Схемы подключения трехфазного асинхронного электродвигателя и сопутствующие вопросы

Схемы подключения трехфазного асинхронного электродвигателя и сопутствующие вопросы

Трехфазный асинхронный электродвигатель и подключение его к электрической сети часто вызывает массу вопросов. Поэтому в нашей статье мы решили рассмотреть все нюансы, связанные с подготовкой к включению, определением правильного способа подключения и, конечно, разберём возможные варианты схем включения двигателя. Поэтому не будем ходить вокруг да около, а сразу приступим к разбору поставленных вопросов.

Варианты подключения 3-х фазного двигателя к электросети

Асинхронные трехфазные двигатели распространены в производстве и быту. Особенность заключается в том, что подсоединить их можно как к трехфазной, так и однофазной сети. В случае с однофазными моторами это невозможно: они работают только при питании от 220В. А какие существуют способы подключения двигателя 380 Вольт? Рассмотрим, как соединять статорные намотки в зависимости от количества фаз в электросети с использованием иллюстраций и обучающего видео.

Как подключить электродвигатель с 380 на 220 В?

Многими практиками доказана эффективность трехфазных асинхронных электродвигателей. Однако для ее использования необходимо подключение трехфазного питания, которое, увы, присутствует далеко не у каждого в доме. Но если вы задаетесь вопросом, как подключить электродвигатель с 380 на 220 В, мы рассмотрим возможные варианты включения трехфазных электрических машин в домашних условиях.

Трехфазный асинхронный двигатель – подключение на 220 вольт

Электродвигатели

Бытовых ситуаций много, особенно у тех, кто проживает в своем собственном частном доме. К примеру, необходимо установить в гараже точильный станок с асинхронным электродвигателем, который работает от трехфазной сети переменного тока. А на участок проведена лишь однофазная сеть на 220 В. Что делать? В принципе, это не проблема, потому что любой трехфазный электрический движок можно подключить и к однофазной сети, главное знать, как это сделать. Итак, наша задача в этой статье разобраться в позиции – асинхронный двигатель подключение на 220 вольт.

Существуют две классические схемы такого подключения, в которых присутствуют конденсаторы. То есть, сам электродвигатель становится не асинхронным, а конденсаторным. Вот эти схемы:

Конечно, это не единственные варианты, но в этой статье будем говорить именно о них, как о самых простых и часто используемых.

На схемах хорошо видно, что в них установлены конденсаторы: рабочий и пусковой, которые в свою очередь называются фазосдвигающими. А так как в данной схеме эти элементы являются основными, то самый важный момент – это правильно подобрать конденсатор по емкости, которая бы соответствовала мощности мотора.

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.

Выбираем конденсаторы

Существует формула, по которой емкость можно рассчитать. Правда, для схемы звезда и треугольника она отличается коэффициентом. Для схемы звезда формула вот такая:

С=2800*I/U, где I – это ток, который можно замерить в питающем проводе клещами, U – это напряжение однофазной сети – 220 В.

Формула для треугольника:

Что касается пускового конденсатора, то его обязательно устанавливают в схему, если при пуске мотора действует хотя бы минимальная нагрузка. Включается он обычно буквально на пару секунд, пока ротор не наберет свои обороты. После чего он просто отключается. Если по каким-то причинам пусковой конденсатор не отключится, то произойдет перекос фаз, и двигатель перегреется.

Внимание! Так как в процессе пуска, тем более под нагрузкой, величина тока сильно возрастает, то и емкость пускового конденсатора должна быть раза в три больше конденсатора рабочего.

Есть еще один показатель, на который необходимо обратить внимание при выборе. Это напряжение. Правило здесь одно: напряжение конденсатора должно быть больше напряжения в однофазной сети на 1,5.

Схема подключения трехфазного двигателя в сеть через автоматический выключатель

Поэтому более подробно общий случай будет выглядеть так:

3. Подключение двигателя через автоматический выключатель. ПРАКТИЧЕСКАЯ СХЕМА

На схеме 3 показан защитный автомат, который защищает двигатель от перегрузки по току (“прямоугольный” изгиб питающих линий) и от короткого замыкания (“круглые” изгибы). Под защитным автоматом я подразумеваю обычный трехполюсный автомат с тепловой характеристикой нагрузки С или D.

