Как подключить трехфазный двигатель к сети 220 или 380 В?

Среди электрических машин, предназначенных для совершения механической работы, одними из наиболее продуктивных считаются трехфазные агрегаты. Вращение ротора осуществляется посредством одновременного воздействия магнитного потока от фазных обмоток. Что и обеспечивает одновременное усилие сразу трех моментов, пропорционально взаимодействующих друг с другом. Как можно выполнить подключение трехфазного двигателя в зависимости от их конструктивных особенностей и параметров электрической сети мы рассмотрим далее.

Общая информация

Подключение трехфазных двигателей подразумевает относительно сложную операцию, которая требует понимания процессов, протекающих в электроустановке. Для чего необходимо рассмотреть как составляющие элементы, так и их назначение.

Конструктивно трехфазные электродвигатели состоят из:

• Статора с магнитопроводом;
• Ротора с валом;
• Обмоток.

В зависимости от типа двигателя встречаются модели с короткозамкнутым или фазным ротором. В одних ротор вращается только за счет электромагнитного поля, наводимого от обмоток статора, в других, вращение вала получает усилие от поля ротора при протекании тока в его обмотках. Для включения трехфазных двигателей необходимо разобраться с тем, как фазы обмоток соединяются между собой.

Схемы подключения обмоток двигателя

В трехфазных асинхронных электродвигателях применяется два варианта соединения – в звезду и треугольник. В трехфазных асинхронных электрических машинах, в зависимости от модели, можно реализовать схему:

• Звезда;
• Треугольник;
• Звезда и треугольник.

Простейший способ определения возможностей конкретного асинхронного электромотора – посмотреть на шильд (металлическая пластина с техническими параметрами). На них обозначается в том числе и номинал рабочего напряжения для соответствующего соединения. Здесь может указываться обозначение только для звезды, только для треугольника или и тот и другой вариант одновременно, пример такой маркировки приведен на рисунке ниже:

Пример обозначения на шильде

Если шильд отсутствует или информация на нем стерлась, то схему подключения можно узнать, открыв блок распределения начал обмотки (БРНО). Если вы увидите 6 выводов, имеющих клеммные соединения, можно определить тип включения обмоток. Гораздо хуже, когда борно имеет только три вывода, а подключение производится внутри корпуса. В этом случае нужно разобрать трехфазный электромотор, чтобы увидеть способ соединения.

Звезда

Схема подключения трехфазного двигателя звездой предусматривает, что начало каждой обмотки объединяется в одну точку, а к их концам подключаются фазы от питающей линии. Такой тип обеспечивает значительно более плавный пуск и относительно щадящий режим работы. Однако мощность, с которой вращается ротор, в полтора раза ниже, чем при подключении треугольником. Схематически данное подключение выглядит следующим образом:

Схема подключения звезда

Как видите на рисунке, концы выводов обмоток трехфазного двигателя A2, B2, C2 соединены в один электрический узел. А к клеммам A1, B1, C1 – подключаются фазные провода, как правило, на 220 или 380 вольт.

Если рассматривать данную схему на примере борна, выглядеть оно будет так:

Соединение обмоток звездой

Треугольник

Чтобы подключить электродвигатель треугольником вам необходимо подвести конец одной обмотки к началу другой. И таким образом замкнуть обмотки в своеобразное кольцо, в точки соединения которых и подключаются выводы питающей линии. Схема соединения треугольником обеспечивает максимальный момент и усилие на валу, что особенно актуально для больших нагрузок. Однако и ток в обмотках при номинальной нагрузке также пропорционально повысится, не уже говоря о режимах перегрузки.

Поэтому включение трехфазного двигателя треугольником и требует понижения напряжения. К примеру, если одну и ту же электрическую машину можно подключить с соединением обмоток и треугольником, и звездой, то звезда будет иметь напряжение питания 380, а треугольник 220 вольт или 220 и 127 вольт соответственно. Схематически подключение обмоток треугольником будет выглядеть так:

Схема подключения треугольник

Как видите, соединение производится от A2 к B1, от B2 к C1, от C2 к A1, в некоторых моделях электрических машин маркировка выводов может отличаться, но на крышке борна будет отображаться их принадлежность к той или иной обмотке и возможные варианты соединения между собой.

Соединение обмоток треугольником

Варианты подключения

Трехфазные двигатели имеют отличные характеристики, довольно широкий модельный ряд и применяются в самых разнообразных устройствах. Поэтому их применяют как в промышленных устройствах с трехфазным питанием, так и в бытовых однофазных электроустановках. Далее разберем оба варианта подключения электрических машин.

