Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

З асинхронним двигуном стикався практично кожна людина. Вони встановлюються в велику кількість побутової техніки, а також робочого електроінструменту. Однак частина моторів підключаються тільки через трифазний дріт.

Асинхронні двигуни - це надійні і практичні мотори, які застосовуються повсюдно. Вони малошумні і мають непогану продуктивність. У даній статті будуть показані основні принципи роботи трифазних електродвигунів, схема підключення в мережу 220В, а також різні хитрощі при роботі з ними.

Що таке трифазний струм?

Більшість асинхронних двигунів працює від трифазної мережі, тому спочатку розглянемо поняття трифазного струму. Трифазний струм або трифазна система електричних ланцюгів - це система, що складається з трьох ланцюгів, в якій діють електрорушійні сили (ЕРС) однакової частоти, зсунуті по фазі один відносно одного на 1/3 періоду (φ = 2π / 3) або 120 °.

Більшість виробничих генераторів побудовано на основі трифазного генерації струму. По суті, в них використовують три генератора змінного струму, які розташовуються відносно один одного під кутом 120 °.

Схема з трьома генераторами припускає, що з даного пристрою будуть виводитися 6 проводів (по два на кожен генератор змінного струму). Однак на практиці видно, що побутові та промислові мережі приходять до споживача у вигляді трьох проводів. Це робиться з метою економії електропроводки.

Котушки генераторів з'єднують таким чином, що на виході виходить 3 дроти, а не 6. Також дана комутація обмоток генерує струм потужністю 380 В, замість звичних 220. Саме таку трифазну мережу звикли бачити всі користувачі.

ІНФОРМАЦІЯ: Перша система трифазного струму на шести проводах була винайдена Ніколою Тесла. Пізніше її удосконалив і розвинув М. О. Доліво-Добровольський, який вперше запропонував чотирьох і трьох дротову систему, а також провів низку експериментів, де виявив ряд переваг даної комутації.

Більшість асинхронних двигунів працюють від трифазної мережі. Розглянемо докладніше, як влаштована робота даних агрегатів.

Пристрій асинхронного двигуна

Почнемо з внутрішньої архітектури мотора. Зовні пристрій трифазного асинхронного двигуна практично нічим не відрізняється від інших електромоторів. Мабуть, єдина відмінність, що кидаються в очі - це більш товстий провід живлення. Основні відмінності заховані від очей споживача під металевим кожухом мотора.

Розкривши коробку управління (місце, куди заходять дроти живлення), можна побачити 6 вводів проводів. Їх під'єднують двома способами, в залежності від того, які характеристики треба отримати від даного мотора. Детальніше про способи комутації трифазних асинхронних двигунів буде розказано нижче.

Знявши захисний металевий кожух, можна побачити робочу частину мотора. Він складається з:

  • вала;
  • підшипникових вузлів;
  • статора;
  • ротора.

Основні компоненти мотора - це статор і ротор. Саме вони приводять двигун в рух.

Розберемо будова даних компонентів в трифазному асинхронному двигуні:

  1. Статор. Має форму циліндра, зазвичай складається з листів сталі. Уздовж листів розташовуютьсяпоздовжні пази, в яких знаходяться обмотки статора, виготовлені з обмотувального проводу. Осі кожної обмотки розташовані щодо один одного під кутом 120 °. Кінці обмоток з'єднують методом трикутника або зірки.
  2. Ротор або сердечник мотора. Це циліндричний вузол, набраний з металевих пластин, між якими розташовуються алюмінієві стрижні. По краях циліндра конструкція замикається накоротко торцевими кільцями. Друга назва ротора асинхронного двигуна - біляча клітина. У двигунах великої потужності замість алюмінію може застосовуватися мідь.

Тепер варто розібратися, на яких принципах побудована робота асинхронного трифазного двигуна.

