- Конструктивные особенности
- Временные диаграммы работы схемы “Звезда-Треугольник”
- Как подбирать конденсаторы?
- Схема подключения обмоток «треугольник»
- Как подключить электродвигатель с 380 на 220В без конденсатора?
- Подключение 3 фазного двигателя в однофазную сеть через частотный преобразователь
- Использование конденсаторов
- Подключение двигателя с помощью частотного преобразователя
- Способы и схемы подключения
- Без конденсаторов
- С конденсаторами
- С реверсом
- Используя пускатель
- Как подключить через конденсаторы
- Звезда / Треугольник: работа схемы
- Реализация силовой части схемы
- Как подключить с реверсом
- Реализация части управления
Конструктивные особенности
Прежде чем приступить к работе, разберитесь в конструкции АД (асинхронного двигателя).
Устройство состоит из двух элементов – ротора (подвижная часть) и статора (неподвижный узел).
Статор имеет специальные пазы (выемки), в которых размещена обмотка, распределенная таким образом, что угловое расстояние составляет 120 градусов.
Обмотки устройства создают одну или несколько пар полюсов, количество которых определяет частоту, с которой может вращаться ротор, а также другие параметры электродвигателя – КПД, мощность и другие параметры.
При подключении асинхронного двигателя к трехфазной сети ток течет по обмоткам через разные промежутки времени.
Создается магнитное поле, которое взаимодействует с обмоткой ротора и заставляет ее вращаться.
Другими словами, появляется сила, которая вращает ротор в разные промежутки времени.
Если подключить ИМ к сети с одной фазой (без проведения подготовительных работ), ток появится только в одной обмотке.
Создаваемого крутящего момента будет недостаточно для перемещения ротора и поддержания его вращения.
Именно поэтому в большинстве случаев для обеспечения работы трехфазного двигателя необходимо использование пусковых и рабочих конденсаторов. Но есть и другие варианты.
Вот как красиво спроектировали немцы схему в своем компрессоре:
Схема компрессора, электрическое подключение двигателя Звезда – Треугольник
На входе в схему три провода, на выходе шесть. Все подходит)
Временные диаграммы работы схемы “Звезда-Треугольник”
Что касается моей схемы управления, схемы подключения контактора:
Здесь вроде бы все понятно, но есть важное замечание. Снова. Между зеленой и красной областями необходим небольшой зазор (пауза). Его может не быть (пауза = 0), но эти диапазоны могут перекрываться, если используются контакторы с катушкой постоянного тока (=24 В постоянного тока). Особенно при использовании обратно включенного диода (а он обязателен!) время отсечки может быть в 7-10 раз больше времени включения!
Я имею в виду, что однажды я пострадал от такой схемы; периодически выходил из строя компьютер ввода. Установили специальное реле с тормозом, проблема решена!
Как подбирать конденсаторы?
Если планируется подключение электродвигателя, подбор конденсатора осуществляется по следующим принципам:
- Номинальное напряжение выбирается из соотношения 1,15 подаваемого на двигатель. Если брат больше, это увеличит стоимость установки и ее габариты. Если емкость рассчитывать в обратном порядке, то конденсатор перегреется и сгорит.
- Тип конденсатора – самые распространенные модели бумажные, но имеют большие размеры. Поэтому выгоднее купить полипропилен. Электролитов лучше избегать.
- Для подбора емкости пускового и рабочего конденсаторов используйте таблицу соответствия мощности электродвигателя:
Таблица: определение емкости конденсатора
Мощность трехфазного электродвигателя, кВт | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1.1 | 1,5 | 2.2 |
Минимальная емкость конденсатора Ср, мкФ | 40 | 60 | 80 | 100 | 150 | 230 |
Емкость пускового конденсатора (Сн), мкФ | 80 | 120 | 160 | 200 | 250 | 300 |
Если необходимой вам мощности нет в таблице, можно воспользоваться формулами расчета:
Серб = (2800*I)/U — для включения трёхфазного двигателя звездой
Краб = (4800*I)/U — для включения трехфазного двигателя треугольником
где I – величина тока, протекающего через обмотки электродвигателя, а U – напряжение сети. Чтобы узнать емкость пускового конденсатора для подключения трехфазного агрегата, нужно полученное рабочее значение умножить на два.
Схема подключения обмоток «треугольник»
Недостатком использования такой схемы в трехфазной сети является то, что в обмотках и проводах наводятся большие токи. Это приводит к повреждению электрооборудования. А вот при работе в бытовой сети 220 В таких проблем не наблюдается. А если задуматься, как подключить асинхронный двигатель напряжением 380 на 220 В, то ответ очевиден – просто по схеме треугольника. Чтобы выполнить подключение по этой схеме, нужно начало каждой обмотки соединить с концом предыдущей. Ток необходимо подключить к вершинам полученного треугольника.
Как подключить электродвигатель с 380 на 220В без конденсатора?
Как уже говорилось выше, для запуска электродвигателя с короткозамкнутым ротором от однофазной сети чаще всего используют конденсатор.
Именно это обеспечивает запуск устройства в первый момент после подачи однофазного питания. При этом мощность пускового агрегата должна быть в три раза выше аналогичного параметра рабочей мощности.
Для двигателей мощностью до 3 киловатт, используемых в домашних условиях, цена пусковых конденсаторов высока и иногда сравнима со стоимостью самого двигателя.
Следовательно, многие все чаще избегают контейнеров, которые используются только при запуске.
Иная ситуация с рабочими конденсаторами, использование которых позволяет загрузить двигатель на 80-85 процентов мощности. Если они отсутствуют, показатель мощности может упасть до 50 процентов.
Однако безконденсаторный пуск 3-фазного двигателя от однофазной сети возможен благодаря использованию двунаправленных переключателей, работающих кратковременно.
Требуемый крутящий момент обеспечивается смещением фазных токов в обмотках АД.
Сегодня популярны две схемы, подходящие для двигателей мощностью до 2,2 кВт.
Интересно, что время запуска ИМ от однофазной сети ненамного ниже, чем в обычном режиме.
Основными элементами схемы являются симисторы и симметричные динисторы. Первый управляется многополярными импульсами, а второй — сигналами, поступающими с полупериода питающего напряжения.
Схема №1.
Подходит для электродвигателей напряжением 380 В до 1500 об/мин с обмотками треугольником.
RC-цепь действует как фазосдвигающее устройство. Изменяя сопротивление R2, можно получить напряжение на конденсаторе, сдвинутое на определенный угол (по отношению к напряжению бытовой сети).
Основную задачу выполняет симметричный динистор VS2, который в определенный момент подключает к симистору заряженную емкость и активирует этот переключатель.
Схема №2.
Подходит для электродвигателей со скоростью вращения до 3000 об/мин и для двигателей с повышенным сопротивлением при пуске.
Такие двигатели требуют большего пускового тока, поэтому более актуальна схема с открытой звездой.
Особенностью является использование двух электронных переключателей, заменяющих фазосдвигающие конденсаторы. В процессе регулировки важно обеспечить необходимый угол смещения фазных обмоток.
Это делается следующим образом:
- Напряжение на электродвигатель подается через ручной пускатель (его необходимо подключить заранее).
- После нажатия кнопки нужно выбрать пусковой момент с помощью резистора R
При реализации рассмотренных схем стоит учитывать ряд особенностей:
- Для эксперимента были использованы безрадиаторные симисторы (типа ТС-2-25 и ТС-2-10), показавшие отличные результаты. Если использовать симисторы на пластиковом корпусе (импортные), без радиаторов не обойтись.
- Симметричный динистор типа DB3 можно заменить на КП. Несмотря на то, что КП1125 производится в России, он надежен и имеет меньшее напряжение переключения. Главный недостаток — отсутствие этого динистора.
Подключение 3 фазного двигателя в однофазную сеть через частотный преобразователь
Преобразователи частоты (ПЧ) — устройства управления электродвигателями переменного тока. Оборудование позволяет регулировать скорость вращения и крутящий момент вала путем изменения частоты питающего напряжения. Однофазные преобразователи можно использовать для подключения трехфазных двигателей к сети 220 В.
Оборудование создает симметричные токи во всех трех фазах и устраняет такие недостатки запуска через конденсатор, как:
- Низкий крутящий момент на валу при запуске.
- повышенный нагрев обмоток.
- Повышенный шум во время работы.
- Низкая эффективность
Для подключения к сети 220 В выбирайте однофазный преобразователь. Запрещается подключать трехфазный прибор к однофазной сети. Запас мощности преобразователя частоты должен быть не менее 2 кВт. При использовании 3-фазного двигателя в однофазной сети наблюдаются значительные скачки напряжения и тока; если мощность инвертора недостаточна, работа станции будет нестабильной. Защита отключит устройство и отобразит сообщения об ошибках.
Подключение осуществляется в следующем порядке:
- Проверяет состояние двигателя. При этом определяют плотность прилегания крышек корпуса и исправность подшипников. Рекомендуется измерить сопротивление обмотки. На этом же этапе определяются концы и начала обмоток статора.
- Соединение обмоток по схеме «треугольник». Для подключения однофазной сети через преобразователь необходимо соединить обмотки так, чтобы междуфазное напряжение составляло 220 В.
- Подключите двигатель к преобразователю частоты. Для этого используйте рекомендованные фирмой-производителем экранированные кабели, сечение которых соответствует мощности выбранного инвертора. Подключение осуществляется через емкостные входы преобразователя; внешние конденсаторы не требуются.
- Настраивать. При этом задаются параметры пусковой и рабочей мощности, а также вводятся другие свойства электродвигателя. Большинство инверторов имеют функции автоматического определения параметров двигателя.
Затем выполните первый запуск. В ходе процесса выявляются и устраняются ошибки подключения и настройки, а также проверяется корректность работы накопителя в разных режимах.
Использование конденсаторов
При использовании двигателя мощностью до 1500 Вт можно установить только один конденсатор – рабочий. Для расчета силы используйте формулу:
Серб=(2780*I)/U=66*П.
I – рабочий ток, U – напряжение, P – мощность двигателя.
Для упрощения расчета можно поступить иначе – на каждые 100 Вт тока необходимо 7 мкФ емкости. Следовательно, для двигателя мощностью 750Вт нужно 52-55мкФ (придется немного поэкспериментировать, чтобы получить правильный фазовый сдвиг).
В случае отсутствия конденсатора необходимой емкости, подключите имеющиеся параллельно по следующей формуле:
Связь=C1+C2+C3+…+Cn.
Пусковой конденсатор необходим при использовании двигателей, мощность которых превышает 1,5 кВт. Пусковой конденсатор работает только первые несколько секунд после включения, обеспечивая «толчок» ротору. Включается через кнопку, параллельную рабочей. Другими словами, это вызывает более сильный фазовый сдвиг. Это единственный способ подключить двигатель 380 на 220 через конденсаторы.
Суть использования рабочего конденсатора заключается в достижении третьей фазы. Первые два — ноль и фаза, которые уже есть в сети. Проблем с подключением мотора возникнуть не должно; самое главное — спрятать конденсаторы подальше, желательно в герметичный прочный ящик. Если элемент выйдет из строя, он может взорваться и травмировать окружающих. Напряжение конденсатора должно быть не менее 400 В.
Подключение двигателя с помощью частотного преобразователя
Этот метод одновременно является самым простым, прогрессивным и дорогим. Даже если вам нужен функционал электропривода, вы не пожалеете о потраченных деньгах. Стоимость самого простого преобразователя частоты около 6000 рублей. А вот с его помощью подключить двигатель 380 В к сети 220 В не составит труда. Но нужно правильно выбрать модель. Во-первых, вам необходимо знать, к какой сети разрешено подключение устройству. Во-вторых, обратите внимание на то, сколько у него выходов.
Для нормальной работы в бытовых условиях необходимо подключение преобразователя частоты к однофазной сети. А на выходе должно быть три фазы. Рекомендуется внимательно изучить инструкцию по эксплуатации, чтобы не ошибиться с подключением, иначе могут сгореть мощные транзисторы, установленные в устройстве.
Способы и схемы подключения
В зависимости от типа нагрузки, прикладываемой к электродвигателю, его конструктивных особенностей и характеристик, а также желаемого результата могут применяться разные схемы подключения. Чаще всего конденсаторы используются для подключения трехфазного устройства в качестве однофазной бытовой нагрузки, но их количество и способ ввода в работу зависят от многих параметров. Поэтому далее мы рассмотрим различные варианты подключения электродвигателей.
Без конденсаторов
Для подключения асинхронного электродвигателя к сети 220В вовсе не обязательно использовать емкостной элемент. Благодаря развитию полупроводниковых переключателей и схем, в которых они используются, можно избежать ненужных потерь мощности. Для этого используется транзисторный или динисторный ключ.
Схема бесконденсаторного пуска треугольником
Вышеописанная схема предназначена для запуска электродвигателей на малых скоростях до 1500 об/мин и относительно небольшой мощности.
Схема работает следующим образом:
- при подаче напряжения на вход провода подключаются к двум точкам двигателя;
- напряжение подается на третью точку треугольника через синхронизирующую RC-цепочку;
- подшипники сопротивления R1 и R2 регулируют интервал переключения передач путем перемещения ползуна;
- после насыщения конденсатора в цепи динистор VS1 подает сигнал на открытие симистора VS2.
Если подключение электрического устройства предполагает большую пусковую нагрузку и требует работы на высоких оборотах — до 3000 об/мин, необходимо использовать аналогичную схему электронного ключа с двумя симисторами и отдельными элементами времени для каждого из них. А вот обмотки электрической машины будут соединены по схеме разомкнутой звезды. Работа схемы аналогична предыдущей:
Схема беземкостного пуска звездой
С конденсаторами
использование емкостных элементов для подключения электродвигателя – самый распространенный метод. Для этого используются два конденсатора, один из которых запускается, а другой работает. Пусковое напряжение вводится кратковременно, дополнительная емкость позволяет увеличить изменение напряжения в соответствующей обмотке и создать большую мощность.
Схема подключения с конденсаторами
Как видно из рисунка выше, на электродвигатель между точками L и N подается однофазное напряжение. Асинхронный двигатель ИМ подключается к ним двумя обмотками, и эта же фаза подключается к третьей обмотке через контакты кнопочного переключателя SA1 и SA2, меняющего местами параллельно включенные конденсаторы С1 и С2.
Асинхронный электродвигатель включается по следующему принципу:
- При нажатии кнопки «Пуск» приводятся в движение две пары контактов – SA1 и SA2, после чего в обмотках начинает течь электрический ток;
- После отпускания кнопки контакт SA2 остается замкнутым, питая смещенную фазу через конденсатор С1, а SA1 размыкается, выводя из схемы пусковой конденсатор С2;
- Пусковые характеристики возвращаются к номинальным и двигатель работает нормально.
Но при таком подключении асинхронного двигателя к сети 220В ротор будет вращаться только в одну сторону. Поэтому для выполнения обратных движений необходимо полностью перебрать места соединения или использовать другой метод.
С реверсом
Некоторые технологические операции требуют прямого и обратного вращения вала двигателя, поэтому при подключении необходимо изменить последовательность изменения напряжения на обмотках. Конечно, вручную такие операции производить неудобно, особенно когда смена направления производится несколько раз в час.
Поэтому гораздо эффективнее реверсировать электродвигатель через переключатель с двумя парами контактов, имеющими противоположную логику. Это может быть кулисный переключатель или поворотный переключатель, включенный в схему вместо штатной кнопки:
Включите трехфазный двигатель с реверсом
Как видно на рисунке, принцип подключения ничем не отличается от рассмотренной схемы с конденсатором, с той лишь разницей, что переключатель SA имеет два устойчивых положения. В одном случае он подает напряжение на конденсаторы с фазы, в другом – с нулевого проводника. Поэтому переключение обмоток происходит в обратном направлении простым изменением кулисного переключателя.
Используя пускатель
Если электродвигатель в процессе работы создает большую пусковую и рабочую нагрузку, его лучше подключать через магнитный пускатель или контактор. Что обеспечит надежное соединение и последующую защиту электрической машины от аварийных ситуаций.
Схема включения через магнитный пускатель
Как видно на схеме, переключение осуществляется нажатием кнопки «Пуск», которая замыкает цепь управления катушкой стартера и подает напряжение на пусковой конденсатор спуска. При протекании тока через пусковую катушку К1 контакты К1.1 и К1.2 замыкаются. Первые предназначены для замыкания питающей линии к электродвигателю. Последний минует кнопку «Пуск», которая возвращается в выключенное состояние и размыкает цепь питания пускового конденсатора.
Как подключить через конденсаторы
Сначала определите, какая схема собрана на ЭД. Для этого откройте крышку стержня, куда выводятся клеммы артериального давления, и посмотрите, сколько проводов выходит из блока (чаще всего их шесть).
Обозначения следующие: С1-С3 – начало обмотки, С4-С6 – ее концы. Если начало или конец обмоток совмещены между собой – это «звезда».
Самая сложная ситуация, если из корпуса просто вылезут шесть проводов. В этом случае нужно поискать на них соответствующие обозначения (С1-С6).
Для реализации схемы подключения трехфазного электродвигателя к однофазной сети необходимы конденсаторы двух типов – пусковые и рабочие.
Первые служат для запуска электродвигателя в первый момент. Как только ротор раскрутится до необходимого количества оборотов, пусковая емкость исключается из схемы.
Невыполнение этого требования может иметь серьезные последствия, включая повреждение двигателя.
Основную функцию выполняют рабочие конденсаторы. Здесь стоит учитывать следующие моменты:
- Рабочие конденсаторы соединены параллельно;
- Номинальное напряжение должно быть не менее 300 Вольт;
- Емкость рабочих конденсаторов выбрана из расчета 7 мкФ на 100 Вт;
- Желательно, чтобы тип рабочего и пускового конденсатора был идентичным. Популярные варианты – МБГП, МПГО, КБП и другие.
Если обратить внимание на эти правила, можно продлить срок службы конденсаторов и электродвигателя в целом.
Расчеты мощности необходимо производить с учетом номинальной мощности электродвигателя. Если двигатель недогружен, перегрев неизбежен, и тогда емкость рабочего конденсатора необходимо уменьшить.
Если выбрать конденсатор емкостью меньше допустимой, КПД электродвигателя будет низким.
Помните, что даже после отключения цепи напряжение на конденсаторах остается, поэтому перед началом работы стоит разрядить устройство.
Также учтите, что запрещено подключать электродвигатель мощностью 3 кВт и более к обычной проводке, так как это может привести к отключению машин или перегоранию вилок. Кроме того, велик риск плавления изоляции.
Для подключения ЭД 380 к сети 220В с помощью конденсаторов действуйте следующим образом:
- Соедините контейнеры между собой (как говорилось выше, соединение должно быть параллельным).
- Подсоедините детали двумя проводами к электродвигателю и источнику однофазного переменного напряжения.
- Включите двигатель. Это сделано для контроля направления вращения устройства. Если ротор движется в нужном направлении, дальнейших манипуляций не требуется. В противном случае провода, подключенные к обмотке, следует заменить.
С конденсатором дополнительный упрощенный для схемы звезда.
С конденсатором — дополнительный упрощенный для схемы треугольник.
Звезда / Треугольник: работа схемы
Хорошая теория, дайте практику! Как реализован алгоритм коммутации схемы? Вкратце схема звезда-треугольник работает следующим образом.
- Питание (а напряжение питания 380 В во всех режимах) подается на клеммы U1, V1, W1, а клеммы U2, V2, W2 соединяются в одну точку. Реализована схема «Звезда», где вместо номинальных 660 В подается 380 В:
Первый момент запуска. Обмотки в «Звезде». Рядом с обмотками указано «380» — это номинал. Реально в этом случае напряжение на катушках будет 220 В!
- Двигатель работает так несколько секунд (от 5 с до нескольких минут, в зависимости от серьезности запуска). Это время задается таймером (реле времени), который является частью схемы.
- Затем ток полностью снимается на время действия второго таймера, двигатель вращается по инерции в течение нескольких периодов напряжения (время от 50 до 500 мс). Этот защитный интервал необходим для обеспечения бесперебойной работы схемы. Контактор режима звезды должен быть выключен до включения контактора треугольника. Ведь время выключения контакторов всегда в несколько раз превышает время включения из-за явлений намагничивания. К сожалению, этот перерыв не всегда технически реализуется…
- После второго таймера включается основной режим «Треугольник», при котором двигатель получает нормальную мощность и работает до выключения:
Схема соединения треугольником – работа на крейсерской скорости. Катушки имеют номинальное напряжение.
Вот и все, короче. Потом будут графики времени, все будет готово.
Есть варианты без второго таймера, но с обязательной блокировкой «Треугольника» до выключения «Звезды”.
Реализация силовой части схемы
Понятно, что двигатель включается контакторами. Вам нужно три из них.
Существуют альтернативы схеме «Звезда-Треугольник», использующие частотные преобразователи и устройства плавного пуска (УПП, УПП), но мы не будем раздувать статью.
- КМ1 – контактор общего назначения; он подает напряжение на клеммы U1, V1, W1 немедленно и навсегда.
- КМ2 – контактор «Звезда», он соединяет клеммы U2, V2, W2 в одну точку при разгоне.
- КМ3 – контактор «Треугольник», он подает питание на клеммы U2, V2, W2 для дальнейшей работы в номинальном режиме.
Следите за цветами, я и дальше буду следить за ними для простоты восприятия:
- общий контактор КМ1 – синий,
- Контактор «Звезда» КМ2 – зеленый,
- контактор треугольник КМ3 – красный.
Как подключить с реверсом
В жизни бывают ситуации, когда нужно изменить направление вращения мотора. Это возможно и для трехфазных электродвигателей, используемых в бытовой сети с одной фазой и нолем.
Для решения проблемы необходимо один вывод конденсатора подключить к отдельной обмотке без возможности обрыва, а другой — с возможностью перевода с «нулевой» на «фазную» обмотку.
Для реализации схемы можно использовать переключатель с двумя положениями.
К внешним выводам припаиваются провода от «ноля» и «фазы», а к центральному — провод от конденсатора.
Реализация части управления
Эти три контактора можно включать и выключать разными способами, вот некоторые из них:
- Три кулисных переключателя. Самый простой и дешевый способ. И что? Самое главное соблюдать алгоритм!
- Специальный переключатель 0 – Y – Δ. Его можно купить или собрать самостоятельно, из любого печенья или гребенки типа ПКП.
- Схема реле с таймером. Давайте посмотрим на это ниже.
- Управление от специализированного реле. Это отдельная статья, следите за обновлениями.
- Управление от универсального контроллера (ПЛК). Здесь нечего учитывать — это тот же вариант 1 или 2, только им управляет не человек, а программа.
Слаботочная часть обычно может быть гальванически изолирована от токовой части, например, с помощью трансформатора 380/110 В или источника питания 220/24 В постоянного тока. Также он обычно питается от аккумулятора напряжением 12 В. Главное, чтобы напряжение на катушках стартера совпадало.
Что такое КМ1, КМ2, КМ3 вы уже знаете, но КА1 – это реле времени с задержкой при включении. Реле может быть любое, будь то электронное или пневматическое, например ПВЛ. Главное, чтобы контакты изменили исходное состояние через время задержки после подачи тока на КА1.
Подать питание на схему (запустить двигатель) можно любым способом – хоть кулисным переключателем, либо через классическую автономную схему.
Недостаток такой схемы заключается в том, что существует риск конфликта между КМ2 и КМ3. Вот почему мне эта схема не нравится, потому что. она работает «на грани» и ее безотказная работа сильно зависит от механики и конструкции контакторов. Из-за этого могут перегореть контакты или выйти из строя входной ЭБУ. Поэтому блокировка (электрическая и желательно механическая) необходима):
Блокировка реализована на размыкающих контактах; об этом и многом другом в статье о подключении двигателя с помощью магнитного пускателя. Между катушками изображена механическая блокировка, не путать со схемой «Треугольник”!
Это реальная схема, можете ею пользоваться. Если что-то не понятно, спрашивайте.
Кстати, вместо КА1.1 можно установить НО контакт с задержкой отключения. То есть он включается сразу после включения питания, а выключается через некоторое время. Но для этого нужны два отдельных реле времени с разными принципами работы, которые необходимо синхронизировать, чтобы гарантировать паузу. Именно это и реализовано в специализированных реле времени «Звезда-Треугольник”.
Да, еще одно замечание. Иногда питание общего контактора КМ1 включается не напрямую, а через НО контакт «Звезда» КМ2, тогда КМ1 становится самоподдерживающимся через его НО контакт. Это необходимо для дальнейшей проверки работоспособности реле времени КА1.
Читайте также: Топ-10 тиг аппаратов для сварки алюминия: рейтинг и обзор