Трифазний двигун в однофазної мережі. Схема підключення трифазного двигуна

Бувають у житті ситуації, коли потрібно включити якесь промислове обладнання в звичайну домашню мережу електроживлення. Тут же виникає проблема з числом проводів. У машин, призначених для експлуатації на підприємствах, висновків, як правило, три, а буває і чотири. Що з ними робити, куди їх підключати? Ті, хто намагався випробувати різні варіанти, переконалися, що мотори просто так крутитися не хочуть. Чи можливо взагалі однофазне підключення трифазного двигуна? Так, домогтися обертання можна. На жаль, в цьому випадку неминуче падіння потужності майже вдвічі, але в деяких ситуаціях це - єдиний вихід.

Напруги трифазної мережі і їх співвідношення

Для того щоб зрозуміти, як підключити трифазний двигун до звичайної розетки, слід розібратися, як співвідносяться напруги в промисловій мережі. Загальновідомі величини напруг - 220 і 380 Вольт. Раніше ще було 127 В, але в п'ятдесяті роки від цього параметра відмовилися на користь більш високого. Звідки взялися ці «чарівні цифри»? Чому не 100, або 200, або 300? Начебто круглі цифри вважати легше.

Велика частина промислового електрообладнання розрахована на підключення до трифазної мережі змінного струму. Напруга кожної з фаз по відношенню до нейтрального проводу становить 220 Вольт, зовсім як в домашній розетці. Звідки ж беруться 380 В? Це дуже просто, достатньо розглянути рівнобедрений трикутник з кутами в 60, 30 і 30 градусів, який являє собою векторна діаграма напруг. Довжина найдовшою боку буде дорівнює довжині стегна, помноженої на cos 30 °. Після нехитрих підрахунків можна переконатися, що 220 х cos 30 ° = 380.

Пристрій трифазного двигуна

Не всі типи промислових двигунів можуть працювати від однієї фази. Найпоширеніші з них - «робочі конячки», які складають більшість електромашин на будь-якому підприємстві - асинхронні машини потужністю в 1 - 1,5 кВА. Як працює такий трифазний двигун в трифазній мережі, для якої він призначений?

Винахідником цього революційного пристрою став російський вчений Михайло Осипович Доліво-Добровольський. Цей видатний електротехнік був прихильником теорії трифазної живильної мережі, яка в наш час стала головною. Асинхронний двигун трифазний працює за принципом індукції струмів від обмоток статора на замкнуті провідники ротора. В результаті їх протікання по короткозамкненим обмоткам в кожній з них виникає магнітне поле, вступає у взаємодію з силовими лініями статора. Так виходить обертаючий момент, що приводить до кругового руху осі двигуна.

Обмотки розташовані під кутом 120 °, таким чином, обертове поле, створюване кожної з фаз, послідовно штовхає кожну намагнічувалося сторону ротора.

Трикутник або зірка?

Трифазний двигун в трифазній мережі може включатися двома способами - за участю нейтрального проводу або без нього. Перший спосіб називається «зірка», в цьому випадку кожна з обмоток перебуває під фазною напругою (між фазою і нулем), рівним в наших умовах 220 В. Схема підключення трифазного двигуна «трикутником» передбачає послідовне з'єднання трьох обмоток і подачу лінійного (380 В) напруги на вузли комутації. У другому випадку двигун видаватиме більшу приблизно в півтора рази потужність.

Як включити мотор у зворотному напрямку?

Управління трифазним двигуном може припускати необхідність зміни напрямку обертання на протилежне, тобто реверс. Щоб цього досягти, потрібно просто поміняти місцями два дроти з трьох.

Для зручності зміни схеми в клемної коробки двигуна передбачені перемички, виконані, як правило, з міді. Для включення «зіркою» ніжно з'єднати три вихідних дроти обмоток разом. «Трикутник» виходить трохи складніше, але і з ним впорається будь електрик середньої кваліфікації.

Фазозсувні ємності

Отже, часом виникає питання про те, як підключити трифазний двигун в звичайну домашню розетку. Якщо просто спробувати під'єднати до вилці два дроти, він обертатися не стане. Для того щоб справа пішла, потрібно зімітувати фазу, зсунувши подаване напруга на якийсь кут (бажано 120 °). Домогтися цього ефекту можна, якщо застосувати фазосдвігающій елемент. Теоретично це може бути і індуктивність, і навіть опір, але найчастіше трифазний двигун в однофазної мережі включається з використанням електричних ємностей (конденсаторів), що позначаються на схемах латинською літерою С.

