Некоторые мастера самостоятельно собирают станки по обработке древесины или металла в домашних условиях. Для этого могут использоваться любые доступные двигатели подходящей мощности. В некоторых случаях приходится разбираться с тем, как подключить трехфазный двигатель к однофазной сети. Именно этой теме и посвящена статья. Также будет рассказано о том, как правильно подобрать требуемые конденсаторы.

Однофазные и трехфазные

Чтобы правильно понимать предмет обсуждения, который объясняет подключение двигателя 380 на 220 вольт, необходимо разобраться, в чем лежит принципиальное отличие таких агрегатов. Все трехфазные двигатели являются асинхронными. Это означает, что фазы в нем подключены с некоторым смещением. Конструктивно двигатель состоит из корпуса, в который помещена статическая часть, которая не вращается, ее называют статором. Также есть вращающийся элемент, который называется ротором. Ротор находится внутри статора. На статор подается трехфазное напряжение, каждая фаза по 220 вольт. После этого происходит образование электромагнитного поля. Из-за того, что фазы находятся в угловом смещении, появляется электродвижущая сила. Она и заставляет ротор, который находится в магнитном поле статора вращаться.

Обратите внимание! Напряжение на обмотки трехфазного двигателя подается через тип соединения, которое выполняется в форме звезды или треугольника.

Однофазные асинхронные агрегаты имеют немного иной тип подключения, т. к. питаются от сети 220 вольт. В ней есть только два провода. Один называется фазным, а второй нулевым. Чтобы запуститься, двигателю необходимо иметь только одну обмотку, к которой подключается фаза. Но только одной будет мало для пускового импульса. Поэтому присутствует еще она обмотка, которая задействована во время пуска. Чтобы она выполнила свою роль, она может быть подключена через конденсатор, что бывает чаще всего, или кратковременно замыкаться.

Подключение трехфазного двигателя

Обычное подключение трехфазного двигателя к трехфазной сети может стать непростой задачей для тех, кто никогда не сталкивался с ней. В некоторых агрегатах есть только три провода для подключения. Они позволяют сделать это по схеме «звезда». В других приборах есть шесть проводов. В таком случае появляется выбор между треугольником и звездой. Ниже на фото можно видеть реальный пример подключения звездой. В белой обмотке подходит питающий кабель, и он подключается только к трем выводам. Дальше установлены специальные перемычки, которые обеспечивают правильное питание обмоток.

Чтобы было понятнее, как это реализовать самостоятельно, ниже будет приведена схема такого подключения. Подключение треугольником несколько проще, т. к. три дополнительные клеммы отсутствуют. Но это говорит лишь о том, что механизм перемычек реализован уже в самом двигателе. При этом нет возможности повлиять на способ соединения обмоток, а значит необходимо будет соблюсти нюансы при подключении такого двигателя в однофазную сеть.

Подключение к однофазной сети

Трехфазный агрегат с успехом можно подключить к однофазной сети. Но стоит учитывать, что при схеме, которая называется «звезда», мощность агрегата не будет превышать половины его номинальной мощности. Чтобы увеличить этот показатель, необходимо обеспечить подключение по типу «треугольник». В таком случае можно будет добиться лишь 30-процентного падения мощности. Бояться при этом не стоит, ведь в сети 220 вольт невозможно возникновение критического напряжения, которое бы повредило обмотки двигателя.

Схемы подключения

Когда трехфазный двигатель подключен к сети 380, тогда каждая его обмотка запитана от одной фазы. При соединении его к 220 вольтовой сети на две обмотки приходит фазный и нулевой провод, а третья остается незадействованной. Чтобы исправить этот нюанс, необходимо подобрать правильный конденсатор, который в требуемый момент сможет подать на нее напряжение. В идеале в цепи должно быть два конденсатора. Один из них является пусковым, а второй рабочим. Если мощность трехфазного агрегата не превышает 1,5 кВт, и нагрузка на него подается уже после того, как он наберет требуемые обороты, тогда можно использовать только рабочий конденсатор.

