Деякі майстри самостійно збирають верстати з обробки деревини або металу в домашніх умовах. Для цього можуть використовуватись будь-які доступні двигуни відповідної потужності. У деяких випадках доводиться розбиратися про те, як підключити трифазний двигун до однофазної мережі. Саме цій темі і присвячено статтю. Також буде розказано про те, як правильно підібрати необхідні конденсатори.
Однофазні та трифазні
Щоб правильно розуміти обговорення, який пояснює підключення двигуна 380 на 220 вольт, необхідно розібратися, в чому лежить принципова відмінність таких агрегатів. Усі трифазні двигуни є асинхронними. Це означає, що фази у ньому підключені з деяким усуненням. Конструктивно двигун складається з корпусу, в який вміщено статичну частину, яка не обертається, її називають статором. Також є елемент, що обертається, який називається ротором. Ротор знаходиться усередині статора. На статор подається трифазна напругакожна фаза по 220 вольт. Після цього відбувається утворення електромагнітного поля. Через те, що фази знаходяться у кутовому зміщенні, з'являється електрорушійна сила. Вона і змушує ротор, який знаходиться у магнітному полі статора, обертатися.
Зверніть увагу!Напруга на обмотки трифазного двигуна подається через тип з'єднання, яке виконується у формі зірки або трикутника.
Однофазні асинхронні агрегати мають трохи інший тип підключення, тому що живляться від мережі 220 вольт. У ній є лише два дроти. Один називається фазним, а другий нульовим. Щоб запуститись, двигуну необхідно мати лише одну обмотку, до якої підключається фаза. Але лише однієї буде замало для пускового імпульсу. Тому є ще вона обмотка, яка задіяна під час пуску. Щоб вона виконала свою роль, вона може бути підключена через конденсатор, що буває найчастіше або короткочасно замикатися.
Підключення трифазного двигуна
Звичайне підключення трифазного двигуна до трифазної мережі може стати непростим завданням для тих, хто ніколи не стикався з нею. У деяких агрегатах є лише три дроти для підключення. Вони дозволяють зробити це за схемою "зірка". В інших приладах є шість дротів. У такому разі з'являється вибір між трикутником та зіркою. Нижче на фото можна побачити реальний приклад підключення зіркою. У білій обмотці підходить кабель живлення, і він підключається тільки до трьох висновків. Далі встановлені спеціальні перемички, які забезпечують правильне харчуванняобмоток.
Щоб було зрозуміліше, як це реалізувати самостійно, нижче буде наведено схему такого підключення. Підключення трикутником дещо простіше, тому що три додаткові клеми відсутні. Але це свідчить лише про те, що механізм перемичок реалізовано вже у самому двигуні. При цьому немає можливості вплинути на спосіб з'єднання обмоток, а значить необхідно буде дотримати нюанси при підключенні такого двигуна однофазну мережу.
Підключення до однофазної мережі
Трифазний агрегат успішно можна підключити до однофазної мережі. Але варто враховувати, що за схемою, яка називається «зірка», потужність агрегату не перевищуватиме половини його номінальної потужності. Щоб збільшити цей показник, необхідно забезпечити підключення типу «трикутник». У такому разі можна буде досягти лише 30-відсоткового падіння потужності. Боятися при цьому не варто, адже в мережі 220 вольт неможливо виникнення критичної напруги, яка пошкодила б обмотки двигуна.
Схеми підключення
Коли трифазний двигун підключений до мережі 380, кожна його обмотка запитана від однієї фази. При з'єднанні його до 220 вольтової мережі на дві обмотки приходить фазний та нульовий провід, а третя залишається незадіяною. Щоб виправити цей нюанс, необхідно підібрати правильний конденсатор, який у потрібний момент зможе подати на неї напругу. В ідеалі в ланцюзі має бути два конденсатори. Один із них є пусковим, а другий робітником. Якщо потужність трифазного агрегату не перевищує 1,5 кВт і навантаження на нього подається вже після того, як він набере необхідні оберти, тоді можна використовувати тільки робочий конденсатор.
