Как подключить трехфазный двигатель к однофазной сети

Бывают ситуации, когда нужно подключить электроприбор не так, как записано в его паспорте. К примеру, часто требуется подключение трехфазного двигателя к однофазной сети, что, хотя и снижает его мощность, иногда бывает вполне оправданным. Существуют основные схемы включения таких электродвигателей, которые широко и успешно применяются на практике. Также есть и некоторые нюансы, помогающие решать неожиданные трудности, связанные с отсутствием тех или иных материалов.

Работа такого двигателя в однофазной сети

Для правильного понимания поставленной задачи нужно четко представлять, по какому принципу работают трехфазные электродвигатели. Имея три обмотки, смещенные на 120°, они находятся в идеальных условиях: магнитное поле равномерно вращается по окружности, создавая движущую силу без каких-либо рывков и пульсаций. После подачи в схему напряжения, появляется пусковой момент, и ротор начинает раскручиваться до рабочих оборотов.

Работа трехфазного двигателя

Трехфазный ток можно представить как три однофазные схемы, также смещенные друг относительно друга на 120°. Понятно, почему двигатель будет работать без рывков: при повороте ротора на каждую треть, он «подхватывается» следующей фазой, которая «провожает» его еще на треть оборота. И как результат получается полный оборот.

Но вот возникла необходимость включения такого аппарата на одной фазе. Если просто взять, и на любые две обмотки подать такое напряжение, то ничего не произойдет. В одной из катушек статора будет пульсирующее магнитное поле, никак не влияющее ни на что больше. Пускового момента нет, крутящего тоже – двигатель будет только нагреваться. Но теперь, зная принцип работы таких машин, несложно понять, что нужно. Необходимо задействовать все три обмотки, при этом должно быть смещение по фазам.

Подключение такого типа двигателя к однофазной сети производится по самой распространенной схеме – с пусковым конденсатором. Такой метод позволяет задействовать все три обмотки, а также создать необходимый сдвиг по фазам.

Обмотки электродвигателя можно включить по двум основным схемам: звезда и треугольник. В зависимости от этого различается и подключение конденсатора.

Можно было бы обойтись и одним конденсатором, но чаще всего электродвигатели имеют какую-то нагрузку, а значит, чтобы их запустить, нужна будет дополнительная емкость. Поэтому в цепь нужно кратковременно включить дополнительный емкостной элемент – пусковой конденсатор.

Расчет конденсаторов

Понятно, что к цепи запуска нельзя подключать первый попавшийся конденсатор. Если емкость будет больше чем нужно, электродвигатель будет греться, если меньше – не будет устойчиво работать. Существуют специальные расчеты для нахождения нужных значений.

Пример расчетов для конденсатора

I – фазный ток статора. Его лучше всего измерить клещами, либо, если нет такой возможности, можно взять значения, указанные на шильде – бирке на станине двигателя.

Емкость пускового конденсатора берется из расчета 2–3 Сраб.

Однако все равно, лучшим вариантом будет дополнительный подбор нужных емкостей экспериментальным путем. В этом поможет таблица:

По напряжению конденсаторы должны быть в 1,5 раза выше напряжения сети. Это обусловлено тем, что 220В – это действующее напряжение, но ведь на конденсатор будет воздействовать полное, амплитудное напряжение. А оно в 2 выше действующего. Это приблизительно 1,4. Несложный математический подсчет помогает увидеть: 220*1,4=308 В. Ну а если учесть, что в розетке редко бывает ровно 220, чаще всего напряжение плавает в одну и другую сторону, то нужно брать большее значение.

Модели конденсаторов

Лучше всего использовать металлобумажные конденсаторы. Если нет подходящих по емкости, их набирают из нескольких элементов. Но что, если нет и металлобумажных? Допустимо ли использование электролитических?

Для рабочих конденсаторов – однозначно нет. Электролитические емкости полярные, то есть, они для постоянного тока, и при подключении важно соблюдать полярность. В сети переменного тока, или при неправильном соединении, они попросту взрываются, забрызгивая бумагой и электролитом все окружающее пространство.

Но есть и свои хитрости. Что делать, если есть только электролиты, а запустить электродвигатель нужно прямо здесь и сейчас? Самая простая схема для превращения полярного элемента в неполярный:

Соединять необходимо отрицательными выводами. При этом стоит помнить, что при таком соединении их суммарная емкость будет в два раза ниже (если значения одинаковые, то можно просто разделить на два).

Но в нашей цепи присутствуют большие токи, поэтому предпочтительнее использовать другое соединение:

Применяется встречно – параллельное соединение, следовательно, нужно правильно посчитать результирующую емкость. Диоды также выбираются по току и напряжению.