Принципи роботи трифазних асинхронних двигунів

Трифазний асинхронний двигун працює за рахунок магнітних полів, які створюються на обмотках статора. Токи, що проходять через кожну обмотки, мають зрушення в 120 ° відносно один одного в тимчасовій і просторовій характеристиці. Таким чином, сукупний магнітний потік на трьох контурах є обертає.

На обмотках статора утворюється замкнуте електричне коло. Вона взаємодіє з магнітним полем статора. Так з'являється пусковий момент двигуна. Він прагне повернути ротор у напрямку обертання магнітного поля статора. Згодом пусковий момент підходить до значення гальмівного момент ротора, після чого він перевищує його і ротор приводиться в рух. У цей момент виникає ефект ковзання.

ІНФОРМАЦІЯ: Ковзання - це величина, яка показує, наскільки синхронна частота магнітного поля статора більше, ніж частота обертання ротора, в процентному співвідношенні.

Погляньмо на цей параметр в різних ситуаціях:

  1. На холостому ходу. Без навантаження на валу ковзання має мінімальне значення.
  2. При наростаючою навантаженні. Зі збільшенням статичної напруги величина ковзання зростає і може досягти критичної позначки. У разі, якщо мотор перевищить цей показник, може статися «перекидання» двигуна.

Параметр ковзання знаходиться в діапазоні від 0 до 1. У асинхронних двигунів загального призначення даний параметр становить 1-8%.

Коли настає рівновага між електромагнітним моментом ротора і гальмівним моментом на валу двигуна, процеси коливання величин припиняються.

При настанні рівноваги між електромагнітним моментом, що викликає обертання ротора і гальмівним моментом, створюваним навантаженням на валу, процеси зміни величин припиняться. Виходить, що основний принцип роботи асинхронного двигуна полягає у взаємодії обертового магнітного поля статора і струмів, що наводяться цим магнітним полем в роторі. При цьому необхідно враховувати, що обертається момент виникає тільки в результаті різниці частоти обертання магнітних полів на обмотках двигуна.

Знаючи принцип роботи асинхронного трифазного двигуна, можна зробити його запуск. У цьому випадку варто враховувати кілька варіантів підключення обмоток мотора.

Способи підключення обмоток асинхронних двигунів

Розкрутивши блок управління двох простих двигунів асинхронного типу, можна побачити по 6 висновків проводів в кожному з них. Однак їх комутація може значно відрізнятися.

В електротехніці прийнято підключати обмотки трифазні асинхронних двигунів двома способами:

  • зіркою;
  • трикутником.

Кожен тип підключення впливає на продуктивність двигуна, а також на його пікові показники потужності. Розглянемо кожен з них окремо.

метод зірки

В даному типі комутації все висновки робочих обмоток з'єднуються однією перемичкою в один вузол. Його називають нейтральною точкою і позначають буквою «О». Виходить, що кінці всіх фазних обмоток з'єднаються в одному місці.

На практиці мотори з з'єднанням за методом зірки мають більш м'яким пуском. Така комбінація підходить, наприклад, для токарних верстатів або іншої техніки, де потрібна повільний старт. Однак даний двигун не може розвивати максимально паспортної потужності.

метод трикутника

Дана комутація передбачає послідовне з'єднання кінців фазних обмоток. На висновках проводах це виглядає, як попарне з'єднання кожної обмотки. Виходить, що кінець однієї обмотки переходить в початок іншої.

Двигуни з таким з'єднанням обмоток стартують набагато швидше, ніж мотори з комутацією методом зірки. При цьому вони можуть розвивати максимальні потужності, передбачені заводом виробником.

Трифазні асинхронні двигуни проектуються, виходячи з номінального напруги живлення. Зокрема, всі вітчизняні двигуни підрозділяють на дві категорії:

  • для мереж 220 / 127В;
  • для мереж 380 / 220В.

Мотори першої групи менш поширені в силу своїх слабких потужних характеристик. Найчастіше використовують мотори другої групи.

ВАЖЛИВО: При комутації обмоток мотора використовують правило: для більш низьких значень напруги вибирають підключення методом трикутника, для високих - тільки методом зірки.