В однофазную сеть

Конструктивная особенность трехфазного агрегата, в отличии от однофазных асинхронных двигателей, состоит в необходимости сдвига фаз в обмотках, иначе вращения вала не будет происходить. Чтобы изменить ситуацию одну фазу разделяют для всех трех обмоток, в две из которых включаются дополнительная индуктивность и пусковая емкость. Которые и обеспечивают сдвиг тока и напряжения относительно напряжения в сети. Индуктивность позволяет осуществить сдвиг напряжения в отрицательную область до -90°, а вот однофазный конденсатор, наоборот, в положительную до +90°.

Графически функция отставания напряжения от тока будет выглядеть следующим образом:

Изменение тока и напряжения на емкости и индуктивности

Однако на практике смещение обеспечивается только емкостными элементами, которые включаются в цепь электроснабжения одной из обмоток, а две другие запускаются между фазным и нулевым проводом. Схема подключения трехфазного двигателя в однофазной цепи приведена на рисунке ниже:

Схема включения в однофазную сеть

Как видите на рисунке, от фазного провода делается отпайка, содержащая конденсаторный однофазный магазин из двух элементов, один для пуска C2, второй для постоянной работы C1. При нажатии кнопки пуска происходит одновременное замыкание контактов SA1 и SA2, но после создания достаточного момента и начала вращения SA1 отбрасывается и выводит C1 из цепи, оставляя C2. Мощность, при такой схеме включения двигателя, снижается до 30 – 50%.

Расчет конденсаторного пуска производится по формуле:

С_раб = (2800*I)/U — для включения трехфазного двигателя звездой

C_раб = (4800*I)/U — для включения трехфазного двигателя треугольником

Пусковой конденсатор используется только в нагруженном пуске, поэтому в легком запуске его можно не применять. Тогда вместо емкости пускового будет задействоваться рабочий.

В трёхфазную сеть

В трехфазной сети, несмотря на наличие необходимого типа питающего напряжения, всегда используется магнитный пускатель для приведения двигателя во вращение. Производить запуск без пускателя или контактора довольно опасно, поэтому они являются неотъемлемым элементом.

Схема включения в трехфазную сеть

На рисунке выше приведена обычная схема подключения двигателя к трехфазной сети, которая работает по такому принципу:

• подача напряжения на двигатель от сети производится через рубильник 1.
• далее, при включении кнопки пуска 6 осуществляется питание катушки контактора 4, которая притягивает силовые контакты пускателя 3;
• после чего двигатель начинает вращение, а пусковая кнопка 6 шунтируется через повторитель 5;
• для остановки трехфазного двигателя используется кнопка Стоп – 7, находящаяся в нормально замкнутом положении;
• защита двигателя от перегрузки контролирует токовую нагрузку в сети и при возникновении угрозы размыкает контакты 2.

Данная схема может упрощаться в связи с конструктивными особенностями применяемых пускателей. Так как некоторые из них изготавливаются без повторителей, могут иметь функцию реверсирования трехфазного двигателя или выпускаться без защиты. Более детальную информацию о магнитных пускателях вы можете почерпнуть из соответствующей статьи на сайте: https://www.asutpp.ru/elektromagnitnyj-puskatel.html

Видео по теме

Схема подключения трехфазного электродвигателя

Здравствуйте. Информацию по этой теме трудно не найти, но я постараюсь сделать данную статью наиболее полной. Речь пойдет о такой теме, как схема подключения трехфазного двигателя на 220 вольт и схема подключения трехфазного двигателя на 380 вольт.

Для начала немного разберемся, что такое три фазы и для чего они нужны. В обычной жизни три фазы нужны только для того, чтобы не прокладывать по квартире или по дому провода большого сечения. Но когда речь идет о двигателях, то здесь три фазы нужны для создания кругового магнитного поля и как результат, более высокого КПД. Двигатели бывают синхронные и асинхронные. Если очень грубо, то синхронные двигатели имеют большой пусковой момент и возможность плавной регулировки оборотов, но более сложные в изготовлении. Там, где эти характеристики не нужны, получили распространение асинхронные двигатели. Нижеизложенный материал подходит для обоих типов двигателей, но в бóльшей степени относится к асинхронным.

Что нужно знать о двигателе? На всех моторах есть шильдики с информацией, где указаны основные характеристики двигателя. Как правило, двигатели выпускаются сразу на два напряжения. Хотя если у вас двигатель на одно напряжение, то при сильном желании его можно переделать на два. Это возможно из-за конструктивной особенности. Все асинхронные двигатели имеют минимум три обмотки. Начала и концы этих обмоток выводятся в коробку БРНО (блок расключения (или распределения) начал обмоток) и в неё же, как правило, вкладывается паспорт двигателя:

Если двигатель на два напряжения, то в БРНО будет шесть выводов. Если двигатель на одно напряжение, то вывода будет три, а остальные выводы расключены и находятся внутри двигателя. Как их оттуда «достать» в этой статье мы рассматривать не будем.

Итак, какие двигатели нам подойдут. Для включения трёхфазного двигателя на 220 вольт подойдут только те, где есть напряжение 220 вольт, а именно 127/220 или 220/380 вольт. Как я уже говорил, двигатель имеет три независимых обмотки и в зависимости от схемы соединения они способны работать на двух напряжениях. Схемы эти называются «треугольник» и «звезда»:

Думаю, даже не нужно объяснять, почему они так называются. Нужно обратить внимание, что у обмоток есть начало и конец и это не просто слова. Если, к примеру, лампочке неважно, куда подключить фазу, а куда ноль, то в двигателе при неправильном подключении возникнет «короткое замыкание» магнитного потока. Сразу двигатель не сгорит, но как минимум не будет вращаться, как максимум потеряет 33% своей мощности, начнёт сильно греться и, в итоге, сгорит. В то же время, нет чёткого определения, что «вот это начало», а «вот это конец». Тут речь идет скорее об однонаправленности обмоток. Дам небольшой пример.

Представим, что у нас есть три трубки в некоем сосуде. Примем за начала этих трубок обозначения с заглавными буквами (A1, B1, C1), а за концы со строчными (a1, b1, c1) Теперь, если мы подадим воду в начала трубок, то вода закрутится по часовой стрелке, а если в концы трубок, то против часовой. Ключевое слово здесь «примем». То есть, от того назовём мы три однонаправленных вывода обмотки началом или концом меняется только направление вращения.

А вот такая картина будет, если мы перепутаем начало и конец одной из обмоток, а точнее не начало и конец, а направление обмотки. Эта обмотка начнёт работать «против течения». В итоге, неважно, какой именно вывод мы называем началом, а какой концом, важно, чтобы при подаче фаз на концы или начала обмоток не произошло замыкания магнитных потоков, создаваемых обмотками, то есть, совпало направление обмоток, или ещё точнее, направление магнитных потоков, которые создают обмотки.

В идеале, для трёхфазного двигателя желательно использовать три фазы, потому что конденсаторное включение в однофазную сеть даёт потерю мощности порядка 30%.

Ну, а теперь непосредственно к практике. Смотрим на шильдик двигателя. Если напряжение на двигателе 127/220 вольт, то схема соединения будет «звезда», если 220/380 – «треугольник». Если напряжения другие, например, 380/660, то для включения двигателя в сеть 220 вольт такой двигатель не подойдет. Точнее, двигатель напряжением 380/660 можно включить, но потери мощности здесь уже будут более 70%. Как правило, на внутренней стороне крышки коробки БРНО указано, как надо соединить выводы двигателя, чтобы получить нужную схему. Посмотрите ещё раз внимательно на схему соединения:

Что мы здесь видим: при включении треугольником напряжение 220 вольт подаётся на одну обмотку, а при включении звездой — 380 вольт подаётся на две последовательно соединённых обмотки, что в результате даёт те же 220 вольт на одну обмотку. Именно за счёт этого и появляется возможность использовать для одного двигателя сразу два напряжения.

Существует два метода включения трехфазного двигателя в однофазную сеть.

1. Использовать частотный преобразователь, который преобразует одну фазу 220 вольт в три фазы 220 вольт (в этой статье мы рассматривать такой метод не будем)
2. Использовать конденсаторы (этот метод мы и рассмотрим более подробно).

Схема включения трехфазного двигателя на 220 вольт

Для этого нам потребуются конденсаторы, но не абы какие, а для переменного напряжения и номиналом не менее 300, а лучше 350 вольт и выше. Схема очень простая.

А это более наглядная картинка:

Как правило, используется два конденсатора (или два набора конденсаторов), которые условно называются пусковые и рабочие. Пусковой конденсатор используется только для старта и разгона двигателя, а рабочий включен постоянно и служит для формирования кругового магнитного поля. Для того, чтобы рассчитать ёмкость конденсатора применяются две формулы:

Ток для расчёта мы возьмём с шильдика двигателя:

Здесь, на шильдике мы видим через дробь несколько окошек: треугольник/звезда, 220/380V и 2,0/1,16А. То есть, если мы соединяем обмотки по схеме треугольник (первое значение дроби), то рабочее напряжение двигателя будет 220 вольт и ток 2,0 ампера. Осталось подставить в формулу:

Ёмкость пусковых конденсаторов, как правило, берётся в 2-3 раза больше, здесь всё зависит от того, какая нагрузка находится на двигателе – чем больше нагрузка, тем больше нужно брать пусковых конденсаторов, чтобы двигатель запустился. Иногда для запуска хватает и рабочих конденсаторов, но это обычно случается, когда нагрузка на валу двигателя мала.

Чаще всего, на пусковые конденсаторы ставят кнопку, которую нажимают в момент запуска, а после того, как двигатель набирает обороты, отпускают. Наиболее продвинутые мастера ставят полуавтоматические системы запуска на основе реле тока или таймера.

Есть ещё один способ определения ёмкости, чтобы получилась схема включения трёхфазного двигателя на 220 вольт. Для этого потребуется два вольтметра. Как вы помните, из закона Ома, сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению. Сопротивление двигателя можно считать константой, следовательно, если мы создадим равные напряжения на обмотках двигателя, то автоматически получим требуемое круговое поле. Схема выглядит так:

Суть метода, как я уже говорил, заключается в том, чтобы показания вольтметра V1 и вольтметра V2 были одинаковые. Добиваются равенства показаний изменением номинала ёмкости «C_раб»

Подключение трехфазного двигателя на 380 вольт

Здесь вообще нет ничего сложного. Есть три фазы, есть три вывода двигателя и рубильник. Нулевую точку (где соединяются три обмотки, началами или концами – как я уже говорил выше, абсолютно неважно, как мы назовём выводы обмоток) при схеме соединения обмоток звездой, подключать к нулевому проводу не надо. То есть, для включения трехфазного двигателя в трехфазную сеть 380 вольт (если двигатель 220/380) нужно соединить обмотки по схеме звезда, и подать на двигатель только три провода с тремя фазами. А если двигатель 380/660 вольт, то схема соединения обмоток будет треугольник, ну а там точно нулевой провод некуда подключать.

Смена направления вращения вала трехфазного двигателя

Независимо от того, будет это конденсаторная схема включения или полноценная трехфазная, для смены вращения вала нужно поменять местами две любые обмотки. Другими словами поменять местами два любых провода.

На чём хочется остановиться более подробно. Когда мы считали ёмкость рабочего конденсатора, то мы использовали номинальный ток двигателя. Проще говоря, такой ток в двигателе будет только тогда, когда он будет полностью нагружен. Чем меньше нагружен двигатель, тем меньше будет ток, поэтому ёмкость рабочего конденсатора, полученная по этой формуле будет МАКСИМАЛЬНО ВОЗМОЖНОЙ ёмкостью для данного двигателя. Чем плохо использовать максимальную емкость для недогруженного двигателя – это вызывает повышенный нагрев обмоток. В общем, чем-то приходится жертвовать: маленькая ёмкость не даёт двигателю набрать полную мощность, большая ёмкость при недогрузке вызывает повышенный нагрев. Обычно в этом случае я предлагаю такой выход – сделать рабочие конденсаторы из четырёх одинаковых конденсаторов с переключателем или набором переключателей (что будет доступнее). Допустим, мы посчитали ёмкость 40 мкФ. Значит, для работы нам надо использовать 4 конденсатора по 10 мкФ (или три конденсатора 10, 10 и 20 мкФ) и в зависимости от нагрузки использовать 10, 20, 30 или 40 мкФ.

Ещё один момент по пусковым конденсаторам. Конденсаторы для переменного напряжения стоят гораздо дороже конденсаторов для постоянного. Использовать конденсаторы для постоянного напряжения в сетях с переменным, крайне не рекомендуется по причине того, что конденсаторы взрываются. Однако, для двигателей существует специальная серия конденсаторов Starter, предназначенная именно для работы, как пусковые. Использовать конденсаторы серии Starter в качестве рабочих тоже запрещено.

И в завершение нужно отметить такой момент – добиваться идеальных значений нет смысла, поскольку это возможно только, если нагрузка будет стабильной, например, если двигатель будет использоваться в качестве вытяжки. Погрешность в 30-40% это нормально. Другими словами, конденсаторы надо подбирать так, чтобы был запас по мощности в 30-40%.