Подключение электродвигателя в однофазную сеть на 220 вольт.
В статье рассказывается и наглядно демонстрируется, как осуществляется подключение промышленного трехфазного электромотора, рассчитанного на 380 В, в однофазную бытовую сеть 220 вольт.
Для решения задачи необходим конденсатор. Основная рабочая характеристика прибора — емкость, которая выражается в микрофарадах. Она сокращенно обозначается МКФ и для каждого агрегата рассчитывается отдельно с учетом его мощности. Среднее значение — 7 МКФ на 0,1 кВт, соответственно, для мотора 0,37 кВт нужен конденсатор емкостью 25,9 МКФ.
Однако устройств с таким показателем не выпускают. На рынке представлены конденсаторы 18, 20, 30 МКФ и т. д., поэтому необходимо подобрать изделие с наиболее приближенной емкостью. Для 25,9 МКФ подойдут устройства 20–30 МКФ, однако при подключении электродвигателя на 220 вольт необходимо произвести пробный запуск. Это обусловлено тем, что у агрегатов от разных производителей имеются специфические особенности. Это касается технологии сборки, сплава металла, количества обмоток и пр.
Известны примеры, когда моторы от разных заводов-изготовителей при прочих равных условиях запускались по-разному, а некоторые из них отказывались работать. Если возникли проблемы с пуском, рекомендуется установить конденсатор с большей емкостью. Если же работающий агрегат чрезмерно шумит и вибрирует, а также стремительно нагревается, емкость конденсатора следует снизить. Помните: мотор должен функционировать тихо и без вибраций.
Для достижения оптимальных эксплуатационных характеристик подключение электродвигателя на 220 вольт рекомендуется производить по схеме «треугольник».
Схема подключения однофазного электродвигателя:
Для подключения треугольником — необходимо поставить перемычки и сделать три разные последовательные соединения. После чего подключать к 3 независимо последовательным соединениям провода.
Подключение электродвигателя 220В через конденсатор
Подключение электродвигателя через конденсатор — один из наиболее распространенных и просто реализуемых способов запуска агрегата от однофазного напряжения 220 В. Он не требует использования дорогих электронных деталей. Схема достаточно проста, надежна и реализуема в условиях небольшого предприятия или мастерской.
О подключении электродвигателя 220 В через конденсатор — в этой статье.
Однофазный электродвигатель
В основу схемы подключения электродвигателя на 220В через конденсатор положена способность этой детали накапливать заряд, а затем отдавать его подключенному устройству. В нашем случае — второй обмотке статора электромотора. Первая подключается к сети 220 В напрямую.
Такое электротехническое решение позволяет получить нужный для вращения ротора сдвиг фаз. Включаться обмотки будут попеременно. Первая — от напряжения в сети в момент пика фазы. Вторая — от заряда, выдаваемого конденсатором, когда напряжение спадает.
Схема подключения конденсатора к однофазному электродвигателю
Схема подключения конденсатора к электродвигателю 220В с двумя обмотками — однофазному, выглядит следующим образом:
- Первая обмотка подключается напрямую к проводам питания. Она начинает работать при возрастании напряжения в сети. При снижении — отключается.
- Вторая обмотка включена через конденсатор. В момент нарастания напряжения в сети он забирает заряд. А при падении отдает его во вторую обмотку. Происходит это с задержкой по времени относительно первой. Тем самым образуется сдвиг фаз примерно в 90°.
Данная схема позволит поддерживать вращение ротора. Но запустить его она неспособна. Чтобы придать ротору вращение, необходимо внести дисбаланс в равновесную систему двух обмоток.
Для этого используют еще один конденсатор. Он называется пусковым и имеет большую, чем у рабочего, емкость. Присоединяется он параллельно первому через нормально закрытый контакт. В результате на время пуска емкость увеличивается. И достигается нужный для начала вращения ротора дисбаланс.
