник, то она будет называться четырехпроводной. Начало контактов подключается к соответствующим фазам сети питания. Схема соединения обмоток электродвигателя «звезда» имеет ряд преимуществ:

• Обеспечивается длительная безостановочная работа электромотора.
• Из-за снижения мощности увеличивается срок эксплуатации агрегата.
• Достигается плавный пуск.
• Во время работы не наблюдается сильного перегрева двигателя.

Встречается оборудование, имеющее внутреннее соединение оконечностей обмотки и в коробку выведено лишь три контакта. В такой ситуации использование иной схемы соединения, кроме «звезды», не представляется возможным.

Преимущества и недостатки «треугольника»

Использование этого типа подключения позволяет создать неразрывный контур в электроцепи. Такое название схема получила из-за своей эргономической формы, хотя ее вполне можно именовать и кругом. Среди достоинств «треугольника» стоит отметить:

• Достигается максимальная мощность агрегата во время работы.
• Применяется реостат для пуска мотора.
• Значительно увеличивается крутящий момент.
• Создается мощное тяговое усилие.

Среди недостатков можно отметить лишь высокие значения пусковых токов, а также активное тепловыделение во время работы. Этот тип соединения широко применяется в мощных механизмах, в которых присутствуют большие токи нагрузки. Именно благодаря этому увеличивается ЭДС, влияющая на мощность вращающего момента. Также следует сказать, что существует еще одна схема подключения, называемая «разомкнутый треугольник». Она используется в выпрямительных установках, предназначенных для получения токов тройной частоты.

Комбинирование схем

В механизмах высокой сложности зачастую используется комбинированное подключение трёхфазного двигателя звездой и треугольником. Это позволяет не только увеличить мощность агрегата, но и продлить его срок службы, если он не рассчитан на работу по способу «треугольник». Так как пусковые токи в моторах большой мощности обладают высокими значениями, то при старте оборудования часто выходят из строя предохранители или отключаются автоматы.

Чтобы уменьшить линейное напряжение в статорной обмотке, активно используются различные дополнительные устройства, например, автотрансформаторы, реостаты и т. д. В результате достигается снижение напряжения более чем в 1,7 раза. После успешного пуска мотора начинает постепенно возрастать частота, а сила тока снижается. Применение в такой ситуации релейно-контактной схемы позволяет добиться переключения соединение звезда и треугольник электродвигателя. В такой ситуации обеспечивается максимально плавный пуск силового агрегата.

Асинхронные трехфазные двигатели, а именно их, из-за широкого распространения, часто приходится использовать, 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. Обмотки могут быть соединены по схеме "звезда" (концы обмоток соединены между собой, к их началам подводится питающее напряжение) или "треугольник" (концы одной обмотки соединены с началом другой).

В распределительной коробке контакты обычно сдвинуты - напротив С1 не С4, а С6, напротив С2 - С4.

При подключении трехфазного двигателя к трехфазной сети по его обмоткам в разный момент времени по очереди начинает идти ток, создающий вращающееся магнитное поле, которое взаимодействует с ротором, заставляя его вращаться. При включении двигателя в однофазную сеть, вращающий момент, способный сдвинуть ротор, не создается.

Среди разных способов подключения трехфазных электродвигателей в однофазную сеть наиболее простой - подключение третьего контакта через фазосдвигающий конденсатор.

Частота вращения трехфазного двигателя, работающего от однофазной сети, остается почти такой же, как и при его включении в трехфазную сеть. К сожалению, этого нельзя сказать о мощности, потери которой достигают значительных величин. Точные значения потери мощности зависят от схемы подключения, условий работы двигателя, величины емкости фазосдвигающего конденсатора. Ориентировочно, трехфазный двигатель в однофазной сети теряет около 30-50% своей мощности.

Не все трехфазные электродвигатели способны хорошо работать в однофазных сетях, однако большинство из них справляются с этой задачей вполне удовлетворительно - если не считать потери мощности. В основном для работы в однофазных сетях используются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (А, АО2, АОЛ, АПН и др.).

Асинхронные трехфазные двигатели рассчитаны на два номинальных напряжения сети - 220/127, 380/220 и т.д. Наиболее распространены электродвигатели с рабочим напряжением обмоток 380/220В (380В - для "звезды", 220 - для "треугольника). Большее напряжение для "звезды", меньшее - для "треугольника". В паспорте и на табличке двигателей кроме прочих параметров указывается рабочее напряжение обмоток, схема их соединения и возможность ее изменения.

