Схема подключения трехфазного двигателя к однофазной сети: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети через конденсатор: схема, подбор

Как правильно подключить трехфазных 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.

Содержание

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.

Принцип работы

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.

Включения трехфазного двигателя в однофазную сеть

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

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:

Таблица примерных номиналов конденсаторов с учетом мощности двигаля

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.

Схема для превращения полярного элемента в неполярныйНо 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:

Схема для превращения полярного элемента в неполярный при больших мощностях

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

Подключение трехфазного двигателя в однофазную сетьЧтобы 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
Трехфазный двигатель для однофазной сети

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.


Содержание статьи

Оптимальные схемы для подключений трехфазного двигателя к бытовой однофазной сети

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

  1. звездой;
  2. треугольником.

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.

Способы подвода напряжения к обмоткам двигателя
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.

Табличка на корпусе двигателя
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.

Прозвонка обмоток омметром
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.

Проверка полярностей обмоток импульсом постоянного напряжения
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.

Определение полярности обмоток подачей пониженного напряжения
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.

Подключение трехфазного двигателя по схеме звезды
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:

C раб=2800∙I/U.

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.

Специальный выключатель
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.

Подключение трехфазного двигателя по схеме треугольник
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:

C раб=4800∙I/U.

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.

Асинхронный двигатель с наждачным кругом без защитного щитка и упора
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.

Полезные товары
Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети

Процедура подключения однофазного асинхронного электромотора к электросети предельно просто. Перед домашним мастером стоит выбор из следующих способов подсоединения:

  • Подключение по схеме с 4 выводами. Каждая из катушек электромотора имеет 2 контакта. У рабочей обмотки показатель сопротивления самый низкий, как правило он составляет 10-17 ом. У пусковой обмотки сопротивление большее значение, как правило 20-30 Ом.
  • Схема с 3 выводами. Обмотки катушек соединяются последовательно, то есть, как и в вышеописанном варианте, обмоток по-прежнему 2, но один из токопроводов каждой из них соединен с кабелем другой.
Теория

Для начала вращения вала должны быть соблюдены следующие условия:

Полюса катушек должны быть смещены между собой на 90 градусов. Это оптимальное расположение для старта вращения нагруженного вала. Однако после старта и увеличения частоты вращения такое взаимное положение катушек оказывает отрицательное влияние на технических параметрах электродвигателя.
Полюса взаимно смещены как во времени, так и в пространстве. Каждый из циклов переменного тока, которое протекает в одной из обмоток, отстает от цикла переменного напряжения, который одновременно протекает в другой.

Знакомый с электротехникой домашний мастер найдет в этих условиях противоречие. Как это реализовать технически, если электромотор подключен к однофазной сети?

Если подходить с технической стороны электромеханики, возникшее противоречие легко устранимо, а кажущаяся несовместимость требований обусловлена лишь словоизлиянием. На самом деле, говорилось о 2 фазах, которые были получены от одного источника электрического тока.

Старт вращения всегда было «ахиллесовой пятой» однофазных асинхронных электродвигателей. Теория нам говорит, что равные по модулю и противоположно направленные магнитные потоки, возникающие на полюсах с различным зарядом, должны взаимно уравновешиваться. Поэтому, не взирая на возбужденное состояние катушек, старта вращения не произойдет.

Однако практика противоречит теоретическим выкладкам. Каждому электромонтеру хорошо известна ситуация, когда при подаче напряжения на рабочую обмотку, электродвигатель начинал работу без какого-либо постороннего вмешательства.

Для чего необходим рабочий конденсатор

При работе электромотора без нагрузки, не имеет значения, включена ли какая-либо емкость в электрическую цепь рабочей обмотки. Однако при появлении нагрузки на валу ситуация изменяется. Включение рабочего конденсатора позволяет уменьшить влияние принудительной задержки смещения магнитного поля, что дает возможность повысить КПД электромотора.

При самостоятельном подключении электромотора к электросети, как правило, на его КПД мало обращают внимания из-за различных показателей максимально фиксированной нагрузки, минимальных затратах на возросшее потребление электротока и относительно непродолжительной работы механизма.

Если вы внимательно прочли начало статьи, то понимаете, почему для временного изменения положения фаз тока (напряжения), единовременно протекающего в 2 обмотках электромотора используется конденсатор, а не иной фазосдвигающий узел, к примеру, катушка индуктивности.

Электродвигатели, в большинстве случаев, стартуют с той или иной нагрузкой. В таких случаях, при начале вращения форма магнитного поля, которое создается катушками искажается и приобретает форму овала. Это уменьшает пусковой момент. Для ликвидации ухудшения параметров электромотора лучше использовать конденсатор.

Для определения емкости конденсатора необходимо подставить в формулу технические параметры электромотора, в том числе и весьма специфические, к примеру, коэффициент трансформации каждой из статорных обмоток.

В среднем, емкость конденсатора равна 4 мкФ на 100 Вт электродвигателя, а емкость пускового конденсатора равна 2 – 3 емкостям рабочего. Для рабочего и пускового конденсаторов показатели номинального напряжения равны 350 – 600 В.

Вы можете столкнуться с ситуацией, когда на информационной табличке, расположенной на корпусе электромотора, нанесен недостаточный объем информации. Вместе с тем, некоторые производители указывают в табличке и параметры требуемого для работы электродвигателя конденсатора.

Подсоединение однофазного асинхронного электромотора к электросети

Особенность подключения заключается в соблюдении двух условий: после подсоединения электромотора к электрическому источнику питания, напряжение на рабочие обмотки должно подаваться непрерывно, а подача напряжения на пусковую катушку должно осуществляться лишь в течение короткого периода (до 10 секунд) и через фазосдвигающий конденсатор.

Для того, чтобы этого добиться, не нужно сооружать сложную электроцепь. Вам достаточно двух переключателей, у одного из которых если 2 фиксированных положения тумблера (для рабочего переключателя) и один переключатель без фиксированного положения тумблера (для запуска электромотора).

Однако можно избежать включения в электроцепь нескольких переключателей, если воспользоваться специально предназначенными коммутирующими устройствами.

В конструкции таких механизмах, к примеру, ПНВС-10, нет чего-то «хитрого», за исключением одной особенности. При активации клавиши «Пуск» происходит замыкание всех трех пар контактов. После возвращения кнопки в исходное положение, средняя пара контактов размыкается, а две крайних – остаются замкнутыми. Активация клавиши «Стоп» размыкает все контакты.

Теперь осталось подключить пусковую катушку к крайним контактам электросети, а также к средней и боковой клемме клавиши.

Простота и элегантность подключения однофазного асинхронного электромотора свидетельствует о его продуманности и надежности.

Подключения трехфазного двигателя к однофазной сети

Для подключения трехфазного двигателя к однофазной сети нам понадобится фазосдвигающий конденсатор. На схеме будем обозначать его Ср – рабочая емкость.

Для нормального запуска двигателя нужен конденсатор с одной емкостью, а при выходе двигателя на рабочие обороты другая емкость. Такой дополнительный конденсатор будем называть пусковым, на схеме обозначается как Сп. Также следует знать, что пусковая емкость как правило в 1,5 раза больше рабочей. При работе двигателя на холостом ходу через конденсатор протекает ток на 20-40% больше номинального, по этому рабочая емкость должна быть меньше пусковой.

Схема включения трехфазного двигателя с реверсом

Ниже представлена схема включения трехфазного двигателя в сеть 220В с реверсом. При нажатии на переключатель В1 направление вращения будет меняться

Схема подключения трехфазного двигателя в сеть 220 с реверсом

Расчет рабочей емкости для запуска двигателя

При схеме включения двигателя «Звезда»

Ср=2800 I/U

При схеме включения двигателя «Треугольник»

Ср=4800 I/U

Также для данной схему включения существует упрощенная формула

C = 70*Pдв

где Pдв — номинальная мощность электродвигателя в кВт. То есть на каждые 100 Вт мощности двигателя нужен гасящий конденсатор примерно на 7 мкФ.

При расчетах получаем значение емкости в микрофарадах.

Если ток потребления двигателем нам не известен, то нужно воспользоваться данными с таблички расположенной на двигателе. Там должна быть указана его мощность в ватах, его КПД, коэффициент мощности и рабочее напряжение. Далее предлагаю воспользоваться формулой.

I=P/(1.73Uη cos⁡φ )

Где — коэффициент мощности

Выбор элементов

Конденсаторы нужны обязательно бумажные типа МБГО, МБГП или полипропиленовые  типа СВВ. Их рабочее напряжение должно быть в 1,5-2 раза больше сетевого напряжения.

Если не удается найти конденсатор нужной нам емкости можно составить конденсатор из нескольких. Для этого нам потребуются конденсаторы емкость которых в сумме составляет нужное нам значение.

Напомню что при параллельном включении конденсатора их емкость складывается.

А при последовательном их  емкость рассчитывается по формуле.

Если конденсатора всего два то Собщ=(С1*С2)/(С1+С2)

Если конденсаторов более двух то 1/Собщ=1/С1+1/С2+....+1/Сn
Эксплуатация асинхронного двигателя в сети 220В.

При остановке двигателя или сильного замедления в результате перегрузки следует подключить пусковой конденсатор до набора оборотов.

Также следует учитывать, что мощность трехфазного двигателя при подключении в сеть с одной фазой может падать до 50%.

Трехфазный двигатель в однофазной сети. Схема подключения трехфазного двигателя

Бывают в жизни ситуации, когда нужно включить какое-то промышленное оборудование в обычную домашнюю сеть электропитания. Тут же возникает проблема с числом проводов. У машин, предназначенных для эксплуатации на предприятиях, выводов, как правило, три, а бывает и четыре. Что с ними делать, куда их подключать? Те, кто пытался испробовать различные варианты, убедились, что моторы просто так крутиться не хотят. Возможно ли вообще однофазное подключение трехфазного двигателя? Да, добиться вращения можно. К сожалению, в этом случае неизбежно падение мощности почти вдвое, но в некоторых ситуациях это – единственный выход.