Що стосується застосувань дроселів, то воно утруднено через складності визначення їх значення (якщо воно не вказано на корпусі приладу). Для виміру величини L потрібен спеціальний прилад або зібрана для цього схема. До того ж вибір доступних дроселів, як правило, обмежений. Втім, експериментально будь фазосдвігающій елемент підібрати можна, але це справа клопітка.

Що відбувається при включенні двигуна? На одну з точок з'єднання подається нуль, на іншу - фаза, а на третю - якесь напруження, зрушене на деякий кут щодо фази. Зрозуміло й неспеціалісту, що робота двигуна не буде повноцінною відносно механічної потужності на валу, але в деяких випадках достатньо самого факту обертання. Проте вже при запуску можуть виникати деякі проблеми, наприклад, відсутність початкового моменту, здатного зрушити ротор з місця. Що робити в цьому випадку?

Пусковий конденсатор

У момент пуску валу потрібні додаткові зусилля для подолання сил інерції і тертя спокою. Щоб збільшити момент обертання, слід встановити додатковий конденсатор, що підключається до схеми тільки в момент старту, а потім відключається. Для цих цілей кращим варіантом є застосування замикає кнопки без фіксації положення. Схема підключення трифазного двигуна зі стартовим конденсатором наведена нижче, вона проста і зрозуміла. У момент подачі напруги слід натиснути на кнопку «Пуск», і пусковий конденсатор створить додаткового зсув фази. Після того як двигун розкрутиться до потрібних оборотів, кнопку можна (і навіть потрібно) відпустити, і в схемі залишиться тільки робоча ємність.

Розрахунок величини ємностей

Отже, ми з'ясували, що для того, щоб включити трифазний двигун в однофазної мережі, потрібна додаткова схема підключення, в яку, крім пускової кнопки, входять два конденсатора. Їх величину потрібно знати, інакше працювати система не буде. Для початку визначимо величину електричної ємності, необхідну для того, щоб змусити ротор рушити з місця. При паралельному включенні вона являє собою суму:

С = С ст + Ср, де:

З ст - стартова додаткова відключається після розбігу ємність;

З р - робочий конденсатор, що забезпечує обертання.

Ще нам буде потрібно величина номінального струму I н (вона вказана на табличці, прикріпленій до двигуна на заводі-виробнику). Цей параметр також можна визначити за допомогою нехитрої формули:

I н = P / (3 х U), де:

U - напруга, при підключенні «зіркою» - 220 В, а якщо «трикутник», то 380 В;

P - потужність трифазного двигуна, її іноді у випадку втрати таблички визначають на око.

Отже, залежно необхідної робочої потужності обчислюються за формулами:

З р = Ср = 2800 I н / U - для «зірки»;

З р = 4800 I н / U - для «трикутника»;

Пусковий конденсатор повинен бути більше робочого в 2-3 рази. Одиниця виміру - мікрофарад.

Є і зовсім вже простий спосіб обчислення ємності: C = P / 10, але ця формула скоріше дає порядок цифри, чому її значення. Втім, повозитися в будь-якому випадку доведеться.

Чому потрібна підгонка

Метод розрахунку, наведений вище, є приблизними. По-перше, номінальне значення, вказане на корпусі електричної ємності, може істотно відрізнятися від фактичного. По-друге, паперові конденсатори (взагалі кажучи, річ недешева) часто використовуються вживані, і вони, як всякі інші предмети, схильні до старіння, що призводить до ще більшого відхилення від зазначеного параметра. По-третє, струм, який буде споживатися двигуном, залежить від величини механічного навантаження на валу, а тому оцінити його можна тільки експериментально. Як це зробити?

Тут потрібно трохи терпіння. У результаті може вийти досить об'ємний набір конденсаторів, з'єднаних паралельно і послідовно. Головне - після закінчення роботи все гарненько закріпити, щоб не відвалювалися припаяні кінці від вібрацій, що виходять від мотора. А потім не зайвим буде ще раз проаналізувати результат і, можливо, спростити конструкцію.