Обозначение на табличке А говорит о том, что обмотки двигателя могут быть подключены как "треугольником" (на 220В), так и "звездой" (на 380В). При включении трехфазного двигателя в однофазную сеть желательно использовать схему "треугольник", поскольку в этом случае двигатель потеряет меньше мощности, чем при подключении "звездой".

Табличка Б информирует, что обмотки двигателя подсоединены по схеме "звезда", и в распределительной коробке не предусмотрена возможность переключить их на "треугольник" (имеется всего лишь три вывода). В этом случае остается или смириться с большой потерей мощности, подключив двигатель по схеме "звезда", или, проникнув в обмотку электродвигателя, попытаться вывести недостающие концы, чтобы соединить обмотки по схеме "треугольник".

Если рабочее напряжение двигателя составляет 220/127В, то к однофазной сети на 220В двигатель можно подключить только по схеме "звезда". При подключении 220В по схеме "треугольник", двигатель сгорит.

Начала и концы обмоток (различные варианты)

Пожалуй, основная сложность подключения трехфазного двигателя в однофазную сеть заключается в том, чтобы разобраться в проводах, выходящих в распределительную коробку или, при отсутствии последней, просто выведенных наружу двигателя.

Самый простой случай, когда в имеющемся двигателе на 380/220В обмотки уже подключены по схеме "треугольник". В этом случае нужно просто подсоединить токоподводящие провода и рабочий и пусковой конденсаторы к клеммам двигателя согласно схеме подключения.

Если в двигателе обмотки соединены "звездой", и имеется возможность изменить ее на "треугольник", то этот случай тоже нельзя отнести к сложным. Нужно просто изменить схему подключения обмоток на "треугольник", использовав для этого перемычки.

Определение начал и концов обмоток . Дело обстоит сложнее, если в распределительную коробку выведено 6 проводов без указания об их принадлежности к определенной обмотке и обозначения начал и концов. В этом случае дело сводится к решению двух задач (Но прежде чем этим заниматься, нужно попробовать найти в Интернете какую-либо документацию к электродвигателю. В ней может быть описано к чему относятся провода разных цветов.):

• определению пар проводов, относящихся к одной обмотке;
• нахождению начала и конца обмоток.

Первая задача решается "прозваниванием" всех проводов тестером (замером сопротивления). Если прибора нет, можно решить её с помощью лампочки от фонарика и батареек, подсоединяя имеющиеся провода в цепь последовательно с лампочкой. Если последняя загорается, значит, два проверяемых конца относятся к одной обмотке. Таким способом определяются три пары проводов (A, B и C на рисунке ниже) относящихся к трем обмоткам.

Вторая задача (определение начала и конца обмоток) несколько сложнее и требует наличия батарейки и стрелочного вольтметра. Цифровой не годится из-за инертности. Порядок определения концов и начал обмоток показан на схемах 1 и 2.

К концам одной обмотки (например, A ) подключается батарейка, к концам другой (например, B ) - стрелочный вольтметр. Теперь, если разорвать контакт проводов А с батарейкой, стрелка вольтметра качнется в ту или иную сторону. Затем необходимо подключить вольтметр к обмотке С и проделать ту же операцию с разрывом контактов батарейки. При необходимости меняя полярность обмотки С (меняя местами концы С1 и С2) нужно добиться того, чтобы стрелка вольтметра качнулась в ту же сторону, как и в случае с обмоткой В . Таким же образом проверяется и обмотка А - с батарейкой, подсоединенной к обмотке C или B .

В итоге всех манипуляций должно получиться следующее: при разрыве контактов батарейки с любой из обмоток на 2-х других должен появляться электрический потенциал одной и той же полярности (стрелка прибора качается в одну сторону). Теперь остается пометить выводы одного пучка как начала (А1, В1, С1), а выводы другого - как концы (А2, В2, С2) и соединить их по необходимой схеме - "треугольник" или "звезда" (если напряжение двигателя 220/127В).

Извлечение недостающих концов . Пожалуй, самый сложный случай - когда двигатель имеет соединение обмоток по схеме "звезда", и нет возможности переключить ее на "треугольник" (в распределительную коробку выведено всего лишь три провода - начала обмоток С1, С2, С3) (см. рисунок ниже). В этом случае для подключения двигателя по схеме "треугольник" необходимо вывести в коробку недостающие концы обмоток С4, С5, С6.