Зверніть увагу!Без додаткових конденсаторів або інших пристроїв підключити безпосередньо двигун на 380 до 220 не вийде.
У цьому випадку його необхідно встановити в розрив між третім контактом трикутника і нульовим проводом. Якщо необхідно досягти ефекту, при якому двигун обертатиметься у зворотному напрямку, тоді необхідно на один висновок конденсатора підключити не нульовий, а фазний провід. Якщо двигун за потужністю перевищує зазначену вище, тоді знадобиться ще й пусковий конденсатор. Він монтується паралельно до робітника. Але варто враховувати, що у провід, що йде між ними, на розрив має бути встановлений вимикач без фіксації. Така кнопка дозволить використовувати конденсатор тільки під час пуску. При цьому доведеться після включення двигуна в мережу кілька секунд утримувати цю клавішу, щоб агрегат набрав необхідні оберти. Після цього її потрібно відпустити, щоб не спалити обмотки.
Якщо потрібно реалізувати включення такого агрегату реверсивно, тоді монтується тумблер на три висновки. Середній має бути постійно підключений до робочого конденсатора. Крайні повинні бути підключені до фазового та нульового дроту. Залежно від того, в який бік має бути обертання, потрібно виставити тумблер або на нуль або на фазу. Нижче схематично зображено схему такого підключення.
Підбір конденсатора
Не існує універсальних конденсаторів, які підходили б до всіх агрегатів без розбору. Їхньою характеристикою є ємність, яку вони здатні тримати. Тож кожен доведеться підбирати індивідуально. Основною вимогою для нього буде робота при напрузі мережі 220 вольт, частіше вони розраховані на 300 вольт. Щоб визначитися, який саме елемент буде потрібно, необхідно скористатися формулою. Якщо з'єднання здійснюється зіркою, тоді необхідно силу струму розділити на напругу 220 вольт і помножити на 2800. Показником сили струму береться цифра, яка вказана в характеристиках двигуна. Для підключення трикутником формула залишається такою самою, але останній коефіцієнт змінюється на 4800.
Наприклад, якщо на агрегаті написано, що номінальний струм, Що може протікати за його обмотками становить 6 ампер, тоді ємність робочого конденсатора буде 76 мкФ. Це при підключенні зіркою, для підключення трикутником результат буде 130 мкф. Але вище говорилося, що якщо агрегат зазнає навантаження при старті або має потужність більше 1,5 кВт, тоді знадобиться ще один конденсатор – пусковий. Його ємність зазвичай у 2 або в 3 рази більша за робітника. Тобто для з'єднання зіркою знадобиться другий конденсатор із ємністю 150-175 мкФ. Підбирати його доведеться досвідченим шляхом. У продажу може бути конденсаторів необхідної ємності, тоді можна зібрати блок щоб одержати необхідної цифри. Для цього доступні конденсатори з'єднуються паралельно, щоб їхня ємність склалася.
Зверніть увагу!Є деяке обмеження потужності трифазних агрегатів, які можна запитати від однофазної мережі. Воно становить 3 квт. При перевищенні цього значення може вийти з ладу проводка.
Чому пускові конденсатори краще підбирати дослідним шляхом, починаючи з найменшого? Справа в тому, що при недостатньому його значенні подаватиметься струм більшого значення, що може вивести з ладу обмотки. Якщо його значення буде більшим за потрібне, тоді агрегату буде недостатньо імпульсу для запуску. Більш наочно уявити підключення можна за допомогою відео.
Висновок
Під час роботи з електричним струмомдотримуйтесь техніки безпеки. Не запускайте нічого, якщо до кінця невпевнені у правильності виконаного підключення. Обов'язково порадьтеся з досвідченим електриком, який підкаже, чи проводка зможе витримати необхідне навантаження від агрегату.
Загальні відомості.