Напомню, чтобы ориентировочно выбрать (оценить) необходимый тепловой ток уставки тепловой защиты, надо номинальную мощность трехфазного двигателя (указана на шильдике) умножить на 2.

Защитный автомат для включения электродвигателя. Ток 10А, через такой можно включать двигатель мощностью 4 кВт. Не больше и не меньше.

Схема 3 имеет право на жизнь (по бедности или незнанию местных электриков).

Она прекрасно работает, так же, как по многу лет может работать скрутка меди с алюминием. И в один “прекрасный” день сгорит скрутка. Или сгорит двигатель.

Если уж использовать такую схему, надо тщательно подобрать ток автомата, чтобы он был на 10-20% больше рабочего тока двигателя. И характеристику теплового расцепителя выбирать D, чтобы при тяжелом пуске автомат не срабатывал.

Например, движок 1,5 кВт. Прикидываем максимальный рабочий ток – 3А (реальный рабочий может быть меньше, надо измерять). Значит, трехполюсный автомат надо ставить на 3 или 4А, в зависимости от пускового тока.

Плюс этой схемы подключения двигателя – цена и простота исполнения и обслуживания. Например, там, где один двигатель, и его включают вручную на всю смену. Минусы такой схемы с включением через автомат –

1. Невозможность регулировать тепловой ток срабатывания автомата. Для того, чтобы надежно защитить двигатель, ток отключения защитного автомата должен быть на 10-20% больше номинального рабочего тока двигателя. Ток двигателя надо периодически измерять клещами и при необходимости подстраивать ток срабатывания тепловой защиты. А возможности подстройки у обычного автомата нет(.
2. Невозможность дистанционного и автоматического включения/выключения двигателя.

Эти недостатки можно устранить, в схемах ниже будет показано как.

Подключение электрического двигателя через магнитный пускатель

В принципе, схема подключения 3 фазного двигателя через магнитный пускатель практически точно такая же, как и через автомат. Просто в нее добавляется блок включения и выключения с кнопками «Пуск» и «Стоп».

Одна из фаз подключения к электродвигателю проходит через кнопку «Пуск» (она нормально замкнутая). То есть, при ее нажатии смыкаются контакты, и ток начинает поступать на электродвигатель. Но тут есть один момент. Если отпустить Пуск, то контакты разомкнуться, и ток поступать не будет по назначению.

Поэтому в магнитном пускателе есть еще один дополнительный контактный разъем, который называется контактом самоподхвата. По сути, это блокировочный элемент. Он необходим для того чтобы при отжатой кнопке «Пуск» цепь подачи электроэнергии на электродвигатель не прерывалась. То есть, разъединить ее можно было бы только кнопкой «Стоп».

Что можно дополнить к теме, как подключить трехфазный двигатель к трехфазной сети через пускатель? Обратите внимание вот на какой момент. Иногда после долгой эксплуатации схемы подключения трехфазного электродвигателя кнопка «пуск» перестает работать. Основная причина – подгорели контакты кнопки, ведь при пуске двигателя появляется пусковая нагрузка с большой силой тока. Решить эту проблему можно очень просто – почистить контакты.

Подключение треугольником

Схема «треугольник» отличается от предыдущей тем, что обмотки соединяются последовательно. Тогда конец первой обмотки соединяется с началом второй, конец которой – с началом третьей, вывод которой – с началом первой.

Преимущество способа заключается в том, что он обеспечивает достижение максимальной мощности. Но при запуске двигателя образуются высокие пусковые токи, которые могут привести к уничтожению изоляции. Поэтому не рекомендуется подавать высокое напряжение.

Треугольное соединение используется для подключения однофазного двигателя к однофазной сети 127 или 220 Вольт. Она же применяется для трехфазных электродвигателей с двумя номинальными напряжениями при включении в однофазную сеть (только на меньшее значение):

• Мотор 220 380 к сети с напряжением 220 Вольт;
• Мотор 127 220В к сети с вольтажом 127 единиц.

