Подключение трехфазного двигателя на одну фазу. Как подобрать конденсаторы для запуска электродвигателя

Как известно, при включении трёхфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть, по распространенным конденсаторным схемам: "треугольник", или "звезда", мощность двигателя используется только наполовину (в зависимости от применяемого двигателя).

Кроме того, затруднён запуск двигателя под нагрузкой.

В предлагаемой статье описан метод подключения двигателя без потери мощности.

В различных любительских электромеханических станках и приспособлениях чаще всего используются трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. К сожалению, трехфазная сеть в быту — явление крайне редкое, поэтому для их питания от обычной электрической сети любители применяют фазосдвигающий конденсатор, что не позволяет в полном объеме реализовать мощность и пусковые характеристики двигателя. Существующие же тринисторные "фазосдвигающие" устройства еще в большей степени снижают мощность на валу двигателей.

Вариант схемы устройства запуска трехфазного электродвигателя без потери мощности приведен на рис. 1 .

Обмотки двигателя 220/380 В соединены треугольником, а конденсатор С1 включен, как обычно, параллельно одной из них. Конденсатору "помогает" дроссель L1, включенный параллельно другой обмотке. При определенном соотношении емкости конденсатора С1, индуктивности дросселя L1 и мощности нагрузки можно получить сдвиг фаз между напряжениями на трех ветвях нагрузки, равный точно 120°.

На рис. 2 приведена векторная диаграмма напряжений для устройства, представленного на рис. 1, при чисто активной нагрузке R в каждой ветви. Линейный ток Iл в векторном виде равен разности токов Iз и Ia, а по абсолютному значению соответствует величине Iф√3, где Iф=I1=I2=I3=Uл/R — фазный ток нагрузки, Uл=U1=U2=U3=220 В — линейное напряжение сети.

К конденсатору С1 приложено напряжение Uc1=U2, ток через него равен Ic1 и по фазе опережает напряжение на 90°.

Аналогично к дросселю L1 приложено напряжение UL1=U3, ток через него IL1 отстает от напряжения на 90°.

При равенстве абсолютных величин токов Ic1 и IL1 их векторная разность при правильном выборе емкости и индуктивности может быть равной Iл.

Сдвиг фаз между токами Ic1 и IL1 составляет 60°, поэтому треугольник из векторов Iл, Iс1 и IL1 — равносторонний, а их абсолютная величина составляет Iс1=IL1=Iл=Iф√3. В свою очередь, фазный ток нагрузки Iф=Р/ЗUL, где Р — суммарная мощность нагрузки.

Иными словами, если емкость конденсатора С1 и индуктивность дросселя L1 выбрать такими, чтобы при поступлении на них напряжения 220 В ток через них был бы равен Ic1=IL1=P/(√3⋅Uл)=P/380, показанная на рис. 1 цепь L1C1 обеспечит на нагрузке трехфазное напряжение с точным соблюдением сдвига фаз.

Таблица 1

В табл. 1 приведены значения тока Ic1=IL1. емкости конденсатора С1 и индуктивности дросселя L1 для различных величин полной мощности чисто активной нагрузки.

Реальная нагрузка в виде электродвигателя имеет значительную индуктивную составляющую. В результате линейный ток отстает по фазе от тока активной нагрузки на некоторый угол ф порядка 20...40°.

На шильдиках электродвигателей обычно указывают не угол, а его косинус — широко известный cosφ, равный отношению активной составляющей линейного тока к его полному значению.

Индуктивную составляющую тока, протекающего через нагрузку устройства, показанного на рис. 1 , можно представить в виде токов, проходящих через некоторые катушки индуктивности Lн, подключенные параллельно активным сопротивлениям нагрузки (рис. 3,а) , или, что эквивалентно, параллельно С1, L1 и сетевым проводам.

Из рис. 3,б видно, что поскольку ток через индуктивность противофазен току через емкость, катушки индуктивности LH уменьшают ток через емкостную ветвь фазосдвигающей цепи и увеличивают через индуктивную. Поэтому для сохранения фазы напряжения на выходе фазосдвигающей цепи ток через конденсатор С1 необходимо увеличить и через катушку уменьшить

Векторная диаграмма для нагрузки с индуктивной составляющей усложняется. Ее фрагмент, позволяющий произвести необходимые расчеты, приведен на рис. 4 .

Полный линейный ток Iл разложен здесь на две составляющие: активную Iлcosφ и реактивную Iлsinφ.

В результате решения системы уравнений для определения необходимых значений токов через конденсатор С1 и катушку L1:

IC1sin30° + IL1sin30° = Iлcosφ, IC1cos30° - IL1cos30° = Iлsinφ,

получаем следующие значения этих токов:

IC1 = 2/√3⋅Iлsin(φ+60°), IL1 = 2/√3⋅Iлcos(φ+30°).

