Схемы подключения трехфазного электродвигателя. Принцип работы асинхронного двигателя со схемами подключения. Двигатель с магнитным пускателем

Трёхфазные электродвигатели получили большое распространение как в промышленном использовании, так и в личных целях благодаря тому что они значительно эффективнее двигателей для обычной двухфазной сети.

Трехфазный асинхронный двигатель представляет собой устройство, состоящее из двух частей: статора и ротора, которые разделены воздушным зазором и не имеют никакой механической связи друг с другом.

На статоре расположены три обмотки, намотанные на специальном магнитопроводе, который набран из пластин специальной электротехнической стали. Обмотки намотаны в пазах статора и расположены под углом в 120 градусов друг к другу.

Ротор представляет собой конструкцию, опирающуюся на подшипники, имеющую крыльчатку для вентиляции. В целях электропривода ротор может иметь прямую связь с механизмом либо через редукторы или другие системы передачи механической энергии. Роторы в асинхронных машинах могут быть двух видов:

• Короткозамкнутый ротор, который представляет собой систему проводников соединенных с торцов кольцами. Образуется пространственная конструкция, напоминающая беличье колесо. В роторе индуцируются токи, создающее свое поле, взаимодействующее с магнитным полем статора. Это и приводит в движение ротор.

• Массивный ротор – это цельная конструкция из ферромагнитного сплава, в которой одновременно индуцируются токи и являющаяся магнитопроводом. Благодаря возникновению в массивном роторе вихревых токов идет взаимодействие магнитных полей, которое и является движущей силой ротора.

Главной движущей силой в трехфазном асинхронном двигателе является вращающееся магнитное поле, которое возникает, во-первых, благодаря трехфазному напряжению, а, во-вторых, взаимному расположению обмоток статора. Под его воздействием в роторе возникают токи, создающее поле, которое взаимодействует с полем статора.

Асинхронным двигатель называют из-за того, что частота вращения ротора отстает от частоты вращения магнитного поля, ротор постоянно пытается «догнать» поле, но его частота всегда меньше.

• Простота конструкции, которая достигается за счет отсутствия коллекторных групп, имеющие быстрый износ и создающие дополнительное трение.

• Для питания асинхронного двигателя не требуется дополнительных преобразований, он может питаться прямо из промышленной трехфазной сети.

• За счет сравнительно небольшого количества деталей асинхронные двигатели очень надежны, имеют долгий срок эксплуатации, просты в техническом обслуживании и ремонте.

Конечно, трехфазные машины не лишены недостатков

• Асинхронные электродвигатели имеют чрезвычайно малый пусковой момент, что ограничивает сферу их применения.

• При запуске эти двигатели потребляют большие токи при пуске, которые могут превышать допустимые в конкретной системе электроснабжения.

• Асинхронные двигатели потребляют немалую реактивную мощность, которая не приводит к увеличению механической мощности двигателя.

Различные схемы подключения асинхронных двигателей к сети 380 вольт

Для того чтобы заставить работать двигатель существует несколько различных схем подключения, наиболее используемые среди них — звезда и треугольник.

Как правильно подключить трехфазный двигатель «звездой»

Такой способ подключения применяется в основном в трехфазных сетях с линейным напряжением 380 вольт. Концы всех обмоток: C4, C5, C6 (U2, V2, W2), - соединяются в одной точке. К началам обмоток: C1, C2, C3 (U1, V1, W1), — через аппаратуру коммутации подключаются фазные проводники A, B, C (L1, L2, L3). При этом напряжение между началами обмоток будет 380 вольт, а между местом подключения фазного проводника и местом соединения обмоток буде составлять 220 вольт.

На табличке электродвигателя указывается возможность подключения по способу «звезда» в виде символа Y, а также может указываться и можно ли подключить по другой схеме. Соединение по такой схеме может быть с нейтралью, которая подключается к точке соединения всех обмоток.

Такой подход позволяет эффективно защитить электродвигатель от перегрузок при помощи четырехполюсного автоматического выключателя.

Соединение «звездой» не позволяет электродвигателю, приспособленному для сетей 380 вольт развить полную мощность в силу того, что на каждой отдельной обмотке будет напряжение в 220 вольт. Однако, такое соединение позволяет не допустить перегрузки по току, старт электродвигателя происходит плавно.