Чтобы сделать это, обеспечивают доступ к обмотке двигателя, сняв крышку и, возможно, удалив ротор. Отыскивают и освобождают от изоляции место спайки. Разъединяют концы и припаивают к ним гибкие многожильные изолированные провода. Все соединения надежно изолируют, крепят провода прочной нитью к обмотке и выводят концы на клеммный щиток электродвигателя. Определяют принадлежность концов началам обмоток и соединяют по схеме "треугольник", подсоединив начала одних обмоток к концам других (С1 к С6, С2 к С4, С3 к С5). Работа по выводу недостающих концов требует определенного навыка. Обмотки двигателя могут содержать не одну, а несколько спаек, разобраться в которых не так-то и просто. Поэтому если нет должной квалификацией, возможно, не останется ничего иного, как подключить трехфазный двигатель по схеме "звезда", смирившись со значительной потерей мощности.

Схемы подключения трехфазного двигателя в однофазную сеть

Подключение по схеме "треугольник" . В случае бытовой сети, с точки зрения получения большей выходной мощности наиболее целесообразным является однофазное подключение трехфазных двигателей по схеме "треугольник". При этом их мощность может достигать 70% от номинальной. Два контакта в распределительной коробке подсоединяются непосредственно к проводам однофазной сети (220В), а третий - через рабочий конденсатор Ср к любому из двух первых контактов или проводам сети.

Обеспечение пуска . Пуск трехфазного двигателя без нагрузки можно осуществлять и от рабочего конденсатора (подробнее ниже), но если электродвигатель имеет какую-то нагрузку, он или не запустится, или будет набирать обороты очень медленно. Тогда для быстрого пуска необходим дополнительный пусковой конденсатор Сп (расчет емкости конденсаторов описан ниже). Пусковые конденсаторы включаются только на время пуска двигателя (2-3 сек, пока обороты не достигнут примерно 70% от номинальных), затем пусковой конденсатор нужно отключить и разрядить.

Подключение трехфазного электродвигателя в однофазную сеть по схеме "треугольник" с пусковым конденсатором Сп

Удобен запуск трехфазного двигателя с помощью особого выключателя, одна пара контактов которого замыкается при нажатой кнопке. При ее отпускании одни контакты размыкаются, а другие остаются включенными - пока не будет нажата кнопка "стоп".

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

Направлением вращения можно управлять, подсоединив последнюю, через конденсатор, к двухпозиционному тумблеру, соединенному двумя своими контактами с первой и второй обмотками. В зависимости от положения тумблера двигатель будет вращаться в одну или другую сторону.

На рисунке ниже представлена схема с пусковым и рабочим конденсатором и кнопкой реверса, позволяющая осуществлять удобное управление трехфазным двигателем.

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.

Необходимая емкость рабочих конденсаторов для работы трехфазного двигателя в однофазной сети зависит от схемы подключения обмоток двигателя и других параметров. Для соединения "звездой" емкость рассчитывается по формуле:

Для соединения "треугольником":

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, характеризующий соотношение между линейным и фазным токами. КПД и коэффициент мощности указаны в паспорте и на табличке двигателя. Обычно их значение находится в диапазоне 0,8-0,9.

На практике величину емкости рабочего конденсатора при подсоединении "треугольником" можно посчитать по упрощенной формуле C = 70 Pн, где Pн - номинальная мощность электродвигателя в кВт. Согласно этой формуле на каждые 100 Вт мощности электродвигателя необходимо около 7 мкФ емкости рабочего конденсатора.

Правильность подбора емкости конденсатора проверяется результатами эксплуатации двигателя. Если её значение оказалось больше, чем требуется при данных условиях работы, двигатель будет перегреваться. Если емкость оказалась меньше требуемой, выходная мощность электродвигателя будет слишком низкой. Имеет резон подбирать конденсатор для трехфазного двигателя, начиная с малой емкости и постепенно увеличивая её значение до оптимального. Если есть возможность, лучше подобрать емкость измерением тока в проводах подключенных к сети и к рабочему конденсатору, например токоизмерительными клещами. Значение тока должно быть наиболее близким. Замеры следует производить при том режиме, в котором двигатель будет работать.

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

Если по условиям работы пуск электродвигателя происходит без нагрузки, то пусковая емкость обычно принимается равной рабочей, то есть пусковой конденсатор не нужен. В этом случае схема включения упрощается и удешевляется. Для такого упрощения и главное удешевления схемы, можно организовать возможность отключения нагрузки, например, сделав возможность быстро и удобно изменять положение двигателя для ослабления ременной передачи, или сделав для ременной передачи прижимной ролик, например, как у ременного сцепления мотоблоков.

Пуск под нагрузкой требует наличия дополнительной емкости (Сп) подключаемой на время запуска двигателя. Увеличение отключаемой емкости приводит к возрастанию пускового момента, и при некотором определенном ее значении момент достигает своего наибольшего значения. Дальнейшее увеличение емкости приводит к обратному результату: пусковой момент начинает уменьшаться.