При чисто активной нагрузке (φ=0) формулы дают ранее полученный результат Ic1=IL1=Iл.

На рис. 5 приведены зависимости отношений токов Ic1 и IL1 к Iл от cosφ, рассчитанные по этим формулам Для (cosφ = √3/2 = 0,87) ток конденсатора С1 максимален и равен 2/√3Iл = 1.15Iл, а ток дросселя L1 вдвое меньше.

Этими же соотношениями с хорошей степенью точности можно пользоваться для типовых значений cosφ, равных 0,85...0,9.

Таблица 2

В табл. 2 приведены значения токов IC1, IL1, протекающих через конденсатор С1 и дроссель L1 при различных величинах полной мощности нагрузки, имеющей указанное выше значение cosφ = √3/2.

Для такой фазосдвигающей цепи используют конденсаторы МБГО, МБГП, МБГТ, К42-4 на рабочее напряжение не менее 600 В или МБГЧ, К42-19 на напряжение не менее 250 В.

Дроссель проще всего изготовить из трансформатора питания стержневой конструкции от старого лампового телевизора. Ток холостого хода первичной обмотки такого трансформатора при напряжении 220 В обычно не превышает 100 мА и имеет нелинейную зависимость от приложенного напряжения.

Если же в магнитопровод ввести зазор порядка 0,2...1 мм, ток существенно возрастет, а зависимость его от напряжения станет линейной.

Сетевые обмотки трансформаторов ТС могут быть соединены так, что номинальное напряжение на них составит 220 В (перемычка между выводами 2 и 2"), 237 В (перемычка между выводами 2 и 3") или 254 В (перемычка между выводами 3 и 3"). Сетевое напряжение чаще всего подают на выводы 1 и 1". В зависимости от вида соединения меняются индуктивность и ток обмотки.

В табл. 3 приведены значения тока в первичной обмотке трансформатора ТС-200-2 при подаче на нее напряжения 220 В при различных зазорах в магнитопроводе и разном включении секций обмоток.

Сопоставление данных табл. 3 и 2 позволяет сделать вывод, что указанный трансформатор можно установить в фазосдвигающую цепь двигателя с мощностью примерно от 300 до 800 Вт и, подбирая зазор и схему включения обмоток, получить необходимую величину тока.

Индуктивность изменяется также в зависимости от синфазного или противофазного соединения сетевой и низковольтных (например, накальных) обмоток трансформатора.

Максимальный ток может несколько превышать номинальный ток в рабочем режиме. В этом случае для облегчения теплового режима целесообразно снять с трансформатора все вторичные обмотки, часть низковольтных обмоток можно использовать для питания цепей автоматики устройства, в котором работает электродвигатель.

Таблица 3

В табл. 4 приведены номинальные величины токов первичных обмоток трансформаторов различных телевизоров и ориентировочные значения мощности двигателя, с которыми их целесообразно использовать фазосдвигающую LC-цепь следует рассчитывать для максимально возможной нагрузки электродвигателя.

Таблица 4

При меньшей нагрузке необходимый сдвиг фаз уже не будет выдерживаться, но пусковые характеристики по сравнению с использованием одного конденсатора улучшатся.

Экспериментальная проверка проводилась как с чисто активной нагрузкой, так и с электродвигателем.

Функции активной нагрузки выполняли по две параллельно соединенных лампы накаливания мощностью 60 и 75 Вт, включенные в каждую нагрузочную цепь устройства (см рис. 1) , что соответствовало общей мощности 400 Вт В соответствии с табл. 1 емкость конденсатора С1 составляла 15 мкф Зазор в магнитопроводе трансформатора ТС-200-2 (0,5 мм) и схема соединения обмоток (на 237 В) были выбраны из соображений обеспечения необходимого тока 1,05 А.

Измеренные на нагрузочных цепях напряжения U1, U2, U3 отличались друг от друга на 2...3 В, что подтверждало высокую симметрию трехфазного напряжения.

Эксперименты проводились также с трехфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором АОЛ22-43Ф мощностью 400 Вт. Он работал с конденсатором С1 емкостью 20 мкф (кстати, такой же, как и при работе двигателя только с одним фазосдвигающим конденсатором) и с трансформатором, зазор и соединение обмоток которого выбраны из условия получения тока 0,7 А.

В результате удалось быстро запустить двигатель без пускового конденсатора и заметно увеличить крутящий момент, ощущаемый при торможении шкива на валу двигателя.

К сожалению, провести более объективную проверку затруднительно, поскольку в любительских условиях практически невозможно обеспечить нормированную механическую нагрузку на двигатель.

