Трехфазный асинхронный двигатель может быть использован для работы от однофазной сети. В этом случае такой двигатель включают как конденсаторный по одной из схем рис. 16.9.
Значение рабочей емкости Сраб (мкФ) при частоте переменного тока 50 Гц можно ориентировочно определить по одной из формул: для схемы, изображенной на рис. 16.9 а,
Cpa6 ≈ 2700 I1/ Uc; (16.6)
Cpa6 ≈ 2800 I1/ Uc; (16.7)
Cpa6 ≈ 4800 I1/ Uc; (16.8)
Здесь I1 — номинальный (фазный) ток в обмотке статора, А; Uс — напряжение однофазной сети, В.
При подборе рабочей емкости необходимо следить за тем, чтобы ток в фазных обмотках статора при установившемся режиме работы не превышал номинального значения.
Рис 16.9. Схемы соединения обмотки статора трехфазного асинхронного двигателя при включении его в однофазную сеть
Если пуск двигателя происходит при значительной нагрузке на валу, то паралелльно рабочей емкости Сраб следует включить пусковую емкость
В этом случае пусковой момент становится равным номинальному. При необходимости дальнейшего увеличения пускового момента следует принять еще большее значение пусковой емкости (Сп ≤ 8Сра6).
Большое значение для надежной работы асинхронного двигателя в качестве конденсаторного имеет правильный выбор конденсатора по напряжению. Следует иметь в виду, что габариты и стоимость конденсаторов определяются не только их емкостью, но и рабочим напряжением. Поэтому выбор конденсатора с большим “запасом” по напряжению ведет к неоправданному увеличению габаритов и стоимости установки, а включение конденсаторов на напряжение, превышающее допустимое рабочее напряжение, приводит к преждевременному выходу из строя конденсаторов, а следовательно, и всей установки.
При определении напряжения на конденсаторе при включении двигателя по одной из рассмотренных схем необходимо иметь в виду следующее: при включении двигателя по схеме рис. 16.9, а напряжение на конденсаторе равно UK ≈ 1,3 UС, а при включении двигателя по схемам рис. 16.9, б и в это напряжение равно Uк ≈ 1,15 Uc.
В схемах конденсаторных двигателей обычно применяют бумажные конденсаторы в металлическом герметичном корпусе прямоугольной формы типов КБГ — МН или БГТ (термостойкие). На корпусе конденсатора указаны емкость и рабочее напряжение постоянного тока. При включении такого конденсатора в сеть переменного тока следует уменьшить примерно в два раза допустимое рабочее напряжение. Например, если на конденсаторе указано напряжение 600 В, то рабочее напряжение переменного тока следует считать 300 В.
Пример 16.1. Определить значение рабочей емкости Сраб, необходимой для работы трехфазного асинхронного двигателя типа АВ052-4 от однофазной сети напряжением Uc = 220 В. Номинальные данные двигателя: Рном = 80 Вт, напряжение 220/380 В, ток сети I1ном = 0,56/0,32 А.
Решение. Напряжение сети 220 В соответствует соединению обмотки статора в треугольник, поэтому принимаем схему включения двигателя в однофазную сеть по рис. 16.9, в. Номинальный (фазный) ток статора I1 = 0,32 А.
Рабочая емкость по (16.8) Срa6 = 4800 • 0,32/220 = 6,98 мкФ. При этом рабочее напряжение конденсатора Uк ≈ 1,15•220 = 250 В. Принимаем в качестве Сраб батарею из двух параллельно соединенных конденсаторов типа КБГ—МН емкостью по 4 мкФ каждый (емкость батареи 8 мкФ) на рабочее напряжение 600 В.
При использовании трехфазного двигателя в однофазном конденсаторном режиме его полезная мощность обычно не превышает 70—80 % номинальной мощности, а при однофазном режиме без рабочей емкости полезная мощность двигателя не превышает 60 % его номинальной мощности.
В личном хозяйстве часто требуется подключить какой-либо станок или приспособление для облегчения деятельности. Это может быть и корморезка, и самодельная дробилка, и циркулярка, и бетономешалка, и многое другое. На всех устройствах обычно используют асинхронные 3 фазные двигатели. Они самые распространённые. Остаётся лишь выбрать метод включения этого мотора в однофазную сеть 220 В.
Стандартное подключение
Все трехфазные асинхронные двигатели подсоединяют в сеть на 380 В. При этом они выдают максимальную мощность и наибольшие обороты. Но не у каждого хозяина есть возможность провести к себе на участок все три фазы. Это связано с финансовыми затратами по установке специальных счётчиков и различных щитов учёта электроэнергии. К тому же само оформление документов занимает довольно много времени.