трехфазный двигатель в однофазной сети

Для того чтобы понять, как подключить трехфазный двигатель к обычной розетке, следует разобраться, как соотносятся напряжения в промышленной сети. Общеизвестны величины напряжений – 220 и 380 Вольт. Раньше еще было 127 В, но в пятидесятые годы от этого параметра отказались в пользу более высокого. Откуда взялись эти «волшебные цифры»? Почему не 100, или 200, или 300? Вроде бы круглые цифры считать легче.

Большая часть промышленного электрооборудования рассчитана на подключение к трехфазной сети переменного тока. Напряжение каждой из фаз по отношению к нейтральному проводу составляет 220 Вольт, совсем как в домашней розетке. Откуда же берутся 380 В? Это очень просто, достаточно рассмотреть равнобедренный треугольник с углами в 60, 30 и 30 градусов, который представляет собой векторная диаграмма напряжений. Длина самой длинной стороны будет равна длине бедра, умноженной на cos 30°. После нехитрых подсчетов можно убедиться, что 220 х cos 30°= 380.

однофазное подключение трехфазного двигателя

Устройство трехфазного двигателя

Не все типы промышленных двигателей могут работать от одной фазы. Самые распространенные из них – «рабочие лошадки», составляющие большинство электромашин на любом предприятии – асинхронные машины мощностью в 1 – 1,5 кВА. Как работает такой трехфазный двигатель в трехфазной сети, для которой он предназначен?

Изобретателем этого революционного устройства стал русский ученый Михаил Осипович Доливо-Добровольский. Этот выдающийся электротехник был сторонником теории трехфазной питающей сети, которая в наше время стала главенствующей. Асинхронный двигатель трехфазный работает по принципу индукции токов от обмоток статора на замкнутые проводники ротора. В результате их протекания по короткозамкнутым обмоткам в каждой из них возникает магнитное поле, вступающее во взаимодействие с силовыми линиями статора. Так получается вращающий момент, приводящий к круговому движению оси двигателя.

Обмотки расположены под углом 120°, таким образом, вращающееся поле, создаваемое каждой из фаз, последовательно толкает каждую намагничиваемую сторону ротора.

как подключить трехфазный двигатель

Треугольник или звезда?

Трехфазный двигатель в трехфазной сети может включаться двумя способами – с участием нейтрального провода или без него. Первый способ называется «звезда», в этом случае каждая из обмоток находится под фазным напряжением (между фазой и нулем), равным в наших условиях 220 В. Схема подключения трехфазного двигателя «треугольником» предполагает последовательное соединение трех обмоток и подачу линейного (380 В) напряжения на узлы коммутации. Во втором случае двигатель будет выдавать большую примерно в полтора раза мощность.

Как включить мотор в обратном направлении?

Управление трехфазным двигателем может предполагать необходимость изменения направления вращения на противоположное, то есть реверс. Чтобы этого добиться, нужно просто поменять местами два провода из трех.

Для удобства изменения схемы в клеммной коробке двигателя предусмотрены перемычки, выполненные, как правило, из меди. Для включения «звездой» нежно соединить три выходных провода обмоток вместе. «Треугольник» получается немного сложнее, но и с ним справится любой электрик средней квалификации.

схема подключения трехфазного двигателя

Фазосдвигающие емкости

Итак, порой возникает вопрос о том, как подключить трехфазный двигатель в обычную домашнюю розетку. Если просто попробовать подсоединить к вилке два провода, он вращаться не станет. Для того чтобы дело пошло, нужно сымитировать фазу, сдвинув подаваемое напряжение на какой-то угол (желательно 120°). Добиться этого эффекта можно, если применить фазосдвигающий элемент. Теоретически это может быть и индуктивность, и даже сопротивление, но чаще всего трехфазный двигатель в однофазной сети включается с использованием электрических емкостей (конденсаторов), обозначаемых на схемах латинской буквой С.

трехфазный двигатель в трехфазной сети

Что касается применений дросселей, то оно затруднено по причине сложности определения их значения (если оно не указано на корпусе прибора). Для замера величины L требуется специальный прибор или собранная для этого схема. К тому же выбор доступных дросселей, как правило, ограничен. Впрочем, экспериментально любой фазосдвигающий элемент подобрать можно, но это дело хлопотное.

асинхронный двигатель трехфазный

Что происходит при включении двигателя? На одну из точек соединения подается ноль, на другую – фаза, а на третью - некое напряжение, сдвинутое на некоторый угол относительно фазы. Понятно и неспециалисту, что работа двигателя не будет полноценной в отношении механической мощности на валу, но в некоторых случаях достаточно самого факта вращения. Однако уже при запуске могут возникать некоторые проблемы, например, отсутствие начального момента, способного сдвинуть ротор с места. Что делать в этом случае?

Пусковой конденсатор

В момент пуска валу требуются дополнительные усилия для преодоления сил инерции и трения покоя. Чтобы увеличить момент вращения, следует установить дополнительный конденсатор, подключаемый к схеме только в момент старта, а затем отключающийся. Для этих целей лучшим вариантом является применение замыкающей кнопки без фиксации положения. Схема подключения трехфазного двигателя со стартовым конденсатором приведена ниже, она проста и понятна. В момент подачи напряжения следует нажать на кнопку «Пуск», и пусковой конденсатор создаст дополнительной сдвиг фазы. После того как двигатель раскрутится до нужных оборотов, кнопку можно (и даже нужно) отпустить, и в схеме останется только рабочая емкость.

 схема трехфазного двигателя

Расчет величины емкостей

Итак, мы выяснили, что для того, чтобы включить трехфазный двигатель в однофазной сети, требуется дополнительная схема подключения, в которую, помимо пусковой кнопки, входят два конденсатора. Их величину нужно знать, иначе работать система не будет. Для начала определим величину электрической емкости, необходимую для того, чтобы заставить ротор тронуться с места. При параллельном включении она представляет собой сумму:

С = С ст + Ср, где:

С ст – стартовая дополнительная отключаемая после разбега емкость;

С р – рабочий конденсатор, обеспечивающий вращение.

Еще нам потребуется величина номинального тока I н (она указана на табличке, прикрепленной к двигателю на заводе-изготовителе). Этот параметр также можно определить с помощью нехитрой формулы:

I н = P / (3 х U), где:

U – напряжение, при подключении «звездой» - 220 В, а если «треугольник», то 380 В;

P – мощность трехфазного двигателя, ее иногда в случае утери таблички определяют на глаз.

Итак, зависимости требуемой рабочей мощности вычисляются по формулам:

С р = Ср = 2800 I н / U – для «звезды»;

С р = 4800 I н / U – для «треугольника»;

Пусковой конденсатор должен быть больше рабочего в 2-3 раза. Единица измерения – микрофарады.

Есть и совсем уж простой способ вычисления емкости: C = P /10, но эта формула скорее дает порядок цифры, чем ее значение. Впрочем, повозиться в любом случае придется.

Почему нужна подгонка

Метод расчета, приведенный выше, является приблизительным. Во-первых, номинальное значение, указанное на корпусе электрической емкости, может существенно отличаться от фактического. Во-вторых, бумажные конденсаторы (вообще говоря, вещь недешевая) часто используются бывшие в употреблении, и они, как всякие прочие предметы, подвержены старению, что приводит к еще большему отклонению от указанного параметра. В-третьих, ток, который будет потребляться двигателем, зависит от величины механической нагрузки на валу, а потому оценить его можно только экспериментально. Как это сделать?

Здесь потребуется немного терпения. В результате может получиться довольно объемный набор конденсаторов, соединенных параллельно и последовательно. Главное – после окончания работы все хорошенько закрепить, чтобы не отваливались припаянные концы от вибраций, исходящих от мотора. А потом не лишним будет еще раз проанализировать результат и, возможно, упростить конструкцию.

Составление батареи емкостей

Если в распоряжении у мастера нет специальных электролитических клещей, позволяющий замерять ток без размыкания цепей, то следует подключить амперметр последовательно к каждому проводу, который входит в трехфазный двигатель. В однофазной сети будет протекать суммарное значение, а подбором конденсаторов следует стремиться к наиболее равномерной загрузке обмоток. При этом следует помнить о том, что при последовательном подключении общая емкость уменьшается по закону:

1/С = 1/С1 + 1/С2… и так далее, а при параллельном – наоборот, складывается.

Также необходимо не забывать и о таком важном параметре, как напряжение, на которое рассчитан конденсатор. Оно должно быть не менее номинального значения сети, а лучше с запасом.

мощность трехфазного двигателя

Разрядный резистор

Схема трехфазного двигателя, включенного между одной фазой и нейтральным проводом, иногда дополняется сопротивлением. Оно служит для того, чтобы на стартовом конденсаторе не накапливался заряд, остающийся после того, как машина уже выключена. Эта энергия может вызвать электрический удар, не опасный, но крайне неприятный. Для того чтобы обезопасить себя, следует параллельно с пусковой емкостью соединить резистор (у электриков это называется «зашунтировать»). Величина его сопротивления большая – от половины мегома до мегома, а по размерам он невелик, поэтому довольно и полуваттной мощности. Впрочем, если пользователь не боится быть «ущипнутым», то без этой детали вполне можно и обойтись.

Использование электролитов

Как уже отмечалось, пленочные или бумажные электрические емкости дорогие, и прибрести их не так просто, как хотелось бы. Можно произвести однофазное подключение трехфазного двигателя с использованием недорогих и доступных электролитических конденсаторов. При этом совсем уж дешевыми они тоже не будут, так как должны выдерживать 300 Вольт постоянного тока. Для безопасности их следует зашунтировать полупроводниковыми диодами (Д 245 или Д 248, например), но нелишним будет помнить о том, что при пробитии этих приборов переменное напряжение попадет на электролит, и он сперва сильно нагреется, а потом взорвется, громко и эффектно. Поэтому без крайней необходимости лучше все же использовать конденсаторы бумажного типа, работающие под напряжением хоть постоянным, хоть переменным. Некоторые мастера вполне допускают применение электролитов в пусковых цепях. В силу кратковременного воздействия на них переменного напряжения, они могут и не успеть взорваться. Лучше не экспериментировать.