Следует помнить, что фазосдвигающая цепь — это последовательный колебательный контур, настроенный на частоту 50 Гц (для варианта чисто активной нагрузки), и без нагрузки подключать к сети эту цепь нельзя.

Заботливый хозяин частного дома не обходится без циркулярки, наждака, водяного насоса, но все это стоит немалых денег. А если голова и руки на месте, почему бы самому не собрать нужный агрегат? Чем многие и занимаются. Основная проблема — найти подходящий электродвигатель. Не секрет, что находим иногда и бесплатный, только чаще всего трехфазный.
А каким образом подключить трехфазный двигатель к однофазной сети, если в доме всего 220V? Оказывается, и здесь нашли выход. Для этого придумали подключение трехфазного двигателя через конденсатор.
Значительная масса трехфазных двигателей имеет обмотки статора, подключенные в звезду на напряжение 380V. Получается, что эффективное использование однофазной сети возможно . Можно и звезду оставить, только мощность двигателя будет минимальной: разве что пропеллер запустить. Ведь при подключении трехфазного двигателя к однофазной сети теряется до 40% мощности, а тут звезда теряет еще и напряжение. Поэтому не любая находка подойдет для дома.
После перемотки сгоревших движков часто в коробку выходит только три вывода звезды (видимо, перемотчики экономят на проводах, на клеммниках и на времени). Естественно, подобные агрегаты не совсем годятся. Случается, отсутствуют в коробке клеммы (разбиты и выброшены). Придется определять .
А сейчас делаем расчет конденсатора для трехфазного двигателя.

Емкость конденсатора для треугольника (рис. а ) рассчитывается по формуле C1 т = 4800*I н.т /U ,
для звезды (рис.в ) — C1 зв = 2800*I н.зв /U ,
где I н.т; I н.зв — номинальные токи на треугольнике и на звезде. Для тяжелого пуска применяется дополнительный пусковой конденсатор С2 емкостью в 2,5-3 раза больше, после разгона он отключается пусковой кнопкой SB .
Напряжение, указанное на конденсаторе, должно быть на 15% выше напряжения сети. Тут и считать не надо — 300V, меньше не должно быть.
Примерный расчет конденсатора для трехфазного двигателя мощностью 250Вт. . Это номинальный ток треугольника и звезды. По формуле рассчитываем емкость для треугольника:
C1 т = 4800*0,85A/220V , получаем около 19мкф, пусковой конденсатор — примерно 45мкф. Выбираем конденсаторы с допустимым напряжением 300V.
Все. Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети выполнено.
Практические советы:

• Обычно для подключения берут емкость из расчета 7мкф на 100Вт.
• Для точила, если его не насиловать, мне хватило на 250Вт всего 9мкф. В принципе, точило можно запустить без конденсаторов, просто крутанув вал ротора в нужную сторону. Правда, мощности в нем совсем ничего, но нож поточить можно.
• Пусковой конденсатор большой емкости трудно найти, но если очень хочется, можно два электролитических подключить навстречу друг другу: плюсовые выводы соединить вместе, а минусовые будут выводами на двигатель (или, наоборот, минусовые вместе, плюсовые на двигатель). Емкость такой пары определяется по формуле C1*C2/(C1+C2) , напряжение складывается, то есть два конденсатора на 150V дадут в сумме 300V. Гарантию надежности не даю.

После своего изобретения трехфазные двигатели успешно используются до сих пор без каких-либо существенных изменений. Подключение асинхронного двигателя к однофазной сети было лишь делом времени, так как они намного проще в эксплуатации и обслуживании, чем их коллекторные собратья. А ведь в домашних условиях используется именно однофазная сеть, а хороший двигатель нужен не только на производстве. Какие электрические машины можно использовать дома или на даче, и как правильно их запустить в работу от обычных 220 В?

• Одна фаза вместо трех
• Расчет конденсатора
• Постепенный разгон
• Одна фаза

Одна фаза вместо трех

Самый распространенный вариант – трехфазный асинхронный двигатель. В пазах неподвижного статора уложены три обмотки со сдвигом 120 электрических градусов. Для пуска необходимо через них пропустить трехфазный ток, который, проходя по каждой обмотке в разное время, создает вращающий момент, раскручивающий ротор. При подключении однофазной сети такого не происходит. Поэтому здесь необходимы дополнительные элементы, такие как фазосдвигающий конденсатор. Это самый простой способ.

На скорость вращения ротора это не повлияет, а вот мощность такой электрической машины упадет. В зависимости от нагрузки на валу, емкости конденсатора, схемы подключения, потери составляют 30–50 %.

Стоит сразу отметить, что аппараты не всех марок работают по однофазной схеме. Но все-таки большинство позволяет проводить с собой подобные манипуляции. Всегда стоит обращать внимание на прикрепленные таблички. Там есть все характеристики, глядя на которые можно увидеть, какая это модель и где она будет работать.