В клеммной коробке будет сразу видно, когда электродвигатель соединен по схеме «звезда». Если есть перемычка между тремя выводами обмоток, то это однозначно говорит о том, что применяется именно эта схема. В любых других случаях применяется другая схема.

Выполняем соединение по схеме «треугольник»

Для того чтобы трехфазный двигатель мог развить свою максимальную паспортную мощность используют подключение, которое получило название «треугольник». При этом конец каждой обмотки соединяют с началом последующей, что в действительности образует на принципиальной схеме треугольник.

Выводы обмоток соединяют следующим образом: C4 соединяют с C2, С5 с C3, а С6 с C1. При новой маркировке это выглядит так: U2 соединяется с V1, V2 с W1, а W2 cU1.

В трехфазных сетях между выводами обмоток будет линейное напряжение 380 вольт, а соединение с нейтралью (рабочим нулем) не требуется. Такая схема имеет особенность еще и в том, что возникают большие пусковые токи, которые может не выдержать проводка.

На практике иногда применяют комбинированное подключение, когда на этапе запуска и разгона используется подключение «звездой», а в рабочем режиме специальные контакторы переключают обмотки на схему «треугольник».

В клеммной коробке подключение треугольником определяется наличием трех перемычек между клеммами обмоток. На табличке двигателя возможность подключения треугольником обозначается символом Δ, а также может указываться мощность, развиваемая при схеме «звезда» и «треугольник».

Трехфазные асинхронные двигатели занимают значительную часть среди потребителей электроэнергии благодаря своим очевидным достоинствам.

Наглядное и простое объяснение принципа работы в видео

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.

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.

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:

Собираемся рассмотреть, как производится подключение трехфазного двигателя к однофазной сети, дать рекомендации по управлению агрегатом. Чаще люди хотят варьировать скорость вращения или направление. Как это сделать? Описывали размыто ранее, как подключить трехфазный двигатель на 230 вольт, теперь озаботимся деталями.

Стандартная схема включения трехфазного двигателя в однофазную сеть

Процесс подключения трехфазного двигателя к напряжению 230 вольт прост. Обычно ветка несет синусоиду, разница составляет 120 градусов. Формируется фазовый сдвиг, равномерный, обеспечивает плавность вращения электромагнитного поля статора. Действующее значение каждой волны составляет 230 вольт. Это позволит подключить трехфазный двигатель к домашней розетке. Фокус цирковой: получить три синусоиды, используя одну. Сдвиг фаз равен 120 градусов.

На практике означенное сделать можно, заручившись помощью специальных приборов фазовращателей. Не тех, что используются высокочастотными трактами волноводов, а специальных фильтров, сформированных пассивными, реже активными элементами. Любители заморочкам предпочитают применение заправского конденсатора. Если обмотки двигателя соединить треугольником, сформировав единое кольцо, получим сдвиги фаз 45 и 90 градусов, хватает худо-бедно для неуверенной работы вала:

Схема подключения трехфазного двигателя коммутацией обмоток треугольником

1. На одну обмотку подается фаза розетки. Провода цепляют разницу потенциалов.
2. Вторая обмотка запитывается конденсатором. Формируется сдвиг фаз 90 градусов относительно первой.
3. На третьей за счет приложенных напряжений образуется слабо похожее на синусоиду колебание со сдвигом еще на 90 градусов.

Итого, третья обмотка отстоит от первой по фазе на 180 градусов. Показывает практика, расклада хватает нормально работать. Разумеется, двигатель иногда «залипает», сильно греется, мощность падает, хромает КПД. Пользователи мирятся, когда подключение асинхронного двигателя к трехфазной сети исключено.

Из чисто технических нюансов добавим: схема правильной раскладки проводов приводится на корпусе прибора. Чаще украшает внутреннюю сторону кожуха, скрывающего колодку, либо вычерчена неподалеку на шильдике. Руководствуясь схемой, поймем, как подключить электродвигатель с 6 проводами (по паре на каждую обмотку). Когда сеть трёхфазная (часто называют 380 вольт), обмотки соединяются звездой. Образуется одна общая катушкам точка, куда стыкуется нейтраль (условный схемный электрический нуль). На прочие концы подаются фазы. Получается три — по числу обмоток.

