Добавлено 12 декабря 2014 года в 15:32, Пт
Очень часто, использование неприхотливых в эксплуатации и простых в обслуживании трехфазных асинхронных электродвигателей, в бытовых условиях бывает серьезно ограничено имеющимся напряжением питания. Далеко не всегда есть возможность подключения двигателя к трехфазной сети — нередко, в наличии имеется лишь питающее напряжение 220 В.
Предложенный ставшим уже “классическим” способ пуска “асинхронника” с использованием фазосдвигающего конденсатора отличается относительной простотой и невысокой стоимостью его реализации. Правда, следует учесть, что двигатель при таком подключении, сохраняя заявленную частоту вращения, существенно теряет в мощности; в лучшем случае (при соединении его статорных обмоток “треугольником”), потери составят 30-40%.
Определить схему соединения обмоток можно по данным на шильдике — металлической бирке на корпусе электродвигателя. Надпись 220/380 означает, что соединение может быть выполнено как по схеме “звезда”, так и “треугольник”. В этом случае, все 6 концов обмоток выведены в клеммную коробку.
Выведенные в коробку 3 конца, свидетельствую о том, что статорные обмотки скоммутированы по схеме “звезда” внутри двигателя. Соединить их “треугольником” более затруднительно: для этого потребуется разобрать двигатель, найти это соединение и, разорвав его, вывести (предварительно “нарастив”) оставшиеся 3 конца в коробку, где и соединить “треугольником” (при этом, важно не перепутать “начала” и ”концы” обмоток).
Использование двух конденсаторов в схеме связано с тем, что для пуска двигателя во время его разгона необходима намного большая емкость, чем по окончании пуска, в его рабочем состоянии. Буквенные обозначения Cр и Cп в данной схеме — рабочий и пусковой конденсаторы. Для нормального пуска, емкость пускового конденсатора должна превышать емкость рабочего приблизительно в 2-3 раза.
Выбор и расчет емкости конденсаторов. Использовать следует конденсаторы МБГО, МБГЧ, МБПГ с Uраб = 500 В. Необходимая емкость определяется, прежде всего, мощностью двигателя; чем он мощнее, тем пусковой и рабочий конденсаторы должны иметь большую емкость.
Для электродвигателей, обмотки которых соединены “звездой” емкость рабочего конденсатора определяется формулой:
При соединении обмоток треугольником, формула для расчета емкости имеет следующий вид:
где I — ток потребления двигателя (А), U — сетевое напряжение (В).
Результат расчета, помноженный на 2,5-3 составит нужную емкость пускового конденсатора — Cп. Данным способом можно добиться относительно неплохой точности результатов, для его упрощения предлагаем воспользоваться нашим калькулятором расчета емкости конденсаторов.
На практике, чаще всего, емкость определяют из расчета 7 мкФ на 100 Вт мощности двигателя. Это более простой способ найти емкость рабочего конденсатора, но менее точный. При эксплуатации электродвигателя в малонагруженном режиме или, преимущественно, вхолостую, емкость рабочего конденсатора может быть снижена.
Трёхфазные электродвигатели асинхронного типа с короткозамкнутым ротором доминируют над однофазными и двухфазными собратьями в применении, т.к. имеют более высокую эффективность, а также включаются в сеть без помощи пусковых устройств. По номинальному питанию отечественные электродвигатели делятся на два типа: напряжением 220 / 380 и 127 / 220 Вольт. Последний тип электромоторов небольшой мощности применяется значительно реже.
В шильдике, размещенном на корпусе электродвигателя, обозначена необходимая информация — напряжение питания, мощность, ток потребления, КПД, возможные варианты включения и коэффицент мощности, количество оборотов.
Схемы подключения ЗВЕЗДА и ТРЕУГОЛЬНИК
Производители предлагают трехфазные электродвигатели как с возможностью изменять схему подключения, так и без таковой.