Из первой картинки (А) можно сделать вывод, что данный двигатель рассчитан на два напряжения – 220 и 380 В. Включение обмоток – треугольник и звезда. От обычной домашней сети его запустить можно (есть соответствующее напряжение), и желательно треугольником.

Вторая (Б) показывает: электрическая машина рассчитана на 380 В, включение звездой. Теоретически, на меньшее напряжение переключиться возможно, но для этого нужно разбирать корпус, искать соединение обмоток и переключать их на треугольник. Можно, конечно, ничего не переключать просто поставив конденсатор. Однако потери мощности будут колоссальными.

Предупреждение! Если на табличке написано: Δ/Ỵ 127/220, то к сети 220 В такой аппарат можно включать только звездой, иначе он сгорит!

Фазосдвигающий конденсатор. Подключение треугольком и звездой

Оптимальный вариант подключения трехфазной машины в работу от 220 вольт, это треугольником. Так потери составят около 30%. Два конца в борне идут непосредственно к сети, а между третьим концом и любым из этих двух включают конденсатор.

Такой пуск возможен если нет никакой серьезной нагрузки: например, при подключении вентилятора. Если будет нагрузка, то ротор либо не будет крутиться вообще, либо запуск будет происходить очень долго. В этом случае стоит добавить пусковой конденсатор.

При этом будет хорошо использовать выключатель, у которого один контакт замыкался бы и фиксировался, пока его не отключишь, а другой отключался, когда его отпускают. Так можно на непродолжительное время подсоединять в работу пусковой конденсатор. Направление вращения изменяется переключением конденсатора в схеме на другую фазу.

На практике это может выглядеть так:

Схема для пуска в работу трехфазного двигателя к однофазной цепи звездой тоже несложная. Потери будут больше, но иногда другого выхода просто нет.

Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют "Экономитель энергии Electricity Saving Box". Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату.

Расчет конденсатора

Вполне естественный вопрос о том, конденсатор с какими параметрами нужно использовать для запуска и работы такого аппарата. Все зависит от того, звездой или треугольником соединены обмотки на трехфазной машине.

• Для звезды существует такой расчет: Cр = 2800 I/U.
• Треугольник:Cр = 4800 I/U.

Cр– емкость рабочего конденсатора в микрофарадах; I – ток в амперах, U – напряжение сети в вольтах.

• Ток можно посчитать таким образом: I = P/(1.73 U n cos ф).

Р – это мощность асинхронного аппарата, написанная на его бирке,n – его КПД. Он указан там же; рядом написан и cos ф.

Есть и упрощенный вариант расчета. Он выглядит таким образом: C = 70 P н, где P н – это номинальная мощность, кВт (на бирке). Из этой формулы можно сделать вывод, что на каждые 100 Вт должно быть около 7 мкФ емкости.

При завышенной емкости конденсатора обмотки будут сильно греться, при заниженной ротор будет тяжело раскручиваться. Поэтому идеальным вариантом является, когда после всех расчетов делается своеобразная «подгонка»: замеряется ток при помощи клещей и добавляются или убираются дополнительные конденсаторы.

Если нужен пусковой конденсатор, то необходимо подобрать его так, чтобы общая емкость (С р +С п) в 2–3 раза превышала рабочую(С р).

Постепенный разгон

Как можно осуществить плавный пуск асинхронного двигателя в однофазной сети? Стоит сразу оговориться, что для домашнего использования это обойдется дорого. Сама схема очень сложна и пробовать собрать ее самостоятельно не имеет смысла. Существуют специальные устройства плавного пуска, которые успешно используются для этой цели. Суть их заключается в том, что первые секунды включения напряжение питания подается заниженным, вследствие чего занижен пусковой момент.

Но так как частота вращения роторатаких аппаратов зависит от частоты питающего напряжения, а не от его величины, то такой вариант подходит только тогда, когда нет значительной нагрузки на валу: насосы, вентиляторы. Если есть нагрузка, тогда лучше всего использовать частотный преобразователь. Он также обеспечит плавный запуск, а также много других замечательных возможностей. Правда, стоит он дороже. Из этого следует вывод: такие устройства больше подходят для использования на производстве, пусть даже небольшом. Для дома это дорого.

Как видно, этот частотник можно питать как трехфазным напряжением, так и одной фазой.

Одна фаза

Для того чтобы выполнить подключение однофазного асинхронного двигателя, достаточно двух кнопок: одна с фиксатором, другая без него. Стандартная схема: две обмотки, включенные последовательно (хотя, в зависимости от модели, могут быть варианты). Та, у которой большее сопротивление – пусковая, другая – рабочая.