Обратите внимание! Без дополнительных конденсаторов или других приспособлений подключить напрямую двигатель на 380 к 220 не получиться.

В этом случае его необходимо его необходимо установить в разрыв между третьим контактом треугольника и нулевым проводом. Если необходимо добиться эффекта, при котором двигатель будет вращаться в обратном направлении, тогда необходимо на один вывод конденсатора подключить не нулевой, а фазный провод. Если двигатель по мощности превосходит, указанную выше, тогда понадобится еще и пусковой конденсатор. Он монтируется параллельно рабочему. Но стоит учитывать, что в провод, который дет между ними, на разрыв должен быть установлен выключатель без фиксации. Такая кнопка позволит задействовать конденсатор только во время пуска. При этом придется после включения двигателя в сеть несколько секунд удерживать эту клавишу для того, чтобы агрегат набрал требуемые обороты. После этого ее необходимо отпустить, чтобы не сжечь обмотки.

Если потребуется реализовать включение такого агрегат реверсивно, тогда монтируется тумблер на три вывода. Средний должен быть постоянно подключен к рабочему конденсатору. Крайние должны быть подключены к фазному и нулевому проводу. В зависимости от того, в какую сторону должно быть вращение, потребуется выставить тумблер либо на ноль, либо на фазу. Ниже схематически изображена схема такого подключения.

Подбор конденсатора

Не существует универсальных конденсаторов, которые бы подходили ко всем агрегатам без разбора. Их характеристикой служит емкость, которую они способны держать. Поэтому каждый придется подбирать индивидуально. Основным требованием для него будет работа при напряжении сети в 220 вольт, чаще они рассчитаны на 300 вольт. Чтобы определиться, какой именно элемент потребуется, необходимо воспользоваться формулой. Если соединение осуществляется звездой, тогда необходимо силу тока разделить на напряжение в 220 вольт и умножить на 2800. Показателем силы тока берется цифра, которая указана в характеристиках двигателя. Для подключения треугольником формула остается такой же, но последний коэффициент изменяется на 4800.

Например, если на агрегате написано, что номинальный ток, который может протекать по его обмоткам составляет 6 ампер, тогда емкость рабочего конденсатора будет 76 мкФ. Это при подключении звездой, для подключения треугольником результат будет 130 мкФ. Но выше говорилось, что если агрегат испытывает нагрузку при старте или имеет мощность больше 1,5 кВт, тогда понадобится еще один конденсатор - пусковой. Его емкость обычно в 2 или в 3 раза больше рабочего. То есть для соединения звездой понадобится второй конденсатор с емкостью 150-175 мкФ. Подбирать его придется опытным путем. В продаже может не быть конденсаторов требуемой емкости, тогда можно собрать блок для получения требуемой цифры. Для этого доступные конденсаторы соединяются параллельно, чтобы их емкость сложилась.

Обратите внимание! Есть некоторое ограничение по мощности трехфазных агрегатов, которые можно запитать от однофазной сети. Оно составляет 3 кВт. При превышении этого значения может выйти из строя проводка.

Почему пусковые конденсаторы лучше подбирать опытным путем начиная с наименьшего? Дело в том, что при недостаточном его значении будет подаваться ток большего значения, что может вывести из строя обмотки. Если его значение будет больше требуемого, тогда агрегату будет недостаточно импульса для запуска. Более наглядно представить себе подключение можно с помощью видео.

Вывод

Во время работы с электрическим током соблюдайте технику безопасности. Не запускайте ничего, если до конца неуверены в правильности выполненного подключения. Обязательно посоветуйтесь с опытным электриком, который подскажет, сможет ли проводка выдержать требуемую нагрузку от агрегата.

Общие сведения.