Кожен асинхронний трифазний двигун розрахований на дві номінальні напруги трифазної мережі 380/220 - 220/127 і т. д. Найбільш часто зустрічаються двигуни 380/220В. Перемикання двигуна з однієї напруги на іншу здійснюється підключенням обмоток «на зірку» - для 380 В або на «трикутник» - на 220 В. Якщо двигун має колодку підключення, що має 6 висновків із встановленими перемичками, слід звернути увагу в якому порядку встановлені перемички . Якщо у двигуна відсутня колодка і є 6 висновків – зазвичай вони зібрані в пучки по 3 висновки. В одному пучку зібрані початку обмоток, в іншому кінці (початки обмоток на схемі позначені точкою).
У разі «початок» і «кінець» - поняття умовні, важливо лише щоб напрями намоток збігалися, т. е. з прикладу «зірки» нульовою точкою може бути як початку, і кінці обмоток, а «трикутнику» - обмотки повинні бути з'єднані послідовно, тобто кінець однієї з початком наступної. Для правильного підключенняна «трикутник» слід визначити висновки кожної обмотки, розкласти їх попарно і підключити по слід. схемою:
Якщо розгорнути цю схему, буде видно, що котушки підключені «трикутником».
Якщо двигун має лише 3 висновки, слід розібрати двигун: зняти кришку з боку колодки і в обмотках знайти з'єднання трьох обмотувальних проводів (всі інші проводи з'єднані по 2). З'єднання трьох дротів є нульовою точкою зірки. Ці 3 дроти слід розірвати, припаяти до них вивідні дроти і об'єднати в один пучок. Таким чином, ми маємо вже 6 проводів, які потрібно з'єднати за схемою трикутника.
Трифазний двигун цілком успішно може працювати і в однофазній мережі, але чекати від нього див при роботі з конденсаторами не доводиться. Потужність в найкращому випадку буде не більше 70% від номіналу, пусковий момент сильно залежить від пускової ємності, складність підбору робочої ємності при навантаженні, що змінюється. Трифазний двигун в однофазній мережі – це компроміс, але в багатьох випадках це є єдиним виходом. Існують формули для розрахунку ємності робочого конденсатора, але я вважаю їх не коректними за наступних причин: 1. Розрахунок проводиться на номінальну потужність, а двигун рідко працює в такому режимі і при недовантаженні двигун грітиметься через зайву ємність робочого конденсатора і як наслідок збільшеного струму в обмотці. 2. Номінальна ємність конденсатора вказана на його корпусі відрізняється від фактичної +/- 20%, що теж вказано на конденсаторі. А якщо вимірювати ємність окремого конденсатора, вона може бути вдвічі більшою або наполовину меншою. Тому я пропоную підбирати ємність до конкретного двигуна та під конкретне навантаження, вимірюючи струм у кожній точці трикутника, намагаючись максимально вирівняти підбором ємності. Оскільки однофазна мережа має напругу 220 В, двигун слід підключати за схемою «трикутник». Для запуску ненавантаженого двигуна можна обійтись лише робочим конденсатором.
Напрямок обертання двигуна залежить від підключення конденсатора (точка а) до точки б або ст.
Практично орієнтовну ємність конденсатора можна визначити за сл. формулі: C мкф = P Вт /10,
де C - ємність конденсатора в мікрофарадах, P - номінальна потужність двигуна у ватах. Для початку достатньо, а точне припасування повинно проводитися після навантаження двигуна конкретною роботою. Робоча напруга конденсатора має бути вищою за напругу мережі, але практика показує, що успішно працюють старі радянські паперові конденсатори розраховані на 160В. А їх знайти значно легше, навіть у смітті. У мене мотор на свердлилці працює з такими конденсаторами, розташованими для захисту від бавовни в заземленій коробці від пускача не пам'ятаю скільки років і поки що все ціле. Але такого підходу я не закликаю, просто інформація для роздумів. Крім того, якщо включити 160 Вольтові конденсатори послідовно, вдвічі втратимо в ємності зате робоча напруга збільшиться вдвічі 320В і з пар таких конденсаторів можна зібрати батарею потрібної ємності.
Включення двигунів з оборотами вище 1500 об/хв, або навантажених на момент пуску, утруднено. У таких випадках слід застосувати пусковий конденсатор, ємність якого залежить від навантаження двигуна, підбирається експериментально і орієнтовно може бути від рівного робочого конденсатора до 1,5 - 2 рази більшої. Надалі, для зрозумілості, все, що відноситься до роботи, буде зеленого кольору, все, що відноситься до пуску, буде червоного, що до гальмування синього.