Внимание! Существуют трехфазные электросети: 600, 380, 220 и 127 Вольт. Но к бытовым из них относят только с напряжением в 380. А 220 в быту относится к однофазным линиям. Поэтому наибольшее распространение получили моторы 220/380В, которые можно подключить как в городе, так и в частном доме.

С технической точки зрения для высокого значения номинального напряжения схема «треугольник» тоже подходит. Но ввиду высоких пусковых токов это нецелесообразно и очень опасно: изоляция сгорит от тепла, выделяемого обмоткой.

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:

Практическая реализация схемы подключения двухскоростного электродвигателя

На практике мне попадались только схемы на переключателях ПКП-25-2. Это универсальное чудо советской коммутации, у которого может быть миллион возможных сочетаний контактов. Внутри есть кулачок (их тоже несколько вариантов по форме), который можно переставлять.

Это реальная головоломка и ребус, требующий высокой концентрации сознания. Хорошо, что каждый контакт просматривается в небольшую щёлку, и можно посмотреть, когда он замкнут или разомкнут. Кроме того, через эти прорези в корпусе можно чистить контакты.

Количество положений может быть несколько, их количество ограничивается упорами, показанными на фото:

Переключатель пакетный ПКП-25-2

Переключатель ПКП 25. Головоломка на любителя.

Переключатель пакетный ПКП-25-2 – контакты

Подключение методом «звезда-треугольник»

Для продолжительной эксплуатации электродвигателя важен мягкий запуск, а для высокой производительности – большая мощность. Для того чтобы сочетать преимущества описанных выше способов соединения обмоток, была разработана новая схема: треугольник-звезда. Она подходит для высокомощных моторов от 5 кВт.

Для подключения электродвигателя таким способом понадобится реле времени. Технически управление выглядит следующим образом:

1. Через реле времени К1 и контакт К2 на участке электроцепи контактора, обозначаемого К3, подается оперативное напряжение;
2. Контактор К3 замыкается, но размыкается контакт К3 на части электроцепи контактора, условно обозначаемого К2 для блокировки ошибочного включения. Одновременно в электроцепи контактора К1, совмещенного с клеммами временного реле, включается контакт К3;
3. При подключении контактора К1 замыкается контакт К1, расположенный на участке электроцепи с его катушкой. Тут же срабатывает реле времени, которое разъединяет контакт К1 на участке цепи с катушкой контактора К3, но соединяет его с катушкой контактора, обозначаемого на схеме К2;
4. Контактор К3 выключается, а контакт К3, расположенный на части цепи, где находится катушка второго контактора К2, замыкается;
5. Включается контактор К2, но контакт К2 на участке третьего контактора К3 размыкается в целях блокировки ошибочного включения.

Описание принципа питания:

1. После включения третьего контактора замыкается третий контакт. При этом на блоке расключения начал обмоток (БРНО) замыкаются концы обмоток по схеме «звезда»: U2, V2 и W2;
2. После включения первого контактора замыкается первый контакт. При этом питание подается на концы обмоток: U1, V1 и W1;
3. После срабатывания временного реле происходит переключение на соединение треугольником;
4. Контактор третий отключается, но включается второй с замыканием второго контакта;
5. Питание теперь подается на концы обмоток, расположенных на БРНО (U2, V2 и W2).

Описать можно простыми словами: включение в работу электродвигателя сначала происходит посредством соединения обмоточных выводов в звезду. Этим обеспечивается мягкий и плавный запуск без перегревания. Когда мотор наберет обороты, автоматические происходит переключение на треугольное соединение. Момент переведения сопровождается незначительным снижением скорости вращения. Однако она быстро восстанавливается.

Вывод

Способы подключения асинхронного трехфазного электродвигателя зависят от типа двигателя, схемы его соединения и задач, которые стоят перед нами. Мы привели лишь самые распространенные схемы подключения, но существуют и еще более сложные варианты. Особенно это касается асинхронных машин с фазным ротором, которые имеют функцию торможения.

Как подбирать конденсаторы?