Складання батареї ємностей

Якщо в розпорядженні у майстра немає спеціальних електролітичних кліщів, що дозволяє заміряти струм без розмикання кіл, то слід підключити амперметр послідовно до кожного проводу, який входить до трифазний двигун. У однофазної мережі буде протікати сумарне значення, а підбором конденсаторів слід прагнути до найбільш рівномірному завантаженні обмоток. При цьому слід пам'ятати про те, що при послідовному підключенні загальна ємність зменшується за законом:

1 / С = 1 / С1 + 1 / С2 ... і так далі, а при паралельному - навпаки, складається.

Також необхідно не забувати і про такий важливий параметр, як напруга, на яке розрахований конденсатор. Воно повинно бути не менше номінального значення мережі, а краще з запасом.

Розрядний резистор

Схема трифазного двигуна, включеного між однією фазою і нейтральним дротом, іноді доповнюється опором. Воно служить для того, щоб на стартовому конденсаторі не накопичує заряд, що залишається після того, як машина вже вимкнена. Ця енергія може викликати електричний удар, не небезпечний, але вкрай неприємний. Для того щоб убезпечити себе, слід паралельно з пускової ємністю з'єднати резистор (у електриків це називається «зашунтувати»). Величина його опору велика - від половини Мегом до Мегом, а за розмірами він невеликий, тому досить і полуваттной потужності. Втім, якщо користувач не боїться бути «вщипнути», то без цієї деталі цілком можна і обійтися.

Використання електролітів

Як вже зазначалося, плівкові або паперові електричні ємності дорогі, і прибрести їх не так просто, як хотілося б. Можна зробити однофазне підключення трифазного двигуна з використанням недорогих і доступних електролітичних конденсаторів. При цьому зовсім вже дешевими вони теж не будуть, так як повинні витримувати 300 Вольт постійного струму. Для безпеки їх слід зашунтувати напівпровідниковими діодами (Д 245 або Д 248, наприклад), але незайвим буде пам'ятати про те, що при пробитті цих приладів змінну напругу потрапить на електроліт, і він спершу сильно нагріється, а потім вибухне, голосно і ефектно. Тому без крайньої необхідності краще все ж використовувати конденсатори паперового типу, що працюють під напругою хоч постійним, хоч змінним. Деякі майстри цілком допускають застосування електролітів у пускових ланцюгах. В силу короткочасного впливу на них змінної напруги, вони можуть і не встигнути вибухнути. Краще не експериментувати.

Якщо немає конденсаторів

Де звичайні громадяни, що не мають доступу до користуються попитом електричним та електронним деталям, їх купують? На барахолках і «блошиних ринках». Там вони лежать, дбайливо випаяному чиїмись (зазвичай літніми) руками зі старих пральних машин, телевізорів та іншої вийшла з ужитку і ладу побутової та промислової техніки. Просять за ці вироби радянського виробництва чимало: продавці знають, що якщо деталь потрібна, то її куплять, а якщо ні - і даром не візьмуть. Буває, що якраз найнеобхіднішого (в даному випадку конденсатора) якраз і немає. І що ж робити? Не біда! Зійдуть і резистори, тільки потрібні потужні, бажано керамічні та оскловані. Звичайно, ідеальний опір (активне) фазу не зрушується, але в цьому світі нічого немає ідеального, і в нашому випадку це добре. Кожне фізичне тіло володіє власною індуктивністю, електричною потужністю і резистивний, будь воно крихітної порошиною або величезною горою. Включення трифазного двигуна в розетку стає можливим, якщо на вищенаведених схемах замінити конденсатор опором, номінал якого обчислюється за формулою:

R = (0,86 x U) / kI, де:

kI - величина струму при трифазному підключенні, А;

U - наші вірні 220 Вольт.

Які двигуни підійдуть?

Перед тим як купувати за чималі гроші мотор, який дбайливий господар збирається використовувати в якості приводу для точильного круга, циркулярної пили, свердлильного верстата або іншого якого-небудь корисного домашнього пристрою, не завадить подумати про його застосовності для цих цілей. Не кожен трифазний двигун в однофазної мережі взагалі зможе працювати. Наприклад, серію МА (у нього короткозамкнений ротор з подвійною кліткою) слід виключити, щоб не довелося тягти додому чималий і даремний вагу. Взагалі, найкраще спочатку поекспериментувати або запросити досвідченого людини, електромеханіка, наприклад, і порадитися з ним перед покупкою. Цілком підійде асинхронний двигун трифазний серії УАД, АПН, АО2, АТ і, звичайно ж, А. Ці індекси вказані на заводських табличках.