При подключении электродвигателя через конденсатор на 220 В используют специальную пусковую кнопку ПНВС. Ее центральный контакт остается замкнутым, пока оператор удерживает клавишу старта нажатой. Когда он отпускает ее, за счет упругости пружины тумблер переходит в отключенное положение. Контакт физически разрывается, одновременно отключая пусковой конденсатор от сети. Далее электродвигатель функционирует с одним — рабочим.
Трехфазный двигатель
Отметим, что лучший способ, как подключить электродвигатель 220В, рассчитанный на трехфазное питание от однофазной сети — установка частотного преобразователя. Это устройство позволяет получить на выходе три фазы. К которым и присоединяются три обмотки электромотора без доработок и оговорок. Как если бы для его питания использовалось полноценное трехфазное напряжение.
Подключение через конденсатор и другие разработанные электриками схемы с использованием недорогих и простых деталей ведут к потере передаваемой мощности. Таким образом, снижают КПД электромотора.
Еще один важный момент — сама возможность подключения к напряжению 220 В. Как правило, эта информация указывается на табличке, расположенной на корпусе агрегата. Если производитель заявляет только работу от 380 В, то подключение по 220 В может привести к перегреву обмоток и преждевременному выходу их из строя. В универсальных моделях можно увидеть обозначение 380/220 В.
Схема подключения для трехфазного двигателя
Схема подключения электродвигателя на 220В для трехфазной модели выглядит иначе, чем для однофазного. Рабочих обмоток в этих моделях три. Существуют два способа их соединения:
- Треугольником. Конец каждой соединен с началом следующей.
- Звездой. Концы всех обмоток сходятся в одной точке.
Нужный способ соединения выбирается с помощью перемычек, установленных на матрице винтовых контактов 2×3. Назначение выводов указано в паспорте изделия. И может дублироваться на корпусе.
В электромоторах российского образца могут применяться международные обозначения. Обмотки обозначаются буквами U, V, W. Цифрами после них маркируются начала — 1 и окончания — 2. Таким образом, первая обмотка — U1-U2. Также можно встретить советский стандарт обозначения, где С1-С4 — начало и конец первой обмотки, остальные — С2-С5 и С3-С6.
Во всех непонятных случаях ориентируются на паспорт изделия, табличку на электромоторе или на результаты измерения сопротивления между выводами омметром. Методику можно найти в открытых источниках в интернете.
Схема, как подключить трехфазный электродвигатель на 220 Вольт, будет различаться для соединения обмоток треугольником и звездой:
- При «звезде» рабочий конденсатор присоединяется между началами обмоток W и V. На начало U подается ноль, на начало V — фаза. Пусковой через контакт кнопки ПНВС включается параллельно рабочему.
- При «треугольнике» рабочая емкость подключается между точками W1/V2 и U2/V1. Напомним, что при таком способе соединения начало следующей обмотки соединено с концом предыдущей. Ноль подается в точку схемы W2/U1. Пусковая емкость снова устанавливается параллельно рабочей через кнопку.
Хотя максимально эффективной, с точки зрения эффективности передачи мощности на ротор, считается схема соединения обмоток «треугольник», использовать ее можно не всегда. Ориентиром снова являются указания производителя. На табличке в универсальных моделях указываются значки треугольника и звезды, разделенные наклонной чертой или иным графическим способом.
Подбор емкости конденсаторов: рабочего и пускового, выполняется, исходя из мощности электромотора. В интернете можно найти онлайн-калькуляторы, учитывающие способ подключения обмоток трехфазного электродвигателя: треугольник/звезда. Они вычисляют емкость — в зависимости от заданной пользователем мощности.
Подключение трехфазного двигателя на 220 вольт
Для правильного подключения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть, необходимо использовать частотный преобразователь со входом 220 вольт и трехфазным выходом на 380 вольт (3 х 220вольт). Частотный преобразователь позволяет осуществлять плавный пуск электродвигателя, регулировать обороты электродвигателя, а так же реализовать реверсивное вращение.