Каждая модель электрической машины имеет свои характеристики, а значит, и варианты подключения могут различаться. У некоторых для запуска используется два конденсатора, у других – один.

Следовательно, начинать необходимо с выяснения модели и ее технических характеристик.

Как видно, запуск короткозамкнутых электрических машин возможен по-разному. Подключение возможно как в домашних условиях, так и на производстве, что сделало их такими популярными. И, по большому счету, более чем за сто лет не было придумано ничего лучше.

Среди разных методов пуска трехфазных электродвигателей в однофазную сеть, более обычный базируется на подключении третьей обмотки через фазосдвигающий конденсатор. Нужная мощность развиваемая движком в данном случае составляет 50…60% от его мощности в трехфазном включении. Не все трехфазные электродвигатели, однако, хорошо работают при подключении к однофазной сети. Среди таких электродвигателей можно выделить, к примеру, с двойной секцией короткозамкнутого ротора серии МА. В связи с этим при выборе трехфазных электродвигателей для работы в однофазной сети следует дать предпочтение движкам серий А, АО, АО2, АПН, УАД и др.

Для обычной работы электродвигателя с конденсаторным запуском нужно, чтоб емкость применяемого конденсатора изменялась зависимо от числа оборотов. На практике это условие выполнить достаточно трудно, потому употребляют двухступенчатое управление движком. При пуске мотора подключают два конденсатора, а после разгона один конденсатор отключают и оставляют только рабочий конденсатор.

1.2. Расчет характеристик и частей электродвигателя.

Если, к примеру, в паспорте электродвигателя обозначено напряжение его питания 220/380, то движок включают в однофазную сеть по схеме, представленной на рис. 1

Схема включения трехфазного электродвигателя в сеть 220 В

С р – рабочий конденсатор;
С п – пусковой конденсатор;
П1 – пакетный выключатель

После включения пакетного выключателя П1 замыкаются контакты П1.1 и П1.2, после чего нужно сразу надавить кнопку “Разгон”. После набора оборотов кнопка отпускается. Реверсирование электродвигателя осуществляется методом переключения фазы на его обмотке переключателем SA1.

Емкость рабочего конденсатора Ср в случае соединения обмоток мотора в “ треугольник” определяется по формуле:

, где

U -напряжение в сети, В

А в случае соединения обмоток мотора в “звезду” определяется по формуле:

, где
Ср – емкость рабочего конденсатора в мкФ;
I – потребляемый электродвигателем ток в А;
U -напряжение в сети, В

Потребляемый электродвигателем ток в выше приведенных формулах, при известной мощности электродвигателя, можно вычислить из последующего выражения:

, где
Р – мощность мотора в Вт, обозначенная в его паспорте;
h – КПД;
cos j – коэффициент мощности;
U -напряжение в сети, В

Емкость пускового конденсатора Сп выбирают в 2..2,5 раза больше емкости рабочего конденсатора. Эти конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение в 1,5 раза больше напряжения сети. Для сети 220 В лучше использовать конденсаторы типа МБГО, МБПГ, МБГЧ с рабочим напряжением 500 В и выше. При условии краткосрочного включения в качестве пусковых конденсаторов можно использовать и электролитические конденсаторы типа К50-3, ЭГЦ-М, КЭ-2 с рабочим напряжением более 450 В. Для большей надежности электролитические конденсаторы соединяют поочередно, соединяя меж собой их минусовые выводы, и шунтируют диодами (рис. 2)

Схема соединения электролитических конденсаторов для использования их в качестве пусковых конденсаторов.

Общая емкость соединенных конденсаторов составит (С1+С2)/2.

На практике величину емкостей рабочих и пусковых конденсаторов выбирают зависимо от мощности мотора по табл. 1

Таблица 1. Значение емкостей рабочих и пусковых конденсаторов трехфазного электродвигателя зависимо от его мощности при включении в сеть 220 В.

Необходимо подчеркнуть, что у электродвигателя с конденсаторным запуском в режиме холостого хода по обмотке, питаемой через конденсатор, протекает ток на 20…30 % превосходящий номинальный. В связи с этим, если движок нередко используется в недогруженном режиме либо вхолостую, то в данном случае емкость конденсатора Ср следует уменьшить. Может случиться, что во время перегрузки электродвигатель тормознул, тогда для его пуска опять подключают пусковой конденсатор, сняв нагрузку полностью либо снизив ее до минимума.

Емкость пускового конденсатора Сп можно уменьшить при пуске электродвигателей на холостом ходу либо с маленькой нагрузкой. Для включения, к примеру, электродвигателя АО2 мощностью 2,2 кВт на 1420 об/мин можно использовать рабочий конденсатор емкостью 230 мкФ, а пусковой – 150 мкФ. В данном случае электродвигатель уверенно запускается при маленький нагрузке на валу.