Деякі завзяті радіоаматори можуть визначити схему підключення мотора по звуку його пуску. Звичайна людина може дізнатися про метод комутації обмоток двигуна декількома способами.

Як визначити, за якою схемою підключені обмотки двигуна?

Метод комутації обмотки двигуна впливає на його характеристики, однак все з'єднання висновків знаходяться під захисним кожухом, в блоці управління. Їх просто не видно, але не варто впадати у відчай. Є спосіб, який дозволяє дізнатися метод комутації, не вдаючись до розбору блоку управління.

Для цього достатньо зазирнути на номерну табличку, встановлену на корпусі двигуна. На ній зазначають точні технічні параметри, в тому числі і метод комутації. Наприклад, на ній можна побачити такі позначення: 220 / 380В і геометричні позначення трикутник / зірка. Ця послідовність говорить про те, що на моторі, що працює від мережі 380В., Встановлена схема комутації обмоток по типу «зірка».

Однак цей спосіб не завжди спрацьовує напевно. Таблички на старих двигунах часто затерті або зовсім втрачені. В такому випадку доведеться розкручувати блок управління.

Другий спосіб має на увазі візуальний огляд вивідних контактів. Контактна група може бути з'єднана таким способом:

  1. Одна перемичка на трьох контактах з одного боку висновків. До вільних висновком підведені проводу живлення. Це метод зірка.
  2. Висновки з'єднані попарно трьома перемичками. На три висновки приходить три дроти живлення. Це метод трикутника.

На деяких моторах в блоці управління можна виявити лише три виведення. Це говорить про те, що комутація проведена всередині самого двигуна, під захисним кожухом.

Трифазні мотори дуже витривалі і цінуються в господарстві, ремонті і будівництві. Але вони не приносять користі для домашнього використання, так як побутова мережа може дати лише одну фазу, напругою 220В. Насправді, це не зовсім вірна думка. Підключити трифазний асинхронний двигун до побутової мережі можливо. Це робиться за допомогою радіодеталі - конденсатора. Розберемо даний спосіб докладніше.

Зрушення фаз за допомогою конденсаторів

Мотори, в яких використовують конденсатори, називають конденсаторними двигунами. Сам конденсатор встановлюють в ланцюг статора так, щоб він створював зрушення фази в обмотках. Найчастіше цю схему використовують при підключенні трифазних асинхронних двигунів до побутової мережі 220В.

Для зсуву фаз буде потрібно підключити одну з обмоток в розрив з конденсатором. При цьому ємність конденсатора підбирають таким чином, щоб зрушення фаз на обмотках вийшов максимально наближеним до 90 °. В цьому випадку для ротора створюється максимальний крутний момент.

ВАЖЛИВО: У даній схемі необхідно врахувати модулі магнітної індукції обмоток. Вони повинні бути однаковими. Це дозволить створити сумарне магнітне поле, яке буде обертати ротор по колу, а не по еліпсу. В цьому випадку ротор буде крутитися з більшою ефективністю.

Оптимальний зрушення фази досягається правильним підбором ємності конденсатора, як в пусковому, так і в робочому режимі. Також правильне круговий магнітне поле залежить:

  • швидкості обертання ротора;
  • напруги мережі;
  • числа витків обмотки;
  • підключених конденсаторів.

Якщо оптимальне значення одного з параметрів відходить від норми, то магнітне поле стає еліптичних. Якісні характеристики двигуна відразу ж впадуть.

Тому для вирішення різного типу завдань підбирають двигуни з різними ємностями конденсаторів. Для забезпечення максимального пускового моменту беруть конденсатор більшої ємності. Він забезпечує оптимальний струм і фазу під час запуску двигуна. У разі, коли пусковий момент не має значення, приділяють увагу тільки створенню необхідних умов для робочого режиму.

Як підключити трифазний електродвигун в мережу 220 В?