Если нет конденсаторов

Где обычные граждане, не имеющие доступа к пользующимся спросом электрическим и электронным деталям, их приобретают? На барахолках и «блошиных рынках». Там они лежат, заботливо выпаянные чьими-то (обычно пожилыми) руками из старых стиральных машин, телевизоров и прочей вышедшей из обихода и строя бытовой и промышленной техники. Просят за эти изделия советского производства немало: продавцы знают, что если деталь нужна, то ее купят, а если нет – и даром не возьмут. Бывает, что как раз самого необходимого (в данном случае конденсатора) как раз и нет. И что же делать? Не беда! Сойдут и резисторы, только нужны мощные, желательно керамические и остеклованные. Конечно, идеальное сопротивление (активное) фазу не сдвигает, но в этом мире ничего нет идеального, и в нашем случае это хорошо. Каждое физическое тело обладает собственной индуктивностью, электрической мощностью и резистивностью, будь оно крошечной пылинкой или огромной горой. Включение трехфазного двигателя в розетку становится возможным, если на вышеприведенных схемах заменить конденсатор сопротивлением, номинал которого вычисляется по формуле:

R = (0,86 x U) / kI, где:

kI - величина тока при трехфазном подключении, А;

U – наши верные 220 Вольт.

Какие двигатели подойдут?

Перед тем как приобретать за немалые деньги мотор, который рачительный хозяин собирается использовать в качестве привода для точильного круга, циркулярной пилы, сверлильного станка или другого какого-либо полезного домашнего устройства, не помешает подумать о его применимости для этих целей. Не каждый трехфазный двигатель в однофазной сети вообще сможет работать. Например, серию МА (у него короткозамкнутый ротор с двойной клеткой) следует исключить, дабы не пришлось тащить домой немалый и бесполезный вес. Вообще, лучше всего сначала поэкспериментировать или пригласить опытного человека, электромеханика, например, и посоветоваться с ним перед покупкой. Вполне подойдет асинхронный двигатель трехфазный серии УАД, АПН, АО2, АО и, конечно же, А. Эти индексы указаны на заводских табличках.

схемы соединения обмоток и конденсаторы, емкость, реверс

Подключение трехфазного движка к сети 220Подключение трёхфазного двигателя к однофазной цепи может потребоваться просто потому, что другого нет под рукой, или нужно сэкономить, или просто захотелось смастерить что-то своими руками из старых запасов. Тем более асинхронники (это практически все 3-фазные электромоторы, могущие встретиться на жизненном пути Самоделкина) имеют одно очень важное конструкционное преимущество: у них нет электрических щёток — лишней расходной детали.

Подключение двигателя 380 на 220

380в — это напряжение между фазами в трёхфазной цепи (линейное), а 220в — напряжение между фазой и нулём (фазное) в той же самой цепи. В обычной однофазной цепи: дома, на даче или в гараже есть только два провода — ноль и фаза; сейчас в новых постройках появился защитный ноль (заземление) — провод жёлто-зелёного цвета, он подходит к «рогам» розетки, его в расчёт не принимаем, о заземлении разговор совсем другой.

Возникает вопрос о том, где взять недостающие фазы. Применение фазорасщепителя или инвертора (устройство, преобразующее однофазный электрический ток в трёхфазный) рассматривать не будем, не стоит принимать во внимание и индукционный с помощью катушек индуктивности способ сдвига фаз. Пойдём другим путём, ёмкостным — подключение электродвигателя 380 В на 220 В через конденсатор. Этот метод является самым простым и оптимальным, легким в реализации.

Как подключить 380 движка на 220То, что имеется сам трёхфазный электродвигатель, ясно по умолчанию, нужно только определить схему подключения его обмоток и как подключить двигатель 380 на 220. Для этого надо вскрыть клеммную коробку электродвигателя и если в ней только три клеммы, стало быть, обмотки статора соединены звездой и для переделки на треугольник, а когда на шильдике движка указано рабочее напряжение 380 В, то это нужно, придётся открывать заднюю крышку мотора, искать выводы обмоток, переключать их. Тут рекомендуется позвать опытного электрика.

В коробке шесть клемм, расположенных двумя рядами — по три штуки в каждом. Рассмотрим возможные варианты

  1. Три клеммы ОДНОГО ряда соединены между собой — звезда.
  2. МЕЖДУРЯДНОЕ соединение клемм попарно — треугольник.

Какую схему соединения обмоток выбрать

Читаем информацию о рабочем напряжении на табличке:

  • 380В — только треугольник.
  • 380В/220В — треугольник или звезда.
  • 220/127 — только звезда. Очень редкий вариант.

Нужно иметь в виду, что при соединении треугольником на обмотку попадает напряжение в 1,7 раза больше, чем при соединении звездой, а значит и реализуемая мощность будет выше, но звезда обеспечивает плавный пуск.

Подбираем конденсатор

В цепи переменного тока — а это как раз наш случай — не стоит пользоваться полярными, имеющими плюсовой и минусовой контакты (анод и катод) конденсаторами. Но при необходимости эту проблему обойти можно путём использования диодного моста или двух полярных конденсаторов, объединённых в один соединением одноимённых контактов, но тут опять лучше позвать опытного электрика.

Существует формула потребной ёмкости рабочего конденсатора, но рассчитав по ней, равно потребуется проверять работу устройства на практике. Если есть какие-то конденсаторы лучше сразу перейти к методу вдумчивого подбора, но именно вдумчивого, а не совсем бездумного. Конденсаторы должны быть неполярными, обладать одинаковым рабочим напряжением никак не менее 300 В, но лучше 400 В и выше.

  • Рабочее напряжение конденсаторов должно быть ОДИНАКОВЫМ, иначе тот, где оно меньше, выйдет из строя.

Правила подбора конденсаторовНачните со значения 30 микрофарад (μF) на 1 киловатт паспортной мощности мотора при соединении обмоток статора звездой, при треугольнике можно пробовать с 50−70 μF. Электродвигатель на холостом ходу (без нагрузки) должен запуститься и набрать обороты не особо нагреваясь, продолжительная работа на холостом ходу нежелательна, двигатель может сгореть. Если холостой запуск происходит нормально, без перегрева и запаха гари, то рабочий конденсатор подобран, на нём и будет работать, подключайте нагрузку и продолжайте испытания уже в рабочем состоянии.

А если подключение электродвигателя 380 В на 220 В через конденсатор происходит сразу под серьёзной нагрузкой? Тут потребуется стартовый конденсатор, его ёмкость нужно начинать подбирать со значений в полтора раза больше, чем рабочий. Пример: рабочий 60 μF, тогда стартовый первоначально ставим на 90 μFи, если нормального запуска нет, то добавляем ёмкость пусковой цепи конденсаторов (примерная ёмкость пусковой цепи составляет до трёх рабочей, в нашем примере до 180 μF). После выхода на рабочие обороты пусковые конденсаторы выключаются, остаётся только рабочий. Цепи рабочего и пускового конденсаторов параллельны, в каждую можно поставить отдельный выключатель.

В бытовой сети не нужно использовать устройства мощностью более 3 квт — сработает защита или сгорит проводка.

Подсчет итоговой ёмкости

При параллельном соединении конденсаторов их ёмкости складываются, а вот при последовательном — наоборот, суммарная ёмкость будет меньше, тут равна сумма обратных значений. Когда два одинаковых конденсатора соединяются параллельно суммарная ёмкость удваивается, а если последовательно, то уменьшается в два раза. То есть сумма ёмкости двух конденсаторов по 100 микрофарад может быть и 200 μF, и 50 μF. Всё зависит от типа их соединения между собой.

Другой пример: суммарная ёмкость конденсаторов 60 μF и 90 μF при параллельном соединении будет 150 μF, при последовательном — 36 μF. Это можно творчески использовать при подборе из того, что есть, или при покупке подешевле.

Реверс

Для изменения направления вращения ротора нужно переключить ёмкостную цепь на другой провод или клемму коробки электродвигателя. На одну клемму подаётся фаза, на другую ноль, включение конденсаторной группы производим к третьей. Теперь при подключении второго провода конденсатора к фазе мотор крутится в одну сторону, к нулю — в другую.

Правила подключения трех фаз к сетиЭтого достаточно, чтобы разобраться в том как подключить трёхфазный двигатель на 220, но если всё получилось и вроде работает правильно крутит, не греется, не горит окончательно убедиться в правильности собранной схемы поможет нехитрая и в этом случае необязательная проверка. Во время работы с постоянной, одинаковой нагрузкой с помощью токоизмерительных клещей померьте токи в фазном, нулевом и конденсаторном проводах. В идеале они должны быть равны между собою, если и есть небольшие различия (процентов 30), то это не идеал, но всё-таки хорошо.

А исправляется различие токов просто — путём изменения ёмкости рабочего конденсатора. Нужно не делать резких движений и не сжечь обмотку, установив слишком большую ёмкость рабочего конденсатора.

Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

Как известно, при включении трёхфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть, по распространенным конденсаторным схемам: "треугольник", или "звезда", мощность двигателя используется только наполовину (в зависимости от применяемого двигателя).

Кроме того, затруднён запуск двигателя под нагрузкой.

В предлагаемой статье описан метод подключения двигателя без потери мощности.

В различных любительских электромеханических станках и приспособлениях чаще всего используются трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. К сожалению, трехфазная сеть в быту — явление крайне редкое, поэтому для их питания от обычной электрической сети любители применяют фазосдвигающий конденсатор, что не позволяет в полном объеме реализовать мощность и пусковые характеристики двигателя. Существующие же тринисторные "фазосдвигающие" устройства еще в большей степени снижают мощность на валу двигателей.