Исходя из условия запуска двигателя под нагрузкой близкой к номинальной, пусковая емкость должна быть в 2-3 раза больше рабочей, то есть, если емкость рабочего конденсатора 80 мкФ, то емкость пускового конденсатора должна быть 80-160 мкФ, что даст пусковую емкость (сумма емкости рабочего и пускового конденсаторов) 160-240 мкФ. Но если двигатель имеет небольшую нагрузку при запуске, емкость пускового конденсатора может быть меньше или, как писалось выше, его вообще может не быть.

Пусковые конденсаторы работают непродолжительное время (всего несколько секунд за весь период включения). Это позволяет использовать при запуске двигателя наиболее дешевые пусковые электролитические конденсаторы, специально предназначенные для этой цели (http://www.platan.ru/cgi-bin/qweryv.pl/0w10609.html).

Отметим, что у двигателя подключенного к однофазной сети через конденсатор, работающего без нагрузки, по обмотке, питаемой через конденсатор, идет ток на 20-30% превышающий номинальный. Поэтому, если двигатель используется в недогруженном режиме, то емкость рабочего конденсатора следует уменьшить. Но тогда, если двигатель запускался без пускового конденсатора, последний может потребоваться.

Лучше использовать не один большой конденсатор, а несколько поменьше, отчасти из-за возможности подбора оптимальной емкости, подсоединяя дополнительные или отключая ненужные, последние можно использовать в качестве пусковых. Необходимое количество микрофарад набирается параллельным соединением нескольких конденсаторов, исходя из того, что суммарная емкость при параллельном соединении подсчитывается по формуле: C общ = C 1 + C 1 + ... + С n .

В качестве рабочих используются обычно металлизированные бумажные или пленочные конденсаторы (МБГО, МБГ4, К75-12, К78-17 МБГП, КГБ, МБГЧ, БГТ, СВВ-60). Допустимое напряжение должно не менее чем в 1,5 раза превышать напряжение сети.

При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.

В жизни бывают ситуации, когда нужно запустить 3-х фазный асинхронный электродвигатель от бытовой сети. Проблема в том, что в вашем распоряжении только одна фаза и «ноль».

Что делать в такой ситуации? Можно ли подключить мотор с тремя фазами к однофазной сети?

Если с умом подойти к работе, все реально. Главное - знать основные схемы и их особенности.

Конструктивные особенности

Перед тем как приступать к работе, разберитесь с конструкцией АД (асинхронный двигатель).

Устройство состоит из двух элементов - ротора (подвижная часть) и статора (неподвижный узел).

Статор имеет специальные пазы (углубления), в которые и укладывается обмотка, распределенная таким образом, чтобы угловое расстояние составляло 120 градусов.

Обмотки устройства создают одно или несколько пар полюсов, от числа которых зависит частота, с которой может вращаться ротор, а также другие параметры электродвигателя - КПД, мощность и другие параметры.

При включении асинхронного мотора в сеть с тремя фазами, по обмоткам в различные временные промежутки протекает ток.

Создается магнитное поле, взаимодействующее с роторной обмоткой и заставляющее его вращаться.

Другими словами, появляется усилие, прокручивающее ротор в различные временные промежутки.

Если подключить АД в сеть с одной фазой (без выполнения подготовительных работ), ток появится только в одной обмотке.

Создаваемого момента будет недостаточно, чтобы сместить ротор и поддерживать его вращение.

Вот почему в большинстве случаев требуется применение пусковых и рабочих конденсаторов, обеспечивающих работу трехфазного мотора. Но существуют и другие варианты.

Как подключить электродвигатель с 380 на 220В без конденсатора?

Как отмечалось выше, для пуска ЭД с короткозамкнутым ротором от сети с одной фазой чаще всего применяется конденсатор.

Именно он обеспечивает пуск устройства в первый момент времени после подачи однофазного тока. При этом емкость пускового устройства должна в три раза превышать этот же параметр для рабочей емкости.

Для АД, имеющих мощность до 3-х киловатт и применяемых в домашних условиях, цена на пусковые конденсаторы высока и порой соизмерима со стоимостью самого мотора.

Следовательно, многие все чаще избегают емкостей, применяемых только в момент пуска.

По-другому обстоит ситуация с рабочими конденсаторами, использование которых позволяет загрузить мотор на 80-85 процентов его мощности. В случае их отсутствия показатель мощности может упасть до 50 процентов.

Тем не менее, бесконденсаторный пуск 3-х фазного мотора от однофазной сети возможен, благодаря применению двунаправленных ключей, срабатывающих на короткие промежутки времени.

Требуемый момент вращения обеспечивается за счет смещения фазных токов в обмотках АД.