Всякий асинхронный трехфазный двигатель рассчитан на два номинальных напряжения трехфазной сети 380 /220 - 220/127 и т. д. Наиболее часто встречаются двигатели 380/220В. Переключение двигателя с одного напряжения на другое производится подключением обмоток «на звезду» - для 380 В или на «треугольник» - на 220 В. Если у двигателя имеется колодка подключения, имеющая 6 выводов с установленными перемычками, следует обратить внимание в каком порядке установлены перемычки. Если у двигателя отсутствует колодка и имеются 6 выводов - обычно они собраны в пучки по 3 вывода. В одном пучке собраны начала обмоток, в другом концы (начала обмоток на схеме обозначены точкой).

В данном случае «начало» и «конец» - понятия условные, важно лишь чтобы направления намоток совпадали, т. е. на примере «звезды» нулевой точкой могут быть как начала, так и концы обмоток, а в «треугольнике» - обмотки должны быть соединены последовательно, т. е. конец одной с началом следующей. Для правильного подключения на «треугольник» нужно определить выводы каждой обмотки, разложить их попарно и подключить по след. схеме:

Если развернуть эту схему, то будет видно, что катушки подключены «треугольником».

Если у двигателя имеется только 3 вывода, следует разобрать двигатель: снять крышку со стороны колодки и в обмотках найти соединение трёх обмоточных проводов (все остальные провода соединены по 2). Соединение трёх проводов является нулевой точкой звезды. Эти 3 провода следует разорвать, припаять к ним выводные провода и объединить их в один пучок. Таким образом мы имеем уже 6 проводов, которые нужно соединить по схеме треугольника.

Трехфазный двигатель вполне успешно может работать и в однофазной сети, но ждать от него чудес при работе с конденсаторами не приходится. Мощность в самом лучшем случае будет не более 70% от номинала, пусковой момент сильно зависит от пусковой емкости, сложность подбора рабочей емкости при изменяющейся нагрузке. Трехфазный двигатель в однофазной сети это компромис, но во многих случаях это является единственным выходом. Существуют формулы для рассчета емкости рабочего конденсатора, но я считаю их не корректными по следующим причинам: 1. Рассчет производится на номинальную мощность, а двигатель редко работает в таком режиме и при недогрузке двигатель будет греться из-за лишней емкости рабочего конденсатора и как следствие увеличенного тока в обмотке. 2. Номинальная емкость конденсатора указаная на его корпусе отличается от фактической + /- 20%, что тоже указано не конденсаторе. А если измерять емкость отдельного конденсатора, она может быть в два раза большей или на половину меньшей. Поэтому я предлагаю подбирать емкость к конкретному двигателю и под конкретную нагрузку, измеряя ток в каждой точке треугольника, стараясь максимально выравнять подбором емкости. Поскольку однофазная сеть имеет напряжение 220 В, то двигатель следует подключать по схеме «треугольник». Для запуска ненагруженного двигателя можно обойтись только рабочим конденсатором.

Направление вращения двигателя зависит от подключения конденсатора (точка а) к точке б или в.
Практически ориентировочную ёмкость конденсатора можно определить по сл. формуле: C мкф = P Вт /10,
где C - ёмкость конденсатора в микрофарадах, P - номинальная мощность двигателя в ваттах. Для начала достаточно, а точная подгонка должна производиться после нагрузки двигателя конкретной работой. Рабочее напряжение конденсатора должно быть выше напряжения сети, но практика показывает, что успешно работают старые советские бумажные конденсаторы рассчитаные на 160В. А их найти значительно легче, даже в мусоре. У меня мотор на сверлилке работает с такими конденсаторами, расположеными для защиты от хлопка в заземленной коробке от пускателя не помню сколько лет и пока все цело. Но к такому подходу я не призываю, просто информация для размышления. Кроме того, если включить 160и Вольтовые конденсаторы последовательно, вдвое потеряем в емкости зато рабочее напряжение увеличится вдвое 320В и из пар таких конденсаторов можно собрать батарею нужной емкости.