Вариант схемы устройства запуска трехфазного электродвигателя без потери мощности приведен на рис. 1.

Обмотки двигателя 220/380 В соединены треугольником, а конденсатор С1 включен, как обычно, параллельно одной из них. Конденсатору "помогает" дроссель L1, включенный параллельно другой обмотке. При определенном соотношении емкости конденсатора С1, индуктивности дросселя L1 и мощности нагрузки можно получить сдвиг фаз между напряжениями на трех ветвях нагрузки, равный точно 120°.

На рис. 2 приведена векторная диаграмма напряжений для устройства, представленного на рис. 1, при чисто активной нагрузке R в каждой ветви. Линейный ток Iл в векторном виде равен разности токов Iз и Ia, а по абсолютному значению соответствует величине Iф√3, где Iф=I1=I2=I3=Uл/R — фазный ток нагрузки, Uл=U1=U2=U3=220 В — линейное напряжение сети.

К конденсатору С1 приложено напряжение Uc1=U2, ток через него равен Ic1 и по фазе опережает напряжение на 90°.

Аналогично к дросселю L1 приложено напряжение UL1=U3, ток через него IL1 отстает от напряжения на 90°.

При равенстве абсолютных величин токов Ic1 и IL1 их векторная разность при правильном выборе емкости и индуктивности может быть равной Iл.

Сдвиг фаз между токами Ic1 и IL1 составляет 60°, поэтому треугольник из векторов Iл, Iс1 и IL1 — равносторонний, а их абсолютная величина составляет Iс1=IL1=Iл=Iф√3. В свою очередь, фазный ток нагрузки Iф=Р/ЗUL, где Р — суммарная мощность нагрузки.

Иными словами, если емкость конденсатора С1 и индуктивность дросселя L1 выбрать такими, чтобы при поступлении на них напряжения 220 В ток через них был бы равен Ic1=IL1=P/(√3⋅Uл)=P/380, показанная на рис. 1 цепь L1C1 обеспечит на нагрузке трехфазное напряжение с точным соблюдением сдвига фаз.

Таблица 1
P, Вт IC1=IL1, A C1, мкФ L1, Гн
100 0.26 3.8 2.66
200 0.53 7.6 1.33
300 0.79 11.4 0.89
400 1.05 15.2 0.67
500 1.32 19.0 0.53
600 1.58 22.9 0.44
700 1.84 26.7 0.38
800 2.11 30.5 0.33
900 2.37 34.3 0.30
1000 2.63 38.1 0.27
1100 2.89 41.9 0.24
1200 3.16 45.7 0.22
1300 3.42 49.5 0.20
1400 3.68 53.3 0.19
1500 3.95 57.1 0.18

В табл. 1 приведены значения тока Ic1=IL1. емкости конденсатора С1 и индуктивности дросселя L1 для различных величин полной мощности чисто активной нагрузки.

Реальная нагрузка в виде электродвигателя имеет значительную индуктивную составляющую. В результате линейный ток отстает по фазе от тока активной нагрузки на некоторый угол ф порядка 20...40°.

На шильдиках электродвигателей обычно указывают не угол, а его косинус — широко известный cosφ, равный отношению активной составляющей линейного тока к его полному значению.

Индуктивную составляющую тока, протекающего через нагрузку устройства, показанного на рис. 1, можно представить в виде токов, проходящих через некоторые катушки индуктивности Lн, подключенные параллельно активным сопротивлениям нагрузки (рис. 3,а), или, что эквивалентно, параллельно С1, L1 и сетевым проводам.

Из рис. 3,б видно, что поскольку ток через индуктивность противофазен току через емкость, катушки индуктивности LH уменьшают ток через емкостную ветвь фазосдвигающей цепи и увеличивают через индуктивную. Поэтому для сохранения фазы напряжения на выходе фазосдвигающей цепи ток через конденсатор С1 необходимо увеличить и через катушку уменьшить

Векторная диаграмма для нагрузки с индуктивной составляющей усложняется. Ее фрагмент, позволяющий произвести необходимые расчеты, приведен на рис. 4.

Полный линейный ток Iл разложен здесь на две составляющие: активную Iлcosφ и реактивную Iлsinφ.

В результате решения системы уравнений для определения необходимых значений токов через конденсатор С1 и катушку L1:

IC1sin30° + IL1sin30° = Iлcosφ, IC1cos30° - IL1cos30° = Iлsinφ,

получаем следующие значения этих токов:

IC1 = 2/√3⋅Iлsin(φ+60°), IL1 = 2/√3⋅Iлcos(φ+30°).

При чисто активной нагрузке (φ=0) формулы дают ранее полученный результат Ic1=IL1=Iл.

На рис. 5 приведены зависимости отношений токов Ic1 и IL1 к Iл от cosφ, рассчитанные по этим формулам Для (cosφ = √3/2 = 0,87) ток конденсатора С1 максимален и равен 2/√3Iл = 1.15Iл, а ток дросселя L1 вдвое меньше.

Этими же соотношениями с хорошей степенью точности можно пользоваться для типовых значений cosφ, равных 0,85...0,9.

Таблица 2
P, Вт IC1, A IL1, A C1, мкФ L1, Гн
100 0.35 0.18 5.1 3.99
200 0.70 0.35 10.2 2.00
300 1.05 0.53 15.2 1.33
400 1.40 0.70 20.3 1.00
500 1.75 0.88 25.4 0.80
600 2.11 1.05 30.5 0.67
700 2.46 1.23 35.6 0.57
800 2.81 1.40 40.6 0.50
900 3.16 1.58 45.7 0.44
1000 3.51 1.75 50.8 0.40
1100 3.86 1.93 55.9 0.36
1200 4.21 2.11 61.0 0.33
1300 4.56 2.28 66.0 0.31
1400 4.91 2.46 71.1 0.29
1500 5.26 2.63 76.2 0.27

В табл. 2 приведены значения токов IC1, IL1, протекающих через конденсатор С1 и дроссель L1 при различных величинах полной мощности нагрузки, имеющей указанное выше значение cosφ = √3/2.

Для такой фазосдвигающей цепи используют конденсаторы МБГО, МБГП, МБГТ, К42-4 на рабочее напряжение не менее 600 В или МБГЧ, К42-19 на напряжение не менее 250 В.

Дроссель проще всего изготовить из трансформатора питания стержневой конструкции от старого лампового телевизора. Ток холостого хода первичной обмотки такого трансформатора при напряжении 220 В обычно не превышает 100 мА и имеет нелинейную зависимость от приложенного напряжения.

Если же в магнитопровод ввести зазор порядка 0,2...1 мм, ток существенно возрастет, а зависимость его от напряжения станет линейной.

Сетевые обмотки трансформаторов ТС могут быть соединены так, что номинальное напряжение на них составит 220 В (перемычка между выводами 2 и 2'), 237 В (перемычка между выводами 2 и 3') или 254 В (перемычка между выводами 3 и 3'). Сетевое напряжение чаще всего подают на выводы 1 и 1'. В зависимости от вида соединения меняются индуктивность и ток обмотки.

В табл. 3 приведены значения тока в первичной обмотке трансформатора ТС-200-2 при подаче на нее напряжения 220 В при различных зазорах в магнитопроводе и разном включении секций обмоток.

Сопоставление данных табл. 3 и 2 позволяет сделать вывод, что указанный трансформатор можно установить в фазосдвигающую цепь двигателя с мощностью примерно от 300 до 800 Вт и, подбирая зазор и схему включения обмоток, получить необходимую величину тока.

Индуктивность изменяется также в зависимости от синфазного или противофазного соединения сетевой и низковольтных (например, накальных) обмоток трансформатора.

Максимальный ток может несколько превышать номинальный ток в рабочем режиме. В этом случае для облегчения теплового режима целесообразно снять с трансформатора все вторичные обмотки, часть низковольтных обмоток можно использовать для питания цепей автоматики устройства, в котором работает электродвигатель.

Таблица 3
Зазор в
магнитопроводе, мм
Ток в сетевой обмотке, A,
при соединении выводов на напряжение, В
220 237 254
0.2 0.63 0.54 0.46
0.5 1.26 1.06 0.93
1 - 2.05 1.75

В табл. 4 приведены номинальные величины токов первичных обмоток трансформаторов различных телевизоров и ориентировочные значения мощности двигателя, с которыми их целесообразно использовать фазосдвигающую LC-цепь следует рассчитывать для максимально возможной нагрузки электродвигателя.

Таблица 4
Трансформатор Номинальный
ток, A
Мощность
двигателя, Вт
ТС-360М 1.8 600...1500
ТС-330К-1 1.6 500...1350
СТ-320 1.6 500...1350
СТ-310 1.5 470...1250
ТСА-270-1,
ТСА-270-2,
ТСА-270-3
1.25 400...1250
ТС-250,
ТС-250-1,
ТС-250-2,
ТС-250-2М,
ТС-250-2П
1.1 350...900
ТС-200К 1 330...850
ТС-200-2 0.95 300...800
ТС-180,
ТС-180-2,
ТС-180-4,
ТС-180-2В
0.87 275...700

При меньшей нагрузке необходимый сдвиг фаз уже не будет выдерживаться, но пусковые характеристики по сравнению с использованием одного конденсатора улучшатся.

Экспериментальная проверка проводилась как с чисто активной нагрузкой, так и с электродвигателем.

Функции активной нагрузки выполняли по две параллельно соединенных лампы накаливания мощностью 60 и 75 Вт, включенные в каждую нагрузочную цепь устройства (см рис. 1), что соответствовало общей мощности 400 Вт В соответствии с табл. 1 емкость конденсатора С1 составляла 15 мкф Зазор в магнитопроводе трансформатора ТС-200-2 (0,5 мм) и схема соединения обмоток (на 237 В) были выбраны из соображений обеспечения необходимого тока 1,05 А.

Измеренные на нагрузочных цепях напряжения U1, U2, U3 отличались друг от друга на 2...3 В, что подтверждало высокую симметрию трехфазного напряжения.

Эксперименты проводились также с трехфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором АОЛ22-43Ф мощностью 400 Вт. Он работал с конденсатором С1 емкостью 20 мкф (кстати, такой же, как и при работе двигателя только с одним фазосдвигающим конденсатором) и с трансформатором, зазор и соединение обмоток которого выбраны из условия получения тока 0,7 А.

В результате удалось быстро запустить двигатель без пускового конденсатора и заметно увеличить крутящий момент, ощущаемый при торможении шкива на валу двигателя.

К сожалению, провести более объективную проверку затруднительно, поскольку в любительских условиях практически невозможно обеспечить нормированную механическую нагрузку на двигатель.

Следует помнить, что фазосдвигающая цепь — это последовательный колебательный контур, настроенный на частоту 50 Гц (для варианта чисто активной нагрузки), и без нагрузки подключать к сети эту цепь нельзя.

Подключение трёхфазного двигателя к однофазной сети: схемы, инструкции и советы

Собираемся рассмотреть, как производится подключение трехфазного двигателя к однофазной сети, дать рекомендации по управлению агрегатом. Чаще люди хотят варьировать скорость вращения или направление. Как это сделать? Описывали размыто ранее, как подключить трехфазный двигатель на 230 вольт, теперь озаботимся деталями.

Стандартная схема включения трехфазного двигателя в однофазную сеть

Процесс подключения трехфазного двигателя к напряжению 230 вольт прост. Обычно ветка несет синусоиду, разница составляет 120 градусов. Формируется фазовый сдвиг, равномерный, обеспечивает плавность вращения электромагнитного поля статора. Действующее значение каждой волны составляет 230 вольт. Это позволит подключить трехфазный двигатель к домашней розетке. Фокус цирковой: получить три синусоиды, используя одну. Сдвиг фаз равен 120 градусов.

На практике означенное сделать можно, заручившись помощью специальных приборов фазовращателей. Не тех, что используются высокочастотными трактами волноводов, а специальных фильтров, сформированных пассивными, реже активными элементами. Любители заморочкам предпочитают применение заправского конденсатора. Если обмотки двигателя соединить треугольником, сформировав единое кольцо, получим сдвиги фаз 45 и 90 градусов, хватает худо-бедно для неуверенной работы вала:

Схема подключения в однофазную сеть двигатель с 3 фазами

Схема подключения трехфазного двигателя коммутацией обмоток треугольником

  1. На одну обмотку подается фаза розетки. Провода цепляют разницу потенциалов.
  2. Вторая обмотка запитывается конденсатором. Формируется сдвиг фаз 90 градусов относительно первой.
  3. На третьей за счет приложенных напряжений образуется слабо похожее на синусоиду колебание со сдвигом еще на 90 градусов.

Итого, третья обмотка отстоит от первой по фазе на 180 градусов. Показывает практика, расклада хватает нормально работать. Разумеется, двигатель иногда «залипает», сильно греется, мощность падает, хромает КПД. Пользователи мирятся, когда подключение асинхронного двигателя к трехфазной сети исключено.

Из чисто технических нюансов добавим: схема правильной раскладки проводов приводится на корпусе прибора. Чаще украшает внутреннюю сторону кожуха, скрывающего колодку, либо вычерчена неподалеку на шильдике. Руководствуясь схемой, поймем, как подключить электродвигатель с 6 проводами (по паре на каждую обмотку). Когда сеть трёхфазная (часто называют 380 вольт), обмотки соединяются звездой. Образуется одна общая катушкам точка, куда стыкуется нейтраль (условный схемный электрический нуль). На прочие концы подаются фазы. Получается три – по числу обмоток.

Как обращаться с треугольником для подключения трехфазного двигателя на 230 вольт, понятно. Дополнительно приводим рисунок, изображающий:

  • Схему электрического соединения обмоток.
  • Рабочий конденсатор, служащий цели создания правильного распределения фаз.
  • Пусковой конденсатор, облегчающий раскрутку вала на начальных оборотах. В последующем отключается от схемы кнопкой, разряжается шунтирующим резистором (для безопасности и пребывания в готовности к новому циклу пуска).
Обращение с треугольником для подключения трёхфазного двигателя на 220В

Подключение трехфазного двигателя 230 вольт треугольником

Картинка показывает: обмотка А находится под напряжением 230 вольт. На С подается со сдвигом фаз 90 градусов. Благодаря разности потенциалов, концы обмотки В формируют напряжение, сдвинутое на 90 градусов. Очертания далеки привычной школьным физикам синусоиде. Опущены в целях упрощения пусковой конденсатор, шунтирующий резистор. Считаем, расположение очевидно из сказанного выше. Подобная методика худо-бедно позволит добиться от двигателя нормальной работы. Клавишей пусковой конденсатор замыкается, осуществляя пуск, отключается от фазы, разряжается шунтом.

Пришло время сказать: емкость, обозначенная чертежом 100 мкФ, практически выбирается, учитывая:

  1. Частоты вращения вала.
  2. Мощность двигателя.
  3. Нагрузки, ложащиеся на ротор.

Подбирать нужно конденсатор экспериментальным путем. Согласно нашему рисунку, напряжение обмоток В и С будет одинаковым. Напоминаем: тестер показывает действующее значение. Фазы напряжения будут различны, форма сигнала обмотки В несинусоидальная. Действующее значение показывает: в плечи отдается одинаковая мощность. Обеспечивается боле менее стабильная работа установки. Мотор меньше греется, оптимизируется КПД двигателя. Каждая обмотка сформирована индуктивным сопротивлением, которое также накладывает отпечаток на сдвиг фаз между напряжением и током. Вот почему важно подобрать правильное значение емкости. Можно добиться идеальных условий работы двигателя.

Заставить двигатель крутиться в обратном направлении

График распределения фаз

Три фазы напряжения 380 вольт

При подключении на три фазы смена направления вращения вала обеспечивается правильной коммутацией сигнала. Применяются специальные контакторы (три штуки). 1 на каждую фазу. В нашем случае коммутации подлежит всего одна цепь. Причем (руководствуясь утверждениями гуру) достаточно обменять местами любые два провода. Будь то питание, место стыковки конденсатора. Проверим правило прежде выдачи напутствия читателям. Результаты демонстрирует второй рисунок, схематично приводящий эпюры, показывающие распределение фаз указанного случая.

Изготавливая эпюры, предполагали: обмотка С соединена последовательно конденсатору, дающему напряжению положительный прирост фазы. Согласно векторной диаграмме, для сохранения баланса на обмотке С должен быть отрицательный знак относительно основного напряжения. С другой стороны конденсатор, катушка В соединены параллельно. Одна ветвь обеспечивают напряжению положительный прирост (конденсатор), другая – току. Сродни параллельному колебательному контуру, токи ветвей текут практически в противоположную сторону. Учитывая сказанное, приняли закон изменения синусоиды противофазно относительно обмотки С.

Эпюры показывают: максимумы, согласно схеме, обходят обмотки против часовой стрелки. Прошлым обзором показывали аналогичным контекстом: вращение идет иным направлением. Получается, действительно при смене полярности питания вал вращается в противоположную сторону. Не будем рисовать распределение магнитных полей, считаем излишним повторяться.

Точнее подобные вещи позволят просчитывать специальные компьютерные программы. Объяснение дали на пальцах. Получилось, что практики правы: поменяв полярность питания, направление движения вала обратим противоположно. Наверняка аналогичное утверждение годится случаю включения конденсатора ветвью другой обмотки. Жаждущим подробных графиков рекомендуем изучать специализированные программные пакеты наподобие бесплатной Electronics Workbench. В приложении проставите угодное число контрольных точек, отследите законы изменения токов, напряжений. Любителям поиздеваться над своим мозгом будет возможность просмотра спектра сигналов.

Потрудитесь правильно задать индуктивности обмоток. Разумеется, влияние вносит нагрузка, препятствующая запуску. Учесть потери подобными программами сложно. Практики рекомендуют избегать заострять внимание указанной точилкой, подбирать номиналы конденсаторов (эмпирическим) опытным путем. Таким образом, точная схема подключения трехфазного двигателя определена конструкцией, предполагаемым целевым назначением. Допустим, токарный станок будет отличаться от хлеборушки развивающимися нагрузками.

Пусковой конденсатор трехфазного двигателя

Чаще подключение трехфазного двигателя к однофазной сети нужно вести с участием пускового конденсатора. Особенно аспект касается мощных моделей, моторов под значительной нагрузкой на старте. В этом случае увеличивается собственное реактивное сопротивление, которое придется компенсировать при помощи емкостей. Проще подобрать опять же экспериментально. Нужно собрать стенд, на котором имеется возможность «на горячую» включать, исключать из цепи отдельные емкости.

Избегайте помогать двигателю запуститься рукой, как демонстрируют “бывалые” мастера. Просто найдите значение батареи, при котором вал бодро вращается, по мере раскрутки начинайте исключать из цепи конденсаторы один за другим. Пока останется такой набор, ниже которого двигатель не вращается. Отобранные элементы образуют пусковую емкость. А правильность своего выбора нужно контролировать при помощи тестера: напряжение в плечах обмоток со сдвинутой фазой (в нашем случае С и В) должно быть одинаковым. Это значит, что отдается примерно равная мощность.

Трёхфазный двигатель с пусковым конденсатором

Трехфазный двигатель с пусковым конденсатором

Что касается оценок и прикидок, емкость батарей растет с увеличением мощности, оборотов. А  если говорить о нагрузке, большое влияние оказывает на старте. Когда вал раскрутится, в большинстве случаев малые препятствия преодолеваются за счёт инерции. Чем массивнее вал, тем выше шанс, что двигатель не «заметит» возникшего затруднения.

Обратите внимание, что подключение асинхронного двигателя обычно ведется через защитный автомат. Устройство, которое остановит вращение при превышении током некоторого значения. Это не только уберегает пробки местной сети от выгорания, но и спасет обмотки двигателя при заклинивании вала. В этом случае ток резко повысится, и работа устройства прекратится. Небесполезен автомат защиты и при подборе нужного номинала емкости. Очевидцы утверждают, что если подключение 3-фазного двигателя в однофазную сеть ведется через слишком слабые конденсаторы, то нагрузка резко возрастает. В случае наличия мощного мотора это очень важно, потому что даже в нормальном режиме потребление превышает номинальное в 3-4 раза.

И пара слов о том, как оценить заранее пусковой ток. Допустим, нужно подключить асинхронный двигатель на 230 мощностью 4 кВт. Но это для трех фаз. В случае штатной проводки ток по каждой из них течет отдельно. У нас же все это будет складываться. Поэтому смело делим мощность на напряжение сети и получаем 18 А. Понятно, что без нагрузки подобный ток вряд ли будет расходоваться, но для стабильной работы двигателя на полную катушку нужен защитный автомат потрясающей мощности. Что касается простого тестового запуска, то вполне сгодится устройство ампер на 16. И даже есть шанс, что старт пройдет без эксцессов.

Надеемся, читатели теперь знают, как подключить трехфазный двигатель в домашнюю сеть на 230 вольт. Осталось к этому добавить, что возможности стандартной квартиры не превышают с точки зрения отдачи мощности потребителю значения порядка 5 кВт. Это значит, описанный выше двигатель дома попросту включать опасно. Обратите внимание, что даже болгарки редко бывают мощнее 2 кВт. При этом двигатель оптимизирован для работы в однофазной сети 220 вольт. Проще говоря, слишком мощные устройства не только вызовут моргание света, но скорее всего, спровоцируют возникновение других нештатных ситуаций. В лучшем случае выбьет пробки, в худшем – случится возгорание проводки.

На этом говорим “до свидания” и хотим заметить: знание теории иной раз полезно практикам. Особенно если дело касается мощной техники, способной причинить немалый вред.

Управление трехфазным асинхронным двигателем с использованием однофазного источника питания

Научная библиотека ученых

Scholars Research Library Доступно онлайн на сайте www.scholarsresearchlibrary.com Научная библиотека исследователей Архивы прикладных научных исследований, 2010, 2 (2): 380-387 (http://scholarsresearchlibrary.com/archive.html) ISSN 0975-508X

Дополнительная информация

ЧАСТОТНЫЙ КОНТРОЛЬ ПРИВОД МОТОРА AC

FREQUENCY CONTROLLED AC MOTOR DRIVE ДВИГАТЕЛЬ С ДВИГАТЕЛЕМ С РЕГУЛИРУЕМОЙ ЧАСТОТОЙ 1.0 Особенности стандартных электродвигателей переменного тока Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором является электродвигателем, наиболее широко используемым в промышленности.Эта лидирующая позиция приводит в основном

Дополнительная информация

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)

Pulse Width Modulated (PWM) Руководство по технологиям управления ШИМ-приводы переменного тока Редакция 1.0 Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) На рисунке 1.8 показана блок-схема преобразователя мощности в ШИМ-приводе. В этом типе привода диодный мостовой выпрямитель

Дополнительная информация

Пересмотр трехфазного переменного тока

3-Phase AC Calculations Revisited AN110 Dataforth Corporation Страница 1 из 6 ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ? Никола Тесла (1856-1943) приехал в Соединенные Штаты в 1884 году из Югославии.Он прибыл во время битвы течений между Томасом Эдисоном, который

Дополнительная информация

Международные журналы

International ejournals ISSN 2249 5460 Доступно в Интернете по адресу www.internationalejournals.com Международные журналы Международный журнал математических наук, технологий и гуманитарных наук 113 (2014) 1221 1227 НЕЙТРАЛЬНЫЙ ТОК

Дополнительная информация

Трехфазные цепи

Three phase circuits Трехфазные цепи ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ ТРЕХФАЗНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА 1.Номинальная мощность трехфазных двигателей и номинальная мощность трехфазных трансформаторов на 150% выше, чем у однофазных двигателей

Дополнительная информация

Система генерации распределения

Distribution Generation System Анализ оптимизатора солнечной энергии для системы распределения постоянного тока Srinivas Dobbala 1, K. Chandra Mouli 2 1 Студент, факультет EEE, Vaageswari College of Engineering, Каримнагар, Телангана, Индия

Дополнительная информация

Блок 33 трехфазных двигателей

Unit 33 Three-Phase Motors Блок 33 Трехфазные двигатели Задачи: Обсудить работу двигателей с намотанным ротором.Обсудить работу моторов selsyn. Обсудите работу синхронных двигателей. Определить направление вращения

Дополнительная информация

Саджит Шаик *, И.Рагхавендар **

Sajith Shaik *, I.Raghavendar ** Улучшение качества электроэнергии в трехфазной четырехпроводной распределительной системе с использованием VSC с зигзагообразным трансформатором Sajith Shaik *, I.Raghavendar ** * (Департамент электротехники, Teegala Krishna Reddy

Дополнительная информация

Качественная бумага № 3

Power Quality Paper #3 Влияние провалов напряжения на асинхронные двигатели: M D McCulloch 1.ВВЕДЕНИЕ Пониженные напряжения, вызванные неисправностями в системе, влияют на производительность асинхронных двигателей с точки зрения производства

Дополнительная информация

основы электроники

electronics fundamentals основы, схемы и устройства для электроники THOMAS L. FLOYD DAVID M. BUCHLA Урок 1. Диоды и приложения Двухполупериодный выпрямитель с центральным выводом Полноволновой выпрямитель с центральным ответвлением (CT)

Дополнительная информация

Свойства электрических сигналов

Properties of electrical signals Компонент напряжения постоянного тока (среднее напряжение) Свойства электрических сигналов v (t) = V DC + v ac (t) V DC - это значение напряжения, отображаемое на вольтметре постоянного тока Компонент постоянного тока треугольной формы Половолновый выпрямитель

Дополнительная информация

Бюллетень данных о продукте

Product Data Bulletin Информационный бюллетень о продуктах Гармоники энергосистемы Причины и следствия приводов с переменной частотой относительно стандарта IEEE 519-1992 Raleigh, NC, U.С.А. ВВЕДЕНИЕ В этом документе описывается энергосистема

Дополнительная информация

Гармоники энергосистемы

Power System Harmonics Тихоокеанская газовая и электрическая компания Гармоники энергосистемы Что такое гармоники энергосистемы? В идеале формы напряжения и тока являются идеальными синусоидами. Однако из-за возросшей популярности электронных

Дополнительная информация

Низкочастотная система передачи переменного тока

Low Frequency AC Transmission System с.315-326 http://dx.doi.org/10.14257/ijsip.2015.8.5.32 Низкочастотная система передачи переменного тока G. Sirisha Kumari 1 и K.Veerendranath 2 1 M. Технический студент в EEE Department 2 Asst. Профессор кафедры EEE

Дополнительная информация

EET272 Рабочий лист, неделя 9

EET272 Worksheet Week 9 EET272 Worksheet Week 9 ответьте на вопросы 1-5 в рамках подготовки к обсуждению викторины в понедельник. Завершите остальные вопросы для обсуждения в классе в среду.Вопрос 1 Вопросы AC становятся

Дополнительная информация ,
Как рассчитать и нарисовать однолинейную диаграмму для энергосистемы

Однолинейная диаграмма

В этой технической статье объясняется, как рассчитать и нарисовать однолинейную схему трехфазной системы электропитания частотой 60 Гц с генераторами, двигателями, трансформаторами и линиями.

Calculate and Draw a Single Line Diagram For The Power System (Generators, Motors, Transformers & Lines) Рассчитать и нарисовать однолинейную диаграмму для энергосистемы (генераторы, двигатели, трансформаторы и линии) - кредит фото: merko.ee

Следующие компоненты представляют собой упрощенную версию энергосистемы, перечисленной в последовательном физическом порядке от расположения генератора до нагрузки:

  1. Два паровых электрогенератора, каждый по 13.2 кВ
  2. Два повышающих трансформатора, 13,2 / 66 кВ
  3. Конечная высоковольтная шина на 66 кВ
  4. Одна длинная линия электропередачи на 66 кВ
  5. Приемная конечная шина на 66 кВ
  6. Вторая линия электропередачи 66 кВ с центральной шиной
  7. Понижающий трансформатор на приемной шине, 66/12 кВ , питающий четыре двигателя 12 кВ параллельно и
  8. Понижающий трансформатор, 66/7.2 кВ , от центральной отводной шины, питание двигателя 7,2 кВ

Процедура расчета

1. Определите подходящие символы

Для электрических сетей соответствующий выбор графических символов показан на рисунке 1 (общие символы мощности, используемые в однолинейных схемах):

Common power symbols used in single line diagrams Common power symbols used in single line diagrams Рисунок 1 - Общие символы мощности, используемые в однолинейных схемах

2. Нарисуйте необходимую систему

Система, описанная в проблеме, показана на рисунке 2.Масляные выключатели добавляются в соответствующих точках для надлежащей изоляции оборудования.

Three-phase power system represented by single line diagram Three-phase power system represented by single line diagram Рисунок 2 - Трехфазная система питания, представленная однолинейной схемой

Связанные вычисления

Это общая процедура использования однолинейных схем для представления трехфазных систем. Когда анализ выполняется с использованием симметричных компонентов, могут быть нарисованы различные диаграммы, которые будут представлять электрическую схему для компонентов положительной, отрицательной и нулевой последовательности.

Кроме того, часто требуется для идентификации заземляющего соединения или для того, подключено ли устройство к разъему или треугольному соединению.

Этот тип обозначений показан на рисунке 3.

Identification for wye-connected generator or motor. (a) Solidly grounded. (b) Grounded through an inductance. (c) The transformer is identified as being delta-wye, with the wye side solidly grounded. Identification for wye-connected generator or motor. (a) Solidly grounded. (b) Grounded through an inductance. (c) The transformer is identified as being delta-wye, with the wye side solidly grounded. Рисунок 3 - Идентификация для соединенного звездой генератора или двигателя. (а) Твердо обоснован. (б) заземлен через индуктивность. (c) Трансформатор идентифицируется как треугольный, с заземленной стороной.

Единичный метод решения трехфазных задач

Для системы, показанной на рисунке 4, нарисуйте электрическую цепь или диаграмму реактивного сопротивления , где все реактивные сопротивления отмечены на единицу (стр.u.) и найдите напряжение на клеммах генератора, принимая во внимание, что оба двигателя работают при 12 кВ, нагрузке в три четверти и единичном коэффициенте мощности.

Генератор Трансформаторы
(каждый)
Мотор А Мотор B Трансмиссия
Линия
13,8 кВ 25 000 кВА 15 000 кВА 10000 кВА -
25 000 кВА 3-фазный 13.2/69 кВ 13,0 кВ 13,0 кВ -
X »= 15 процентов X L = 15 процентов X »= 15 процентов X »= 15 процентов X = 65 Ом
Single line diagram of electric-power system supplying motor loads. Specifications are given in above table. Single line diagram of electric-power system supplying motor loads. Specifications are given in above table. Рисунок 4 - Однолинейная схема электроэнергетической системы, питающей нагрузки двигателя. Технические характеристики приведены в таблице выше.

Процедура расчета в 8 шагов

1. Установите базовое напряжение через систему

Наблюдая за величиной компонентов в системе, выбирается базовое значение полной мощности S .Он должен иметь общую величину компонентов, и выбор будет произвольным. В этой задаче 25000 кВА выбирается в качестве базы S , и одновременно на стороне генератора 13,8 кВ выбирается в качестве базового напряжения V базы .

Базовое напряжение линии передачи определяется соотношением витков соединительного трансформатора:
. (13,8 кВ) (69 кВ / 13,2 кВ) = 72,136 кВ

Базовое напряжение двигателей определяется аналогично, но с 72.Значение 136 кВ, таким образом:
(72,136 кВ) (13,2 кВ / 69 кВ) = 13,8 кВ

Выбранное базовое значение S остается постоянным во всей системе, , но базовое напряжение составляет 13,8 кВ на генераторе и на двигателях и 72,136 кВ на линии передачи .


2. Рассчитаем реактивную реактивность генератора

Для корректировки значения реактивного сопротивления генератора не требуется никаких расчетов, поскольку оно равно 0,15 п.н. (15 процентов) , из расчета 25000 кВА, и 13.8 кВ . Если бы в этой задаче использовалась другая база S , то потребовалась бы коррекция, как показано для линии передачи, электродвигателей и силовых трансформаторов.


3. Рассчитайте реактивное сопротивление трансформатора

Необходимо внести поправку, когда используется реактивное сопротивление на паспортной табличке трансформатора, поскольку расчетная операция выполняется при другом напряжении, 13,8 кВ / 72,136 кВ вместо 13,2 кВ / 69 кВ.

Используйте уравнение для коррекции: реактивное сопротивление на единицу:

(паспортное значение на единицу реактивного сопротивления) (базовая кВА / паспортная кВА) (паспортная кВ / базовая кВ) 2 =
(0.11) (25 000/25 000) (13,2 / 13,8) 2 = 0,101 у.е. .

Это относится к каждому трансформатору.


4. Рассчитайте реактивное сопротивление линии электропередачи

Используйте уравнение:

  • X на единицу = (Омное сопротивление) (базовое кВА) / (1000) (базовое кВ) 2 =
  • X на единицу = (65) (25 000) / (1000) (72,1) 2 = 0,313 у.е.

5. Рассчитаем реактивное сопротивление моторов

Необходимо внести исправления в номинальные характеристики обоих двигателей из-за различий в номинальных характеристиках в кВА и кВ по сравнению с теми, которые выбраны для расчетов в этой задаче.Используйте корректирующее уравнение из шага 3 выше.

Для двигателя A:
X ” A = (0,15 п.н.) (25 000 кВА / 15 000 кВА) (13,0 кВ / 13,8 кВ) 2 = 0,222 п.л.

Для двигателя B:
X ” B = (0,15 п.н.) (25 000 кВА / 10 000 кВА) (13,0 кВ / 13,8 кВ) 2 = 0,333 п.ю.


6. Нарисуйте диаграмму реактивности

Заполненная диаграмма реактивного сопротивления показана на рисунке 5:

Single line reactance circuit diagram (reactances shown on a per-unit basis) Single line reactance circuit diagram (reactances shown on a per-unit basis) Рисунок 5 - Схема однолинейного реактивного сопротивления (реактивные сопротивления показаны для каждой единицы измерения)
7.Рассчитать условия эксплуатации моторов

Если двигатели работают при 12 кВ, это соответствует 12 кВ / 13,8 кВ = 0,87 на единицу напряжения . При единичном коэффициенте мощности нагрузка указывается как три четверти или 0,75 ед.

Таким образом, выраженный в расчете на единицу, объединенный ток двигателя получается с использованием уравнения:
I на единицу = на единицу мощности / на единицу напряжения = 0,75 / 0,87 = 0,862 ± 0 ° п.н.


8. Рассчитайте напряжение на клеммах генератора

Напряжение на клеммах генератора составляет:

  • В G = V двигателя + падение напряжения через трансформаторы и линию передачи
  • V G = 0.87 0 ° + 0,862 0 ° (j0,101 + j0,313 + j0,101)
  • В G = 0,87 + j0,444 = 0,977 ~ 27,03 ° п.н.

Чтобы получить фактическое напряжение, умножьте напряжение на единицу на базовое напряжение на генераторе. Таким образом,

  • В G = (0,977 27,03 °) (13,8 кВ) = 13,48 ± 27,03 ° к

Связанные вычисления

При решении этих проблем выбор базового напряжения и кажущейся мощности является произвольным.Тем не менее, базовое напряжение в каждой секции цепи должно быть связано с соотношениями оборотов трансформатора.

Базовое полное сопротивление может быть вычислено из уравнения:
Z base = (базовое кВ) 2 (1000) / (базовое кВА) .

Для участка линии электропередачи в этой задаче Z base = (72.136) 2 (1000) / (25 000) = 208,1
Таким образом, реактивное сопротивление линии электропередачи равно (фактическим кОм) / (базовым кОм ) = 65/208.1 = 0,313 у.е.


Внедрение диспетчерской 66 кВ

Справочник // Справочник эл. расчеты мощности Х. Уэйна Битти (Получить в твердом переплете от Amazon)

,

трехфазный ток - простой расчет

Расчет тока в трехфазной системе был поднят на обратной связи нашего сайта и является дискуссией, в которой я, кажется, участвую время от времени. Хотя некоторые коллеги предпочитают запоминать формулы или факторы, я предпочитаю решать проблему шаг за шагом, используя основные принципы. Я думал, что было бы хорошо написать, как я делаю эти вычисления. Надеюсь, это может оказаться полезным для кого-то еще.

Трехфазная мощность и ток

Мощность, потребляемая цепью (однофазной или трехфазной), измеряется в Вт (или кВт).Произведение напряжения и тока - это полная мощность, измеренная в ВА (или кВА). Соотношение между кВА и кВт - это коэффициент мощности (пф):


который также может быть выражен как:

Однофазная система - с ней проще всего иметь дело. Учитывая кВт и коэффициент мощности, кВА может быть легко определена. Ток - это просто кВА, деленная на напряжение. В качестве примера рассмотрим нагрузку, потребляющую 23 кВт мощности при 230 В и коэффициент мощности 0.86:


Примечание: вы можете сделать эти уравнения в ВА, V и A или в кВА, кВ и кА в зависимости от величины параметров, с которыми вы имеете дело. Для перевода из VA в кВА просто разделите на 1000.

Трехфазная система - Основным отличием трехфазной системы от однофазной системы является напряжение. В трехфазной системе мы имеем линейное напряжение (V LL ) и фазное напряжение (V LN ), связанные:


или как:

чтобы лучше понять это или получить более глубокое понимание, вы можете прочитать статью Введение в трехфазную электроэнергию

Для меня самый простой способ решить трехфазные задачи - это преобразовать их в однофазные.Возьмите трехфазный двигатель (с тремя одинаковыми обмотками), потребляющий данный кВт. КВт на одну обмотку (однофазное) должно быть суммой, деленной на 3. Аналогично, трансформатор (с тремя обмотками, каждая из которых идентична), питающий заданное кВА, будет иметь каждую обмотку, подающую треть общей мощности. Чтобы преобразовать трехфазную задачу в однофазную, возьмите общий кВт (или кВА) и разделите на три.

В качестве примера рассмотрим сбалансированную трехфазную нагрузку, потребляющую 36 кВт при коэффициенте мощности 0.86 и линейное напряжение 400 В (V LL ):

линия к нейтральному (фазному) напряжению V LN = 400 / √3 = 230 В
трехфазная мощность 36 кВт, однофазная мощность = 36/3 = 12 кВт
Теперь просто следуйте вышеуказанному однофазному методу

Достаточно просто. Чтобы найти мощность по заданному току, умножьте на напряжение, а затем коэффициент мощности для преобразования в Вт. Для трехфазной системы умножьте на три, чтобы получить полную мощность.

Личная заметка о методе

Как правило, я помню метод (не формулы) и переделываю его каждый раз, когда делаю расчет. Когда я пытаюсь запомнить формулы, я всегда забываю их скоро или становлюсь неуверенным, правильно ли я их помню. Мой совет - всегда стараться запомнить метод, а не просто запомнить формулу. Конечно, если у вас есть супер способность запоминать формулы, вы всегда можете придерживаться этого подхода.

Использование формул

Вывод формулы - пример

Сбалансированная трехфазная система с общей мощностью P (Вт), коэффициентом мощности pf и линейным напряжением В LL

Преобразовать в однофазную задачу:
P 1ph = P 3

Кажущаяся мощность однофазной сети S 1ph (ВА):
S 1ph = P 1ph pf = P 3 × pf

Фазовый ток I (A) - это однофазная полная мощность, деленная на фазное напряжение и напряжение нейтрали (и задана В LN = В LL / √3):
I = S 1ph V LN = P 3 × pf 3 V LL

Упрощение (и с 3 = √3 x √3):
I = P 3 × pf × V LL

Приведенный выше метод основан на запоминании нескольких простых принципов и манипулировании проблемой, чтобы дать ответ.

Более традиционные формулы могут быть использованы для получения того же результата. Они могут быть легко получены из вышесказанного, например,

I = W3 × pf × VLL, в A

Несбалансированные трехфазные системы

Вышеуказанное касается сбалансированных трехфазных систем. То есть ток в каждой фазе одинаков, и каждая фаза выдает или потребляет одинаковое количество энергии. Это типично для систем передачи энергии, электродвигателей и аналогичных типов оборудования.

Часто, когда задействованы однофазные нагрузки, например, жилые и коммерческие помещения, система может быть несбалансированной, так как каждая фаза имеет различный ток и выдает или потребляет различное количество энергии.

Сбалансированное напряжение

К счастью, на практике напряжения имеют тенденцию быть фиксированными или очень небольшими. В этой ситуации и с небольшим размышлением можно распространить вышеуказанный тип расчета на несбалансированные текущие трехфазные системы.Ключом к этому является то, что сумма мощности в каждой фазе равна общей мощности системы.

Например, возьмем трехфазную систему 400 В (V LL ) со следующими нагрузками: фаза 1 = 80 А, фаза 2 = 70 А, фаза 3 = 82 А

линия к нейтральному (фазному) напряжению V LN = 400 / √3 = 230 В
полная мощность фазы 1 = 80 x 230 = 18 400 ВА = 18,4 кВА
полная мощность фазы 2 = 70 x 230 = 16 100 ВА = 16,1 кВА
полная мощность фазы 3 = 82 x 230 = 18 860 ВА = 18.86 кВА
Общая трехфазная мощность = 18,4 + 16,1 + 18,86 = 53,36 кВА

Аналогично, учитывая мощность в каждой фазе, вы можете легко найти фазные токи. Если вы также знаете коэффициент мощности, вы можете конвертировать между кВА и кВт, как показано ранее.

Несбалансированные напряжения

Если напряжения становятся несбалансированными или имеются другие соображения (то есть несбалансированный сдвиг фаз), то необходимо вернуться к более традиционному сетевому анализу.Системные напряжения и токи могут быть найдены путем составления схемы в деталях и использования законов Кирхгофа и других сетевых теорем.

Сетевой анализ не является целью этой заметки. Если вы заинтересованы во введении, вы можете просмотреть наш пост: Теория сети - Введение и обзор

Эффективность и реактивная мощность

Другие вещи, которые следует учитывать при проведении расчетов, могут включать в себя эффективность оборудования.Зная, что эффективность энергопотребляющего оборудования - это выходная мощность, деленная на входную мощность, опять же, это легко может быть учтено. Реактивная мощность не обсуждается в статье, а дополнительные сведения можно найти в других заметках (просто воспользуйтесь поиском по сайту).

Резюме

Помня, что трехфазная мощность (кВт или кВА) просто в три раза больше однофазной мощности, любая трехфазная проблема может быть упрощена. Разделите кВт на коэффициент мощности, чтобы получить кВА. ВА - это просто ток, умноженный на напряжение, поэтому, зная это, и напряжение может дать ток.При расчете тока используйте фазное напряжение, которое связано с напряжением линии квадратным корнем из трех. Используя эти правила, можно решить любую трехфазную задачу без необходимости запоминать и / или прибегать к формулам.

,
Однолинейная схема системы передачи и распределения переменного тока

Передача и распределение

Проводная система, посредством которой электроэнергия передается от генерирующей станции в помещения потребителя, в общем, может быть разделена на две отдельные части, т.е.

Single-line diagram of the A.C. electrical system Однолинейная схема электрической системы переменного тока (на фото подстанции 110 кВ; кредит : energo-pro.ge)
  1. Система передачи и
  2. Распределительная система

Каждая часть может быть снова разделена на две части: первичная передача и вторичная передача и аналогично первичное распределение и вторичное распределение, а затем, наконец, система снабжения отдельных потребителей.Типичная схема генерирующей, передающей и распределительной сети большой системы будет состоять из элементов, как показано однолинейной схемой на рисунке 1, хотя следует понимать, что один или несколько из этих элементов могут отсутствовать в любой конкретной системе.

Например, в определенной системе может отсутствовать вторичная передача, а в другом случае, когда генераторная станция находится поблизости, может не быть передачи, и собственно система распределения может начинаться на шинах генератора.

В настоящее время генерация и передача почти исключительно трехфазны. Вторичная передача также является 3-фазной, тогда как распределение конечному потребителю может быть 3-фазным или однофазным в зависимости от требований клиентов.

Single-line diagram of transmission and distribution network. Central station where power is generated by 3-phase alternators. Single-line diagram of transmission and distribution network. Central station where power is generated by 3-phase alternators. Рисунок 1 - Однолинейная схема сети передачи и распределения. Центральная станция, где электроэнергия генерируется 3-фазными генераторами.

На рисунке 1 C.S. представляет центральную станцию ​​ , где мощность вырабатывается 3-фазными генераторами на 6.6 кВ или 11 кВ или 13,2 кВ или даже 32 кВ. Затем напряжение повышается с помощью подходящих трехфазных трансформаторов для целей передачи.

Принимая сгенерированное напряжение как 11 кВ , трехфазные трансформаторы повышают его до 132 кВ, как показано. Первичная или высоковольтная передача осуществляется при напряжении 132 кВ *.

Напряжение передачи в очень большой степени составляет , что определяется экономическими соображениями . Для передачи высокого напряжения требуются проводники меньшего сечения, что приводит к экономии меди или алюминия.Но в то же время стоимость изоляции линии и другие расходы увеличиваются.

Следовательно, экономичное напряжение передачи является тем, для которого экономия в меди или алюминии не компенсируется //

  1. Повышенная стоимость изоляции линии,
  2. увеличенный размер линий электропередачи и
  3. Увеличены размеры генераторных станций и подстанций.

Грубая основа определения наиболее экономичного напряжения передачи - это использование 650 Вольт на км линии передачи .Например, если линия электропередачи составляет 200 км, то наиболее экономичное напряжение передачи будет 200 × 650 × 132 000 В или 132 кВ.

3-фазная 3-проводная воздушная высоковольтная линия электропередачи далее заканчивается понижающими трансформаторами на подстанции, известной как Приемная станция (RS) , которая обычно находится на окраине города, потому что это не безопасно воздушные линии электропередачи высокого напряжения в густонаселенных районах. Здесь напряжение понижено до 33 кВ .

Здесь можно отметить, что для обеспечения непрерывности обслуживания передача всегда осуществляется по дублирующим линиям .

33 KV power substation 33 KV power substation ПС 33 кВ (фоторепортаж: statensolar.com)

От приемной станции в следующий раз мощность передается при 33 кВ по подземным кабелям (а иногда и по воздушным линиям) на различные подстанции (SS), расположенные в различных стратегических точках города. Это известно как вторичной или низковольтной передачи .Отныне начинается первичное и вторичное распространение.

На подстанции (ПС) напряжение снижено с 33 кВ до 3,3 кВ 3-проводной для первичного распределения. Потребители, чьи требования превышают 50 кВА , обычно снабжаются от СС специальными фидерами 3,3 кВ .

Вторичное распределение выполняется при напряжении 400/230 В , для чего напряжение напряжения снижается с 3,3 кВ до 400 В на распределительных подстанциях. Питатели, излучающие от распределительной подстанции, подают электроэнергию в распределительные сети в соответствующих областях.

Если распределительная сеть оказывается на большом расстоянии от подстанции, то они питаются от вторичных распределительных трансформаторов, которые либо установлены на полюсах, либо размещены в киосках в подходящих точках распределительных сетей.

Наиболее распространенной системой вторичного распределения является 400/230-V, 3-фазная 4-проводная система . Однофазная нагрузка для освещения жилых помещений подключается между любой одной линией и нейтралью, тогда как трехфазная 400-вольтная нагрузка двигателя напрямую подключается к трехфазным линиям.

Следует отметить, что низковольтная распределительная система подразделяется на фидеров, распределителей и сервисных сетей .

Ни одному потребителю не предоставляется прямое подключение от фидеров, вместо этого потребители подключаются к распределительной сети через свои сервисные сети. Распределители A.C. во многом похожи на дистрибьюторов D.C. в отношении конструктивных деталей и ограничений на падение напряжения.

Подведем итоги //

Подводя итоги передачи и распределения напряжения у нас //

  1. Генераторное напряжение: 6.6, 11, 13,2 или 33 кВ.
  2. Высоковольтная передача: 220 кВ, 132 кВ, 66 кВ.
  3. Высокое напряжение или первичное распределение: 3,3, 6,6 кВ.
  4. Распределение низкого напряжения:
    1. A.C. 400/230, 3-фазный, 4-проводной
    2. D.C. 400/230; 3-х проводная система

Стандартная частота для работы переменного тока составляет , 50 Гц или 60 Гц, (как в США). Для однофазной тяги также используются частоты до 25 или 16 2/3 Гц.

Ссылка // Передача и распределение постоянного тока - B.L.Theraja

,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о