Сегодня популярны две схемы, подходящие для моторов с мощностью до 2,2 кВт.

Интересно, что время пуска АД от однофазной сети ненамного ниже, чем в привычном режиме.

Основные элементы схемы - симисторы и симметричный динистры. Первые управляются разнополярными импульсами, а второй - сигналами, поступающими от полупериода питающего напряжения.

Схема №1.

Подходит для электродвигателей на 380 Вольт, имеющих частоту вращения до 1 500 об/минуту с обмотками, подключенными по схеме треугольника.

В роли фазосдвигающего устройства выступает RC-цепь. Меняя сопротивление R2, удается добиться на емкости напряжения, смещенного на определенный угол (относительно напряжения бытовой сети).

Выполнение главной задачи берет на себя симметричный динистор VS2, который в определенный момент времени подключает заряженную емкость к симистору и активирует этот ключ.

Схема №2.

Подойдет для электродвигателей, имеющих частоту вращения до 3000 об/минуту и для АД, отличающихся повышенным сопротивлением в момент пуска.

Для таких моторов требуется больший пусковой ток, поэтому более актуальной является схема разомкнутой звезды.

Особенность - применение двух электронных ключей, замещающих фазосдвигающие конденсаторы. В процессе наладки важно обеспечить требуемый угол сдвига в фазных обмотках.

Делается это следующим образом:

• Напряжение на электродвигатель подается через ручной пускатель (его необходимо подключить заранее).
• После нажатия на кнопку требуется подобрать момент пуска с помощью резистора R

При реализации рассмотренных схем стоит учесть ряд особенностей:

• Для эксперимента применялись безрадиаторные симисторы (типы ТС-2-25 и ТС-2-10), которые отлично себя проявили. Если использовать симисторы на корпусе из пластмассы (импортного производства), без радиаторов не обойтись.
• Симметричный динистор типа DB3 может быть заменен на KP Несмотря на тот факт, что KP1125 сделан в России, он надежен и имеет меньше переключающее напряжение. Главный недостаток - дефицитность этого динистора.

Как подключить через конденсаторы

Для начала определитесь, какая схема собрана на ЭД. Для этого откройте крышку-барно, куда выводятся клеммы АД, и посмотрите, сколько проводов выходит из устройства (чаще всего их шесть).

Обозначения имеют следующий вид: С1-С3 - начала обмотки, а С4-С6 - ее концы. Если между собой объединяются начала или концы обмоток, это «звезда».

Сложнее всего обстоят дела, если с корпуса просто выходит шесть проводов. В таком случае нужно искать на них соответствующие обозначения (С1-С6).

Чтобы реализовать схему подключения трехфазного ЭД к однофазной сети, требуются конденсаторы двух видов - пусковые и рабочие.

Первые применяются для пуска электродвигателя в первый момент. Как только ротор раскручивается до нужного числа оборотов, пусковая емкость исключатся из схемы.

Если этого не происходит, возможные серьезные последствия вплоть до повреждения мотора.

Главную функцию берут на себя рабочие конденсаторы. Здесь стоит учесть следующие моменты:

• Рабочие конденсаторы подключаются параллельно;
• Номинальное напряжение должно быть не меньше 300 Вольт;
• Емкость рабочих емкостей подбирается с учетом 7 мкФ на 100 Вт;
• Желательно, чтобы тип рабочего и пускового конденсатора был идентичным. Популярные варианты - МБГП, МПГО, КБП и прочие.

Если учитывать эти правила, можно продлить работу конденсаторов и электродвигателя в целом.

Расчет емкости должен производиться с учетом номинальной мощности ЭД. Если мотор будет недогружен, неизбежен перегрев, и тогда емкость рабочего конденсатора придется уменьшать.

Если выбрать конденсатор с емкостью меньше допустимой, то КПД электромотора будет низким.

Помните, что даже после отключения схемы на конденсаторах сохраняется напряжение, поэтому перед началом работы стоит производить разрядку устройства.

Также учтите, что подключение электродвигателя мощностью от 3 кВт и более к обычной проводке запрещено, ведь это может привести к отключению или перегоранию пробок. Кроме того, высок риск оплавления изоляции.

Чтобы подключить ЭД 380 на 220В с помощью конденсаторов, действуйте следующим образом:

• Соедините емкости между собой (как упоминалось выше, соединение должно быть параллельным).
• Подключите детали двумя проводами к ЭД и источнику переменного однофазного напряжения.
• Включайте двигатель. Это делается для того, чтобы проверить направление вращения устройства. Если ротор движется в нужном направлении, каких-либо дополнительных манипуляций производить не нужно. В ином случае провода, подключенные к обмотке, стоит поменять местами.