Вмикати пусковий конденсатор у найпростішому випадку можна за допомогою нефіксованої кнопки.
Для автоматизації запуску двигуна можна застосувати реле струму. Для двигунів потужністю до 500 Вт підійде реле струму від пральної машиниабо холодильника з невеликою переробкою. конденсатор залишається зарядженим і в момент повторного запуску двигуна, між контактами виникає досить сильна дуга і срібні контакти зварюються, не відключаючи пусковий конденсатор після пуску двигуна. Щоб цього не відбувалося, контактну пластинку пускового реле слід виготовити з графітової або вугільної щітки (але не з мідно-графітової, тому що вона теж залипає). Також необхідно вимкнути тепловий захист цього реле, якщо потужність двигуна перевищує номінальну потужність реле.
Якщо потужність двигуна вище 500 Вт, до 1,1 кВт можна перемотати обмотку пускового реле більш товстим проводом і з меншою кількістю витків з таким розрахунком, щоб реле відключалося відразу при виході двигуна на номінальні обороти.
Для потужнішого двигуна можна виготовити саморобне реле струму, збільшивши розміри оригінального.
Більшість трифазних двигунівпотужністю до трьох кВт добре працюють і в однофазній мережі за винятком двигунів з подвійною білиною клітиною, з наших це серія МА, з ними краще не зв'язуватися, в однофазній мережі вони не працюють.
Практичні схеми включення.
Узагальнююча схема включення
С1 - пусковий, С2 - робочий, К1 - кнопка, що не фіксується, діод і резистор - система гальмування.
Працює схема наступним чином: при переведенні перемикача в положення 3 і натисканні на кнопку К1 відбувається пуск двигуна, після відпускання кнопки залишається тільки робочий конденсатор і працює на корисне навантаження. При переведенні перемикача в положення 1 на обмотку двигуна подається постійний струм і двигун гальмується, після зупинки необхідно перевести перемикач в положення 2, інакше двигун згорить, тому перемикач повинен бути спеціальним і фіксуватися тільки в положенні 3 і 2, а положення 1 повинно бути включене лише за утриманні. При потужності двигуна до 300Вт і необхідності швидкого гальмування, резистор, що гасить, можна не застосовувати, при більшої потужностіопір резистора підбирається за бажаним часом гальмування, але не має бути меншим за опір обмотки двигуна.
Ця схема схожа на першу, але гальмування відбувається за рахунок енергії запасеної в електролітичному конденсаторі С1 і час гальмування буде залежати від його ємності. Як і в будь-якій схемі, пускову кнопку можна замінити на реле струму. При включенні перемикача мережу двигун запускається і відбувається заряд конденсатора С1 через VD1 і R1. Опір R1 підбирається в залежності від потужності діода, ємності конденсатора та часу роботи двигуна до початку гальмування. Якщо час роботи двигуна між пуском та гальмуванням перевищує 1 хвилину, можна використовувати діод КД226Г та резистор 7кОм не менше 4Вт. робоча напруга конденсатора не менше 350В Для швидкого гальмування добре підходить конденсатор від фотоспалаху, фотоспалахів багато, а потреби в них більше немає. При вимиканні перемикач переходить у положення, що замикає конденсатор на обмотку двигуна і відбувається гальмування постійним струмом. Використовується звичайний перемикач на два положення.
Схема реверсивного включення та гальмування.
Ця схема розвитку попередньої, тут автоматично відбувається запуск за допомогою струмового реле та гальмування електролітичним конденсатором, а також реверсивне включення. Відмінність цієї схеми: здвоєний трипозиційний перемикач та пускове реле. Викидаючи з цієї схеми зайві елементи, кожен з яких має свій колір, можна зібрати потрібну схему для конкретних цілей. При бажанні можна перейти на кнопкове включення, для цього знадобляться один або два автоматичні пускачі з котушкою на 220В. Використовується подвійний перемикач на три положення
Ще одна не зовсім проста схема автоматичного включення.
