Подключение трехфазного двигателя к сети

Прямой пуск

Подразумевает подключение намоток статора к электросети без «посредников». Подходит моторам с короткозамкнутым ротором. Это двигатели небольшой мощности, у которых при подключении напрямую к электросети статорных обмоток, образующимися пусковыми токами не вызывается перегрев, способный вывести технику из строя.

В асинхронных двигателях соотношение индуктивности обмоток к их сопротивлению (L/R) небольшое. И оно тем меньше, чем меньше мощность устройства. Поэтому во время запуска образующийся свободный ток быстро затухает, и им можно пренебречь. Брать в учет будет только ту силу тока, которая установилась в результате переходного процесса.

Ниже на рисунке (а) представлена схема магнитного пускателя, обозначенного буковой К. Технически это электромагнитный выключатель, часто применяемый при запуске электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Он необходим для автоматического разгона по естественной механической характеристике (обозначим М) от начала запуска (точка П) до момента, когда М станет равным моменту сопротивления (Мс).

На картинке (б) представлен график зависимости пускового тока от начального момента. Исходя из него, ускорение разгона равно разности абсцисс графиков М и М(с). В таком случае, если Мпуск будет меньше Мс, то разогнаться у электродвигателя не получится. Чтобы получить оптимальное для разгона значение Мпуск для мотора с короткозамкнутым ротором используйте формулу (коэффициент скольжения s равен единице):

Отношение Мпуск к номинальному (Мном) – это величина, определяемая как кратность начального момента. Обозначается kпм. Коэффициент для двигателей с короткозамкнутым ротором входит в диапазон от 1 до 1,8 и устанавливается ГОСТом.

Пример. Если kпм=1,4, а Мном=5000 Н*м, то прямой запуск должен начинаться с Мп = 7000 Н*м.

Внимание! Нельзя превышать установленные ГОСТом нормы. Это ведет к повышению активного сопротивления на вращающемся элементе мотора.

Прямой запуск двигателя обладает преимуществами:

• Дешевизна;
• Простота;
• Минимальный нагрев обмоток при запуске.

Недостатки метода:

• Величина Мпуск составляет до 300% от Мном;
• Пусковой ток составляет до 800% от номинального (смотрите графики снизу).

Даже с перечисленными недостатками прямой запуск остается наиболее предпочтительным для асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, т.к. обеспечивает высокие энергетические показатели.

Подготовка асинхронного электродвигателя к включению

Виды электродвигателей
На самом первом этапе нам следует определиться с типом двигателя, который мы собрались подключать. Это может быть трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым или фазным ротором, двух- или однофазный двигатель, а может быть и вовсе синхронная машина.

Помочь в этом может бирка на электродвигателе, на которой указана нужная информация. Иногда это можно сделать чисто визуально — так как мы рассматриваем подключение трехфазных электрических машин, то двигатель с короткозамкнутым ротором не имеет коллектора, а машина с фазным ротором имеет таковой.

Определение начала и конца обмотки

Трехфазный асинхронный электродвигатель имеет шесть выводов. Это три обмотки, каждая из которых имеет начало и конец.

Для правильного подключения мы должны определить начало и конец каждой обмотки. Существует множество вариантов того, как это сделать — мы остановимся на наиболее простых из них, применимых в домашних условиях.

Обмотки статора электродвигателя

• Для того чтоб определить начало и конец обмотки трехфазного двигателя своими руками, мы должны для начала определить выводы каждой отдельной обмотки, то есть определить каждую отдельную обмотку.
• Сделать это достаточно просто. Между концом и началом одной обмотки у нас обязательно будет цепь. Определить цепь нам помогут либо двухполюсный указатель напряжения с соответствующей функцией, либо обычный мультиметр.
• Для этого один конец мультиметра подключаем к одному из выводов и другим концом мультиметра касаемся поочередно остальных пяти выводов. Между началом и концом одной обмотки у нас будет значение близкое к нулю, в режиме измерения сопротивления. Между остальными четырьмя выводами значение будет практически бесконечным.
• Следующим этапом будет определение их начала и конца.