Включение двигателей с оборотами выше 1500 об/мин, либо нагруженных в момент пуска, затруднено. В таких случаях следует применить пусковой конденсатор, ёмкость которого зависит от нагрузки двигателя, подбирается экспериментально и ориентировочно может быть от равной рабочему конденсатору до в 1,5 - 2 раза большей. В дальнейшем, для понятности, все что относится к работе будет зеленого цвета, все что относится к пуску будет красного, что к торможению синего.

Включать пусковой конденсатор в простейшем случае можно при помощи нефиксированной кнопки.

Для автоматизации пуска двигателя можно применить реле тока. Для двигателей мощностью до 500 Вт подойдёт реле тока от стиральной машины или холодильника с небольшой переделкой. Т. к. конденсатор остаётся заряженным и в момент повторного запуска двигателя, между контактами возникает довольно сильная дуга и серебряные контакты свариваются, не отключая пусковой конденсатор после пуска двигателя. Чтобы этого не происходило, следует контактную пластинку пускового реле изготовить из графитовой или угольной щётки (но не из медно-графитовой, т. к. она тоже залипает). Также необходимо отключить тепловую защиту этого реле, если мощность двигателя превышает номинальную мощность реле.

Если мощность двигателя выше 500 Вт, до 1,1кВт можно перемотать обмотку пускового реле более толстым проводом и с меньшим количеством витков с таким расчётом, чтобы реле отключалось сразу же при выходе двигателя на номинальные обороты.

Для более мощного двигателя можно изготовить самодельное реле тока, увеличив размеры оригинального.

Большинство трехфазных двигателей мощностью до трех кВт хорошо работают и в однофазной сети за исключением двигателей с двойной беличьей клеткой, из наших это серия МА, с ними лучше не связываться, в однофазной сети они не работают.

Практические схемы включения.

Обобщающая схема включения

С1- пусковой, С2- рабочий, К1- нефиксирующаяся кнопка, диод и резистор- система торможения.

Работает схема следующим образом: при переводе переключателя в положение 3 и нажатии на кнопку К1 происходит пуск двигателя, после отпускания кнопки остается только рабочий конденсатор и двигатель работает на полезную нагрузку. При переводе переключателя в положение 1, на обмотку двигателя подается постоянный ток и двигатель тормозится, после остановки необходимо перевести переключатель в положениие 2, иначе двигатель сгорит, поэтому переключатель должен быть специальным и фиксироваться только в положении 3 и 2, а положение 1 должно быть включено только при удержании. При мощности двигателя до 300Вт и необходимости быстрого торможения, гасяший резистор можно не применять, при большей мощности сопротивление резистора подбирается по желаемому времени торможения, но не должно быть меньше сопротивления обмотки двигателя.

Эта схема похожа на первую, но торможение здесь происходит за счет энергии запасенной в электролитическом конденсаторе С1 и время торможения будет зависить от его емкости. Как и в любой схеме пусковую кнопку можно заменить на реле тока. При включении переключателя в сеть двигатель запускается и происходит заряд конденсатора С1 через VD1 и R1. Сопротивление R1 подбирается в зависимости от мощности диода, емкости конденсатора и времени работы двигателя до начала торможения. Если время работы двигателя между пуском и торможением превышает 1 минуту, можно использовать диод КД226Г и резистор 7кОм не менее 4Вт. рабочее напряжение конденсатора не менее 350В Для быстрого торможения хорошо подходит конденсатор от фотовспышки, фотовспышек много, а нужды в них больше нет. При выключении переключатель переходит в положение замыкающее конденсатор на обмотку двигателя и происходит торможение постоянным током. Используется обычный переключатель на два положения.

Схема реверсивного включения и торможения.

Эта схема развитие предыдущей, здесь автоматически происходит запуск при помощи токового реле и торможение электролитическим конденсатором, а также реверсивное включение. Отличие этой схемы: сдвоеный трехпозиционный переключатель и пусковое реле. Выкидывая из этой схемы лишние элементы, каждый из которых имеет свой цвет, можно собрать схему нужную для конкретных целей. При желании можно перейти на кнопочное включение, для этого понадобятся один или два автоматических пускателя с катушкой на 220В Используется сдвоеный переключатель на три положения

Еще одна не совсем обычная схема автоматического включения.