Более раннему обозначению выводов обмоток С1 — С6 соответствует современное U1 — U2, W1 — W2 и V1 — V2. В распред. коробке выведены провода в количестве трёх (заводом изготовителем по умолчанию осуществлена схема подключения *звезда*) или шести (двигатель можно подключать к трехфазной сети как звездой, так и треугольником). В первом случае необходимо начала обмоток (W2, U2, V2) соединить в единой точке, три оставшихся провода (W1, U1, V1) подключить к фазам питающей сети (L1, L2, L3).
Преимущество метода звезда — плавный запуск мотора и мягкая работа (обусловленная щадящим режимом и благоприятно сказывающаяся на эксплуатационном сроке агрегата), а также меньший пусковой ток. Недостаток — потеря по мощности примерно в полтора раза и меньший крутящий момент. Применяется для оборудования, имеющего на валу свободно вращающуюся нагрузку – вентиляторы, центробежные насосы, валы станков, центрифуг и другого оборудования, не требовательного к крутящему моменту. Схему треугольник применяют для электродвигателей, изначально имеющих на валу неинерционную нагрузку, такую как вес груза лебедки или сопротивление поршневого компрессора.
Для снижения пускового тока осуществляют комбинированный тип включения (применим для электромоторов мощностью от 5 кВт) — сочетающий в себе преимущества первых двух схем — пуск происходит по схеме звезда, а после вхождения электромотора в рабочее состояние происходит автоматическое (реле времени) или ручное переключение (пакетник) — мощность возрастает до номинальной.
Включение трёхфазного двигателя в однофазную сеть через конденсатор (380 на 220)
На практике часто приходится подключать трёхфазный двигатель к сети 220 вольт; хотя КПД при этом падает до 50 % (в лучшем случае до 70%), такая переделка бывает оправданной. Фактически мотор начинает работать как двухфазный, используя фазосдвигающий элемент.
Конденсатор подбирают исходя из мощности двигателя — на каждые 100Вт потребуется ёмкость 6, 5 мкф, по рабочему напряжению должен быть больше питающего минимум в 1,5 раза, иначе от скачков напряжения в момент включения и выключения они могут выйти из строя; тип — МБГО, МБГ4, К78-17 МБГП, К75-12, БГТ, КГБ, МБГЧ. Хорошо себя зарекомендовали металлизированные полипропиленовые конденсаторы типа СВВ5, СВВ60, СВВ61. В случае применения конденсатора бОльшей ёмкости двигатель будет перегреваться, меньшей — будет работать в недогруженном режиме либо вообще не запустится. В схеме ниже Сп — пусковой, Ср — конденсатор рабочий.
Пусковой конденсатор при наличии нагрузки на валу двигателя
В случае, если на валу имеется нагрузка, либо мощность превышает 1,5 кВт, движок может не запуститься или медленно набирать обороты. *Поправить* это можно применением рабочего и пускового конденсатора, служащих для сдвига фазы и разгона. Кнопку разгона нужно удерживать пока обороты не достигнут примерно 70% от номинальных (2 — 3 секунды), после чего отпустить.
Ёмкость пускового кондера должна превышать рабочую в 2..3 раза в зависимости от нагрузки на валу. Если проблематично достать вышеуказанные конденсаторы нужной ёмкости, возможно применение электролитических, спаянных по особой схеме с диодами. Однако для работы мощных станков следует избегать подобной замены и рекомендовать её лишь для временного включения.
Важно!
Не рекомендуется подключать электродвигатель мощностью более 3 кВт к домашней сети ввиду её невысокой нагрузочной способности.
Автоматический выключатель в цепи питания электродвигателя должен быть с время — токовой характеристикой C или D ввиду существенного кратковременного пускового тока, превышающего номинальный в 3 и 5 раз (звезда / треугольник) соответственно.
Если 3 — фазный электродвигатель будет долго работать без нагрузки от однофазной сети, он сгорит!
Выбирая правильное соединение или переключение, необходимо учитывать особенности электрической сети, силовой мощности электродвигателя и варианты подключения. В каждом случае следует ознакомиться с техническими характеристиками мотора и оборудования, для которого он предназначен.