Если вы собрались подключить электродвигатель, то выбор конденсатора осуществляется по таким принципам:

• Номинальное напряжение выбирается из соотношения 1,15 от подаваемого на мотор. Если брат больше, это увеличит стоимость установки и ее габариты. Если емкость рассчитать впритык, конденсатор перегреется и перегорит.
• Тип конденсатора – наиболее распространенные модели – бумажные, но они обладают большими габаритами. Поэтому выгоднее приобретать полипропиленовые. От электролитических лучше отказаться.
• Чтобы выбрать емкость пускового и рабочего конденсатора, необходимо воспользоваться таблицей соответствия по мощности электродвигателя:

Таблица: определение емкости конденсаторов

Мощность трехфазного электродвигателя, кВт	0,4	0,6	0,8	1,1	1,5	2,2
Минимальная емкость конденсатора Ср , мкф	40	60	80	100	150	230
Емкость пускового конденсатора (Сп), мкф	80	120	160	200	250	300

Если нужной вам мощности в таблице нет, можно воспользоваться расчетными формулами:

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

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

где I – величина ток, протекающего через обмотки электродвигателя, а U – напряжение сети. Чтобы узнать емкость пускового конденсатора для подключения трехфазного агрегата, необходимо полученную величину рабочего умножить на два.

Практическое применение

Как я уже говорил, такие двигатели мне встречались в советских станках, которые я восстанавливал.

А именно – циркулярный деревообрабатывающий станок ЦА-2А-1, там используется двухскоростной асинхронный двигатель 4АМ100L8/4У3. Его основные параметры – первая скорость (треугольник) 700 об/мин, ток 5,0А, мощность 1,4 кВт, звёзды – 1410 об/мин, ток 5,0 А, мощность 2,4 кВт.

Меня просили сделать несколько скоростей, для разной древесины и для разной остроты циркулярной пилы. Но увы – без преобразователя частоты здесь не обойтись.

Другой старичок – токарный станок спец.исполнения УТ16П, там стоит двигатель 720/1440 об/мин, 8,9/11 А, 3,2/5,3 кВт:

Шильдик двухскоростного электродвигателя 11 кВт токарного станка

Переключение также переключателем, а схема станка выглядит так:

схема электрическая токарного станка

В этой схеме есть ошибка, как раз по теме статьи. Во первых, переключение скоростей осуществляется не реле Р2, а выключателем В2. А второе (и главное) – схема переключения абсолютно не соответствует реальности. И она меня сбила с толку, я пытался подключить по ней. Пока не сотворил вот такую схему:

Реальная схема включения двухскоростного двигателя токарного станка УТ16П

Дополнительно – внешний вид и расположение элементов электросхемы.

схема токарного станка – внешний вид

схема электрическая токарного станка – расположение элементов

Друзья! Кому попадаются такие станки и двигателя, пишите, делитесь опытом, задавайте вопросы, буду рад!

Обновление Март 2017

Выкладываю фото и схемы практического включения двухскоростного электродвигателя.

Двигатель работает на гидростанции. На пониженной скорости он дает малое давление, позволяющее управлять механизмами с гидравлическим приводом более точно. На повышенной скорости – давление возрастает примерно в 2 раза, и скорость перемещения соответственно.

Борно двухскоростного двигателя – на клеммы приходят 6 проводов

Схема двухскоростного двигателя

Двухскоростной двигатель гидростанции

Контакторы двухскоростного двигателя. Левый включает в треугольник (низкая скорость), правые – двойная звезда

Мотор-автоматы. Видно, что ток треугольника – до 8А, ток звезд – до 13А

Схема включения силовой части двигателя Даландера.

Схема включения части управления двухскоростного двигателя Даландера.

Коротко о схеме включения двигателя Даландера.

Двигатель включается через реле времени с задержкой отключения.

Реле времени 215А2 включается сразу, а отключается через 5 секунд. Это нужно, чтобы двигатель и контакторы не дергать по пустякам, и кратковременные остановки гидравлических перемещений не отключали двигатель гидростанции.

Далее реле 261К0 включает режим работы треугольник, реле 261К1 – звёзды.

Подключение трехфазного двигателя через электронные устройства

Все способы пуска двигателя, описанные выше, называются Пуск прямой подачей напряжения. Часто, в мощных приводах, такой пуск является тяжелым испытанием для оборудования – горят ремни, ломаются подшипники и крепления, и т.д.