ЭДС при различных вариантах соединения обмоток электродвигателя

• Для того чтоб определить начало и конец обмотки, давайте немного погрузимся в теорию. В статоре электродвигателя имеется три обмотки. Если подключить конец одной обмотки к концу другой обмотки, а на начало обмоток подать напряжение, то в месте подключения ЭДС будет равен или близок к нулю. Ведь ЭДС одной обмотки компенсирует ЭДС второй обмотки. При этом в третьей обмотке ЭДС не будет наводиться.
• Теперь рассмотрим второй вариант. Вы соединили один конец обмотки с началом второй обмотки. В этом случае ЭДС наводится в каждой из обмоток, в результате получается их сумма. За счет электромагнитной индукции ЭДС наводится в третьей обмотке.

Схема определения начала и конца обмоток электродвигателя

• Используя этот метод, мы можем найти начало и конец каждой из обмоток. Для этого к выводам одной обмотки подключаем вольтметр или лампочку. А любых два вывода других обмоток соединяем между собой. Два оставшихся вывода обмоток подключаем к электрической сети в 220В. Хотя можно использовать и меньшее напряжение.
• Если мы соединили конец и конец двух обмоток, то вольтметр на третьей обмотке покажет значение близкое к нулю. Если же мы подключили начало и конец двух обмоток правильно, то, как говорит инструкция, на вольтметре появится напряжение от 10 до 60В (данное значение является весьма условным и зависит от конструкции электродвигателя).
• Подобный опыт повторяем еще дважды, пока точно не определим начало и конец каждой из обмоток. Для этого обязательно подписывайте каждый полученный результат, дабы не запутаться.

Выбор схемы подключения электродвигателя

Практически любой асинхронный электродвигатель имеет два варианта подключения – это звезда или треугольник. В первом случае обмотки подключаются на фазное напряжение, во втором на линейное напряжение.

Электродвигатель асинхронный трехфазный и подключение звезда–треугольник зависит от особенностей обмотки. Обычно оно указано на бирке двигателя.

Номинальные параметры на бирке электродвигателя

• Прежде всего, давайте разберемся, в чем отличие этих двух вариантов. Наиболее распространенным является соединение «звезда». Оно предполагает соединение между собой всех трех концов обмоток, а напряжение подается на начала обмоток.
• При соединении «треугольник» начало каждой обмотки соединятся с концом предыдущей обмотки. В результате каждая обмотка у нас получается стороной равностороннего треугольника – откуда и пошло название.

Разница между схемами соединения «звезда» и «треугольник»

• Отличие этих двух вариантов соединения состоит в мощности двигателя и условий пуска. При соединении «треугольником» двигатель способен развивать большую мощность на валу. В то же время момент пуска характеризуется большой просадкой напряжения и большими пусковыми токами.
• В бытовых условиях выбор способа подключения обычно зависит от имеющегося класса напряжения. Исходя из этого параметра и номинальных параметров, указанных на табличке двигателя, выбирают способ подключения к сети.

Пуск с понижением напряжения

Подходит для запуска электродвигателя высокой мощности, но так же оптимален для аналогов средней, если напряжение в рабочей сети не позволяем разогнать мотор с помощью прямого пуска.

Для понижения напряжения существует три способа:

1. Переключение намоток статора с треугольника (нормальная схема) на звезду (пусковая схема). Запуск начинается со звезды, а при достижении номинальной частоты происходит переключение на треугольник. При этом напряжение, питающее фазы статорных обмоток, падает в 1,73 раз. Это позволяет уменьшиться во столько же раз фазным токам, а линейные сокращаются втрое.
2. Запуск с добавочным сопротивлением, приводящим к падению вольтажа на статорной обмотке (рисунок а). На момент пуска в электроцепь включают реакторы или резисторы (реактивное и активное сопротивление соответственно).
3. Пуск с подключением через трансформатор понижающего типа с несколькими автоматически переключаемыми ступенями (рисунок б).

Главное преимущество – возможность разгона двигателя почти при том же напряжении, которое необходимо для нормальной работы. К недостаткам относится лишь падение Мп и Ммакс (максимальный момент). Эти величины прямо пропорционально зависят от напряжения: чем меньше Вольт, тем меньше моменты. Поэтому с нагрузкой мотор не запустится.

Двигатель с фазным ротором

Ротор фазного типа принципиально не отличается обмoткой от статора. Это трехфазная обмотка, концы которой соединены по схеме «звезда». Свободные концы обмоток подключены к токоприемным кольцам. Кольца контактируют с проводником посредством щеток и поэтому есть возможность установить в схему подключения дополнительный ограничивающий резистор.

Резистор, как устройство плавного пуска, служит для того, чтобы была возможность уменьшать значения пускового тока, который может достигать довольно крупных значений.

Соединение ротора с реостатом во время включения

Метод подходит для включения в работы моторов с фазным ротором. Если роторная цепь включает в себя реостат, то активное сопротивление повышается. При этом точка К на рисунке а ниже перемещается ближе к О и обозначается К`. Это не приводит к уменьшению Ммакс, зато обеспечивает повышение Мпуск. Вместе с этим критическое скольжение увеличивается, и зависимость момента от s смещается к зоне больших скольжений. Число же оборотов смещается в зону меньших вращательных частот (рисунки б и в).

Обычно реостат, используемый для пуска мотора, имеет от 3 до 6 ступеней (смотрите рисунок а ниже). Пусковое сопротивление плавно уменьшается, что обеспечивается большой Мпуск. Изначально мотор приводится в ход по четвертой характеристике, проиллюстрированной на рисунке б. Она соответствует сопротивлению запускающего реостата и обеспечивает максимальную пусковую мощность.

Вращающий момент (Мвр) уменьшается с ростом оборотов. При некотором минимальном значении необходимо отключить часть реостата, чтобы Мвр возрос снова до максимального (смотрите третью характеристику). Но обороты растут, поэтому Мвр снова уменьшается. Тогда отключается еще одна часть реостата, и начинается работа по второй характеристике. Когда реостат двигателя с фазным ротором отключают вовсе, пусковой процесс завершается. Мотор продолжает работу по характеристике 1.

Запуск в ход таким методом характеризуется изменением Мвр от максимального до минимального значения. Сопротивление в данном случае уменьшается ступенчато по ломаной кривой линии (выделена жирным на графике). Выключение частей реостата осуществляется автоматически или вручную.

Преимущество запуска электродвигателя с фазным ротором с использованием реостата заключается в возможности включать его при Мпуск, близком к Ммакс. Пусковые токи при этом минимальны. Изменение силы тока проиллюстрировано на рисунке в.

Недостатков хватает. Во-первых, это сложность включения. Во-вторых, это необходимость использования совсем не дешевых моторов с фазным ротором. Характер работы хуже, чем у аналогов с короткозамкнутым ротором при мощности одинакового значения – это третий минус. Это объясняет, почему электродвигатели с фазным ротором используют преимущественно в случае возникновения сложностей с запуском других двигателей.

Запуск в ход однофазного мотора

Для включения в работу асинхронного двигателя с питанием от однофазной сети используют вспомогательную намотку. Она должна лежать перпендикулярно относительно рабочей статорной намотки. Но для создания вращающегося магнитного поля необходимо соблюдение еще одного условия. Это сдвиг по фазе тока, протекающего по вспомогательной намотке, относительного тока, возникающего в рабочей обмотке.

Для обеспечения сдвига фаз в момент подключения к однофазной сети в электроцепь вспомогательной обмотки включают специальный элемент. Это может быть резистор, конденсатор или дроссель. Но распространенными элементами являются только первые два.

После разгона мотора до значения частоты, равной установившейся, дополнительную намотку выключают. Это можно сделать вручную или автоматически. В начале двигатель работает по двухфазной, а после установления частоты – по однофазной характеристике.

Применение сопротивления при пуске

Метод применим для асинхронных двигателей, подключаемых к однофазной сети, и имеющих первичную дополнительную обмотку с короткозамкнутым ротором. Так называют мотор с расщепленной фазой, электроцепь которого имеет высокое активное сопротивление.

Чтобы пустить в ход двигатель, питаемый от однофазной сети, необходим пусковой резистор, соединяемый последовательно с дополнительной намоткой. Тогда сдвиг фаз составляет 30 градусов. Этого хватает для разгона. Ниже представлена схема, согласно которой достигается омический сдвиг фаз.

Вместо резистора можно применить дополнительную обмотку высокого сопротивления, но низкой индуктивности. В этом случае намотка имеет мало витков, которые выполняются из провода меньшего сечения в отличие от того, что используется для рабочей намотки.

В России с конвейера выходят моторы, подключаемые к однофазной сети, оснащенные резистором для сдвига фаз. Их мощность варьируется в диапазоне 18-600 Вт. Двигатели рассчитаны для сетей с напряжением 127, 220 или 380 Вольт и переменным током с частотой 50 Гц.

Как подготовить для подключения

Для правильного включения трехфазного двигателя необходимо помнить, что существует несколько схем соединения обмоток, среди которых:

• «Звезда». Одни концы обмотки соединяют вместе, а другими подключаются к фазным проводам сети;
• «Треугольник». Все три обмотки соединяются последовательно — конец каждой обмотки с началом следующей. Напряжение сети подается на точки соединения.

Вам это будет интересно Схема соединения генератора

Обратите внимание! Для получения одинаковой мощности при соединении типа «звезда» требуется напряжение в √3 раз больше, чем при «треугольнике». Для двигателей, у которых допускается произвольное переключение обмоток, на шильдике обязательно указывается рабочее напряжение «220/380» или «127/220». Первое значение относится к соединению «треугольник», второе к «звезде».

Колодка двигателя, соединение «звезда»

В таких электродвигателях на клеммную колодку попарно в три ряда выведены начало и концы всех обмоток:

• начало первой обмотки — конец второй;
• начало второй — конец третьей;
• начало третьей — конец первой.

Колодка двигателя, соединение «треугольник»
Для соединения «звезда» подключают один ряд из трех клемм двумя перемычками, а для соединения «треугольник» замыкают каждую пару тремя перемычками.

Использование конденсатора

Метод отличается от предыдущего тем, что мотор с расщепленной фазой при подключении к однофазной линии, имеет высокое сопротивление только в момент запуска.

Для обеспечения наибольшего значения Мпуск необходимо круговое и вращающееся магнитное поле. Для этого токи в рабочей и дополнительной обмотках смещают на 90 градусов. Такое смещение может обеспечить только конденсатор. Его использование помогает достичь хорошей пусковой характеристики асинхронного двигателя, питающегося от однофазной электросети.

Выбор способа пуска асинхронного электродвигателя зависит от того, к какой сети он включается: к однофазной или трехфазной. Влияет также мощность мотора и его конструкция.

Ещё по теме: — Схемы подключения асинхронного и синхронного однофазных двигателей — Схемы подключения электродвигателя через конденсаторы — Реверсивная схема подключения электродвигателя — Плавный пуск электродвигателя своими руками —В чем разница асинхронного и синхронного двигателей — Реверсивное подключение однофазного асинхронного двигателя своими руками — Как проверить электродвигатель — Ремонт электродвигателей

Подключение без конденсатора

Для подключения асинхронного двигателя в однофазную сеть без использования конденсаторов существуют две популярные схемы. Для обеспечения работы двигателя берутся синисторы с разнополярными импульсами управления и симметричный динистор.

Первая схема предназначена для электродвигателей с величиной номинального вращения от 1500 об/мин. В качестве фазосмещающего элемента выступает специальная цепочка. Схема соединения обмоток статора – треугольник.

Необходимо создать сдвинутое напряжение на конденсаторе путем изменения сопротивления. После того, как напряжение конденсатора достигнет нужного уровня, динистор переключится и включит заряженный конденсатор в схему запуска.

Вторая схема подходит для электродвигателей с большим пусковым сопротивлением или номинальной скоростью вращения от 3000 об/мин.

Очевидно, в данной ситуации необходимо создать сильный пусковой момент. Именно по этой причине в машинах этого типа для подключения статорных обмоток используется треугольник. Вместо фазосдвигающих конденсаторов в этой схеме применяются электронные ключи. Первый из них последовательно включается в цепь рабочей фазы, а второй – параллельно. В результате этой хитрости создается опережающий сдвиг тока. Однако данный способ эффективен только для двигателей 120˚ электрическим смещением.