1.3. Переносной универсальный блок для запуска трехфазных электродвигателей мощностью около 0,5 кВт от сети 220 В .

Для пуска электродвигателей разных серий, мощностью около 0,5 кВт, от однофазной сети без реверсирования, можно собрать переносной универсальный пусковой блок (рис. 3)

Схема переносного универсального блока для запуска трехфазных электродвигателей мощностью около 0,5 кВт от сети 220 В без реверса.

При нажатии на кнопку SB1 срабатывает магнитный пускатель КМ1 (переключатель SA1 замкнут) и собственной контактной системой КМ 1.1, КМ 1.2 подключает электродвигатель М1 к сети 220 В. Сразу с этим 3-я контактная группа КМ 1.3 замыкает кнопку SB1. После полного разгона мотора переключателем SA1 отключают пусковой конденсатор С1. Остановка мотора осуществляется нажатием на кнопку SB2.

1.3.1. Детали.

В устройстве используется электродвигатель А471А4 (АО2-21-4) мощностью 0,55 кВт на 1420 об/мин и магнитный пускатель типа ПМЛ, рассчитанный на переменный ток напряжением 220 В. Кнопки SB1 и SB2 – спаренные типа ПКЕ612. В качестве тумблера SA1 используется переключатель Т2-1. В устройстве постоянный резистор R1 – проволочный, типа ПЭ-20, а резистор R2 типа МЛТ-2. Конденсаторы С1 и С2 типа МБГЧ на напряжение 400 В. Конденсатор С2 составлен из параллельно соединенных конденсаторов по 20 мкФ 400 В. Лампа HL1 типа КМ-24 и 100 мА.

Пусковое устройство смонтировано в железном корпусе размером 170х140х50 мм (рис. 4)

1 – корпус
2 – ручка для переноски
3 – сигнальная лампа
4 – переключатель отключения пускового конденсатора
5 – кнопки “Запуск” и “Стоп”
6 – доработанная электровилка
7 – панель с гнездами разъема

На верхней панели корпуса размещены кнопки “Запуск” и “Стоп” – сигнальная лампа и переключатель для отключения пускового конденсатора. На фронтальной панели корпуса устройства находится разъем для подключения электродвигателя.

Для отключения пускового конденсатора можно использовать дополнительное реле К1, тогда надобность в тумблере SA1 отпадает, а конденсатор будет отключаться автоматом (рис.5)

Схема пускового устройства с автоматическим отключением пускового конденсатора.

При нажатии на кнопку SB1 срабатывает реле К1 и контактной парой К1.1 включает магнитный пускатель КМ1, а К1.2 – пусковой конденсатор Сп. Магнитный пускатель КМ1 само блокируется при помощи собственной контактной пары КМ 1.1, а контакты КМ 1.2 и КМ 1.3 подсоединяют электродвигатель к сети. Кнопку “Запуск” держат нажатой до полного разгона мотора, а после отпускают. Реле К1 обесточивается и отключает пусковой конденсатор, который разряжается через резистор R2. В это время магнитный пускатель КМ 1 остается включенным и обеспечивает питание электродвигателя в рабочем режиме. Для остановки электродвигателя следует нажать кнопку “Стоп”. В улучшенном пусковом устройстве по схеме рис.5, можно использовать реле типа МКУ-48 либо ему схожее.

2. Внедрение электролитических конденсаторов в схемах пуска электродвигателей.

При включении трехфазных асинхронных электродвигателей в однофазную сеть, обычно используют простые бумажные конденсаторы. Но практика показала, что вместо массивных бумажных конденсаторов можно использовать оксидные (электролитические) конденсаторы, которые имеют наименьшие габариты и более доступны в плане покупки. Схема эквивалентной замены обычного бумажного конденсатора дана на рис. 6

Схема задмены бумажного конденсатора (а) электролитическим (б, в).

Положительная полуволна переменного тока проходит через цепочку VD1, С2, а отрицательная VD2, С2. Исходя из этого можно использовать оксидные конденсаторы с допустимым напряжением вдвое наименьшим, чем для обычных конденсаторов той же емкости. К примеру, если в схеме для однофазной сети напряжением 220 В употребляется бумажный конденсатор на напряжение 400 В, то при его подмене, по вышеприведенной схеме, можно использовать электролитический конденсатор на напряжение 200 В. В приведенной схеме емкости обоих конденсаторов схожи и выбираются аналогично методике выбора бумажных конденсаторов для пускового устройства.

2.1. Включение трехфазного мотора в однофазовую сеть с внедрением электролитических конденсаторов.

Схема включения трехфазного мотора в однофазную сеть с внедрением электролитических конденсаторов приведена на рис.7.

Схема включения трехфазного мотора в однофазовую сеть с помощью электролитических конденсаторов.