Подключение по схеме треугольник
Подключение по схеме звезда
Подключение с пусковым конденсатором
Емкость конденсатора рассчитывается по формуле:
С = 66·Рном , где С — емкость конденсатора, Рном — мощность двигателя в кВт.
на каждые 100 ватт мощности двигателя, требуется 7мкф емкости конденсатора.
Схема подключения электродвигателя к сети 220 вольт
Для того чтобы разобраться, как подключить электродвигатель конкретного типа, необходимо понимать принципы его работы и особенности конструкции. Существует множество электродвигателей разных типов. По способу подключения к сети переменного тока они бывают трехфазные, двухфазные или однофазные. По способу питания обмотки ротора делятся на синхронные и асинхронные.
Принцип действия
Принцип действия электродвигателя демонстрирует простейший опыт, который всем нам показывали в школе — вращение рамки с током в поле постоянного магнита.
Рамка с током — это аналог ротора, неподвижный магнит — статор. Если в рамку подать ток, она повернется перпендикулярно направлению магнитного поля и застынет в этом положении. Если заставить магнит крутиться, рамка будет вращаться с той же скоростью, то есть синхронно с магнитом. У нас получился синхронный электродвигатель. Но у нас магнит — это статор, а он по определению неподвижен. Как заставить вращаться магнитное поле неподвижного статора?
Для начала заменим постоянный магнит катушкой с током. Это обмотка нашего статора. Как известно из той же школьной физики, катушка с током создает магнитное поле. Последнее пропорционально величине тока, а полярность зависит от направления тока в катушке. Если подать в катушку переменный ток, получим переменное поле.
Магнитное поле — векторная величина. Переменный ток в питающей сети имеет синусоидальную форму.
Нам поможет очень наглядная аналогия с часами. Какие векторы вращаются постоянно перед нашими глазами? Это часовые стрелки. Представим, что в углу комнаты висят часы. Секундная стрелка вращается, делая один полный оборот в минуту. Стрелка — вектор единичной длины.
Тень, которую стрелка отбрасывает на стену, меняется как синус с периодом в 1 минуту, а тень, отбрасываемая на пол — как косинус. Или синус, сдвинутый по фазе на 90 градусов. Но вектор равен сумме своих проекций. Другими словами, стрелка равна векторной сумме своих теней.
Двухфазный синхронный электродвигатель
Расположим на статоре две обмотки под углом в 90 градусов, то есть взаимно перпендикулярно. Подадим в них синусоидальный переменный ток. Фазы токов сдвинем на 90 градусов. Имеем два вектора взаимно перпендикулярных, меняющихся по синусоидальному закону со сдвигом фаз на 90 градусов. Суммарный вектор будет вращаться подобно часовой стрелке, делая один полный оборот за период частоты переменного тока.
У нас получился двухфазный синхронный электродвигатель. Откуда взять токи, сдвинутые по фазе для питания обмоток? Наверное, не всем известно, что вначале распределительные сети переменного тока были двухфазными. И лишь позднее, не без борьбы, уступили место трехфазным. Если бы не уступили, то наш двухфазный электромотор можно было подключить напрямую к двум фазам.
Но победили трехфазные сети, для которых были разработаны трехфазные электродвигатели. А двухфазные электромоторы нашли свое применение в однофазных сетях в виде конденсаторных двигателей.
Трехфазный синхронный двигатель
Современные распределительные сети переменного тока выполнены по трехфазной схеме.
- По сети передаются сразу три синусоиды со сдвигом фаз на треть периода или на 120 градусов относительно друг друга.
- Трехфазный двигатель отличается от двухфазного тем, что у него не две, а три обмотки на статоре, повернутых на 120 градусов.
- Три катушки, подключенные к трем фазам, создают в сумме вращающееся магнитное поле, которое поворачивает ротор.