С конденсатором дополнительная упрощенная — для схемы звезда.

С конденсатором дополнительная упрощенная — для схемы треугольник.

Как подключить с реверсом

В жизни бывают ситуации, когда требуется изменить направление вращения мотора. Это возможно и для трехфазных ЭД, применяемых в бытовой сети с одной фазой и нулем.

Для решения задачи требуется один вывод конденсатора подключать к отдельной обмотке без возможности разрыва, а второй - с возможностью переброса с «нулевой» на «фазную» обмотку.

Для реализации схемы можно использовать переключатель с двумя положениями.

К крайним выводам подпаиваются провода от «нуля» и «фазы», а к центральному - провод от конденсатора.

Как подключить по схеме «звезда-треугольник» (с тремя проводами)

В большей части в ЭД отечественного производства уже собрана схема звезды. Все, что требуется - пересобрать треугольник.

Главным достоинством соединения «звезда/треугольник» является тот факт, что двигатель выдает максимальную мощность.

Несмотря на это, в производстве такая схема применяется редко из-за сложности реализации.

Чтобы подключить мотор и сделать схему работоспособной, требуется три пускателя.

К первому (К1) подключается ток, а к другому - обмотка статора. Оставшиеся концы подключаются к пускателям К3 и К2.

Когда к фазе подключается пускатель К3, остальные концы укорачиваются, и схема преобразуется в «звезду».

Учтите, что одновременное включение К2 и К3 запрещено из-за риска короткого замыкания или выбиванию АВ, питающего ЭД.

Чтобы избежать проблем, предусмотрена специальная блокировка, подразумевающая отключение одного пускателя при включении другого.

Принцип работы схемы прост:

• При включении в сеть первого пускателя, запускается реле времени и подает напряжение на третий пускатель.
• Двигатель начинает работу по схеме «звезда» и начинает работать с большей мощностью.
• Через какое-то время реле размыкает контакты К3 и подключает К2. При этом электродвигатель работает по схеме «треугольник» со сниженной мощностью. Когда требуется отключить питание, включается К1.

Итоги

Как видно из статьи, подключить электродвигатель трехфазного тока в однофазную сеть без потери мощности реально. При этом для домашних условий наиболее простым и доступным является вариант с применением пускового конденсатора.

5 / 5 ( 1 vote )

Произошёл тут такой случай. Принёс человек в ремонт новый двигатель, который проработал у него 10 секунд и задымил. Двигатель он подключил треугольником в обычную трехфазную сеть, а на шильдике двигателя есть схема, на которой написано: треугольник - 230 В. звезда - 400 В. В общем, подключил он неправильно, потому двигатель и сгорел.

Для тех, кто не понимает, почему нельзя делать так, как сделал сделал тот товарищ, спаливший двигатель, предназначена эта статья.

Вот всем известные схемы подключения треугольником (D) и звездой (Y):

Всего с двигателя выходит 6 проводов: это начала трёх обмоток и их концы. Места соединений обмоток на схеме выше обозначены точками a, b, c и 0 (последний - только для звезды). В клеммной коробке шесть указанных клемм располагают в два ряда по три клеммы, причём клеммы начала и концов обмоток не находятся параллельно друг другу, а расположены так, чтобы было удобнее подключать треугольником (т.е. соединять начала одних обмоток с концами других):

Некоторые граждане иногда подключают нейтральный провод к нулевой точке при подключении двигателя звездой. На самом деле ничего хорошего от этого нет, делать так не нужно.

Совершенно неважно как вы подключаете двигатель: звездой или треугольником. Важно только то, какое напряжение вы подаёте на обмотки двигателя . Будет ли это напряжение получаться как межфазное (треугольник) или как фазное (между фазой и нулевой точкой - звезда) - двигателю это совершенно неважно.

Если у вас есть двигатель с номинальным напряжением обмотки 220 В и есть две разные трёхфазные сети, у одной из которых линейное напряжение 380 В (220 В на фазу), а у другой - 220 В (127 В на фазу), то к первой вы можете подключать двигатель звездой, а ко второй - треугольником, разницы для двигателя не будет никакой, отличаться будут лишь токи, протекающие в проводниках на линии, ведущей к двигателю.

Линейное напряжение трёхфазной сети - это межфазное напряжение, именно оно обозначается на шильдиках двигателей. Фазное напряжение (между фазой и нейтралью) на шильдиках не обозначается.

Одновременно с этим, условно говоря, вы можете считать, что на шильдике обозначено фазное напряжение, но только в том случае, если собираетесь подключать двигатель только к одной фазе через конденсатор.