Если двигатель будет работать на мощном станке, тогда подойдут металлобумажные элементы. Для пусковой емкости используют электролиты, но здесь важно не передержать кнопку пуска.

Данные двигателя

На что стоит обратить внимание при включении в однофазную сеть 3ех фазных электродвигателей:

• полезная мощность снижается до 70–80%,
• при рабочих значениях 380/220,Ỵ/Δ, подключать на одну фазу нужно треугольником. При соединении звездой не будет максимальной мощности,
• если на шильде указано только одно значение – 380В, звезда, тогда придется двигатель разбирать, чтобы сделать переключение на треугольник, что не совсем удобно. При возможности стоит поискать другой двигатель.

Реверс в однофазной сети

Чтобы сделать реверс такого двигателя, подключенного к однофазной сети, нужно пусковой конденсатор переключить на другую обмотку. Делать это необходимо при снятом напряжении питания, и включать его только после полной остановки ротора. Это самая простая схема реверсирования.

Существуют и другие варианты решения этой проблемы, но они более сложные и дорогостоящие.

Как видно из вышесказанного, трехфазные асинхронники – это довольно универсальные электрические машины. Они хорошо зарекомендовали себя в работе, их можно включать не так, как записано в паспорте, а также в зависимости от варианта исполнения, могут работать в самых разных условиях.

Как подключить трехфазный двигатель в однофазную сеть своими руками

Теоретический материал, изложенный в первой части темы, посвященной однофазному подключению трехфазного электродвигателя, предназначен для того, чтобы домашний мастер мог осознанно перевести промышленные устройства сети 380 вольт на бытовую электрическую проводку 220.

Рекомендуем внимательно ознакомиться с этой статьей здесь.

Благодаря ей вы не просто механически повторите наши рекомендации, а будете выполнять их осознанно.

Оптимальные схемы для подключений трехфазного двигателя к бытовой однофазной сети

Среди многочисленных способов подключения электродвигателя на практике широкое распространение получило всего два, именуемые коротко:

Название дано по методу соединения обмоток в электрической схеме внутри статора. Оба способы отличаются тем, что у них на каждую фазу двигателя прикладывается напряжение разной величины.

В схеме звезды линейное напряжение подводится сразу на две обмотки, соединенные последовательно. Их электрическое сопротивление складывается, осуществляет бо́льшее противодействие проходящему току.

У треугольника линейное напряжение подается на каждую обмотку индивидуально и поэтому ему оказывается меньшее сопротивление. Токи создаются выше по амплитуде.

Обращаем внимание на два этих отличия и делаем практические выводы для их использования:

1. схема звезды обладает пониженными токами в обмотках, позволяет эксплуатировать электродвигатель длительно с минимальными нагрузками, обеспечивать небольшие крутящие моменты на валу;
2. более высокие токи, создаваемые схемой треугольника, обеспечивают лучшую выходную мощность, позволяют использовать двигатель в экстремальных нагрузках, поэтому ему требуется надежное охлаждение для длительной работы.

Два этих отличия подробно объяснены на картинке. Внимательно посмотрите на нее. Красными стрелками для наглядности специально помечены приходящие напряжения с линии (линейные) и приложенные к обмоткам (фазные). У схемы треугольника они совпадают, а для звезды — снижены за счет подключения двух обмоток через нейтраль.

Эти способы следует проанализировать применительно к условиям работы вашего будущего механизма на этапе проектирования, до начала его создания. Иначе двигатель схемы звезды может не справляться с подключенными нагрузками и будет останавливаться, а у треугольника — перегреваться и в итоге сгорит. Нагрузку по току двигателя можно предусмотреть выбором схемы подключения.

Как узнать схему подключения обмоток статора у асинхронного двигателя

На каждом заводе принято на корпусе электротехнического оборудования помещать информационные таблички. Пример ее исполнения для трехфазного электродвигателя показан на фотографии.

Домашнему мастеру можно обращать внимание не на всю информацию, а только на:

1. мощность потребления: по ее величине судят о работоспособности подключаемого привода;
2. схему соединения обмоток — вопрос только что разобран;
3. число оборотов, которое может потребовать подключения редуктора;
4. токи в фазах — под них созданы обмотки;
5. класс защиты от воздействий внешней среды — определяет условия эксплуатации, включая защиту от атмосферной влаги.

Сведениям завода обычно можно доверять, но они создавались для нового двигателя, поставляемого в продажу. Эта схема за все время эксплуатации может подвергаться реконструкции несколько раз, потеряв свой первозданный вид. Старый двигатель при неправильном хранении может потерять работоспособность.

Следует выполнить электрические измерения его схемы и проверить состояние изоляции.

Как определить схемы подключения обмоток статора

Для проведения электрических замеров необходимо иметь доступ к каждому окончанию всех трех обмоток. Обычно шесть их выводов подключены на свои болты внутри клеммной коробки.

Но, среди способов заводского монтажа встречается такой, когда специальные асинхронные модели изготовлены по схеме звезды так, что нейтральная точка собрана концами обмоток внутри корпуса, а на вводную коробку заведена одной жилой ее сборка. Этот неудачный для нас вариант потребует раскручивания на корпусе шпилек крепления крышек для снятия последних. Затем надо подобраться к месту соединения обмоток и разъединить их концы.

Электрическая проверка концов обмоток статора

Для работы нам потребуется омметр. Можно воспользоваться тестером в этом режиме или даже простой батарейкой с лампочкой. Любым из этих приборов необходимо проверить цепь каждой обмотки. Этот вопрос более подробно изложен отдельной статьей.

После нахождения обоих концов для одной обмотки их необходимо пометить собственной маркировкой для проведения последующих проверок и подключения.

Замеры полярности у обмоток статора

Поскольку обмотки навиты строго определённым образом, то нам необходимо точно найти у них начала и окончания. Для этого существует два простых электрических метода:

1. кратковременная подача постоянного тока в одну обмотку для создания импульса;
2. использование источника переменной ЭДС.

В обоих случаях работает принцип электромагнитной индукции. Ведь обмотки собраны внутри магнитопровода, хорошо обеспечивающего трансформацию электроэнергии.

Проверка импульсом от батарейки

Работа выполняется сразу на двух обмотках. Картинка показывает этот процесс для трех — так меньше рисовать.

Процесс состоит из двух этапов. Вначале определяются однополярные обмотки, а затем проводится контрольная проверка, позволяющая исключить возможную ошибку у выполненных измерений.

Для поиска однополярных зажимов на любую свободную обмотку подключается вольтметр постоянного тока, переключенный на предел чувствительной шкалы. По нему будем осуществлять проверку напряжения, появляющегося за счет трансформации импульса.

Минусовой вывод батарейки жестко соединяют с произвольным концом второй обмотки, а плюсом кратковременно дотрагиваются до ее второго окончания. Этот момент на картинке показан контактом кнопки Кн.

Наблюдают поведение стрелки вольтметра, реагирующей на подачу импульса в своей цепи. Она может двигаться к плюсу или минусу. Совпадение полярностей обеих обмоток будет показано положительным отклонением, а отличие — отрицательным.

При снятии импульса стрелка пойдет в обратную сторону. На это тоже обращают внимание. Затем маркируют концы.

После этого замер выполняют на третьей обмотке, а контрольную проверку осуществляют переключением батарейки на другую цепочку.

Проверка понижающим трансформатором

Источник ЭДС переменного тока на 24 вольта рекомендуется использовать в целях обеспечения электрической безопасности. Пренебрегать этим требованием не рекомендуется.

Вначале берут две произвольные обмотки, например, №2 и №3. Попарно соединяют вместе их вывода и к этим местам подключают вольтметр, но уже переменного тока. В оставшуюся обмотку №1 подают напряжение от понижающего трансформатора и наблюдают появление показаний от него на вольтметре.

Если вектора направлены одинаково, то они не будут влиять друг на друга и вольтметр покажет их общую величину — 24 вольта. Когда же полярность перепутана, то на вольтметре встречные вектора сложатся, дадут в сумме число 0, которое отобразится на шкале показанием стрелки. Сразу после замера тоже следует маркировать концы.

Затем необходимо проверить полярность для оставшейся пары и выполнить контрольный замер.

Такими простыми электрическими опытами можно надёжно определить принадлежность концов к обмоткам и их полярность. Это поможет их правильно собрать для схемы конденсаторного запуска.

Проверка сопротивления изоляции обмоток статора

Если двигатель при хранении находился в неотапливаемом помещении, то он контактировал с влажным воздухом, отсырел. Его изоляция нарушилась, способна создавать токи утечек. Поэтому ее качество надо оценивать электрическими измерениями.

Тестер в режиме омметра не всегда способен выявить такое нарушение. Он покажет только явный брак: слишком маленькая мощность его источника тока не обеспечивает точный результат замера. Для проверки состояния изоляции необходимо пользоваться мегаомметром — специальным прибором с мощным источником питания, обеспечивающим приложение к измерительной цепи повышенного напряжения 500 или 1000 вольт.

Оценка состояния изоляции должна проводиться до подачи рабочего напряжения на обмотки. Если выявлены токи утечек, то можно попытаться просушить двигатель в теплой, хорошо проветриваемой среде. Часто этот прием позволяет восстановить работоспособность электрической схемы, собранной внутри сердечника статора.

Запуск асинхронного двигателя по схеме звезды

Для этого способа концы всех обмоток К1, К2, К3 соединяются в точке нейтрали и изолируются, а на их начала подается линейное напряжение.

К одному началу жестко подключается рабочий ноль сети, а к двум другим — потенциал фазы следующим способом:

• первая любая обмотка соединяется жестко;
• вторая врезается через конденсаторную сборку.

Для стационарного подключения асинхронного двигателя необходимо предварительно определить фазу и рабочий ноль питающей сети.

Как подобрать конденсаторы

В схеме запуска электродвигателя используется две цепочки для подключения обмотки через конденсаторные сборки:

• рабочая — подключенная во всех режимах;
• пусковая — используемая только для интенсивной раскрутки ротора.

В момент запуска параллельно работают обе эти схемы, а при выводе на рабочий режим цепочка пуска отключается.

Емкость рабочих конденсаторов должна соответствовать потребляемой мощности электрического двигателя. Для ее вычисления используют эмпирическую формулу:

Входящие в нее величины номинального тока I и напряжения U как раз и вводят корректировку по электрической мощности двигателя.

Емкость пусковых конденсаторов обычно в 2÷3 крата превышает рабочую.

Правильность подбора конденсаторов влияет на образование токов в обмотках. Их необходимо проверять после запуска двигателя под нагрузкой. Для этого замеряют токи в каждой обмотке и сравнивают их по величине и углу. Хорошая эксплуатация осуществляется при минимально возможном перекосе. В противном случае двигатель работает нестабильно, а какая-то обмотка или две станут перегреваться.

Рекомендуемые выключатели

В пусковой схеме показан выключатель SA, который вводит в работу на короткое время запуска пусковой конденсатор. Существует много конструкций кнопок, позволяющих выполнять эту операцию.

Однако, хочется обратить внимание на специальное устройство, выпускаемое в советские времена промышленностью для стиральных машин с активатором — центрифугой.

В его закрытом корпусе спрятан механизм в составе:

• двух контактов, работающих на замыкание от нажатия на верхнюю кнопку «Пуск»;
• одного контакта, размыкающего всю цепь от кнопки «Стоп».

При нажатии на кнопку Пуск подается фаза схемы на двигатель через рабочие конденсаторы одной цепочкой и пусковые — другой. Когда же кнопку отпускают, то один контакт разрывается. Его подключают к пусковым конденсаторам.

Запуск асинхронного двигателя по схеме треугольник

Больших отличий этого способа от предыдущего практически нет. Пусковая и рабочая цепочки работают по тем же алгоритмам.

В этой схеме приходится учитывать повышенные токи, протекающие в обмотках и иные методы подбора для них конденсаторов.

Их расчет выполняется по похожей на предыдущую, но другой формуле:

Соотношения между пусковыми и рабочими конденсаторами не изменяются. Не забывайте оценивать их подбор контрольными замерами токов под номинальной нагрузкой.

Заключительные выводы

1. Существующие технические способы позволяют подключать трехфазные асинхронные двигатели к однофазной сети 220 вольт. Многочисленные исследователи предлагают для этого свои экспериментальные схемы большим ассортиментом.
2. Однако, этот метод не обеспечивает эффективное использование ресурса электрической мощности из-за больших потерь энергии, связанных с некачественным преобразованием напряжения для подключения к фазам статора. Поэтому двигатель работает с низким КПД, повышенными затратами.
3. Длительная эксплуатация станков с подобными двигателями экономически не обоснована.
4. Способ можно рекомендовать только для подключения неответственных механизмов на короткий участок времени.
5. С целью эффективного использования асинхронного электродвигателя необходимо применять полноценное трехфазное подключение либо современный дорогой инверторный преобразователь соответствующей мощности.
6. Однофазный электродвигатель с такой же мощностью в бытовой сети лучше справиться со всеми задачами, а его эксплуатация обойдется дешевле.

Таким образом, конструкции асинхронных двигателей, ранее массово подключаемые к домашней проводке, сейчас не пользуются популярностью, а способ их подключения морально устарел, используется редко.

Вариант подобного механизма показан фотографией наждака со снятым для наглядности защитным щитком и ограничительным упором. Даже при таком исполнении работать на нем затруднительно из-за потерь мощности.

Практические советы Александра Шенрок, изложенные в его видеоролике, наглядно дополняют материал статьи, позволяют лучше осмыслить эту тему. Рекомендую его к просмотру, но, критически отнеситесь к замеру сопротивления изоляции тестером.

Задавайте вопросы в комментариях, делитесь статьей с друзьями через кнопки социальных сетей.