Розглянемо найпростіший спосіб підключення трифазного асинхронного двигуна в побутову мережу. Для цього буде потрібно набір ручних інструментів, конденсатор, а також мінімальні знання електротехніки і мультиметр.

Отже, покрокове керівництво по підключенню:

  1. Розкручуємо блок управління двигуна і дивимося схему підключення. Якщо застосований метод зірки, необхідно перекрутити комутацію на трикутник.
  2. Підключення виробляють тільки з одного боку висновків обмоток. Для зручності позначимо їх від 1 до 3.
  3. На 1-ий і 2-ий висновок приєднуємо конденсатор.
  4. На 1-ий і 3-ий висновок заводимо дроти живлення 220В. При цьому висновок 2 не чіпаємо. На ньому залишається тільки конденсатор.
  5. Включаємо провід живлення в мережу і перевіряємо роботу двигуна.

ВАЖЛИВО: Розрахунок потужності конденсатора виробляють за формулою: на 100Вт / 10 мкФ.

Даний спосіб дуже простий і безпечний. Перед підключенням конденсатора і попередніми пуском двигуна, варто перевірити цілісність контуру проводки на пробиття по корпусу. Це можна зробити за допомогою мультиметра.

Як видно, схема досить проста. Підключення не займе багато часу і зажадає мінімум зусиль. Є й інші схеми під'єднання трифазного двигуна в звичайну мережу. Розглянемо і їх.

ІНФОРМАЦІЯ: На жаль не всі трифазні двигуни добре працюють від побутової мережі. Деякі можуть просто перегоріти. До таких відносяться мотори з подвійною кліткою короткозамкнутого ротора (серія МА). Для використання трифазних моторів у побутовій мережі краще використовувати двигуни серії АО2, АПН, УАД, А, АТ.

Схема підключення трифазних двигунів в однофазну мережу

Для безпечної і коректної роботи трифазного асинхронного двигуна від побутової мережі необхідно використовувати конденсатор. При цьому його ємність повинна залежати від кількості оборотів мотора.

У практичному виконанні даний пристрій виготовити досить проблематично. Для вирішення даного завдання використовують управлінням двоступенева управління мотором. Таким чином, в момент пуску працюють два конденсатора:

  • пусковий (Сп);
  • робочий (Ср).

Після набору двигуном робочих оборотів, пусковий конденсатор відключають.

Розглянемо схему підключення двигуна за допомогою двох конденсаторів.

В даному варіанті передбачається використання двигуна в мережі 220 / 380В. схема:
Позначення: Ср - робочий конденсатор; Сп - пусковий конденсатор; П1 - пакетний вимикач.

Коли включають пакетний вимикач П1 відбувається замикання контактів П1.1 і П1.2. У цей момент необхідно натиснути кнопку «Розгін». Коли двигун вийде на робочі обороти, кнопку відпускають. Реверс двигуна здійснюється шляхом перемикання тумблера SA1.

Важливо: правильно розрахувати ємність робочого конденсатора.

Розглянемо кілька формул для підключення обмоток різними методами:

  1. Для методу «зірка». Формула: Ср = 2800 * (I / U); де Ср - місткість робочого конденсатора (мкФ), I - споживаний електродвигуном ток в (А), напруга в мережі (В).
  2. Для методу «трикутник». Формула: Ср = 4800 * (I / U); де Ср - місткість робочого конденсатора (мкФ), I - споживаний електродвигуном ток в (А), напруга в мережі (В).

Для будь-якого методу комутації розраховують споживаний електродвигуном струм. Формула: I = P / (1.73Uŋ * cosφ); де Р - потужність двигуна в Вт, зазначена в його паспорті; ŋ - ккд; cosφ- коефіцієнт потужності; U-напруга в мережі.

В даній схемі ємність пускового конденсатора Сп підбирають в 2-2.5 рази вище ємності робочого конденсатора. При цьому всі конденсатори повинні бути розраховані на напругу перевищують напруга мережі в 1.5 рази.