Як і в інших схемах, тут є система гальмування, але її при непотрібності легко викинути. У цій схемі включення дві обмотки з'єднані паралельно, а третя через систему пуску та допоміжний конденсатор, ємність якого приблизно вдвічі менша від необхідного при включенні трикутником. Для зміни напрямку обертання потрібно поміняти місцями початок та кінець допоміжної обмотки, позначеної червоною та зеленою точками. Запуск відбувається за рахунок зарядки конденсатора С3 і тривалість запуску залежить від ємності конденсатора, а ємність має бути достатньо великою, щоб двигун встиг вийти на номінальні оберти. Місткість можна брати із запасом, тому що після заряду конденсатор не надає помітної дії на роботу двигуна. Резистор R2 потрібен для розрядки конденсатора і тим самим підготовки його для наступного пуску підійде 30 кОм 2Вт. Діоди Д245 – 248 підійдуть будь-якому двигуну. Для двигунів меншої потужності відповідно зменшиться потужність діодів, і ємність конденсатора. Хоч і важко зробити реверсивне включення за цією схемою, але за бажання це можна. Потрібний складний перемикач або пускові автомати.
Використання електролітичних конденсаторів як пускових та робочих.
Вартість неполярних конденсаторівдосить висока, та й скрізь їх можна знайти. Тому, якщо їх немає, можна застосувати електролітичні конденсатори, Включені за схемою не набагато складніше. Місткість їх досить велика при невеликому обсязі, вони не дефіцитні і дорогі. Але потрібно врахувати фактори, що знову виникли. Робоча напруга має бути не менше 350 Вольт, включатися вони можуть лише парами, як зазначено на схемі чорним кольором, а в такому разі ємність зменшується вдвічі. І якщо двигуну для роботи потрібно 100 мкФ, то конденсатори С1 та С2 мають бути по 200мкФ.
Електролітичні конденсатори мають великий допуск по ємності, тому краще зібрати батарею конденсаторів (позначена зеленим кольором), легше буде підбирати фактичну ємність потрібну двигуну і, крім того, у електролітів дуже тонкі висновки, а струм при великій ємності може досягати значних величин і висновки можуть грітися, а при внутрішньому обриві викликати вибух конденсатора. Тому вся батарея конденсаторів повинна бути в закритій коробці, особливо під час експериментів. Діоди повинні бути із запасом за напругою та струмом, необхідним для роботи. До 2кВт цілком підійдуть Д 245 – 248. При пробої діода згоряє (вибухає) конденсатор. Вибух, звичайно, сказано голосно, пластмасова коробка цілком захистить від розльоту деталей конденсатора і від блискучого серпантину теж. Ну ось, страшилки розказані, тепер небагато конструкції. Як видно зі схеми, мінуси всіх конденсаторів з'єднані разом і конденсатори старої конструкції з мінусом на корпусі можна легко щільно перемотати ізолентою і помістити в пластмасову коробку відповідних розмірів. Діоди потрібно розташувати на ізоляційній пластинці і при великій потужності поставити їх на невеликі радіатори, а якщо потужність не велика і діоди не гріються, їх можна помістити в ту ж коробку. Включені за такою схемою електролітичні конденсатори цілком успішно працюють як пусковими так і робітниками.
Зараз у доведенні електронна схемавключення, але поки вона складна у повторенні та налаштуванні.
Як запускати трифазний асинхронний двигун від однофазної мережі?
Найпростіший спосіб запуску трифазного двигуна як однофазний, ґрунтується на підключенні його третьої обмотки через фазозсувний пристрій. Як такий пристрій може виступати активний опір, індуктивність або конденсатор.
Перш ніж підключати трифазний двигун до однофазної мережі, необхідно переконатися, що номінальна напруга його обмоток відповідають номінальній напрузімережі. Асинхронний трифазний двигун має три статорні обмотки. Відповідно, в клемній коробці повинно бути виведено 6 клем для підключення живлення. Якщо відкрити клемну коробку, ми побачимо борно двигуна. На борно, виведено 3 обмотки двигуна. Їхні кінці підключені до клем. На ці клеми підключається живлення двигуна.
Кожна обмотка має початок та кінець. Початки обмоток маркують як З1, З2, З3. Кінці обмоток промарковані відповідно С4, С5, С6. На кришці клемної коробки ми побачимо схему включення двигуна в мережу при різних напругах живлення. Відповідно до цієї схеми ми повинні підключити обмотки. Т.е. якщо двигун допускає використання напруги 380/220, то для його підключення до однофазної мережі 220В необхідно переключити обмотки в схему «трикутник».
Якщо ж його схема підключення допускає 220/127, то до однофазної мережі 220, його необхідно підключати за схемою «зірка», як показано на малюнку.
Схема із пусковим активним опором
На малюнку показано схеми однофазного включення трифазного двигуна з активним пусковим опором. Така схема використовується тільки в двигунах малої потужності, тому що в резисторі втрачаючи велику кількість енергії у вигляді тепла.
Найбільшого поширення набули схеми з конденсаторами. Для зміни напрямку обертання двигуна необхідно застосовувати перемикач. В ідеалі для нормальної роботи такого двигуна необхідно, щоб ємність конденсатора змінювалася залежно від кількості обертів. Але таку умову виконати досить важко, тому зазвичай застосовують схему двоступеневого керування асинхронним електродвигуном. Для роботи механізму, що приводиться в рух таким двигуном, використовують два конденсатори. Один підключається тільки під час запуску, а після закінчення пуску його відключають і залишають лише один конденсатор. При цьому відбувається помітне зниження його корисної потужності на валу до 50 ... 60% від номінальної потужності при включенні в трифазну мережу. Такий пуск двигуна отримав назву конденсаторного пуску.
При застосуванні пускових конденсаторів можна збільшити пусковий момент до величини Мп/Мн=1,6-2. Однак, при цьому значно збільшується ємність пускового конденсатора, через що виростають його розміри і вартість всього фазозсувного пристрою. Для досягнення максимального пускового моменту, величину ємності необхідно вибирати із співвідношення Xc = Zk, тобто. ємнісний опіродно опору короткого замиканняоднієї фази статора. Внаслідок високої вартості та габаритів всього фазозсувного пристрою конденсаторний пуск застосовується лише за необхідності великого пускового моменту. Наприкінці пускового періоду пускової обмотки необхідно відключити, інакше пускова обмоткаперегріється та згорить. Як пусковий пристрій можна застосовувати індуктивність-дросель.
Пуск трифазний асинхронного двигунавід однофазної мережі, через частотний перетворювач
Для пуску та керування трифазним асинхронним двигуном від однофазної мережі можна застосовувати перетворювач частоти з живленням від однофазної мережі. Структурна схема такого перетворювача представлена малюнку. Пуск трифазного асинхронного двигуна від однофазної мережі за допомогою перетворювача частоти є одним із найперспективніших. Тому саме він найчастіше використовується в нових розробках систем керування електроприводами. Принцип його полягає в тому, що, змінюючи частоту та напругу живлення двигуна, можна відповідно до формули змінювати його частоту обертання.
Сам перетворювач складається з двох модулів, які зазвичай укладені в один корпус:
- Модуль управління, який управляє функціонуванням пристрою;
- Силовий модуль, який живить двигун електроенергією.
Застосування перетворювача частоти для запуску трифазного асинхронного двигуна. дозволяє значно знизити пусковий струм, так як електродвигун має жорстку залежність між струмом і моментом, що обертає. Причому значення пускового струмуі моменту можна регулювати у досить великих межах. Крім того за допомогою частотного перетворювачаможна регулювати обороти двигуна та самого механізму, зменшуючи при цьому значну частину втрат у механізмі.
Недоліки застосування частотного перетворювача для пуску асинхронного трифазного двигуна від однофазної мережі: досить висока вартість самого перетворювача і периферійних пристроїв до нього. Поява несинусоїдальних перешкод у мережі та зниження показників якості мережі.