Как и в других схемах здесь есть система торможения, но ее при ненадобности легко выкинуть. В этой схеме включения две обмотки соединены паралельно, а третья через систему пуска и вспомогательный конденсатор, емкость которого примерно в два раза меньше необходимого при включении треугольником. Для изменения направления вращения нужно поменять местами начало и конец вспомогательной обмотки, обозначеной красной и зеленой точками. Запуск происходит за счет зарядки конденсатора С3 и продолжительность запуска зависит от емкости конденсатора, а емкость должна быть достаточно велика, чтобы двигатель успел выйти на номинальные обороты. Емкость можно брать с запасом, так как после заряда конденсатор не оказывает заметного действия на работу двигателя. Резистор R2 нужен для разрядки конденсатора и тем самым подготовки его для следующего пуска, подойдет 30 кОм 2Вт. Диоды Д245 - 248 подойдут любому двигателю. Для двигателей меньшей мощности соответственно уменьшится и мощность диодов, и емкость конденсатора. Хоть и затруднительно сделать реверсивное включение по данной схеме, но при желании и это можно. Потребуется сложный переключатель или пусковые автоматы.

Использование электролитических конденсаторов в качестве пусковых и рабочих.

Стоимость неполярных конденсаторов достаточно высока, да и не везде их можно найти. Поэтому, если их нет, можно применить электролитические конденсаторы, включенные по схеме не намного сложнее. Емкость их достаточно велика при небольшом объеме, они не дефицитны и не дороги. Но нужно учесть вновь возникшие факторы. Рабочее напряжение должно быть не менее 350 Вольт, включаться они могут только парами, как указано на схеме черным цветом, а в таком случае емкость уменьшается вдвое. И если двигателю для работы нужно 100 мкФ, то конденсаторы С1 и С2 должны быть по 200мкФ.

У электролитических конденсаторов большой допуск по емкости, поэтому лучше собрать батарею конденсаторов (обозначена зеленым цветом), легче будет подбирать фактическую емкость нужную двигателю и кроме того у электролитов очень тонкие выводы, а ток при большой емкости может достигать значительных величин и выводы могут греться, а при внутреннем обрыве вызвать взрыв конденсатора. Поэтому вся батарея конденсаторов должна находиться в закрытой коробке, особенно во время экспериментов. Диоды должны быть с запасом по напряжению и по току, необходимому для работы. До 2кВт вполне подойдут Д 245 - 248. При пробое диода сгорает (взрывается) конденсатор. Взрыв конечно сказано громко, пластмассовая коробка вполне защитит от разлета деталей конденсатора и от блестящего серпантина тоже. Ну вот, страшилки рассказаны, теперь немного конструкции. Как видно из схемы, минусы всех конденсаторов соединены вместе и, стало быть, конденсаторы старой конструкции с минусом на корпусе можно просто плотно перемотать изолентой и поместить в пластмассовую коробку соответствующих размеров. Диоды нужно расположить на изоляционной пластинке и при большой мощности поставить их на небольшие радиаторы, а если мощность не велика и диоды не греются, то их можно поместить в ту же коробку. Включенные по такой схеме электролитические конденсаторы, вполне успешно работают как пусковыми так и рабочими.

Сейчас в доводке электронная схема включения, но пока она сложна в повторении и настройке.

Как запускать трехфазный асинхронный двигатель от однофазной сети?

Самый простой способ запуска трехфазного двигателя в качестве однофазного, основывается на подключении его третьей обмотки через фазосдвигающее устройство. В качестве такого устройство может выступать активное сопротивление, индуктивность или конденсатор.

Прежде, чем подключать трехфазный двигатель в однофазную сеть, необходимо убедиться, что номинальное напряжение его обмоток соответствуют номинальному напряжению сети. Асинхронный трехфазный двигатель имеет три статорных обмотки. Соответственно в клемной коробке должно быть выведено 6 клемм для подключения питания. Если открыть клеммную коробку, то мы увидим борно двигателя. На борно, выведены 3 обмотки двигателя. Их концы подключены к клеммам. На эти клеммы и подключается питание двигателя.