ІНФОРМАЦІЯ: Для побутових мереж 220В добре підходять конденсатори типу МБГО, МБПГ, МБГЧ з робочою напругою 500В і вище. Для короткочасного підключення використовують конденсатори К50-3, ЕГЦ-М, КЕ-2 в якості пускових. При цьому їх робоча напруга має бути не менше 450 В. Для більшої надійності електролітичні конденсатори з'єднують послідовно, поєднуючи між собою їх мінусові висновки, і шунтируют діодами

Застосування електролітичних конденсаторів в якості пускових

Для підключення трифазних асинхронних електродвигунів в побутову мережу використовують, як правило, прості паперові конденсатори. За довгий час застосування вони показали себе не найкращим чином, тому зараз великі паперові конденсатори практично не використовуються. Їм на зміну прийшли оксидні (електролітичні) конденсатори. Вони мають менші габарити і широко поширені на ринках радіодеталей. Розглянемо схему заміни паперового конденсатора на оксидний:

Зі схеми видно, що позитивна хвиля змінного струму проходить через елементи VD1, С2, а негативна - через VD2, С2. Це говорить про те, що дані конденсатори можна використовувати з допустимою напругою в 2 рази меншим, ніж у звичайних конденсаторів аналогічної ємності. Ємність для оксидного конденсатора розраховується за тим же методом, що і для паперових конденсаторів.

ИНФОРМАЦИЯ: Так в схеме однофазной сети 220В используют бумажной конденсатор с напряжением 400В. При его замене на оксидный конденсатор, достаточно мощности 200В.

Последовательное и параллельное соединение конденсаторов

Стоит отметить, что у подключенного двигателя в бытовую сеть 220В, без особой нагрузки будет страдать одна из обмоток. Это контур, который подключается через конденсатор. В этом случае на него поступает ток, на 20-30% выше номинального. Из этого следует, что на недогруженном моторе емкость конденсатора необходимо уменьшить. Но тогда, если двигатель запускался без пускового конденсатора, последний может потребоваться.

Решить данную задачу поможет замена одного большого конденсатора на несколько, соединенных в цепь параллельным способом. Так можно подключать или отключать ненужные компоненты, используя конденсаторы в качестве пусковых. При параллельном соединении суммарную емкость в мкФ считают по формуле: Cобщ = C1 + C1 + … + Сn.

Необходимые инструменты и комплектующие

Любой монтаж вышеперечисленных схем потребует минимальных знаний электротехники, а также навыков работы с радиоэлектроникой и пайкой мелких деталей.

Из инструментов потребуется:

  1. Набор отверток для сбора/разбора блока управления двигателя. Для старых двигателей лучше подбирать мощные плоские отвертки из хорошей стали. За длительное время работы двигателя болты в корпусе могут «прикипеть». Для их откручивания потребуется немало сил и хороший инструмент.
  2. Пассатижи для обжатия проводов и других манипуляций.
  3. Острый нож для снятия изоляции.
  4. Паяльник.
  5. Канифоль и припой.
  6. Индикаторная отвертка для поиска фазы, а также индикации разрыва на кабеле.
  7. Мультиметр. Один из основных диагностирующих устройств.

Также потребуются радиодетали:

  • Конденсаторы.
  • Кнопка пуска.
  • Магнитный пускатель.
  • Тумблер реверса.
  • Контактная плата.

Перечисленных инструментов и радиокомпонентов хватит для сборки представленных выше схем.

ВАЖНО: Не подключайте двигатель в сеть, не проверив работу собранной схемы. Ее можно протестировать при помощи мультиметра. Это убережет технику от короткого замыкания.

висновок

Трехфазный асинхронный двигатель – это надежный и эффективный мотор, который можно подключить как к трехфазной, так и однофазной сети. При этом необходимо соблюдать ряд правил. В частности – правильно рассчитывать емкости конденсаторов. Если все расчеты верны, двигатель будет работать в оптимальном режиме с высоким уровнем КПД.

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Категорія:

Будівництво