В приведенной схеме, SA1 – тумблер направления вращения мотора, SB1 – кнопка разгона мотора, электролитические конденсаторы С1 и С3 используются для запуска мотора, С2 и С4 – во время работы.

Подбор электролитических конденсаторов в схеме рис. 7 лучше создавать при помощи токоизмерительных клещей. Определяют токи в точках А, В, С и достигает равенства токов в этих точках методом ступенчатого подбора емкостей конденсаторов. Замеры проводят при нагруженном движке в том режиме, в каком подразумевается его эксплуатация. Диоды VD1 и VD2 для сети 220 В выбираются с оборотным очень допустимым напряжением более 300 В. Наибольший прямой ток диода находится в зависимости от мощности мотора. Для электродвигателей мощностью до 1 кВт подходят диоды Д245, Д245А, Д246, Д246А, Д247 с прямым током 10 А. При большей мощности мотора от 1 кВт до 2 кВт необходимо взять большие диоды с подходящим прямым током, либо поставить несколько меньших диодов параллельно, установив их на радиаторы.

Следует обратить ВНИМАНИЕ на то, что при перегрузке диода может произойти его пробой и через электролитический конденсатор потечет переменный ток, что может привести к его нагреву и взрыву.

3. Включение мощных трехфазных движков в однофазную сеть.

Конденсаторная схема включения трехфазных движков в однофазовую сеть позволяет получить от мотора менее 60% от номинальной мощности, в то время как предел мощности электрифицированного устройства ограничивается 1,2 кВт. Этого очевидно недостаточно для работы электрорубанка либо электрической пилы, которые обязаны иметь мощность 1,5…2 кВт. Неувязка в этом случае может быть решена внедрением электродвигателя большей мощности, к примеру, с мощностью 3…4 кВт. Такового типа движки рассчитаны на напряжение 380 В, их обмотки соединены «звездой» и в клеммной коробке содержится всего 3 вывода. Включение такового мотора в сеть 220 В приводит к понижению номинальной мощности мотора в 3 раза и на 40 % при работе в однофазовой сети. Такое понижение мощности делает движок неприменимым для работы, но может быть применено для раскрутки ротора вхолостую либо с малой нагрузкой. Практика указывает, что большая часть электродвигателей уверенно разгоняется до номинальных оборотов, и в данном случае пусковые токи не превосходят 20 А.

3.1. Доработка трехфазного мотора.

Более просто можно выполнить перевод мощного трехфазного мотора в рабочий режим, если переработать его на однофазовый режим работы, получая при всем этом 50 % номинальной мощности. Переключение мотора в однофазный режим требует его доработки. Вскрывают клеммную коробку и определяют, с какой стороны крышки корпуса мотора подходят выводы обмоток. Отворачивают болты крепления крышки и вынимают ее из корпуса мотора. Находят место соединения 3-х обмоток в общую точку и подпаивают к общей точке дополнительный проводник с сечением, подходящим сечению провода обмотки. Скрутку с подпаянным проводником изолируют изолентой либо поливинилхлоридной трубкой, а дополнительный вывод протягивают в клеммную коробку. После чего крышку корпуса устанавливают на место.

Схема коммутации электродвигателя в данном случае будет иметь вид, показанный на рис. 8.

Схема коммутации обмоток трехфазного электродвигателя для включения в однофазовую сеть.

Во время разгона мотора используется соединение обмоток «звездой» с подключением фазосдвигающего конденсатора Сп. В рабочем режиме в сеть остается включенной только одна обмотка, и вращение ротора поддерживается пульсирующим магнитным полем. После переключения обмоток конденсатор Сп разряжается через резистор Rр. Работа представленной схемы была опробована с движком типа АИР-100S2Y3 (4 кВт, 2800 об/мин), установленном на самодельном деревообрабатывающем станке и показала свою эффективность.

3.1.1. Детали.

В схеме коммутации обмоток электродвигателя, в качестве коммутационного устройства SA1 следует использовать пакетный тумблер на рабочий ток более 16 А, к примеру, тумблер типа ПП2-25/Н3 (двухполюсный с нейтралью, на ток 25 А). Тумблер SA2 может быть любого типа, но на ток более 16 А. Если реверс мотора не требуется, то этот тумблер SA2 можно исключить из схемы.

Недостатком предложенной схемы включения мощного трехфазного электродвигателя в однофазную сеть можно считать чувствительность мотора к перегрузкам. Если нагрузка на валу достигнет половины мощности мотора, то может произойти понижение скорости вращения вала прямо до полной его остановки. В данном случае снимается нагрузка с вала мотора. Тумблер переводится поначалу в положение «Разгон», а позже в положение «Работа» и продолжают последующую работу.