Для сетей переменного тока 50 Гц линейное напряжение выше фазного в квадратный корень из трёх раз (т.е. примерно в 1.73 раза, т.е. 220 х 1.73 = 380).

Выглядит всё это так, например, для двигателя мощностью 1.1 кВт с номинальным напряжением обмотки 220 В. Д ля тех, кто в танке: РИСУНОК СЛЕВА - это для РОССИИ, где 380 В 50 Гц, т.е. 220В на фазу, а справа - это для стран, где трёхфазное напряжение 220 В, 50 Гц (или 127 В на фазу) :

Для такого двигателя на шильдике будет написано: D/Y 220V / 380V, 4.9А / 2.8А. Соответственно, в этих двух случаях отличаются только токи в проводниках, ведущих к двигателю (именно они указаны на шильдике, в то время как ток на обмотке будет одинаковый, что видно на рисунке сверху). Следовательно, для России (линейное напряжение 400 В) для такого двигателя надо использовать схему подключения звезда.

Номинальное напряжение обмотки большинства двигателей при частоте тока 50 Гц обычно составляет либо 127 В, либо 230 В, либо 400 В, либо 690 В. Ну, или как было раньше: 220, 380, 660 В соответственно.

Теперь логичный вопрос: если двигателю нет разницы по какой схеме он будет подключен, а важно лишь напряжение на обмотках, то зачем вообще делать двигатели с разным номинальным напряжением на этих самых обмотках?

Ответ такой:

1. Исходя из естественного желания сэкономить, при подключении в трёхфазную сеть выгоднее использовать двигатели с бóльшим номинальным напряжением обмотки, поскольку это значительно удешевляет прокладку кабельных трасс, т.к. ведёт к снижению силы тока на силовых линиях, ведущих к двигателю (что видно на рисунке сверху: 2.8А против 4.85А - ну, и сечение проводов должно быть соответствующее)

2. Для двигателей со свободной нагрузкой на валу наиболее дешевым способом плавного пуска при подключении в трёхфазную сеть является пуск "звездой" с последующим переключением на "треугольник".

3. Для правильного подключения двигателя в однофазную сеть (через конденсатор) требуется, чтобы номинальное напряжение обмотки двигателя было не больше фазного напряжения электрической сети.

Третье условие явным образом вступает в противоречие с первым и вторым, поскольку для подключения к однофазной сети 230 В номинальное напряжение обмотки двигателя должно составлять те же самые 230 В.
В итоге получается следующая ситуация:

При наличии в распоряжении трёхфазной сети 400 В нет никакого смысла использовать двигатели с номинальным напряжением обмотки 230 В, потому что придется прокладывать кабели большего сечения. Тем более, если нужен дешёвый плавный пуск, т.е. стартовать звездой, а затем переключаться на треугольник.
Если провода уже проложены, и они толстые, и куплены двигатели 230/400 - то тут нет проблемы, подключил звездой - и ничего страшного.
- при отсутствии трёхфазной сети надо выбирать такой двигатель, который имеет номинальное напряжение обмотки 230 В, чтобы при подключении треугольником в однофазную сеть через конденсатор он выдавал нужную мощность.

По этой причине, производители условно делят все двигатели на две категории:

1. Маломощные (менее 5 кВт), преимущественного бытового назначения, для которых может возникнуть потребность подключения к однофазной сети (не у каждого дома есть трёхфазная розетка). В России это двигатели D230V / Y400V.

2. Двигатели мощностью более 5 кВт, которые не имеют бытового назначения, а потому для них нет потребности подключения в однофазную сеть. Одновременно с этим, для них есть потребность использования более высокого напряжения для экономии на прокладке кабеля и может возникнуть потребность переключения со звезды на треугольник при пуске. В России такими двигателями являются D400V / Y690V.

А теперь всю эту историю надо помножить на то, что есть разные страны в мире с разным стандартным линейным напряжением сети и разной частотой переменного тока. А ещё есть предприятия, где используется более высокое напряжение, чем стандартное, вплоть до нескольких киловольт (т.к. это ведёт к дальнейшему снижению затрат на организацию электрической сети).

Двигатели малой мощности

D 230V / Y 400V

Если двигатель имеет небольшую мощность (до 4 - 5 кВт), то его обычно делают с расчётом на возможность подключения к однофазной сети. Т.е. в трёхфазную сеть его подключают звездой, а в однофазную - треугольником через фазосдвигающий конденсатор. Для последнего случая также может использоваться пусковой конденсатор (отключается сразу после запуска). Выглядит это так:

Для того, чтобы двигатель можно было так подключить в однофазную сеть, его номинальное напряжение каждой обмотки должно быть равно фазному напряжению сети. Это значит, что если двигатель планируется использовать в России или Европе, то номинальное напряжение обмотки должно быть равно 230 В. В таком случае этот двигатель можно будет использовать как в трёхфазной сети с линейным напряжением 400 В (подключение звезда), так и в однофазной сети 230 В (подключение треугольником через конденсатор). Это те самые двигатели, где на шильдике написано напряжение D 220V / Y 380V.