Каждая обмотка имеет начало и конец. Начала обмоток маркируют как С1, С2, С3. Концы обмоток промаркированы соответственно С4, С5, С6. На крышке клемной коробки мы увидим схему включения двигателя в сеть при разных напряжениях питания. Согласно этой схемы мы и должны подключить обмотки. Т..е. если двигатель допускает использование напряжений 380/220, то для его подключения к однофазной сети 220В, необходимо переключить обмотки в схему «треугольник».

Если же его схема подключения допускает 220/127 В, то к однофазной сети 220 В, его необходимо подключать по схеме «звезда», как показано на рисунке.

Схема с пусковым активным сопротивлением

На рисунке показана схемы однофазного включения трехфазного двигателя с пусковым активным сопротивлением. Такая схема используется только в двигателях малой мощности, так как в резисторе теряетя большое количество энергии в виде тепла.

Наибольшее распространение получили схемы с конденсаторами. Для изменения направления вращения двигателя необходимо применять переключатель. В идеале для нормальной работы такого двигателя необходимо, чтобы емкость конденсатора изменялась в зависимости от числа оборотов. Но такое условие выполнить довольно трудно, поэтому обычно применяют схему двухступенчатого управления асинхронным электродвигателем. Для работы механизма, приводимого в движение таким двигателем, используют два конденсатора. Один подключается только при запуске, а после окончания пуска его отключают и оставляют только один конденсатор. При этом происходит заметное снижение его полезной мощности на валу до 50…60% от номинальной мощности при включении в трехфазную сеть. Такой пуск двигателя получил название конденсаторного пуска.

При применении пусковых конденсаторов имеется возможность увеличить пусковой момент до величины Мп/Мн=1,6-2. Однако, при этом значительно увеличивается емкость пускового конденсатора, из за чего вырастают его размеры и стоимость всего фазосдвигающего устройства. Для достижения максимального пускового момента, величину емкости необходимо выбирать из соотношения, Xc=Zk, т. е. емкостное сопротивление равно сопротивлению короткого замыкания одной фазы статора. По причине высокой стоимости и габаритов всего фазосдвигающего устройства конденсаторный пуск применяется лишь при необходимости большого пускового момента. В конце пускового периода пусковой обмотки необходимо отключить, в противном случае пусковая обмотка перегреется и сгорит. В качестве пускового устройства можно применять индуктивность- дроссель.

Пуск трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети, через частотный преобразователь

Для пуска и управления трехфазным асинхронным двигателем от однофазной сети, можно применять преобразователь частоты с питанием от однофазной сети. Структурная схема такого преобразователя представлена на рисунке. Пуск трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети с помощью преобразователя частоты является одним из самых перспективных. Поэтому именно он наиболее часто используется в новых разработках систем управления регулируемыми электроприводами. Принцип его лежит в том, что, меняя частоту и напряжение питания двигателя, можно в соответствии с формулой, изменять его частоту вращения.

Сам преобразователь состоит состоят из двух модулей, которые обычно заключены в один корпус:
— модуль управления, который управляет функционированием устройства;
— силовой модуль, который питает двигатель электроэнергией.

Применение преобразователя частоты для пуска трехфазного асинхронного двигателя. позволяет значительно снизить пусковой ток, так как электродвигатель имеет жесткую зависимость между током и вращающим моментом. Причем значения пускового тока и момента можно регулировать в достаточно больших пределах. Кроме того с помощью частотного преобразователя можно регулировать обороты двигателя и самого механизма, уменьшая при этом значительную часть потерь в механизме.

Недостатки применения частотного преобразователя для пуска трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети: достаточно высокая стоимость самого преобразователя и периферийных устройств к нему. Появление несинусоидальных помех в сети и снижение показателей качества сети.