Как обращаться с треугольником для подключения трехфазного двигателя на 230 вольт, понятно. Дополнительно приводим рисунок, изображающий:

• Схему электрического соединения обмоток.
• Рабочий конденсатор, служащий цели создания правильного распределения фаз.
• Пусковой конденсатор, облегчающий раскрутку вала на начальных оборотах. В последующем отключается от схемы кнопкой, разряжается шунтирующим резистором (для безопасности и пребывания в готовности к новому циклу пуска).

Подключение трехфазного двигателя 230 вольт треугольником

Картинка показывает: обмотка А находится под напряжением 230 вольт. На С подается со сдвигом фаз 90 градусов. Благодаря разности потенциалов, концы обмотки В формируют напряжение, сдвинутое на 90 градусов. Очертания далеки привычной школьным физикам синусоиде. Опущены в целях упрощения пусковой конденсатор, шунтирующий резистор. Считаем, расположение очевидно из сказанного выше. Подобная методика худо-бедно позволит добиться от двигателя нормальной работы. Клавишей пусковой конденсатор замыкается, осуществляя пуск, отключается от фазы, разряжается шунтом.

Пришло время сказать: емкость, обозначенная чертежом 100 мкФ, практически выбирается, учитывая:

1. Частоты вращения вала.
2. Мощность двигателя.
3. Нагрузки, ложащиеся на ротор.

Подбирать нужно конденсатор экспериментальным путем. Согласно нашему рисунку, напряжение обмоток В и С будет одинаковым. Напоминаем: тестер показывает действующее значение. Фазы напряжения будут различны, форма сигнала обмотки В несинусоидальная. Действующее значение показывает: в плечи отдается одинаковая мощность. Обеспечивается боле менее стабильная работа установки. Мотор меньше греется, оптимизируется КПД двигателя. Каждая обмотка сформирована индуктивным сопротивлением, которое также накладывает отпечаток на сдвиг фаз между напряжением и током. Вот почему важно подобрать правильное значение емкости. Можно добиться идеальных условий работы двигателя.

Заставить двигатель крутиться в обратном направлении

Три фазы напряжения 380 вольт

При подключении на три фазы смена направления вращения вала обеспечивается правильной коммутацией сигнала. Применяются специальные контакторы (три штуки). 1 на каждую фазу. В нашем случае коммутации подлежит всего одна цепь. Причем (руководствуясь утверждениями гуру) достаточно обменять местами любые два провода. Будь то питание, место стыковки конденсатора. Проверим правило прежде выдачи напутствия читателям. Результаты демонстрирует второй рисунок, схематично приводящий эпюры, показывающие распределение фаз указанного случая.

Изготавливая эпюры, предполагали: обмотка С соединена последовательно конденсатору, дающему напряжению положительный прирост фазы. Согласно векторной диаграмме, для сохранения баланса на обмотке С должен быть отрицательный знак относительно основного напряжения. С другой стороны конденсатор, катушка В соединены параллельно. Одна ветвь обеспечивают напряжению положительный прирост (конденсатор), другая – току. Сродни параллельному колебательному контуру, токи ветвей текут практически в противоположную сторону. Учитывая сказанное, приняли закон изменения синусоиды противофазно относительно обмотки С.

Эпюры показывают: максимумы, согласно схеме, обходят обмотки против часовой стрелки. Прошлым обзором показывали аналогичным контекстом: вращение идет иным направлением. Получается, действительно при смене полярности питания вал вращается в противоположную сторону. Не будем рисовать распределение магнитных полей, считаем излишним повторяться.

Точнее подобные вещи позволят просчитывать специальные компьютерные программы. Объяснение дали на пальцах. Получилось, что практики правы: поменяв полярность питания, направление движения вала обратим противоположно. Наверняка аналогичное утверждение годится случаю включения конденсатора ветвью другой обмотки. Жаждущим подробных графиков рекомендуем изучать специализированные программные пакеты наподобие бесплатной Electronics Workbench. В приложении проставите угодное число контрольных точек, отследите законы изменения токов, напряжений. Любителям поиздеваться над своим мозгом будет возможность просмотра спектра сигналов.