Из всех разработанных многочисленными исследователями методов подключения асинхронного электродвигателя на практике чаще всего применяется два, называемые способами:

1. звезды;

2. треугольника.

Оба они используют конденсаторный запуск, отличающийся доступной элементной базой.

Название каждого метода дано по способу подключения обмоток статора в сеть. Их схема уже была показана здесь: . Узнать же, как они собраны в конкретном двигателе, можно с помощью таблички, смонтированной на корпусе.

Обычно даже на старых моделях можно разобрать способ соединения обмоток и напряжение сети, на которые они созданы. Такой информации можно доверять, если двигатель уже опробован в работе и к нему нет претензий. Но, даже в этом случае необходимо провести электрические замеры.

Как проверить схему подключения обмоток электродвигателя

Начнем с плохого варианта выполнения монтажа статорных обмоток, когда их концы на заводе не обозначены, а сборка нуля для схемы звезды выполнена внутри корпуса и выведена одной общей жилой. Придется разбирать корпус, снимать крышки, демонтировать внутреннее соединение, разводить провода.

Определение фаз статора

После того. как концы проводов разъединены используется омметр. Один его щуп подсоединяют к произвольному проводу, а другим находят его окончание по показаниям омметра. Также поступают с остальными фазами. Не следует забывать их маркировать или помечать каким-то доступным способом.

Вместо омметра можно использовать самодельные прозвонки, состоящие из батарейки с лампочкой и проводами.

Определение полярности обмоток

Для нахождения одинакового расположенных концов рекомендуется воспользоваться одним из двух способов:

1. подачей импульса постоянного тока;

2. подключением источника переменного напряжения.

Оба этих варианта работают за счет подачи электрического напряжения на одну обмотку и трансформации его в остальные через магнитопровод сердечника.

Метод проверки с помощью батарейки и вольтметра постоянного тока

Принцип работы показан на картинке.

На клеммы одной из обмоток следует подключить чувствительный вольтметр постоянного тока, способный реагировать на появление импульса. К другой обмотке кратковременно прикладывают напряжение определённым полюсом, например, плюсом.

В момент подачи импульса наблюдают показание вольтметра: возможно отклонение стрелки в положительную или отрицательную сторону. Движение ее к плюсу означает совпадение полярностей обеих обмоток (размыкание контакта — стрелка к минусу). Процедуру повторяют для третьей обмотки.

Сменой обмотки для подключения батарейки осуществляют контрольную проверку правильности маркировки.

Метод проверки переменным напряжением

Две произвольных обмотки подключают параллельно соединенными концами к вольтметру, а на третью подают напряжение от трансформатора. Контролируют показания вольтметра: при совпадении полярностей обеих обмоток на вольтметре будет отображаться значение источника ЭДС, а при нарушении — ноль.

Сменой положения трансформатора на другую обмотку и переключением цепей вольтметра осуществляют проверку полярности третьей фазы, а затем выполняют контрольный замер.

Схема запуска «звезда»

Она обеспечивается схемой подключения обмоток, использующей три разных цепи — фазы, объединенные общей точкой, нейтралью.

Схему собирают после проверки полярности подключения обмоток статора внутри двигателя. Двухфазное напряжение 220 вольт фазой через автоматический выключатель подают на начала двух разных обмоток. К одной из них в разрыв врезают конденсаторы: пусковые и рабочие.

Ноль сети питания подводится на третий вывод звезды.

Емкость рабочих конденсаторов подбирают по эмпирической формуле:

С раб = (2800· I)/U.

Для схемы пуска эту величину увеличивают в 2÷3 раза. В процессе работы двигателя под нагрузкой следует проверить соотношения токов в обмотках замерами и провести корректировку рабочих конденсаторов применительно к усредненным нагрузкам привода. Иначе будет происходить перегрев оборудования, ведущий к старению изоляции.

Подключение электродвигателя в работу удобно выполнять через конструкцию специального выключателя, который раньше производился для стиральных машин с центрифугой типа «Рига».

Здесь уже встроена пара замыкающих контактов, которые одновременно подают напряжение на две параллельно подключенные схемы нажатием на кнопку Пуск. Причем при отпускании этой кнопки одна цепочка разрывается. Этот контакт и используют для пусковой цепочки.

Общее отключение напряжения производят нажатием на кнопку Стоп.

Схема запуска «треугольник»

Она повторяет алгоритм предыдущей схемы в части запуска, но отличается способом подключения обмоток статора.

Токи, протекающие в них, превышают значения для цепей звезды. Рабочие конденсаторы требуют больших номиналов. Их рассчитывают по следующему выражению:

С раб = (4800· I)/U.

Правильность подбора конденсаторов тоже определяют по соотношению токов в обмотках статора контрольными замерами под нагрузкой.