По стандартной схеме, чтобы подключить трехфазный двигатель к 380 В, производят соединение трёх фаз со штатными клеммами мотора через пускатели, с помощью которых осуществляется запуск. В распределительной коробке двигателя обычно свободны три контакта, к которым и цепляют три фазы. Совершенно нет никакой разницы, какую фазу подсоединить к конкретному проводу. Правда, есть один нюанс – при смене проводов подключения, не трогая третий провод, получают вращение электродвигателя в другую сторону, что иногда необходимо в хозяйственной деятельности.
Соединение обмоток
Схемы соединения обмоток в двигателе только две – «звезда» или «треугольник». И оттого, как они соединены, зависят рабочие характеристики мотора. При любом соединении мощность не теряется. Зато при чрезмерной нагрузке двигатели со «звездой» медленнее скидывают свои обороты, чем их собратья с «треугольником». Отсюда делают вывод, что моторы со «звездой» требуют меньше пускового тока и, следовательно, менее нагружают электросеть при запуске.
Двигатели с соединением обмоток по «треугольнику» выдают свою мощность до конца даже при большой нагрузке, совершенно не теряя оборотов. Зато потом резко останавливаются, и для их следующего запуска требуется огромный пусковой ток, что чрезмерно перегружает электрическую сеть.
В промышленности используют обе схемы соединения. Двигатели со «звездой» применяют там, где требуется их систематическое включение и выключение, например, на каких-либо линиях производства, переработки, сборки и так далее. Моторы, у которых обмотки соединены по «треугольнику», нужны для работы на постоянных режимах нагрузки, например, выгрузной конвейер из шахты и другое.
В личных подсобных хозяйствах чаще всего используют двигатели, у которых соединение обмоток сделано по принципу «звезда». По такой схеме двигатели легко запускаются, а это не нагружает электрическую сеть частного дома.
Электрический двигатель в домашней сети
Обычное штатное напряжение домашней розетки 220 В. Оно считается однофазным, и на него рассчитаны все электрические бытовые приборы, начиная от телевизора и заканчивая последней моделью кофемолки.
А вот при необходимости включения трехфазного двигателя в однофазную сеть возникает несколько проблем. А именно:
- без дополнительных устройств запуск невозможен;
- при работе двигателя пропадает 30 – 40 % мощности. Это вынужденная потеря, так как в работе задействованы только две обмотки статора вместо трёх.
Всё-таки асинхронные трехфазные двигатели мощностью до 2,2 кВт с успехом подсоединяют к обычной домашней розетке. Для этого есть три проверенных способа.
- Конденсаторное включение электродвигателя.
- Резисторное включение.
- Включение через частотный преобразователь.
Все три метода подключения имеют свои плюсы и минусы, поэтому выбирают наиболее удобный применительно к конкретным условиям. А также всё зависит от финансовых возможностей хозяина.
Конденсаторное включение
Это наиболее распространённый способ. И заключается в введении некоторого количества ёмкостей, чтобы произошёл сдвиг фазы третьей незадействованной обмотки статора. Это намного облегчает запуск мотора. О том, как подключить 3х фазный двигатель на 220 вольт, подробно видно на схеме. Здесь сразу представлены два вида соединений обмоток статора.
- С1- С4, С2-С5, С3-С6 – обозначения обмоток статора;
- Ср – рабочий конденсатор;
- Сп – пусковой конденсатор;
- КН — кнопка для запуска.
Конечно, если двигатель без применения конденсаторов хорошенько раскрутить вручную до 1 тыс. об/мин., а потом включить в сеть на 220 В, то, скорее всего, он будет работать. Но этим никто и никогда не занимался. Обычно искали или покупали ёмкости для запуска.
Ёмкость рабочего конденсатора рассчитывают по формуле С=67×Р, где Р – мощность двигателя в кВт, а С – ёмкость конденсатора в мкФ. На практике пользуются ещё более простой формулой – 7 мкФ на каждые 100 Вт мощности. Например, для мотора 2,2 кВт нужен конденсатор ёмкостью 154 мкФ. Конденсаторы таких больших ёмкостей встречаются довольно редко, поэтому их набирают несколько и соединяют параллельно. При этом необходимо учитывать напряжение, на которое они рассчитаны. Оно должно быть больше 220 вольт примерно в полтора раза.
Обычно используют конденсаторы таких типов, как БГТ, КБП, МБГЧ, МБГО и им подобные. Это наиболее безопасные бумажные ёмкости, способные выдерживать значительную перегрузку при запуске двигателя. К тому же они слабо подвержены нагреву. Но при отсутствии их применяют и электролитические конденсаторы. В таком случае корпуса этих ёмкостей соединяют и хорошенько изолируют, так как они после высыхания электролита способны взрываться при нагрузке. Правда, довольно редко.
При запуске двигателя мощностью до 2,2 кВт используют только рабочий конденсатор. Его вполне хватает, чтобы разогнать мотор до штатных оборотов. При большей же мощности необходимо применять и пусковой конденсатор. Его ёмкость больше рабочего в 2,5 – 3 раза, то есть, для мотора в 2,2 кВт это будет 300 – 450 мкФ. В качестве пусковых ёмкостей часто применяют именно электролитические, так как в этом случае они работают кратковременно и нужны только для запуска. После набора мотором своих полных оборотов пусковые конденсаторы отключают кнопкой КН, что показано на схеме.
Чтобы изменить направление вращения электродвигателя, необходимо сделать переключения. Для этого нужно обратиться к схеме, где обмотки соединены «звездой»:
- вместо С1-С2 подключить в однофазную сеть С1-С3;
- рабочий конденсатор Ср включить между С2 и С3;
- кнопку с пусковым конденсатором тоже переключить на С2-С3.
В схеме соединения «треугольником» проводят аналогичные действия.
Существует специальная электрическая схема переключения вращения двигателя, которая на практике используется довольно редко. Обычно настраивают вращение в какую-нибудь одну сторону. Мотор нужен для привода конкретного устройства или агрегата, и чтобы поменять вращение рабочего органа, используют обыкновенный редуктор. Это можно увидеть на примере токарного или другого станка. В личном подсобном хозяйстве, например, для изменения хода ленты, где калибруют картофель, также употребляют редуктор. Это намного упрощает определённую задачу и обеспечивает хорошую технику безопасности.
Резисторное включение электродвигателя
При отсутствии конденсаторов для включения трехфазного мотора в однофазную сеть иногда используют резисторы. Это мощные керамические или стеклованные сопротивления. Вполне сгодится вольфрамовая проволока толщиной до 1 мм. При подключении её скручивают в пружину и укладывают в керамическую трубку.
Размер сопротивления вычисляется по формуле R = (0,87× U )/ I , где U – напряжение однофазной сети 220 В, а I – величина тока в амперах А.
Схема подключения с резисторами используется только для двигателей мощностью до 1 кВт, так как в сопротивлении происходит большая потеря энергии.
Через преобразователь частоты
Запуск 3-фазного мотора от сети на 220 В с помощью этого устройства сейчас является самым перспективным. Оттого оно употребляется в новейших проектах по управлению электроприводами. Дело в том, что при изменении напряжения и частоты сети меняется количество оборотов мотора, а в результате – и направление вращения.
Преобразователь представляет собой две электронные части, которые находятся в одном корпусе. Это управляющий модуль и силовой. Первый отвечает непосредственно за пуск и регулировки, а второй питает мотор электроэнергией.
Использование преобразователя для пуска трехфазного двигателя от домашней сети позволяет резко уменьшить пусковой ток и, следовательно, нагрузку. Практически пуск мотора можно производить постепенно, наращивая его обороты от 0 до 1000 – 1500 об/мин.
Пока такой прибор имеет очень высокую стоимость, что ограничивает его применение в домашнем хозяйстве. Кроме того, из-за плохих показателей качества самой электросети устройство постоянно находится в стадии усовершенствования. Это заставляет многих хозяев пользоваться старыми проверенными способами подключения трехфазных двигателей в однофазную сеть.
Применение однофазных двигателей в быту
Кроме трехфазных моторов широкое распространение получили и однофазные асинхронные двигатели. Они повсюду применяются в мощных насосах, в стиральных машинах, в тепловых и вентиляционных системах, а также пользуются популярностью у частных предпринимателей, которые решили открыть собственную пилораму.
Такие двигатели включают в обычную сеть на 220 В. Внутри этих моторов находятся две обмотки – одна из них пусковая, а другая рабочая. При создании сдвига фаз между ними получается вращающееся магнитное поле – это основное условие для запуска этих двигателей. Сдвигают фазы, как и в случае с трехфазными моторами, путём добавления ёмкостей. Схема подключения однофазного двигателя очень похожа на схему с трехфазным мотором.
Расчёт конденсаторов производят по такой же формуле или учитывают, что на каждый киловатт мощности мотора нужно 75 мкФ ёмкости. Это для рабочего конденсатора, а для пускового – в три раза больше. Кроме того, конденсаторы должны выдерживать напряжение не менее 300 В. При малой мощности двигателя вполне обходятся одной рабочей ёмкостью.