Потрудитесь правильно задать индуктивности обмоток. Разумеется, влияние вносит нагрузка, препятствующая запуску. Учесть потери подобными программами сложно. Практики рекомендуют избегать заострять внимание указанной точилкой, подбирать номиналы конденсаторов (эмпирическим) опытным путем. Таким образом, точная схема подключения трехфазного двигателя определена конструкцией, предполагаемым целевым назначением. Допустим, токарный станок будет отличаться от хлеборушки развивающимися нагрузками.

Пусковой конденсатор трехфазного двигателя

Чаще подключение трехфазного двигателя к однофазной сети нужно вести с участием пускового конденсатора. Особенно аспект касается мощных моделей, моторов под значительной нагрузкой на старте. В этом случае увеличивается собственное реактивное сопротивление, которое придется компенсировать при помощи емкостей. Проще подобрать опять же экспериментально. Нужно собрать стенд, на котором имеется возможность «на горячую» включать, исключать из цепи отдельные емкости.

Избегайте помогать двигателю запуститься рукой, как демонстрируют «бывалые» мастера. Просто найдите значение батареи, при котором вал бодро вращается, по мере раскрутки начинайте исключать из цепи конденсаторы один за другим. Пока останется такой набор, ниже которого двигатель не вращается. Отобранные элементы образуют пусковую емкость. А правильность своего выбора нужно контролировать при помощи тестера: напряжение в плечах обмоток со сдвинутой фазой (в нашем случае С и В) должно быть одинаковым. Это значит, что отдается примерно равная мощность.

Трехфазный двигатель с пусковым конденсатором

Что касается оценок и прикидок, емкость батарей растет с увеличением мощности, оборотов. А если говорить о нагрузке, большое влияние оказывает на старте. Когда вал раскрутится, в большинстве случаев малые препятствия преодолеваются за счёт инерции. Чем массивнее вал, тем выше шанс, что двигатель не «заметит» возникшего затруднения.

Обратите внимание, что подключение асинхронного двигателя обычно ведется через защитный автомат. Устройство, которое остановит вращение при превышении током некоторого значения. Это не только уберегает пробки местной сети от выгорания, но и спасет обмотки двигателя при заклинивании вала. В этом случае ток резко повысится, и работа устройства прекратится. Небесполезен автомат защиты и при подборе нужного номинала емкости. Очевидцы утверждают, что если подключение 3-фазного двигателя в однофазную сеть ведется через слишком слабые конденсаторы, то нагрузка резко возрастает. В случае наличия мощного мотора это очень важно, потому что даже в нормальном режиме потребление превышает номинальное в 3-4 раза.

И пара слов о том, как оценить заранее пусковой ток. Допустим, нужно подключить асинхронный двигатель на 230 мощностью 4 кВт. Но это для трех фаз. В случае штатной проводки ток по каждой из них течет отдельно. У нас же все это будет складываться. Поэтому смело делим мощность на напряжение сети и получаем 18 А. Понятно, что без нагрузки подобный ток вряд ли будет расходоваться, но для стабильной работы двигателя на полную катушку нужен защитный автомат потрясающей мощности. Что касается простого тестового запуска, то вполне сгодится устройство ампер на 16. И даже есть шанс, что старт пройдет без эксцессов.

Надеемся, читатели теперь знают, как подключить трехфазный двигатель в домашнюю сеть на 230 вольт. Осталось к этому добавить, что возможности стандартной квартиры не превышают с точки зрения отдачи мощности потребителю значения порядка 5 кВт. Это значит, описанный выше двигатель дома попросту включать опасно. Обратите внимание, что даже болгарки редко бывают мощнее 2 кВт. При этом двигатель оптимизирован для работы в однофазной сети 220 вольт. Проще говоря, слишком мощные устройства не только вызовут моргание света, но скорее всего, спровоцируют возникновение других нештатных ситуаций. В лучшем случае выбьет пробки, в худшем – случится возгорание проводки.

На этом говорим «до свидания» и хотим заметить: знание теории иной раз полезно практикам. Особенно если дело касается мощной техники, способной причинить немалый вред.

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.

Расчет емкости рабочего и пускового конденсатора

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