Почти все бытовые электроприборы рассчитаны на напряжение 220 В. Мы, не задумываясь, включаем их в розетку и наслаждаемся работой устройств. Но иногда требуется подключить асинхронный двигатель, рассчитанный на 380 В. Для его запуска можно использовать специальную схему, которая позволяет подключать электромотор к однофазной сети, но при этом придётся смириться с потерей мощности. Можно ли однофазную сеть превратить в трехфазную и как из 220 Вольт сделать 380?
Оказывается, такая возможность есть. Существует несколько способов получить 380 В из однофазной сети. Ниже мы покажем, как это сделать, но для начала разберёмся в том, чем отличается однофазная сеть от трёхфазной.
Теория
На промышленных электростанциях генераторы вырабатывают трёхфазный ток, и повышают его напряжение до десятков и даже сотен киловольт. По линиям электропередач электричество поставляется потребителям. Но перед этим ток поступает на силовой трансформатор, который понижает напряжение до 380 В. Из распределительной подстанции электроэнергия поступает в потребительскую сеть.
В трёхфазной сети ток подаётся таким образом, что все три сдвинуты относительно друг друга на 120 градусов. Напряжение между фазами составляет 380 В, а между фазой и нейтралью 220 В (см.рис. 1). Именно это напряжение подаётся в каждую квартиру.
Рис. 1. Структура трёхфазного тока
Так как нашей целью является получение 380 В именно из однофазной сети, то перейдём к способам преобразования 220 В на 380.
Способы получения 380 Вольт из 220
Рассмотрим основные способы преобразования 220 вольт в полноценный трёхфазный ток, напряжением 380 В:
- с помощью электронного преобразователя напряжения;
- путём применения трансформатора;
- использованием трёх фаз;
- используя трёхфазный двигатель в качестве генератора;
- пользуясь конденсаторной схемой.
Преобразователь напряжения
Самый простой и надёжный способ преобразовать 220 В в 380 – купить электронный преобразователь напряжения. (см. рис. 2). Этот прибор часто называют инвертором. Гаджет прост в управлении и генерирует качественный трёхфазный ток. Правда, мощность инверторов не слишком большая, но её, как правило, хватает для большинства трёхфазных бытовых приборов.
Рис. 2. Преобразователь напряжения
Преобразователь хорош ещё и тем, что у него есть встроенная функция защиты от перегрузок и КЗ. А это значит, что электромотор не перегреется и не выйдет из строя в результате КЗ.
Высокое качество тока достигается благодаря принципу работы устройства. Инвертор сначала выпрямляет переменный однофазный ток, а затем генерирует трёхфазное напряжение с заданной частотой и со стандартным сдвигом фаз. При этом количество фаз может быть и больше чем 3 (с соответствующим углом сдвига).
Используя трансформатор
С помощью повышающего трансформатора можно получить какое угодно напряжение, в том числе и 380 В. Однако, если вас интересует трёхфазное напряжение, то необходим специальный трёхфазный трансформатор. преобразующий однофазный ток в трёхфазный. Такие трансформаторы есть в продаже.
Обмотки трансформатора соединены звездой или треугольником. Напряжение однофазной сети подаётся на две первичные обмотки напрямую, а на третью – через конденсатор. При этом ёмкость конденсатора подбирается из расчёта 7 мкФ на каждые 100 Вт мощности.
Обратите внимание на то, что номинальное напряжение конденсатора не должно быть ниже 400 В. Такое устройство нельзя включать без нагрузки.
Хоть мы и получим таким способом необходимые 380 В, всё равно будет наблюдаться снижение мощности электромотора (если вы планируете подключать его к трансформатору). Соответственно КПД двигателя тоже упадёт.
Использование 3-х фаз
Если вы проживаете в многоквартирном доме, то к нему уже подведено 3 фазы, которые с целью оптимального распределения нагрузок разведены по отдельным квартирам. На каждом этаже стоят распределительные щиты, откуда можно завести в квартиру недостающие две фазы. Но для этого потребуется разрешение.