Поэтому, статья была бы неполной, если бы я не упомянул современные тенденции. Теперь всё чаще для подключения трехфазного двигателя вместо электромагнитных пускателей применяют электронные силовые устройства. Под этим я подразумеваю:

1. Твердотельные реле (solid state relay) – в них силовыми элементами являются тиристоры (симисторы), которые управляются входным сигналом с кнопки либо с контроллера. Бывают как однофазные, так и трехфазные. Вот моя статья.
2. Мягкие (плавные) пускатели (soft starter, устройства плавного пуска) – усовершенствованные твердотелки. Можно устанавливать ток защиты, время разгона/замедления, включать реверс, и др. И на эту тему есть статья. Практическое применение устройств плавного пуска – здесь. – самое совершенное устройство, что придумало человечество для подключения электродвигателя. Описывать частотники – дело не одной статьи.

Преимущества таких устройств очевидны (прежде всего – отсутствие контактов как таковых), недостаток пока один – цена. А вот как может выглядеть схема их включения:

10. Подключение трехфазного двигателя – общая схема с электронной силой

Двухскоростные электродвигатели

Старый специфический способ подключения двухскоростных двигателей описан в статье Подключение двухскоростных асинхронных двигателей.

На этом заканчиваю, спасибо за внимание, всего охватить не удалось, пишите вопросы в комментариях!

Заточной станок (точило) на двигателе Даландера

Недавно попался заточной станок с двухскоростным двигателем, выкладываю его схему.

Схема заточного станка на двухскоростном двигателе Даландера

Меня часто спрашивают, какую защиту сделать этому двигателю? Вот, на схеме – простое тепловое реле (РТ1), настроенное на бОльший ток (около 11 А).

Вот шильдик двигателя:

Параметры двухскоростного двигателя заточного станка

А вот – его обозначения выводов:

Выводы двухскоростного двигателя

Как думаете, почему вместо схемы подключения показан прямоугольничек ПС (переключатель скоростей)? Правильно, схема тогда была бы в 2 раза больше и сложнее.

Скачать

Если тема интересует более глубоко, рекомендую ознакомиться с литературой, приведенной на странице Скачать.

Вот одна из книг, приведенных там:
• Ломоносов, В.Ю.; Поливанов, К.М.; Михайлов, О.П. Электротехника. / Ломоносов, В.Ю.; Поливанов, К.М.; Михайлов, О.П. Электротехника. Одна из лучших книг, посвящённых основам электротехники. Изложение начинается с самых основ: объясняется, что такое напряжение, сила тока и сопротивление, приводятся указания по расчёту простейших электрических цепей, рассказывается о взаимосвязи и взаимозависимости электрических и магнитных явлений. Объясняется, что такое переменный ток, как устроен генератор переменного тока. Описывается, что такое конденсатор и что собой представляет катушка индуктивности, какова их роль в цепях переменного тока. Объясняется, что такое трёхфазный ток, как устроены генераторы трёхфазного тока и как организуется его передача. Отдельная глава посвящена полупроводниковым приборам: в ней речь идёт о полупроводниковых диодах, о транзисторах и о тиристорах; об использовании полупроводниковых приборов для выпрямления переменного тока и в качестве полупроводниковых ключей. Коротко описываются достижения микроэлектроники. Последняя треть книги целиком посвящена электрическим машинам, агрегатам и оборудованию: в 10 главе речь идёт о машинах постоянного тока (генераторах и двигателях); 11 глава посвящена трансформаторам; о машинах переменного тока (однофазных и трёхфазных, синхронных и асинхронных) подробно рассказывается в 12 главе; выключатели, электромагниты и реле описываются в главе 13; в главе 14 речь идёт о составлении электрических схем. Последняя, 15 глава, посвящена измерениям в электротехнике. Эта книга – отличный способ изучить основы электротехники, понять основополагающие принципы работы электрических машин и агрегатов., zip, 13.87 MB, скачан: 2436 раз./

• Пуск и защита двигателей переменного тока / Пуск и защита двигателей переменного тока. Системы пуска и торможения двигателей переменного тока. Устройства защиты и анализ неисправностей двигателей переменного тока. Руководство по выбору устройств защиты. Руководство от Schneider Electric, pdf, 1.17 MB, скачан: 1832 раз./