Трехфазный асинхронный двигатель
Ток в ротор синхронного двигателя подается от источника питания. Но мы знаем из той же школьной физики, что ток в катушке можно создать переменным магнитным полем. Можно просто замкнуть концы катушки на роторе. Можно даже оставить всего один виток, как в рамке. А ток пусть индуцирует вращающееся магнитное поле статора.
- В момент старта ротор неподвижен, а поле статора вращается.
- Поле в контуре ротора меняется, наводя электрический ток.
- Ротор начнет догонять поле статора. Но никогда не догонит, так как в этом случае ток в нем перестанет наводиться.
- В асинхронном двигателе ротор всегда вращается медленнее магнитного поля.
- Разница скоростей называется скольжением. Подключение асинхронного двигателя не требует подачи тока в обмотку ротора.
У синхронных и асинхронных электродвигателей есть свои достоинства и недостатки, но факт состоит в том, что большинство двигателей, применяемых в промышленности на сегодняшний день — это асинхронные трехфазные двигатели.
Однофазный асинхронный электродвигатель
Если оставить на роторе короткозамкнутый виток, а на статоре одну катушку, то мы получим удивительную конструкцию — асинхронный однофазный двигатель.
На первый взгляд кажется, что такой двигатель работать не должен. Ведь в роторе нет тока, а магнитное поле статора не вращается. Но если ротор рукой толкнуть в любую сторону, двигатель заработает! И вращаться он будет в ту сторону, в которую его подтолкнули при пуске.
Объяснить работу этого двигателя можно, представив неподвижное переменное магнитное поле статора как сумму двух полей, вращающихся навстречу друг другу. Пока ротор неподвижен, эти поля уравновешивают друг друга, поэтому однофазный асинхронный двигатель не может стартовать самостоятельно. Если же ротор внешним усилием привести в движение, он будет вращаться попутно с одним вектором и навстречу другому.
Попутный вектор будет тянуть ротор за собой, встречный — тормозить.
Можно показать, что из-за разности встречной и попутной скоростей влияние попутного вектора будет сильнее, и двигатель будет работать в асинхронном режиме.
Схема включения
Возможно подключение нагрузок к трехфазной сети по двум схемам — звездой и треугольником. При подключении звездой начала обмоток соединяются между собой, а концы подключаются к фазам. При включении треугольником конец одной обмотки подключается к началу другой.
В схеме включения звездой обмотки оказываются под фазным напряжением 220 В., при включении треугольником — под линейным 380 В.
При включении треугольником двигатель развивает не только большую мощность, но и большие пусковые токи. Поэтому иногда используют комбинированную схему — старт звездой, затем переключение в треугольник.
Направление вращения определяется порядком подключения фаз. Для изменения направления достаточно поменять местами любые две фазы.
Подсоединение к однофазной сети
Трехфазный двигатель можно включать в однофазную сеть, хотя и с потерей мощности, если одну из обмоток подключить через фазосдвигающий конденсатор. Однако при таком включении двигатель сильно теряет в своих параметрах, поэтому этот режим использовать не рекомендуется.
Подключение на 220 вольт
В отличие от трехфазного, двухфазный мотор изначально предназначен для включения в однофазную сеть. Для получения сдвига фаз между обмотками включается рабочий конденсатор, поэтому двухфазные двигатели называют еще конденсаторными.
Емкость рабочего конденсатора рассчитывается по формулам для номинального рабочего режима. Но при отличии режима от номинального, например, при пуске баланс обмоток нарушается. Для обеспечения пускового режима на время старта и разгона параллельно рабочему подключается дополнительный пусковой конденсатор, который должен отключаться при выходе на номинальные обороты.
Как включить однофазный асинхронный двигатель
Если не нужен автоматический запуск, асинхронный однофазный двигатель имеет самую простую схему включения. Особенностью этого типа является невозможность автоматического старта.
Для автоматического пуска используется вторая пусковая обмотка как в двухфазном электромоторе. Пусковая обмотка подключается через пусковой конденсатор только для старта и после этого должна быть отключена вручную или автоматически.