При желании вы можете получить разрешение у энергоснабжающей компании или согласовать с Энергонадзором обустройство трёхфазного питания в вашей квартире. При этом потребуется установить трёхфазный счётчик электроэнергии.
Использование электродвигателя
Вы наверно знаете, что ротор обычного трёхфазного двигателя после запуска продолжает вращаться после отключения одной фазы. Оказывается, что между выводом отключенной обмотки и задействованными выводами имеется ЭДС.
Сдвиг фаз между обмотками статора зависит только от их расположения. В трёхфазном двигателе эти катушки расположены под углом 120º, а значит они обеспечивают такой же угол сдвига фаз. Это обстоятельство наталкивает на мысль, что асинхронный трёхфазный двигатель можно использовать для получения 380 вольт от обычной однофазной сети. Простая схема подключения электромотора изображена на рисунке 3. Конденсатор на схеме нужен только для запуска двигателя. После запуска его можно отключить. Конденсатор берём типа МБГО, МБГП, МБГТ или К42-4, рабочее напряжение которого должно быть не менее 600 В. Можно применить конденсатор К42-19, с рабочим напряжением минимум 250 В.
Пример подключения фазосдвигающего конденсатора см. на рис. 3.
Рис. 3. Подключение пускового конденсатора
Параметры конденсатора подбираем в зависимости от мощности мотора. Заметим, что параметры фазосдвигающего конденсатора на качество генерируемого тока не влияют. Нагрузку подключаем к обмоткам статора, согласно схеме, показанной на рис. 4.
Рис. 4. Трёхфазный ток от электромотора
Скорость вращения ротора почти не зависит от напряжения однофазной сети, так что её можно считать постоянной. Это значит, что частота трёхфазного тока при номинальных нагрузках изменяться не будет.
Следует иметь в виду то, что мощность трёхфазного двигателя, работающего от однофазной сети, падает. Соответственно, номинальная мощность трёхфазной нагрузки будет, примерно, на треть ниже, от той, которая заявлена в паспорте электромотора.
Электродвигатель в качестве генератора
Ещё один способ, позволяющий из 220 В получить 380, это создание системы двигатель-генератор. В качестве двигателя можно взять любой электромотор, работающий от сети 220 В, а в качестве генератора – доработанный трёхфазный асинхронный двигатель (схему установки смотрите на рис. 5).
Сразу заметим, что эффективность такой установки под вопросом, но получить таким способом требуемое напряжение 380 В можно. В данной схеме требуется обеспечить такую частоту вращения ротора, чтобы генератор выдавал ток с частотой, равной 50 Гц. Для этого необходимо вращать вал с угловой скоростью 1500 об/мин.
Рис. 5. Трёхфазный двигатель в качестве генератора
В домашних условиях в качестве привода можно использовать однофазный мотор от стиральной машины или другой бытовой техники. Важно только обеспечить требуемую угловую скорость вращения ротора.
Поскольку вращение вала электродвигателей работающих, например, в стиральной машине составляет около 12 – 20 тыс. об./мин., то необходимо использовать шкивы, диаметры которых соотносятся как 1 к 10. То есть, чтобы обеспечить вращение ротора генератора со скоростью 1500 об/мин. можно взять шкив, который уже смонтирован на электромоторе от пралки, а на вал трёхфазного двигателя надеть шкив, диаметром в 10 раз больше.
Выводы
Получить 380 вольт от сети 220 В возможно несколькими способами. Самым эффективным является способ применения электронного инвертора:
- стабильные параметры тока;
- безопасная эксплуатация;
- обеспечение заявленной выходной мощности;
- компактность установки.
Все выше перечисленные способы преобразования 220 Вольт в 380 работают, поэтому имеют право на существование. Но надо быть готовым к потере мощности и к трудностям по достижению других параметров тока, включая его частотные характеристики.