Соответственно, если нужно такой двигатель использовать в стране с более низким линейным напряжением, например, в США (где линейной напряжение 240 В, а фазное - 120 В при частоте тока 60 Гц), то по-нормальному подключить такой двигатель в их однофазную сеть через конденсатор не получится. Однако, по крайней мере, можно использовать 3-фазное подключение треугольником. Для такого подключения потребуется немного более высокое напряжение, чем 230 В (из-за частоты тока 60 Гц), но у них там как раз 240 В, что как раз подходит.

D 115V / Y 230V

Одновременно с этим, маломощные двигатели, предназначенные для стран, где стандартное напряжение ниже, чем у нас, будут подключаться как D 127V / Y 220V . Однако, двигатели с такой надписью на шильдике вы вряд ли найдёте, потому что 127 В, 50 Гц - это очень малораспространённое напряжение в мире (см. ). Поэтому, скорее всего, вам встретится двигатель с шильдиком, где будет указано напряжение D 115V / Y 208-230V.
Насчет заморочки с 208 вольтами смотри сюда:

Подключить такой двигатель к стандартной российской трёхфазной сети (все три фазы) можно только через преобразователь частоты переменного тока, поскольку на них есть возможность переключения линейного напряжения на выходе: 230 / 400 В.
В однофазную сеть можно подключить звездой через конденсатор. Тогда напряжение, подаваемое на каждое обмотку, будет составлять половину фазного напряжения сети (230 В / 2 = 115 В). Выглядит это вот так:

Двигатели мощности более 5 кВт

D 400V / Y 690V

Для двигателей мощнее 5 кВт обычно не предусматривают возможность подключения в однофазную сеть, т.е. номинальное напряжение обмоток делают такое, которое соответствует линейному напряжению. Т.е. штатной схемой подключения таких двигателей в трёхфазную сеть является треугольник. В России и Европе это двигатели с номинальным напряжением обмоток 400В, т.е. где на шильдике написано D 400V / Y 690V .

Для определённых задач, где на валу двигателя находится свободная нагрузка (системы вентиляции, осевые насосы), ну, и вообще те задачи, где возможно регулирование скорости вращения вала только лишь напряжением (трансформатором), часто используют схему подключения "звезда" при старте с последующим переключением на "треугольник". Т.е. при старте на обмотку подаётся заниженное напряжение 230В вместо номинальных 400В, а затем происходит переключение на штатный режим (т.е. на треугольник). Из-за свободной нагрузки на валу момент вращения при старте на низком напряжении также будет ниже, т.е. пусковой ток будет не столь высок, как при старте на номинальном напряжении. Поэтому такой пуск двигателя называют "щадящим".

Следует помнить, что для нагрузок, требующих большого момента при запуске, подобный режим приведет напротив, к возрастанию тока в обмотках и последующим неприятным событиям.

Кроме того, надо иметь ввиду, что подключение двигателей даже со свободной нагрузкой на валу звездой для "щадящего старта" вовсе не означает, что если по такой схеме постоянно эксплуатировать двигатель (не переходя на треугольник), то такой режим станет "щадящим" для него. Низкий момент при старте ещё не означает, что заниженное напряжение годится для его нормальной работы, поскольку сам двигатель (со своими номинальными характеристиками) обычно как раз и подбирается под конкретную нагрузку. Поэтому постоянная эксплуатация двигателей на напряжении ниже номинального иногда приводит к их выходу из строя. Чтобы не было неприятностей двигатель всегда надо эксплуатировать на номинальном напряжении , а если требуется снизить обороты вращения вала, то тогда нужно использовать редукторы или преобразователи частоты переменного тока, а не пытаться решить вопрос самым дешёвым способом. К слову сказать, частотник тоже меняет не только частоту тока, но и напряжение, однако, он это делает с умом.

D 220V / Y 440V

Двигатели мощностью выше 5 кВт, изготовленные в США, будут иметь номинальное напряжение обмотки 220 В, т.е. на шильдике будет написано D 220V / Y 440V (для 60 Гц). Подключать такие двигатели к российской трёхфазной сети 400 В следует звездой, а к российской однофазной сети через конденсатор - треугольником. Касательно величин напряжения, есть двигатели, где более подробно расписано подключение для сетей 50 Гц и 60 Гц, например вот так: