Подключение трехфазного электродвигателя на пять выводов. Самостоятельное подключение трехфазного двигателя к однофазной сети – сложно, но осуществимо.

Различают несколько типов электродвигателей – трехфазные и однофазные. Главное отличие трехфазных электродвигателей от однофазных заключается в том, что они более производительные. Если у вас дома есть розетка на 380 В, то лучше всего купить оборудование с трехфазным электродвигателем.

Использование такого типа двигателя позволит вам сэкономить на электроэнергии и получить прирост мощности. Также вам не придется использовать различные устройства для запуска двигателя, так как благодаря напряжению в 380 В вращающее магнитное поле появляется сразу после подключения в электросеть.

Схемы подключения электродвигателя на 380 вольт

Если у вас нет сети на 380 В, то вы все равно сможете подключить трехфазный электродвигатель в стандартную электросеть на 220 В. Для этого вам понадобиться конденсаторы, которые нужно подключить по данной схеме. Но при подключении в обычную электросеть вы будете наблюдать потерю мощности. Об этом бы можете почитать .

Электродвигатели на 380 В устроены таким образом, что в статоре у них есть три обмотки, которые соединяются по типу треугольника или звезды и уже к их вершинам осуществляется подключение трех различных фаз.

Нужно помнить, что, используя подключение по типу звезды, ваш электродвигатель не будет работать на полную мощность, но зато его запуск будет плавным. При использовании схемы треугольник вы получите прирост мощности по сравнению со звездой в полтора раза, но при таком подключении возрастает шанс повредить обмотку при запуске.

Перед использованием электродвигателя нужно в первую очередь ознакомиться с его характеристиками. Все необходимые сведения можно найти в техпаспорте и на шильдике двигателя. Особое внимание следует обратить на трех фазные двигатели западноевропейского образца, так как они предназначены для работы от напряжения в 400 или 690 вольт. Для того, чтобы подключить такой электродвигатель к отечественным сетям, необходимо использовать только подключение по типу треугольник.

Но в большинстве случаев при монтаже брезгуют этим правилом и подключают по типу звезда, и вследствие этого большинство электромоторов сгорают под нагрузкой. Что касается отечественных электродвигателей, рассчитанных на напряжение в 380 В, то их следует подключать звездой. Также бывает комбинированное подключение, для того чтобы получить максимум мощности, но это встречается крайне редко.

Подключение электродвигателя по схеме звезда и треугольник

Некоторые отечественные электродвигатели собираются по типу звезды, это легко определить по трем концам, которые выходят из статора. И чтобы начать работать нужно всего лишь присоединить к этим концам три фазы. Если вы хотите собрать звезду, то вам необходимы два конца, каждой обмотки или шесть выводов.

На схемах обычно концы обмотки нумеруются с лева на право. Поэтому к номерам 4,5 и 6 нужно подключать фазы A, B и С. Для того, чтобы запустить электродвигатель по схеме звезда, необходимо обмотки статора соединить в одной точке и к концам подключить три фазы от сети в 380 В.

Если вы хотите сделать схему треугольник, то вам необходимо соединить обмотки последовательно. Нужно соединить конец одной обмотки с началом следующей и затем к трем местам соединений нужно подключить три фазы электросети.
Подключение схемы звезда-треугольник.

Благодаря этой схеме мы можем получить максимальную мощность, но у нас не будет возможности изменить направление вращения. Для того, чтобы схема заработала будут нужны три пускателя. На первый (К1) с одной стороны подключается питание, а с другой подключаются концы обмоток. К К2 и к К3 подключаются их начала. С пускателя К2 начала обмоток присоединяются на другие фазы по типу соединения треугольник. Когда К3 включается, то все три фазы закорачиваются и, в итоге, электродвигатель работает по схеме звезда.

Важно, чтобы К2 и К3 не запускались одновременно, так ка это может привести к аварийному отключению. Данная схема работает следующим образом. При запуске К1 реле временно включает К3 и запуск двигателя происходит по типу звезда. После запуска двигателя отключается К3 и запускается К2. И электромотор начинает работать по схеме треугольник. Прекращение работы происходит путем отключения К1.

Трехфазные асинхронные двигатели совершенно заслужено являются самыми массовыми в мире, благодаря тому, что они очень надежны, требуют минимального технического обслуживания, просты в изготовлении и не требуют при подключении каких-либо сложных и дорогостоящих устройств, если не требуется регулировка скорости вращения. Большинство станков в мире приводятся в действие именно трёхфазными асинхронными двигателями, они также приводят в действие насосы, электроприводы различных полезных и нужных механизмов.

Но как быть тем, кто в личном домовладении не имеет трехфазного электроснабжения, а в большинство случаев это именно так. Как быть, если хочется в домашней мастерской поставить стационарную циркулярную пилу, электрофуганок или токарный станок? Хочется порадовать читателей нашего портала, что выход из этого затруднительного положения есть, причем достаточно просто реализуемый. В этой статье мы намерены рассказать, как подключить трехфазный двигатель в сеть 220 В.

Рассмотрим кратко принцип работы асинхронного двигателя в своих «родных» трехфазных сетях 380 В. Это очень поможет впоследствии адаптировать двигатель для работы в других, «не родных» условиях – однофазных сетях 220 В.

Устройство асинхронного двигателя

Большинство производимых в мире трехфазных двигателей – это асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (АДКЗ), которые не имеют никакой электрической контактной связи статора и ротора. В этом их основное преимущество, так как щетки и коллекторы, – самое слабое место любого электродвигателя, они подвержены интенсивному износу, требуют технического обслуживания и периодической замены.

Рассмотрим устройство АДКЗ. Двигатель в разрезе показан на рисунке.

В литом корпусе (7) собран весь механизм электродвигателя, включающий две главные части – неподвижный статор и подвижный ротор. В статоре имеется сердечник (3), который набран из листов специальной электротехнической стали (сплава железа и кремния), которая обладает хорошими магнитными свойствами. Сердечник набран из листов по причине того, что в условиях переменного магнитного поля в проводниках могут возникнуть вихревые токи Фуко, которые в статоре нам абсолютно не нужны. Дополнительно каждый лист сердечника еще покрыт с обеих сторон специальным лаком, чтобы вообще свести на нет протекание токов. Нам от сердечника нужны только магнитные его свойства, а не свойства проводника электрического тока.

В пазах сердечника уложена обмотка (2), выполненная из медного эмалированного провода. Если быть точным, то обмоток в трехфазном асинхронном двигателе как минимум три – по одной на каждую фазу. Причем уложены это обмотки в пазы сердечника с определенным порядком – каждая расположена так, что находится под угловым расстоянием в 120° к другой. Концы обмоток выведены в клеммную коробку (на рисунке она расположена в нижней части двигателя).

Ротор помещен внутрь сердечника статора и свободно вращается на валу (1). Зазор между статором и ротором для повышения КПД стараются сделать минимальным – от полумиллиметра до 3 мм. Сердечник ротора (5) также набран из электротехнической стали и в нем тоже имеются пазы, но они предназначены не для обмотки из провода, а для короткозамкнутых проводников, которые расположены в пространстве так, что напоминают беличье колесо (4), за что и получили свое название.

Беличье колесо состоит из продольных проводников, которые связаны и механически, и электрически с торцевыми кольцами Обычно беличье колесо изготавливают путем заливки в пазы сердечника расплавленного алюминия, а заодно еще формуют монолитом и кольца, и крыльчатки вентиляторов (6). В АДКЗ большой мощности в качестве проводников клетки применяют медные стержни, сваренные с торцевыми медными кольцами.

Что такое трехфазный ток

Для того чтобы понять какие силы заставляют вращаться ротор АДКЗ, надо рассмотреть что такое трехфазная система электроснабжения, тогда все встанет на свои места. Мы все привыкли к обычной однофазной системе, когда в розетке есть только два или три контакта, один из которых фаза (L), второй рабочий ноль (N), а третий защитный ноль (PE). Среднеквадратичное фазное напряжение в однофазной системе (напряжение между фазой и нулем) равно 220 В. Напряжение (а при подключении нагрузки и ток) в однофазных сетях изменяются по синусоидальному закону.

Из приведенного графика амплитудно-временной характеристики видно, что амплитудное значение напряжения не 220 В, а 310 В. Чтобы у читателей не было никаких «непоняток» и сомнений, авторы считают своим долгом сообщить, что 220 В – это не амплитудное значение, а среднеквадратичное или действующее. Он равно U=U max /√2=310/1,414≈220 В. Для чего это делается? Только для удобства расчетов. За эталон принимают постоянное напряжение, по его способности произвести какую-то работу. Можно сказать, что синусоидальное напряжение с амплитудным значением в 310 В за определенный промежуток времени произведет такую же работу, которое бы сделало постоянное напряжение 220 В за тот же промежуток времени.

Надо сразу сказать, что практически вся генерируемая электрическая энергия в мире трехфазная. Просто с однофазной энергией проще управляться в быту, большинству потребителей электроэнергии достаточно и одной фазы для работы, да и однофазные проводки гораздо дешевле. Поэтому из трехфазной системы «выдергивается» один фазный и нулевой проводник и направляются к потребителям – квартирам или домам. Это хорошо видно в подъездных щитах, где видно, как с одной фазы провод идет в одну квартиру, с другой во вторую, с третьей в третью. Это так же хорошо видно на столбах, от которых линии идут к частным домовладениям.

Трехфазное напряжение, в отличие от однофазного, имеет не один фазный провод, а три: фаза A, фаза B и фаза C. Фазы еще могут обозначать L1, L2, L3. Кроме фазных проводов, естественно, присутствует еще общий для всех фаз рабочий ноль (N) и защитный ноль (PE). Рассмотрим амплитудно-временную характеристику трехфазного напряжения.

Из графиков видно, что трехфазное напряжение – это совокупность трех однофазных, с амплитудой 310 В и среднеквадратичным значением фазного (между фазой и рабочим нулем) напряжения в 220 В, причем фазы смещены относительно друг друга с угловым расстоянием 2*π/3 или 120°. Разность потенциалов между двумя фазами называют линейным напряжением и оно равно 380 В, так как векторная сумма двух напряжений будет U л =2* U ф * sin(60°)=2*220* √3/2=220* √3=220*1,73=380,6 В , где U л – линейное напряжение между двумя фазами, а U ф – фазное напряжение между фазой и нулем.

Трехфазный ток легко генерировать передавать к месту назначения и в дальнейшем преобразовывать в любой нужный вид энергии. В том числе и в механическую энергию вращения АДКЗ.

Как работает трехфазный асинхронный двигатель

Если подать переменное трехфазное напряжение на обмотки статора, то через них начнут протекать токи. Они, в свою очередь, вызовут магнитные потоки, также изменяющиеся по синусоидальному закону и также сдвинутые по фазе на 2*π/3=120°. Учитывая, что обмотки статора расположены в пространстве на таком же угловом расстоянии – 120°, внутри сердечника статора образуется вращающееся магнитное поле.

Это постоянно изменяющееся поле пересекает «беличье колесо» ротора и вызывает в нем ЭДС (электродвижущую силу), которая также будет пропорциональна скорости изменения магнитного потока, что на математическом языке означает производную от магнитного потока по времени. Так как магнитный поток изменяется по синусоидальному закону, значит, ЭДС будет изменяться по закону косинуса, ведь (sinx )’= cosx . Из школьного курса математики известно, что косинус «опережает» синус на π/2=90°, то есть, когда косинус достигает максимума, синус его достигнет через π/2 — через четверть периода.

Под воздействием ЭДС в роторе, а, точнее, в беличьем колесе возникнут большие токи, учитывая, что проводники замкнуты накоротко и имеют низкое электрическое сопротивление. Эти токи образуют свое магнитное поле, которое распространяется по сердечнику ротора и начинает взаимодействовать с полем статора. Разноименные полюса, как известно, притягиваются, а одноименные отталкиваются друг от друга. Возникающие силы создают момент заставляющий ротор вращаться.

Магнитное поле статора вращается с определенной частотой, которая зависит от питающей сети и количества пар полюсов обмоток. Рассчитывается частота по следующей формуле:

n 1 = f 1 *60/ p, где

• f 1 – частота переменного тока.
• p – число пар полюсов обмоток статора.

С частотой переменного тока все понятно – она в наших сетях электроснабжения составляет 50 Гц. Число пар полюсов отражает, сколько пар полюсов имеется на обмотке или обмотках, принадлежащих одной фазе. Если к каждой фазе подключается одна обмотка, отстоящая на 120° от других, то число пар полюсов будет равно единице. Если одной к одной фазе подключаются две обмотки, тогда число пар полюсов будет равно двум и так далее. Соответственно и меняется угловое расстояние между обмотками. Например, при числе пар полюсов равным двум, в статоре размещается обмотка фазы A, которая занимает сектор не 120°, а 60°. Затем за ней следует обмотка фазы B, занимающая такой же сектор, а затем и фазы C. Далее чередование повторяется. При увеличении пар полюсов соответственно уменьшаются сектора обмоток. Такие меры позволяют уменьшить частоту вращения магнитного поля статора и соответственно ротора.

Приведем пример. Допустим, трехфазный двигатель имеет одну пару полюсов и подключен к трехфазной сети частотой 50 Гц. Тогда магнитное поле статора будет вращаться с частотой n 1 =50*60/1=3000 об/мин. Если увеличить количество пар полюсов – во столько же раз уменьшится частота вращения. Чтобы поднять обороты двигателя, надо увеличить частоту переменного тока, питающего обмотки. Чтобы изменить направление вращения ротора, надо поменять местами две фазы на обмотках

Следует отметить, что частота вращения ротора всегда отстает от частоты вращения магнитного поля статора, поэтому двигатель и называется асинхронным. Почему это происходит? Представим, что ротор вращается с той же скоростью, что и магнитное поле статора. Тогда беличье колесо не будет «пронизывать» переменное магнитное поле, а оно будет для ротора постоянным. Соответственно не будет наводиться ЭДС и перестанут протекать токи, не будет взаимодействия магнитных потоков и исчезнет момент, приводящий ротор в движение. Именно поэтому ротор находится «в постоянном стремлении» догнать статор, но никогда не догонит, так как исчезнет энергия, заставляющая вращаться вал двигателя.

Разницу частот вращения магнитного поля статора и вала ротора называют частотой скольжения, и она рассчитывается по формуле:

∆ n= n 1 -n 2 , где

• n1 – частота вращения магнитного поля статора.
• n2 – частота вращения ротора.

Скольжением называется отношение частоты скольжения к частоте вращения магнитного поля статора, оно рассчитывается по формуле: S=∆ n/ n 1 =(n 1 — n 2)/ n 1 .

Способы подключения обмоток асинхронных двигателей

Большинство АДКЗ имеет три обмотки, каждая из которых соответствует своей фазе и имеет начало и конец. Системы обозначения обмоток могут быть разными. В современных электродвигателях принята система обозначения обмоток U, V и W, а их выводы обозначают цифрой 1 начало обмотки и цифрой 2 – ее конец, то есть обмотка U имеет два вывода U1 и U2, обмотка V–V1 и V2, а обмотка W – W1 и W2.

Однако еще до сих пор в эксплуатации находятся асинхронные двигатели, сделанные во времена СССР и имеющие старую систему маркировки. В них начала обмоток обозначаются C1, C2, C3, о концы C4, C5, C6. Значит, первая обмотка имеет выводы C1 и C4, вторая C2 и C5, а третья C3 и C6. Соответствие старых и новых систем обозначений представлено на рисунке.

Рассмотрим, как могут соединяться обмотки в АДКЗ.

Соединение звездой

При таком соединении все концы обмоток объединяют в одной точке, а к их началам подключают фазы. На принципиальной схеме такой способ подключения действительно напоминает звезду, за что и получил название.

При соединении звездой к каждой обмотке в отдельности приложено фазной напряжение в 220 В, а к двум обмоткам, соединенных последовательно линейное напряжение 380 В. Главное преимущество такого способа подключения – это небольшие токи запуска, так как линейное напряжение приложено к двум обмоткам, а не к одной. Это позволяет двигателю «мягко» стартовать, но мощность его будет ограничена, так как протекающие токи в обмотках будут меньше, чем при другом способе подключения.

Соединение треугольником

При таком соединении обмотки объединяют в треугольник, когда начало одной обмотки соединяется с концом следующей – и так по кругу. Если линейное напряжение в трехфазной сети 380 В, то через обмотки будут протекать токи гораздо больших величин, чем при соединении звездой. Поэтому мощность электродвигателя будет выше.

При соединении треугольником в момент запуска АДКЗ потребляет большие пусковые токи, которые могут в 7-8 раз превышать номинальные и способны вызвать перегрузку сети, поэтому на практике инженеры нашли компромисс – запуск двигателя и его раскручивание до номинальных оборотов производится по схеме звезда, а затем происходит автоматическое переключение на треугольник.

Как определить, по какой схеме подключены обмотки двигателя?

Прежде чем подключать трехфазный двигатель к однофазной сети 220 В, необходимо выяснить по какой схеме подключены обмотки и при каком рабочем напряжении может работать АДКЗ. Для этого необходимо изучить табличку с техническими характеристиками – «шильдик», который должен быть на каждом двигателе.

На такой табличке — «шильдике», можно узнать много полезной информации

На табличке имеется вся необходимая информация, которая поможет подключить двигатель к однофазной сети. На представленном шильдике видно, что двигатель имеет мощность 0,25 кВт и количество оборотов 1370 об/мин, что говорит о наличии двух пар полюсов обмоток. Значок ∆/Y означает, что обмотки можно соединить как треугольником, так и звездой, причем следующий показатель 220/380 В свидетельствует о том, что при соединении треугольником напряжение питающей сети должно быть 220 В, а при соединении звездой – 380 В. Если такой двигатель подключить в сеть 380 В треугольником, то обмотки его сгорят.

На следующем шильдике можно увидеть, что такой двигатель можно подключить только звездой и только в сеть 380 В. Скорее всего в клеммной коробке у такого АДКЗ будет только три вывода. Опытные электрики смогут подключить и такой двигатель к сети 220 В, но для этого надо будет вскрывать заднюю крышку, чтобы добраться до выводов обмоток, затем найти начало и конец каждой обмотки и произвести необходимую коммутацию. Задача сильно усложняется, поэтому авторы не рекомендуют подключать такие двигатели к сети 220 В, тем более что большинство современных АДКЗ могут подключаться по-разному.

На каждом двигателе есть клеммная коробка, расположенная чаще всего сверху. В этой коробке есть входы для питающих кабелей, а сверху она закрыта крышкой, которую необходимо снять при помощи отвертки.

Как говорят электрики и паталогоанатомы: «Вскрытие покажет»

Под крышкой можно увидеть шесть клемм, каждая из которых соответствует или началу, или концу обмотки. Помимо этого клеммы соединяются перемычками, и по их расположению можно определить, по какой схеме подключены обмотки.

Вскрытие клеммной коробки показало, что у «пациента» очевидная «звездная болезнь»

На фото «вскрытой» коробки видно, что провода, ведущие к обмоткам подписаны и перемычками соединены в одну точку концы всех обмоток – V2, U2, W2. Это свидетельствует о том, что имеет место соединение звездой. С первого взгляда может показаться, что концы обмоток расположены в логичном порядке V2, U2, W2, а начала «перепутаны» - W1, V1, U1. Однако, это сделано с определенной целью. Для этого рассмотрим клеммную коробку АДКЗ с подключенными обмотками по схеме треугольник.

На рисунке видно, что положение перемычек меняется – соединяются начала и концы обмоток, причем клеммы расположены так, что те же перемычки используются для перекоммутации. Тогда становится понятно почему «перепутаны» клеммы – так легче перебрасывать перемычки. На фотографии видно, что клеммы W2 и U1 соединены отрезком провода, но в базовой комплектации новых двигателей всегда присутствуют именно три перемычки.

Если после «вскрытия» клеммной коробки обнаруживается такая картина, как на фотографии, то это означает, что двигатель предназначен для звезды и трехфазной сети 380 В.

Такому двигателю лучше возвращаться в свою «родную стихию» — в цепи трехфазного переменного тока

Видео: Отличный фильм про трехфазные синхронные двигатели, который еще не успели раскрасить

Подключить трехфазный двигатель в однофазную сеть 220 В можно, но при этом надо быть готовым пожертвовать значительным снижением его мощности – в лучшем случае она составит 70% от паспортной, но для большинства целей это вполне приемлемо.

Основной проблемой подключения является создание вращающегося магнитного поля, которое наводит ЭДС в короткозамкнутом роторе. В трехфазных сетях реализовать это просто. При генерации трехфазной электроэнергии в обмотках статора наводится ЭДС из-за того, что внутри сердечника вращается намагниченный ротор, который приводится в движение энергией падающей воды на ГЭС или паровой турбиной на ГЭС и АЭС. Он создает вращающееся магнитное поле. В двигателях происходит обратное преобразование – изменяющееся магнитное поле приводит во вращение ротор.

В однофазных сетях получить вращающееся магнитное поле сложнее - надо прибегнуть к некоторым «хитростям». Для этого надо сдвинуть фазы в обмотках по отношению друг к другу. В идеальном случае нужно сделать так, что фазы будут сдвинуты по отношению друг к другу на 120°, но на практике это трудно реализовать, так как такие устройства имеют сложные схемы, стоят достаточно дорого и их изготовление и настройка требуют определенной квалификации. Поэтому в большинстве случаев применяют простые схемы, при этом несколько жертвуя мощностью.

Сдвиг фаз при помощи конденсаторов

Электрический конденсатор известен своим уникальным свойством не пропускать постоянный ток, но пропускать переменный. Зависимость токов, протекающих через конденсатор, от приложенного напряжения показана на графике.

Ток в конденсаторе всегда будет «лидировать» на четверть периода

Как только к конденсатору прикладывают возрастающее по синусоиде напряжение, он сразу «накидывается» на него и начинает заряжаться, так как изначально был разряжен. Ток в этот момент будет максимальным, но по мере заряда он будет уменьшаться и достигнет минимума в тот момент, когда напряжение достигнет своего пика.

Как только напряжение будет уменьшаться, конденсатор среагирует на это и будет начинать разряжаться, но ток при этом будет идти в обратном направлении, по мере разряда он будет увеличиваться (со знаком минус) до тех пор, пока уменьшается напряжение. К моменту, когда напряжение равно нулю ток достигает своего максимума.

Когда напряжение начинает расти со знаком минус, то идет перезаряд конденсатора и ток постепенно приближается от своего отрицательного максимума к нулю. По мере уменьшения отрицательного напряжения и стремлении его к нулю идет разряд конденсатора с увеличением тока через него. Далее, цикл повторяется заново.

Из графика видно, что за один период переменного синусоидального напряжения, конденсатор два раза заряжается и два раза разряжается. Ток, протекающий через конденсатор, опережает напряжение на четверть периода, то есть — 2* π/4= π/2=90° . Вот таким простым путем можно получить фазовый сдвиг в обмотках асинхронного двигателя. Сдвиг фаз в 90° не является идеальным в 120°, но вполне достаточен для того, чтобы на роторе появился необходимый вращательный момент.

Сдвиг фаз также можно получить, применив катушку индуктивности. В этом случае все произойдет наоборот – напряжение будет опережать ток на 90°. Но на практике применяют больше емкостной сдвиг фаз из-за более простой реализации и меньших потерь.

Схемы подключения трехфазных двигателей в однофазную сеть

Существует очень много вариантов подключения АДКЗ, но мы рассмотрим только наиболее часто используемые и наиболее просто реализуемые. Как было рассмотрено ранее, для сдвига фазы достаточно подключить параллельно какой-либо из обмоток конденсатор. Обозначение C р говорит о том, что это рабочий конденсатор.

Следует отметить, что соединение обмоток в треугольник предпочтительней, так как с такого АДКЗ можно «снять» полезной мощности больше, чем со звезды. Но существуют двигатели, предназначенные для работы в сетях с напряжением 127/220 В. О чем обязательно должна быть информация на шильдике.

Если читателям встретится такой двигатель, то - это можно считать удачей, так как его можно включать в сеть 220 В по схеме звезда, а это обеспечит и плавный пуск, и до 90% от паспортной номинальной мощности. Промышленностью выпускаются АДКЗ специально предназначенные для работы в сетях 220 В, которые могут называть конденсаторными двигателями.

Как двигатель не называй — он все равно асинхронный с короткозамкнутым ротором

Следует обратить внимание, что на шильдике указано рабочее напряжение 220 В и параметры рабочего конденсатора 90 мкФ (микрофарад, 1 мкФ=10 -6 Ф) и напряжение 250 В. Можно с уверенностью сказать, что этот двигатель фактически является трехфазным, но адаптированный для однофазного напряжения.

Для облегчения пуска мощных АДКЗ в сетях 220 В кроме рабочего применяют еще и пусковой конденсатор, который включается на непродолжительное время. После старта и набора номинальных оборотов пусковой конденсатор отключают, и вращение ротора поддерживает только рабочий конденсатор.

Пусковой конденсатор «дает пинка» при старте двигателя

Пусковой конденсатор – C п, подключают параллельно рабочему C р. Из электротехники известно, что при параллельном соединении емкости конденсаторов складываются. Для его «активации» применяют кнопочный выключатель SB, удерживаемый несколько секунд. Емкость пускового конденсатора обычно минимум в два с половиной раза выше, чем рабочего, причем сохранять заряд он может достаточно долго. При случайном прикосновении к его выводам можно получить довольно сильно ощутимый разряд через тело. Для того чтобы разрядить C п применяют резистор, подключенный параллельно. Тогда после отключения пускового конденсатора от сети, будет происходить его разряд через резистор. Его выбирают с достаточно большим сопротивлением 300 кОм-1 мОм и рассеиваемой мощностью не менее 2 Вт.

Для уверенного запуска и устойчивой работы АДКЗ в сетях 220 В следует наиболее точно подобрать емкости рабочего и пускового конденсаторов. При недостаточной емкости C р на роторе будет создаваться недостаточный момент для подключения какой-либо механической нагрузки, а избыточная емкость может привести к протеканию слишком высоких токов, что в результате может привести к межвитковому замыканию обмоток, которое «лечится» только очень дорогостоящей перемоткой.

Схема	Что рассчитывается	Формула	Что необходимо для расчетов
	Емкость рабочего конденсатора для подключения обмоток звездой – Cр, мкФ	Cр=2800*I/U; I=P/(√3*U*η*cosϕ); Cр=(2800/√3)*P/(U^2*n* cosϕ)=1616,6*P/(U^2*n* cosϕ)	Для всех: I – ток в амперах, A; U – напряжение в сети, В; P – мощность электродвигателя; η – КПД двигателя выраженное в величинах от 0 до 1 (если на шильдике двигателя оно указано в процентах, то этот показатель надо разделить на 100); cosϕ – коэффициент мощности (косинус угла между вектором напряжения и тока), он всегда указывается в паспорте и на шильдике.
	Емкость пускового конденсатора для подключения обмоток звездой – Cп, мкФ	Cп=(2-3)*Cр≈2,5*Cр
	Емкость рабочего конденсатора для подключения обмоток треугольником – Cр, мкФ	Cр=4800*I/U; I=P/(√3*U*η*cosϕ); Cр=(4800/√3)*P/(U^2*n* cosϕ)=2771,3*P/(U^2*n* cosϕ)
	Емкость пускового конденсатора для подключения обмоток треугольником – Cп, мкФ	Cп=(2-3)*Cр≈2,5*Cр

Приведенных формул в таблице вполне достаточно для того, чтобы рассчитать необходимую емкость конденсаторов. В паспортах и на шильдиках может указываться КПД или рабочий ток. В зависимости от этого можно вычислить необходимые параметры. В любом случае тех данных будет достаточно. Для удобства наших читателей, можно воспользоваться калькулятором, который быстро рассчитает необходимую рабочую и пусковую емкость.

Калькулятор: Расчет емкости рабочего и пускового конденсатора для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

Расчет емкости рабочего и пускового конденсатора

Внимание! При введении в поля десятичных дробей в качестве разделителя использовать точку.

Способ соединения обмоток электродвигателя (Y/∆)

Звезда (Y) Треугольник (∆)

Мощность двигателя, Вт

Напряжение в сети, В

Коэффициент мощности, cosϕ

КПД асинхронного двигателя, значение от 0 до 1

Рассчитанную емкость конденсатора лучше не увеличивать, так как это может привести к перегреву обмоток двигателя. После того как двигатель будет запущен под рассчитанной нагрузкой, можно измерить рабочий ток и скорректировать емкость, рассчитав ее по зависимости ее от напряжения и тока. Скорее всего, она окажется ниже. На электродвигателях мощностью менее 500 Вт пусковой конденсатор может вообще не понадобиться, все зависит от того есть ли механическая нагрузка на валу ротора. Например, запуск циркулярной пилы, электрофуганка, наждака, - происходит без нагрузки, а погружного насоса – сразу под нагрузкой.

При выборе конденсаторов необходимо учитывать, что в момент запуска на них может воздействовать более высокое напряжение, чем номинальное. Поэтому, если двигатель будет работать в сети 220 В, то конденсатор должен быть с номинальным напряжением не менее, чем 1,5*220=360 В, а лучше 400-450 В. Также необходимо учитывать то, что рабочий конденсатор задействован во все время работы двигателя, а пусковой – только во время запуска. В чем отличие и сходство пусковых и рабочих конденсаторов показано в следующей таблице.

	Рабочий конденсатор
Изображение
Применение		В электрических схемах асинхронных двигателей
Как подключается	Последовательно с одной из обмоток трехфазного двигателя или со вспомогательной обмоткой однофазного двигателя	Параллельно рабочему конденсатору
Используется в качестве	Элемента, сдвигающего фазу в одной из обмоток трёхфазного двигателя, подключенного к однофазной сети	Элемента, сдвигающего фазу в обмотке трехфазного двигателя
Назначение	Получение вращающегося магнитного поля, необходимого для вращения ротора двигателя	Получение вращающегося магнитного поля, создающего повышенный момент вращения, необходимого для запуска ротора двигателя
На какое время подключается	На все время работы электродвигателя	На момент старта и набора номинальных оборотов

Емкости рабочих конденсаторов обычно составляют десятки, а то и сотни микрофарад. Естественно, что чем больше емкость и выше рабочее напряжение, тем объемнее будет конденсатор. Рассмотрим в следующей таблице, какие конденсаторы могут применяться в качестве рабочих и пусковых.

	Металлобумажные конденсаторы МБГО, МБГТ, МГБЧ, МГБП	Полипропиленовые пленочные конденсаторы CBB60 (аналог К78-17), CBB65	Пусковые конденсаторы CD60
Изображение
Технология изготовления	Нанесение металлизированной пленки на конденсаторную бумагу, являющуюся диэлектриком	Нанесение металлизированной пленки на тонкую полипропиленовую ленту	Алюминиевая фольга и электролит. В качестве диэлектрика используется диоксид алюминия
Рабочее напряжение, В	160, 200, 300, 400, 600, 1000 В	450, 630 В	220-450 В
Диапазон емкостей, мкФ	0,1-20 мкФ	1-150 мкФ	50-1500 мкФ
Материал и форма корпуса	Металлический прямоугольный герметичный корпус	Пластиковый цилиндрический корпус, у CBB65 металлический цилиндрический взрывозащищенный корпус	Цилиндрический металлический взрывозащищенный корпус, покрытый пленкой из термостойкого поливинилхлорида
Где применяются	В качестве рабочих конденсаторов асинхронных двигателей	В качестве рабочих и пусковых конденсаторов асинхронных двигателей	В качестве пусковых конденсаторов.
Достоинства	Небольшая цена	Небольшие габариты, малый разброс характеристик, долговечность	Высокая емкость при небольших габаритных размерах
Недостатки	Большие габариты, высокие потери, быстрое старение при повышенных температурах	Цена выше, чем у металлобумажных конденсаторов	Не рекомендуется применять в качестве рабочих конденсаторов

Бывает такая необходимость, когда под рукой нет емкости с нужным номиналом. Чаще всего ее не хватает и, «как назло», есть россыпь конденсаторов другой емкости. Выход из этой ситуации очень простой – если соединить конденсаторы параллельно, то результирующая емкость будет равна сумме все емкостей конденсаторов. Следует отметить, что при таком соединении все конденсаторы желательно использовать с одним рабочим напряжением, так как напряжение на их электродах будет одинаковым. Например, надо собрать конденсаторную батарею 50 мкФ с напряжением 400 В. Для этого можно подобрать 5 конденсаторов по 10 мкФ типа МГБО и все они должны иметь такое же напряжение. Если хотя бы один из конденсаторов будет иметь напряжение ниже, например 160 В, то он через непродолжительное время выйдет из строя.

Параллельное соединение делают наиболее часто. Раньше, когда были недоступны металлополипропиленовые конденсаторы использовались металлобумажные, которые соединяли параллельно и помещали в специальные ящики. На мощных станках такие батареи были довольно внушительных размеров. Современные конденсаторы позволяют обойтись без громоздких ящиков и могут размещаться прямо на корпусе электродвигателя.

При последовательном соединении результирующая емкость не будет являться суммой, а будет вычисляться по формуле: C= C 1 * C 2 /(C 1 + C 2) , где C 1, C 2 – емкости конденсаторов, подключенных последовательно. Очевидно, что результирующая емкость будет всегда меньше самой наименьшей из всех, подключенных последовательно, так как если умножить обе части выражения 1/С=1/С 1 +1/С 2 +…+1/С i на C 1 , то получим C 1 / C=1+ C 1 / C 2 +… C 1 / C i , что красноречиво свидетельствует о том, что отношение любой из емкости к общей будет всегда больше единицы. На языке математики это означает, что любая из емкостей больше результирующей.

С первого взгляда может показаться, что последовательное соединение конденсаторов ничего по своей сути не дает, ведь каждый микрофарад емкости стоит денег и в лучшем случае, если подключить две емкости по 40 мкФ, то результирующая будет всего-то 20 мкФ. Но, как видно из вышеприведенной схемы, приложенное напряжение распределяется по конденсаторам, поэтому если, например, подключить каждый из них с рабочим напряжением 250 В, то к ним смело можно прикладывать 500 В. А чем выше номинальное рабочее напряжение конденсатора, тем дороже он стоит. Поэтому последовательное соединение конденсаторов тоже иногда может принести практическую пользу.

Для удобства предлагаем читателям нашего портала воспользоваться калькулятором, который рассчитывает емкость двух последовательно соединенных конденсаторов.

Калькулятор: Расчет результирующей емкости двух последовательно соединенных конденсаторов

Выберите из списка емкость первого конденсатора, а затем второго, подключаемого последовательно. Нажмите кнопку «Рассчитать». В списке приведен ряд номиналов конденсаторов серии CBB60

Емкость первого конденсатора

Емкость второго конденсатора

CBB60 1 мкФ, 450 В CBB60 1.5 мкФ, 450 В CBB60 2 мкФ, 450 В CBB60 3 мкФ, 450 В CBB60 4 мкФ, 450 В CBB60 5 мкФ, 450 В CBB60 6 мкФ, 450 В CBB60 8 мкФ, 450 В CBB60 10 мкФ, 450 В CBB60 12 мкФ, 450 В CBB60 14 мкФ, 450 В CBB60 16 мкФ, 450 В CBB60 20 мкФ, 450 В CBB60 25 мкФ, 450 В CBB60 30 мкФ, 450 В CBB60 35 мкФ, 450 В CBB60 40 мкФ, 450 В CBB60 45 мкФ, 450 В CBB60 50 мкФ, 450 В CBB60 60 мкФ, 450 В CBB60 70 мкФ, 450 В CBB60 80 мкФ, 450 В CBB60 100 мкФ, 450 В CBB60 120 мкФ, 450 В CBB60 150 мкФ, 450 В

Применение электролитических конденсаторов в качестве пусковых

В электротехнике и электронике широко применяются электролитические конденсаторы, которые специалисты называю «электролиты». Их главной особенностью является то, что в качестве одного из электродов используется электролит (кислота или щелочь), которым пропитана специальная бумага. Другой электрод представляет собой алюминиевую фольгу, на которой есть тонкий слой диоксида алюминия Al 2 O3. Благодаря этому емкость электролитических конденсаторов при равных габаритах гораздо выше, чем у других.

Оборотной стороной медали электролитических конденсаторов является обеспечение условия полярности их подключения в цепях постоянного или пульсирующего тока. При неправильном подключении или появлении на электродах электролитического конденсатора переменного напряжения начинается ускоренный процесс деградации, повышение токов утечки, что приводит к сильному нагреву. В итоге давление внутри конденсатора растет и это может привести к взрыву. Не зря в верхней части корпуса электролита имеются специальные насечки – так называемый клапан, который при сильном повышении давления просто разрывается, но это будет контролируемый взрыв.

Описанные ранее в таблице пусковые конденсаторы CD60 являются электролитическими, но неполярными, которые способны работать в цепях переменного тока. Это достигается тем, что в них используется два электрода из алюминиевой фольги, покрытые оксидной пленкой, а бумага с электролитом находится посередине между ними. Естественно, что габариты (как и цена) таких конденсаторов в 1,5-2 раза выше, чем у обычных электролитов, но зато их можно включать в цепь переменного тока.

Неполярный электролитический конденсатор можно получить из двух полярных, только необходимо их последовательно и встречно соединить между собой положительными электродами, а отрицательными подключать в сеть. Тогда результирующая емкость будет рассчитываться по калькулятору. Например, если необходимо получить неполярный электролит емкостью в 100 мкФ и напряжением 500 В, то надо встречно подключить два конденсатора по 200 мкФ и напряжением не менее 250 В. Вот как раз здесь последовательное соединение конденсаторов может помочь.

На практике часто применяют подключение электролитических конденсаторов через диоды. Принципиальная схема такого подключения представлена на рисунке.

Диоды не позволяют конденсаторам потреблять «запретные плоды»

Известно, что диод пропускает электрический ток только в одном направлении – от анода к катоду. Получается, что положительные полупериоды будут пропускаться только к плюсу конденсатора, а отрицательные только к минусу. Это обеспечит работу конденсатора в штатном режиме. Для разряда пусковых конденсаторов параллельно им подключены резисторы мощностью не менее 2 Вт. После пуска и разгона двигателя пусковые конденсаторы отключаются и быстро разряжаются через резисторы. В такой схеме есть существенный недостаток – если «пробивает» диод, то конденсатор начинает работать как кипятильник электролита. Поэтому рекомендуется убирать конденсаторы в безопасное место или помещать в коробку или контейнер.

Видео: Неполярные электролитические конденсаторы

Выбор принципиальной схемы подключения

Одних пусковых и рабочих конденсаторов для подключения трехфазного электродвигателя к сети 220 В будет недостаточно. Вначале надо определиться по какой схеме будет подключаться двигатель, и какие коммутационные аппараты будут нужны для правильного пуска и остановки.

Вариантов подключения трехфазных двигателей в сеть 220 В существует очень много, но в рамках статьи предлагается рассмотреть только два наиболее часто используемых и надежных. Принципиальные схемы представлены на рисунке.

Принципиальная схема, изображенная справа, показывает подключение АДКЗ по схеме звезда. Как уже отмечалось ранее, такой вид подключения целесообразно использовать в однофазных сетях 220 В только для тех двигателей, которые предназначены для рабочих напряжений 127/220 В при схемах ∆/Y. Левая схема показывает подключение асинхронного двигателя по схеме треугольник. В этой схеме применены для пуска электролитические конденсаторы C1 и C2, подключенные совместно с диодами VD1 и VD2. Объясним назначение всех элементов схем.

• И одна и другая схема подключается к сети 220 В через разъемы XP1 и XP
• Для защиты от сильных перегрузок по току или от токов короткого замыкания в схемах применены плавкие предохранители FU1 и FU Они могут быть заменены на двухполюсный автоматический выключатель с номиналом 10 или 16 Ампер, в зависимости от мощности АДКЗ. Автомат лучше брать с характеристикой срабатывания C или на мощных станках даже D.
• SA1 – это переключатель, который служит для реверса двигателя. Меняя его положение можно изменять направление вращения. В некоторых механизмах, например, подъемных, эта очень может пригодиться. В двигателях мощностью до 1 кВт можно вполне применять переключатель тумблерный типа ТВ-1-2 или клавишный на ток до 5 А.
• SB1, SB1.2, SB1.3 – это контакты пускателя нажимного кнопочного ПНВС-10У2. Этот аппарат имеет три пары контактов: SB1.1 и SB1.3 – это контакты, которые при нажатии на кнопку «Пуск» фиксируются во включенном положении (они на корпусе пускателя находятся слева и справа), а контакт SB1.2, находящийся в центре, замыкается только при нажатии на кнопку «Пуск». Это очень удобно при запуске и разгоне двигателя, удерживая кнопку 1-3 секунды, двигатель стартует и набирает обороты при помощи пусковых конденсаторов, а затем кнопка отпускается, и двигатель продолжает работать без них. Для двигателей до 0,6 кВт применяют пускатели ПНВС-10, а для более мощных ПНВС-12.
• KM и KM1 на схеме слева – это реле тока и его контакты соответственно. Оно также может применяться в схемах подключения АДКЗ. При возрастании тока до величин, превышающих номинальные, срабатывает реле KM и замыкает контакты KM1.1, подключающие пусковые конденсаторы C1 и C2. При убывании тока до номинальных величин реле KM отключается и размыкает контакты KM1.1. Возрастание рабочего тока происходит чаще всего тогда, когда резко возрастает механическая нагрузка на валу ротора АДКЗ. В качестве реле тока можно использовать модульное РТ-40У.
• На левой схеме конденсатор C3 рабочий, а C1 и C2 – пусковые. На правой схеме C1 – пусковой, а C2 – рабочий. Резисторы R1 мощностью 2 Вт нужны для разряда пусковых конденсаторов.

Предлагаемые схемы успешно работают уже не один десяток лет и доказали свою жизнеспособность, поэтому и рекомендованы читателям нашего портала к использованию.

Необходимые инструменты и комплектующие

Для того, чтобы подключить электродвигатель потребуется не такой уж и большой набор электротехнического и монтажного инструмента.

Изображение	Наименование	Назначение
	Набор изолированных отверток различных размеров и типов шлицев	Для электромонтажных и монтажных работ.
	Пассатижи различных размеров	Для электромонтажных работ.
	Кусачки	Для резки проводов.
	Стриппер	Для снятия изоляции с проводов, а также резки проводов или обжима клемм (зависит от модели стриппера).
	Отвертка-индикатор	Для контроля наличия фазы в цепи.
	Мультиметр	Для измерения напряжения, силы тока, проверки конденсаторов и резисторов, контроля целостности обмоток электродвигателя.
	Токовые клещи	Для измерения силы тока у работающего АДКЗ. Помогает при подборе рабочего и пускового конденсатора. Применение необязательно, но желательно.
	Набор диэлектрических ключей	Для монтажа проводов и перемычек в клеммных коробках двигателей.
	Электродрель с набором сверел по дереву и металлу	Для монтажных работ
	Молоток слесарный	Для монтажных работ
	Кернер	Для кернения отверстий под сверление.
	Заклепочник ручной	Для крепления рабочих и пусковых конденсаторов к корпусу АДКЗ. Применение необязательно, так как можно крепить и на винты, но заклепки предпочтительнее из-за возможности самораскручивания винтов при вибрации двигателя.
	Паяльник 60 Вт	Для пайки на клеммах конденсаторов.
	Кримпер ручной	Для обжима наконечников и клемм.

Прежде всего, перед монтажными работами нужно подумать о том, где будет смонтирован асинхронный двигатель. В зависимости от возложенных задач основание может быть металлическим, текстолитовым, деревянным и другим. Также на этом основании должны будут смонтированы нажимной пускатель, рабочие и пусковые емкости, при необходимости токовые реле и другие аппараты коммутации контроля и защиты.

Электролитические конденсаторы необходимо убрать в отдельный ящик, чтобы при возможном их взрыве брызги электролита не поразили людей. Если оборудование будет смонтировано на столе или верстаке, то можно конденсаторы «спрятать», закрепив их на нижней поверхности столешницы.

Один изспособов спрятать конденсаторы «от греха подальше»

Для монтажа асинхронного двигателя и подключения его в сеть 220 В понадобятся следующие комплектующие:

Изображение	Наименование	Описание
	Пластиковый бокс на 4 места наружного монтажа	Для размещения автоматического выключателя и токового реле АДКЗ.
	Металлическая перфорированная монтажная лента	Для крепления оборудования к основанию
	Саморезы по дереву и металлу	Для крепления оборудования
	Заклепки вытяжные 3*6 или 3*8	Для крепления рабочих конденсаторов к корпусу электродвигателя
	Автоматический выключатель C10 или C16	При мощности АДКЗ до 2 кВт применяют автомат на 10 А (C10). При мощности более 2 кВт – на 16 А (C16).
	Модульное токовое реле РТ-40У	Для контроля тока в фазосдвигающей обмотке двигателя. РТ-40У имеет три диапазона измерения тока (0,1-1 А, 0,5-5 А, 3-30 А), регулируемый порог срабатывания (10-100%), регулируемое время задержки срабатывания (0,2-20 с) и может коммутировать силовую нагрузку до 16 А, 250 В. Применяется опционально.
	Кнопочный выключатель (пост кнопочный) нажимного действия ПНВС-10 или ПНВС-12	Для включения асинхронного двигателя в сеть и его отключения, а также для обеспечения запуска. Для двигателей до 6 кВт номинальной мощности применяют ПНВС-10, а для АДКЗ с P=0,6-2,2 кВт – ПНВС-12.
	Переключатель тумблерного типа ТВ-1-1 или ТВ-1-2	Для обеспечения реверса электродвигателя. Номинальный ток переключателя должен соответствовать мощности АДКЗ.
	Провод монтажный ПВ-3 (ПУгВ) площадью поперечного сечения 1,5 или 2,5 кв. мм	Для подключения оборудования. При мощности АДКЗ до 2,2 кВт достаточно ПВ-3 1,5 в, мм, а для большей – 2,5 кв. мм.
	Наконечники штыревые втулочные изолированные НШВИ для проводов 1,5 и 2,5 кв. мм.	Для оконцевания опрессовкой монтажного провода ПВ-3 при подключении в клеммы автоматических выключателей или токовых реле.
	Виброустойчивые кольцевые изолированные наконечники ВНКИ	Для оконцевания опрессовкой монтажных или питающих проводов при подключении в клеммы оборудования с винтами или шпильками. В зависимости от диаметра винтов или шпилек подбираются ВНКИ 2,5-4, ВНКИ 2,5-5, ВНКИ 2,5-6.
	Виброустойчивые плоские разъёмы типа «мама» с ПВХ-манжетой ВРПИ-М	Для оконцевания опрессовкой монтажных проводов при подключении рабочих или пусковых конденсаторов, имеющих соответствующие разъемы типа «папа». Наконечник ВРПИ-М-2,5 подходит для одключения провода1,5 и 2,5 кв. мм.
	Трубка термоусадочная	Для изоляции клемм конденсаторов после подключения

Подключение трехфазного двигателя в однофазную сеть 220 В

После подготовки всех необходимых комплектующих необходимо убедиться в том, что работа будет производиться только при снятом напряжении. Должна только быть возможность для подключения освещения и электроинструментов. На рабочем месте надо приготовить все инструменты и подготовить коробку или ведро, куда будет сбрасываться мусор.

Основные этапы работ по подключению АДКЗ представим в виде таблицы:

Изображение	Описание этапов монтажа
	Прежде всего надо проверить целостность обмоток двигателя. Для этого снимается крышка клеммной коробки, убираются все перемычки, мультиметр ставится на измерение сопротивления в омах. Должны прозваниваться только начала и концы каждой из обмоток в отдельности. Никаких электрических связей между разными обмотками и между обмотками и корпусом двигателя быть не должно.
	Мультиметром проверяется целостность пусковых и рабочих конденсаторов. Перед проверкой необходимо разрядить конденсатор, закоротив его выводы. Мультиметр для измерения конденсаторов ставится на измерение в мегаомах, которое должно быть не менее 2 Мом по прошествии некоторого времени, пока емкость заряжается. Если прибор имеет функцию измерения емкости, то задача упрощается.
	Проверяется целостность диодов и резисторов, если они используются в схемах пусковых конденсаторов. Диоды должны пропускать постоянный ток только в одном направлении, а резисторы в обоих. Выставив нужный предел, можно измерить сопротивление резисторов.
	Трехфазный асинхронный двигатель крепится к основанию. Следует учесть, что такие двигатели имеют немалый вес и при работе могут вибрировать., поэтому основание должно быть прочным, массивным и устойчивым. Крепление может быть болтами или гайками с шайбами на шпильках через виброгасящие прокладки или стойки.
	Закрепляется в намеченных местах оборудование коммутации и защиты – бокс для автоматического выключателя и токового реле, кнопочный пускатель ПНВС-10 или ПНВС-12, тумблер реверса двигателя.
	Для крепления тумблера реверса ТВ-1-2 иногда целесообразно использовать крышку клеммной коробки двигателя. Для этого необходимо вначале примерить тумблер в коробке, чтоб он не мешал подключению клемм. После этого дрелью сверлится отверстие диаметром 12,1 мм и тумблер закрепляется на крышке гайкой.
	Рабочие конденсаторы могут крепиться отдельно от электродвигателя в коробках, боксах, ящиках – все зависит от требуемой емкости. Но современные металлопропиленовые конденсаторы могут крепиться непосредственно к ребрам корпуса АДКЗ при помощи металлической монтажной ленты. Для этого оборачивают конденсатор лентой и отрезают нужный размер, оставляя ушки для крепления.
	Затем сверлят (при необходимости) отверстие в хомуте из металлической ленты. На корпусе асинхронного электродвигателя могут быть монтажные отверстия, но если их нет, то их можно просверлить, предварительно выполнив кернение.
	Крепление конденсатора металлической полосой к корпусу двигателя предпочтительней делать заклепками, учитывая вибрацию при работе.
	Хорошим решением является крепление рабочего и пускового конденсаторов в безопасном месте: под столом, верстаком. При этом впоследствии все равно желательно прикрыть конденсаторы защитным кожухом.
	После закрепления всех деталей начинается коммутация, руководствуясь принципиальной схемой. Перемычки в клеммной коробке ставятся в положении звезда – для двигателей с рабочим напряжением 127/220 В.
	Для двигателей с рабочим напряжением 380/220 В и схемами подключения Y/∆, перемычки переставляются для схемы треугольник.
	Рабочие и пусковые конденсаторы могут иметь выводы в виде проводов, клемм под пайку и плоских клемм «папа» под разъемы. Металлобумажные конденсаторы имеют всегда соединение под пайку, металлополипропиленовые и неполярные электролитические – в виде проводов или плоских клемм. Предпочтительней всего выбирать конденсаторы с плоскими клеммами «папа» - это сильно облегчает монтаж и демонтаж при замене.
	Отмеряются и обрезаются нужные отрезки провода с учетом трасс их совместной или одиночной прокладки. Концы очищаются от изоляции стриппером на длину 10-11 мм.
	Для подключения к клеммнику двигателя провода окоцовываются и обжимаются наконечниками ВНКИ соответствующего размера под клемму и провод при помощи кримпера.
	Все провода, идущие на клеммник АДКЗ оконцовываются, затем продеваются через кабельный ввод и накидываются на клеммы. На шпильки клемм накидываются шайбы и гайки, но пока не затягиваются. Никакой из проводов не должен идти в натяг, а должна быть предусмотрена возможность повторной оконцовки. Если кабельный ввод снабжен зажимным сальником, то после протяжки проводов его можно зажать.
	Для подключения клемм конденсаторов, концы проводов оконцовываются клеммами ВРПИ-М при помощи кримпера.
	После подключения клеммы ВРПИ-М к конденсатору, контакт изолируют при помощи термоусадочной трубки соответствующего диаметра, которая надевается на провод перед подключением. Также можно использовать изолированные клеммы.
	К тумблеру реверса ТВ-1-2 провода припаиваются и изолируются термоусадочными трубками. Аналогично провода припаиваются и к металлобумажным конденсаторам, если они используются.
	Для подключения ПНВС-10 или ПНВС-12 можно использовать либо наконечники НШВИ (НШВИ (2)), либо НВИ, которые очень удобно подключать под винтовые клеммы без их разборки. Применение подобных наконечников в клеммных коробках двигателя недопустимо.
	Для подключения автоматических модульных выключателей или токовых реле наиболее целесообразно использовать наконечники НШВИ (НШВИ (2)), которые также обжимаются кримпером.
	К болту заземления на двигателе обязательно подключается оконцованный наконечником ВНКИ провод защитного нуля (PE) желто-зеленого цвета. Этот болт может находиться как в клеммной коробке, так и снаружи на корпусе. Он обозначается специальным знаком.
	После проверки всех соединений и сверки с принципиальной электрической схемой, затягиваются клеммы асинхронного двигателя при помощи диэлектрического ключа. Также затягиваются винтовые клеммы автоматического выключателя, токового реле и пускателя ПНВС-10 или ПНВС-12. На вход автоматического выключателя подключается провод со штепсельной вилкой.
	На вход схемы подается напряжение. При помощи кнопки «Пуск» на ПНВС делается первый пробный запуск двигателя. Если все расчеты корректны и монтаж сделан правильно, то двигатель сразу должен запуститься.

Если двигатель уверенно запустился, то - это вовсе не означает, что он будет уверенно работать и дальше, поэтому следует его вначале проверить в режиме холостого хода, а потом под нагрузкой.

• Если даже в режиме холостого хода двигатель начинает сильно нагреваться, то надо попробовать уменьшить емкость рабочего конденсатора.
• Если двигатель при нажатии кнопки «Пуск» гудит, но не стартует, то надо попробовать ему помочь это сделать, крутанув вал. Если такая мера помогла ротору начать вращаться, то можно попробовать увеличить немного емкость пускового конденсатора.
• Если под планируемой штатной нагрузкой двигатель останавливается, то увеличивают емкость рабочего конденсатора или применяют реле тока, которое подключает «на помощь» пусковые конденсаторы. Однако, следует помнить, что двигатель не сможет выдать мощности больше, чем паспортная.

Самым корректным способом подбора емкости пускового конденсатора будет измерение рабочего тока под нагрузкой и вычисление ее по зависимости от напряжения и тока. Ранее эта формула была приведена в таблице. После того как двигатель полностью настроен, еще раз подтягивают все клеммы и закрывают все места подключения крышками. Провода, если они идут группой, можно проложить совместно в гофротрубе или поместить их в термоусадочную трубку.

Заключение

Подводя итоги статьи, авторы еще раз напоминают читателям, что подключение трехфазного двигателя в сеть 220 В вполне осуществимо, причем собственными силами. И, хотя приходится жертвовать потерей мощности, но открываются безграничные возможности использования различных полезных механизмов. Трехфазные асинхронные двигатели обладают исключительной надежностью, до сих пор работают «ветераны», выпущенные еще в 50-х годах XX века.

Авторы статьи рекомендуют читателям портала перед первым пуском не производить окончательный монтаж всех узлов, а собрать схему на стенде. Если испытания пройдут успешно, то можно уже смонтировать все так, как задумано. И не стоит пренебрегать теми советами, которые были даны в этой статье, так как в ней учтен многолетний опыт и применен научный подход.

Удачных вам запусков электродвигателей и побольше полезных механизмов!

Видео: Как подключить электродвигатель на 220 В

РАСЧЕТ КОНДЕНСАТОРА ДЛЯ ТРЕХФАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ

В.БАШКАТОВ, Украина, Донецкая обл., г. Горловка

Иногда в домашних условиях возникает необходимость подключения трехфазного электродвигателя переменного тока в однофазную сеть.

Возникла такая необходимость и у меня при подключении промышленной швейной машины. На швейной фабрике такие машины работают в цехе, имеющем трехфазную сеть, и проблем не возникает.

Первое, что пришлось сделать - это изменить схему подключения обмоток электродвигателя со "звезды" на "треугольник", соблюдая полярность соединения обмоток (начало - конец) (рис.1). Это переключение позволяет включать электродвигатель в однофазную сеть 220 В.

Мощность электродвигателя швейной машины по табличке - 0,4 кВт. Приобрести рабочие, а тем более пусковые металлобумажные конденсаторы типа МБГО, МБГП, МБГЧ емкостью соответственно 50 и 100 мкф на рабочее напряжение 450...600 В оказалось задачей непосильной из-за их высокой стоимости на "блошином рынке". Использование вместо металлобу-мажных полярных (электролитических) конденсаторов и мощных выпрямительных диодов Д242, Д246. положительного результата не дало. Электродвигатель упорно не запускался, по-видимому, из-за конечного сопротивления диодов в прямом направлении.

Поэтому в голову пришла абсурдная с первого взгляда идея запуска электродвигателя с помощью кратковременного подключения обычного электролитического конденсатора в сеть переменного тока (рис.2). После запуска (разгона) электродвигателя электролитический конденсатор отключается, и электродвигатель работает в двухфазном режиме, теряя при этом до 50% своей мощности. Но если заранее предусмотреть запас по мощности, или заведомо известно, что такой запас существует (как в моем случае), то с этим недостатком можно смириться. Между прочим, и при работе электродвигателя с рабочим фазосдвигающим конденсатором электродвигатель также теряет до 50% своей мощности.

Теперь о самом важном. Электролитический конденсатор, будучи включенным непосредственно в сеть переменного тока, быстро разогревается, электролит вскипает, и происходит его взрыв - это знают многие. Как показал эксперимент, на это уходит около 10... 15 с. Известно, что сопротивление конденсатора в цепи переменного тока промышленной частоты определяется по формуле.

где С - емкость конденсатора в микрофарадах.

Величина тока в цепи с конденсатором

Но если электролитический конденсатор включить через небольшое сопротивление (в моем случае это комплексное сопротивление фазы обмотки электродвигателя Z = r + jx), и к тому же кратковременно, на время разгона электродвигателя (где-то 1...1,5 с), то электролитический конденсатор не повреждается, так как не успевает разогреться.

Кратковременность включения может обеспечить кнопка ПНВС-10УХЛ2,

применяемая в домашних стиральных машинах. Кнопка имеет три контакта: два - с фиксацией (SB 1.1, SB1.3) и один - без фиксации (SB 1.2). Он и включает конденсатор, и при прекращении нажатия на кнопку возвращается в исходное отключенное положение.

Формулы для расчета пускового конденсатора неоднократно печатались, но тем не менее хочу повторить их для схемы соединения обмотки статора электродвигателя в "треугольник".

где U - напряжение сети; Iн - номинальный, ток потребляемый электродвигателем.

где Р - мощность электродвигателя, кВт; U - напряжение сети. В; n - коэффициент полезного действия электродвигателя (обычно 0,8...0,9); cosф - коэффициент мощности (обычно 0,85).

Электролитические конденсаторы должны быть на напряжение не менее 450 В. Желательно набирать емкость из нескольких конденсаторов (улучшается тепловой режим). Конденсаторы помещают в защитную коробку.

Четырехлетний опыт эксплуатации электродвигателя показал жизнеспособность указанной схемы его запуска. Данную схему повторили и некоторые мои знакомые, правда, эксперименты проводились с электродвигателями мощностью до 1 кВт. Для электродвигателей более 1 кВт на время пуска, как мне кажется, необходимо включение последовательно с конденсатором небольшого токоограничивающего резистора с соответствующей рассеиваемой мощностью.

Литература

1. Смирнов К.0. Работа трехфазного электродвигателя в однофазной сети. - Радиолюбитель, 1993, N6, С.27.

2. Кухаренко А. Трехфазный электродвигатель в однофазной сети. - Радиолюбитель, 1996, N2, С.28.

ПОДКЛЮЧЕНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
К ОДНОФАЗНОЙ СЕТИ 220В

С. РЫБАС, Моделист - Конструктор, 2/8

Многие любители мастерить нередко пытаются приспособить трехфазные электродвигатели для различных самодельных станков: заточных, сверлильных, деревообрабатывающих и других. Но вот беда - не каждый знает, как питать такой электродвигатель от однофазной сети.
Среди различных способов запуска трехфазных электродвигателей наиболее простой и эффективный - с подключением третьей обмотки через фазосдвигающий конденсатор. Полезная мощность, развиваемая при этом электромотором, составляет 50-60 % его мощности в трехфазном режиме. Однако не все трехфазные электродвигатели хорошо работают от однофазной сети. К ним относятся, например, электромоторы с двойной клеткой короткозамкнутого ротора серии МА. Поэтому предпочтение следует отдать трехфазным электродвигателям серий А, ДО, АО2, АОЛ, АПН, УАД идр.

• Чтобы электромотор с конденсаторным пуском работал нормально, емкость конденсатора должна меняться в зависимости от числа оборотов. Поскольку на практике это условие выполнить трудно, двигателем обычно управляют двухступенчато - сначала включают с пусковым конденсатором, а после разгона его отсоединяют, оставляя только рабочий.
• Если в паспорте электродвигателя указано напряжение 220/380 В, то включить мотор в однофазную сеть с напряжением 220 В можно по схеме, приведенной на рисунке 1. При нажатии на кнопку SB1 электродвигатель М1 начинает разгоняться, а когда он наберет обороты, кнопку отпускают - SB1.2 размыкается, a SB1.1 и SB1.3 остаются замкнутыми. Их размыкают для остановки электродвигателя.

Р и с. 1. Электрическая схема включения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть.

При соединении обмоток электродвигателя в “треугольник” емкость рабочего конденсатора определяют по формуле:где Ср - емкость конденсатора, мкФ; I - потребляемый электродвигателем ток, A; U - напряжение сети, В.
Если мощность электродвигателя известна, потребляемый им ток определяют по формуле:где Р - мощность электродвигателя (указана в паспорте), Вт; U - напряжение сети,В; n - КПД; cosф - коэффициент мощности.
Емкость пускового конденсатора выбирают в 2-2,5 раза больше рабочего, а их допустимые напряжения должны не менее чем в 1,5 раза превышать напряжение сети. Для сети 220 В лучше применить конденсаторы марки МБГО, МБГП, МБГЧ с рабочим напряжением 500 В и выше. В качестве пусковых можно использовать и электролитические конденсаторы К50-3, ЭГЦ-М, КЭ-2 с рабочим напряжением не менее 450 В (при условии кратковременного включения). Для большей надежности их включают по схеме, показанной на рисунке 2. Общая емкость при этом равна C/2. Пусковые конденсаторы зашунтируйте резистором сопротивлением 200-500 кОм, через который будет “стекать” оставшийся электрический заряд.

Рис. 2. Схема соединения электролитических конденсаторов.

Эксплуатация электродвигателя с конденсаторным пуском имеет некоторые особенности. При работе в режиме холостого хода по питаемой через конденсатор обмотке протекает ток, на 20-40 % превышающий номинальный. Поэтому, если электромотор будет часто использоваться в недогруженном режиме или вхолостую, емкость конденсатора Ср следует уменьшить. При перегрузке электродвигатель может остановиться, тогда для его запуска снова подключите пусковой конденсатор (сняв или снизив до минимума нагрузку на валу). На практике значения емкостей рабочих и пусковых конденсаторов в зависимости от мощности электродвигателя определяют из таблицы.

Мощность трехфазного электродвигателя, кВт
Минимальная емкость конденсатора Ср, мкф
Емкость пускового конденсатора (Сп), мкф

Для запуска электродвигателя на холостом ходу или с небольшой нагрузкой емкость конденсатора Сп можно уменьшить. Например, для включения электродвигателя АО2 мощностью 2,2 кВт на 1420 об/мин можно использовать в качестве рабочего конденсатор емкостью 230 мкф, пускового - 150 мкФ. При этом электродвигатель уверенно запускается при небольшой нагрузке на валу. Реверсирование электромотора осуществляют путем переключения фазы на его обмотке тумблером SA1 (рис. 1).

Рис. 3. Электрическая схема пускового устройства для трехфазного электродвигателя мощностью 0,5 кВт.

На рисунке 3 приведена электрическая схема переносного универсального блока для пуска трехфазных электродвигателей мощностью около 0,5 кВт от однофазной сети без реверсирования. При нажатии на кнопку SB1 срабатывает магнитный пускатель КМ1 (тумблер SA1 замкнут) и своей контактной системой КМ1.1, КМ1.2 подсоединяет электродвигатель M1 к сети 220 В. Одновременно третья контактная группа КМ1.3 блокирует кнопку SB1. После полного разгона электродвигателя пусковой конденсатор С1 отключают тумблером SA1. Останавливают электромотор нажатием на кнопку SB2. В устройстве применены магнитный пускатель типа ПМЛ, рассчитанный на переменный ток напряжением 220 В; SB1, SB2 - спаренные кнопки ПКЕ612, SA1-тумблер Т2-1; резисторы: R1 - проволочный ПЭ-20, R2 - МЛТ-2, С1, С2 - конденсаторы МБГЧ на напряжение 400 В (С2 составлен из двух параллельно соединенных конденсаторов по 20 мкФ X 400 В); HL1 - лампа КМ-24 (24 В, 100 мА). M1 - электродвигатель 4А71А4 (АО2-21-4) на 0,55 кВт, 1420 об/мин.

• Пусковое устройство смонтировано в жестяном корпусе размером 170х140х70 мм (рис. 4). На верхней панели расположены кнопки “Пуск” и “Стоп”, сигнальная лампа и тумблер отключения пускового конденсатора. На передней боковой стенке установлен самодельный трехконтактный разъем, изготовленный из трех отрезков медной трубки и круглой электровилки, в которой добавлен третий штифт.

Р и с. 4. Внешний вид пускового устройства: 1 - корпус, 2 - ручка для переноски, 3 - сигнальная лампа, 4 - тумблер отключения пускового конденсатора, 5 - кнопки “Пуск” и “Стоп”, 6 - доработанная электровилка, 7 - панель с гнездами разъема.

Пользоваться тумблером SA1 (рис. 3) не совсем удобно. Поэтому лучше, если пусковой конденсатор будет отключаться автоматически с помощью дополнительного реле К1 (рис. 5) типа МКУ-48. При нажатии на кнопку SB1 оно срабатывает и своей контактной парой К1.1 включает магнитный пускатель КМ1, а К1.2 - пусковой конденсатор Сп. В свою очередь, магнитный пускатель КМ1 самоблокируется с помощью своей контактной системы КМ1.1, а КМ1.2 и КМ1.3 подсоединяют электродвигатель к сети. Кнопку SB1 держат нажатой до полного разгона электромотора, а затем отпускают - реле К1 обесточивается и отключает пусковой конденсатор, который разряжается через резистор R2. В то же время магнитный пускатель КМ1 остается включенным, обеспечивая питание электродвигателя в рабочем режиме. Останавливают электромотор нажатием на кнопку SB2 “Стоп”.

Рис. 5. Электрическая схема пускового устройства с автоматическим отключением конденсатора Сп.

В заключение несколько слов об усовершенствованиях, расширяющих возможности пускового устройства. Конденсаторы Ср и Сп можно сделать составными со ступенями по 10-20 мкФ и подсоединять их многопозиционными переключателями (или двумя-четырьмя тумблерами) в зависимости от параметров запускаемых электродвигателей. Лампу накаливания HL1 с гасящим проволочным резистором рекомендуем заменить на неоновую с дополнительным резистором небольшой мощности; вместо спаренных кнопок ПКЕ612 применить две одиночные любого типа; плавкие предохранители можно заменить автоматическими на соответствующий ток отсечки.

ЗАПУСК ТРЕХФАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ ОТ ОДНОФАЗНОЙ СЕТИ
БЕЗ ПОТЕРИ МОЩНОСТИ

"Радио" №7, 2000г.
С.БИРЮКОВ, г. Москва

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 , 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 .

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/(Uл)=P/380, показанная на рис. 1 цепь L1C1 обеспечит на нагрузке трехфазное напряжение с точным соблюдением сдвига фаз.

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 , 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 , равных 0,85 0,9.

В табл. 2 приведены значения токов Ie1 , IL1 , протекающих через конденсатор С1 и дроссель L1 при различных величинах полной мощности нагрузки, имеющей указанное выше значение
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 и1". 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.

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.

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 [З]. 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.

ЛИТЕРАТУРА
1 Кузинец Л. М., Соколов В. С. Узлы телевизионных приемников - М Радио и связь 1987
2 Сидоров И. Н., Биннатов М. Ф., Васильев Е. А. Устройства электропитания бытовой РЭА - М Радио и связь, 1991
3 Бирюков С. Автоматическая водокачка. - Радио,1998,№ 5,с.45,46.

ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАПУСК ТРЕХФАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ
ОТ ОДНОФАЗНОЙ СЕТИ

А. ДУБРОВСКИЙ, г. Новополоцк Витебской обл., Белоруссия

В домашних "мастерских" радиолюбителей встречаются электромеханические станки и различные приспособления с приводом от трехфазных асинхронных двигателей. Однако в быту трехфазная сеть нередко отсутствует, поэтому для их питания часто применяют фазосдвигающий конденсатор. К сожалению, это приводит к снижению необходимой мощности на валу электро-двигателя и к тому же исключается возможность регулирования частоты вращения. Используя предлагаемое устройство, можно не только питать трехфазный асинхронный электродвигатель от однофазной сети, но и плавно регулировать частоту его вращения.
Регулятор частоты вращения существенно улучшает характеристики трехфазного асинхронного двигателя (ТАД). Описываемое устройство позволяет питать ТАД от однофазной сети практически без потери мощности, регулировать пусковой момент, регулировать в широких пределах частоту вращения как на холостом ходу, так и при нагрузке, а также главное - увеличивать максимальную частоту вращения больше номинальной.
Предлагаемое устройство эксплуатируется с ТАД мощностью 120 Вт и номинальной частотой вращения 3000 об/мин.
Как известно, существует несколько способов регулирования частоты вращения ТАД - изменением питающего напряжения, нагрузки на валу, применением специальной обмотки ротора с регулируемым сопротивлением. Однако наиболее эффективным является частотное регулирование, поскольку оно позволяет сохранить энергетические характеристики и применить наиболее дешевые и надежные электродвигатели с короткозамкнутой обмоткой ротора - "беличьей клеткой".

РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Принципиальная схема регулятора вращения трехфазного асинхронного двигателя приведена на рис. 1. На элементах DD1.1-DD1.3 собран задающий генератор с изменяемой в пределах 30...800 Гц частотой. Регулируют частоту переменным резистором R3. Счетчик DD2, элемент И-НЕ DD1.4 и четыре элемента Исключающее ИЛИ DD3.1-DD3.4 входят в состав формирователя импульсов трехфазной последовательности (ФИТ), который преобразует постоянное напряжение в сигналы прямоугольной формы, сдвинутые по фазе на 120 град. На рис. 2 приведены эпюры напряжения в характерных точках.
На транзисторах 1VT1-1VT6, 2VT1- 2VT6, 3VT1-3VT6 собраны три одинаковых усилителя, по одному на каждую фазу ТАД. На рис. 1 приведена схема только одного усилителя. Схемы остальных точно такие же. Рассмотрим работу одного из них (верхнего по схеме). Когда на выходе элемента DD3.2 появляется высокий уровень, открывается составной транзистор 1VT4, 1VT5, а выходной транзистор 1VT6 закрывается. Кроме того, высокий уровень поступает на вход транзисторной оптопары 1U1, в результате чего на ее выходе устанавливается низкий уровень, который закрывает составной транзистор 1VT1, 1VT2. Выходной транзистор 1VT3 открыт. Для развязки по напряжению транзисторы 1VT1, 1VT2 и 1VT4, 1VT5 питают от разных источников напряжением +10 В, а транзисторы 1VT3, 1VT6 - от источника напряжением +300 В. Диоды 1VD3, 1VD4, 1VD6, 1VD7 служат для более надежного закрывания выходных транзисторов.
Одно из главных условий нормальной работы транзисторов 1VT3 и 1VT6 - они не должны быть одновременно открыты. Для этого на вход составного транзистора 1VT1, 1VT2 управляющее напряжение поступает с выхода оптопары 1U1, что обеспечивает некоторую задержку его переключения (приблизительно 40 мкс). При появлении на входе оптопары высокого уровня начинает заряжаться конденсатор 1С2. Сигнал низкого уровня на входе оптопары не может мгновенно закрыть составной транзистор 1VT4, 1VT5, поскольку конденсатор 1С2, разряжаясь по цепи 1R3, эмиттерные переходы транзисторов, поддерживает его в течение около 140 мкс в открытом состоянии, а транзистор 1VT6 - в закрытом. Время выключения оптопары составляет примерно 100 мкс, поэтому транзистор 1VT3 закрывается раныие, чем транзистор 1VT6 открывается.
Диоды 1VD5, 1VD8 защищают выходные транзисторы от повышения напряжения при коммутации индуктивной нагрузки - обмоток ТАД, а также замыкают ток обмоток, когда напряжение на них изменяет свою полярность (при переключении транзисторов 1VT3, 1VT6). Например, после закрывания транзисторов 1VT3 и 2VT6 ток некоторое время проходит в прежнем направлении - от фазы А к фазе В, замыкаясь через диод 2VD5, источник питания, диод 1VD8, пока не уменьшится до нуля.

Рассмотрим последовательность переключения выходных транзисторов на примере фаз А и В. Когда транзисторы 1VT3 и 2VT6 открыты, ток протекает по цепи: источник +300 В, участок коллектор-эмиттер транзистора 1VT3, обмотки фазы А и фазы В, участок коллектор-эмиттер транзистора 2VT6. Когда эти транзисторы закрываются, a 1VT6 и 2VT3 открываются, ток протекает в противоположном направлении. Таким образом, на фазы А, В и С подаются импульсы напряжения прямоугольной формы со сдвигом по фазе 120 град. (рис. 2). Частота питающего ТАД напряжения определяется частотой переключения этих транзисторов. Благодаря поочередному открыванию транзисторов ток последовательно проходит по обмоткам статора АВ-АС-ВС-ВА-СА-СВ-АВ, что и создает вращающееся магнитное поле. Описанная выше схема построения выходных ступеней - трехфазная мостовая . Ее достоинство заключается в том, что в фазном токе отсутствуют третьи гармонические составляющие.
Блок питания регулятора вырабатывает напряжения +5, +10 и +300 В. Напряжение +5 В, вырабатываемое стабилизатором на стабилитроне VD3 и транзисторе VT1, используется для питания микросхем DD1-DD3. Верхний по схеме составной транзистор каждого усилителя питается от отдельной обмотки сетевого трансформатора Т1 и отдельного мостового выпрямителя (WD1, 2VD1, 3VD1). Нижний составной транзистор всех усилителей - от обмотки II и диодного моста VD2. Для питания выходных транзисторов применен мост VD1 и LC-фильтр C2L1C3. Емкость конденсаторов С2 и СЗ выбирают исходя из мощности ТАД. Она должна быть не менее 20 мкФ при индуктивности дросселя 0,1 Гн.
В регуляторе можно применить постоянные резисторы МЛТ, ОМЛТ, ВС. Конденсатор С1 - любой, например, керамический К10-17-26, С2-С5, 1С1, 2С1, ЗС1 - любые оксидные. Дроссель L1 - самодельный. Его наматывают на Ш-образном магнито-проводе площадью поперечного сечения 4 см2. Обмотка содержит 120 витков провода ПЭВ 0,35. Дроссель можно исключить, но при этом придется увеличить емкость конденсаторов С2 и СЗ до 50 мкФ. Оптопары 1U1, 2U1, 3U1 можно использовать и другие, у которых время задержки включения не более 100 мкс, а напряжение изоляции не менее 400 В.
Основное требование к транзисторам - высокий и примерно одинаковый у всех коэффициент передачи тока (не менее 50). Транзисторы КТ315А могут быть заменимы на транзисторы серий КТ315, КТ312, КТ3102 с любыми буквенными индексами, а транзисторы КТ817А (VT1, 1VT2, 1VT5, 2VT2, 2VT5, 3VT2. 3VT5) - на КТ817 или КТ815 с любыми буквенными индексами. Вместо транзисторов КТ858А можно применить любые мощные с допустимым напряжением коллектор-эмиттер не менее 350 В и коэффициентом передачи тока не менее 50. Их следует установить на теплоот-воды площадью не менее 10 см2 каждый.
Однако при использовании электродвигателей мощностью более 200 Вт потребуются теплоотводы с большей площадью. Если мощность ТАД превышает 300 Вт, вместо выпрямителя КЦ409А необходимо собрать мост из отдельных диодов, рассчитанных на обратное напряжение более 400 В и соответствующий ток. Диоды 1VD5, 1VD8 подойдут любые с допустимым прямым импульсным током не менее 5 А и обратным напряжением не менее 400 В, например, КД226В или КД226Г. Трансформатор - любой мощностью не менее 15 Вт, имеющий четыре раздельные вторичные обмотки по 8...9 В каждая.
При налаживании устройства сначала отключают напряжение +300 В и проверяют наличие всех сигналов в соответствии с рис. 2. Если необходимо, подборкой конденсатора С1 или резистора R2 добиваются изменения частоты на коллекторе транзистора 1VT2 (1VT5) в пределах 5...130 Гц. Затем при отключенном ТАД вместо +300 В подают от внешнего источника напряжение +100... 150 В, замыкают коллектор и эмиттер транзистора 1VT2, коллектор и эмиттер транзистора 1VT5 (чтобы закрыть транзисторы 1VT3 и 1VT6) и измеряют ток в цепи коллектора транзистора 1VT3, который должен быть не более нескольких миллиампер - ток утечки выходных транзисторов.
Далее размыкают коллекторы и эмиттеры вышеуказанных транзисторов и устанавливают резистором R2 максимальную частоту. Подбором конденсатора 1С2 {в сторону увеличения емкости) добиваются минимального значения тока в цепи коллектора транзистора 1VT3. Аналогично налаживают и остальные усилители. После этого подключают к выходу регулятора электродвигатель, обмотки которого соединены звездой. Вместо +300 В подают от внешнего источника напряжение впределах +100... 150 В. Ротор электродвигателя должен начать вращаться. Когда необходимо изменить направление вращения, меняют местами любые две фазы ТАД. Если выходные транзисторы работают в правильном режиме, они остаются длительное время чуть теплыми, в противном случае подбирают сопротивление резисторов 1R6, 1R8, 2R6, 2R8, 3R6, 3R8.

Литература
1. Радин В. И. Электрические машины: Асинхронные машины. - М.: Высшая школа. 1988.
2. Краачик А. Э. Выбор и применение асинхронных двигателей. - М.: Энергоатом издат. 1987.
3. Лопухина Е. М. Асинхронные исполнительные микродвигатели для систем автоматики. - М.: Высшая школа, 1988.

Для работы любого асинхронного двигателя необходимо наличие вращающегося электромагнитного поля. При включении в трехфазную электрическую сеть это условие легко соблюдается: три фазы, сдвинутые относительно друг друга на 120°, создают поле, напряженность которого в пределах пространства статора изменяется именно циклически.

Однако, бытовые сети в подавляющем большинстве однофазные - с напряжением 220 вольт. Создать вращающееся электромагнитное поле в такой сети уже не так просто, поэтому однофазные асинхронные двигатели не так распространены в использовании как их трехфазные аналоги .

Тем не менее, однофазные «асинхронники» довольно успешно применяются в бытовых вентиляторных, насосных и прочих установках. Так как мощность бытовой однофазной сети обычно совсем не велика, а энергетические показатели и характеристики однофазных двигателей в целом существенно отстают от характеристик двигателей трехфазных, то однофазный асинхронный двигатель редко имеет мощность, превышающую один киловатт.

Ротор однофазных асинхронных двигателей выполняется короткозамкнутым, так как в силу маломощности этих машин отсутствует необходимость регулирования по роторной цепи.

Цепь статора представляет собой две обмотки, включаемые в сеть параллельно. Одна из них является рабочей и она обеспечивает работу двигателя в сети 220 вольт, а вторую можно считать вспомогательной, или пусковой.

В цепь второй обмотки включается элемент, обеспечивающий разность токов в обмотках , необходимую для создания вращающегося поля. В подавляющем большинстве случаев этот элемент является конденсатором, но существуют однофазные двигатели, имеющие в своем составе для этих целей индуктивность или резистор.

Конденсаторные электродвигатели конструктивно делятся на следующие двигатели:

1) с пусковым;
2) с пусковым и рабочим;
3) с рабочим конденсатором.

В первом и наиболее распространенном случае дополнительная обмотка и конденсатор включаются в сеть только на время пуска, а по его окончании выводятся из работы.

Реализуется такая схема при помощи реле или просто кнопкой, зажимаемой оператором на время пуска. В случае с рабочим конденсатором он вместе со своей обмоткой постоянно включен в цепь.

Электрические машины с пусковым конденсатором имеют хороший пусковой момент при небольших бросках тока во время пуска. Однако, во время работы в номинальном режиме показатели таких двигателей резко снижаются из-за того, что поле одной рабочей обмотки является не круговым, а эллиптическим.

Двигатели с рабочим конденсатором, напротив, обеспечивают хорошие рабочие номинальные параметры при посредственных пусковых. Двигатели, имеющие в конструкции пусковой и рабочий конденсатор, являются компромиссом между двумя предыдущими решениями и имеют средние показатели, как во время пуска, так и во время работы.

В целом, схемам с пусковым конденсатором отдается предпочтение при тяжелом пуске, а схемам с рабочим конденсатором – если нет потребности в хорошем пусковом моменте.

Стоит отметить, что при подключении однофазного двигателя, у пользователя почти всегда есть выбор, какой из схем отдать предпочтение, поскольку все выводы двигателя: от конденсатора, от вспомогательной обмотки и от главной обмотки собираются в клеммной коробке (барно).

При отсутствии конденсатора, или при необходимости переделать схему можно подобрать рабочий конденсатор из расчета 0,7-0,8 мкФ на киловатт мощности, а пусковой – в 2,5 раза больше.

Определить рабочую и пусковую обмотку статора в коробке можно по сечению проводов: у пусковой оно будет меньше. Зачастую, пусковая и рабочая обмотка соединяются прямо в корпусе двигателя и выводятся наружу одним общим выводом.

Возможность осуществления реверсирования при управлении такой электрической машины не представляется возможной, поскольку нельзя поменять местами концы пусковой обмотки.

А определить, какой из трех силовых выводов является общим, какой пусковым и какой рабочим, можно, только, прозвонив их относительно друг друга. Наибольшое сопротивление будет между пусковым и рабочим выводом, а сопротивление между общим и пусковым выводом будет больше сопротивления между рабочим и общим выводом.

Асинхронные трехфазные двигатели распространены в производстве и быту. Особенность заключается в том, что подсоединить их можно как к трехфазной, так и однофазной сети. В случае с однофазными моторами это невозможно: они работают только при питании от 220В. А какие существуют способы подключения двигателя 380 Вольт? Рассмотрим, как соединять статорные намотки в зависимости от количества фаз в электросети с использованием иллюстраций и обучающего видео.

Различают две базовые схемы (видео и схемы в следующем подразделе статьи):

• треугольник,
• звезда.

Преимущество соединения треугольником – работа на максимальной мощности. Но при включении электродвигателя в намотках продуцируются высокие пусковые токи, опасные для техники. При подключении звездой пуск мотора плавный, поскольку токи при нем низкие. Но достичь максимальной мощности при этом не получится.

В связи с вышесказанным двигатели при питании от 380 Вольт соединяют только звездой. Иначе высокий вольтаж при включении треугольником способен развить такие пусковые токи, что агрегат выйдет из строя. Но при высокой нагрузке выдаваемой мощности может не хватать. Тогда прибегают к хитрости: запускают двигатель звездой для безопасного включения, а затем переключаются с этой схемы на треугольник для набора высокой мощности.

Треугольник и звезда

Перед тем, как рассмотрим эти схемы, условимся:

• У статора есть 3 обмотки, у каждой из которых – по 1 началу и по 1 концу. Они выведены наружу в виде контактов. Поэтому для каждой намотки их 2. Будем обозначать: обмотка – О, конец – К, начало – Н. На схеме ниже 6 контактов, пронумерованных от 1 до 6. Для первой обмотки начало – 1, конец – 4. Согласно принятым обозначениям это НО1 и КО4. Для второй обмотки – НО2 и КО5, для третьей – НО3 и КО6.
• В электросети 380 Вольт 3 фазы: A, B и C. Их условные обозначения оставим прежними.

При соединении обмоток электродвигателя звездой сначала соединяют все начала: НО1, НО2 и НО3. Тогда к КО4, КО5 и КО6 соответственно подают питание от A, B и C.

При подключении асинхронного электродвигателя треугольником каждое начало соединяют с концом намотки последовательно. Выбор порядка номеров обмоток произвольный. Может получиться: НО1-КО5-НО2-КО6-НО3-КО2 .

Соединения звездой и треугольником выглядят так: