Подключение трехфазного двигателя к бытовой сети 220 В в большинстве случаев требуется при изготовлении различных станков и устройств. Обычно мощности однофазного электродвигателя не хватает, а трехфазная электроустановка есть далеко не в каждом доме. В этом случае придет на помощь схема подключения трехфазного двигателя к однофазной сети.
Немного истории
Английский физик Чарльз Уинстон в далеком 1841 году представил первый однофазный двигатель, еще не умевший самостоятельно раскручиваться. Это делалось вручную или при помощи другого двигателя.
В 1884-1885 годах был разработан двигатель, имеющий обмотки якоря и обмотки возбуждения и названный “универсальным”. Сделали это венгерские инженеры, соавторы трансформатора Микша Дери и Отто Блати, и независимо от них Вернер Сименс. Электродвигатели такого типа применяются по сей день.
Кроме того, разработкой электрических двигателей занимался Никола Тесла. Первый конденсаторный двигатель был разработан французскими инженерами Морисом Хитином и Морисом Лебланом в 1890 году. Как подобрать конденсатор для трехфазного двигателя в наше время, разберемся далее.
Применение электродвигателей в быту
Электрические моторы присутствуют практически во всех сферах нашей жизни. Любой прибор, будь то фен, микроволновка или компьютер, содержит электрические двигатели. Они, конечно, в массе своей миниатюрны, а наша задача – выяснить, как подобрать емкость конденсатора для трехфазного двигателя, имеющего мощность от 180 Вт до 3 кВт. Подобные моторы могут быть применены в таком оборудовании, как наждачный станок, компрессор, циркулярная пила, строгальный станок, дробильная установка для зерна. Естественно, в каждом случае требуется свой тип двигателя, об этом далее подробнее.
Как подобрать двигатель
Каждый станок или другое оборудование имеет свое назначение, естественно, электродвигатель должен соответствовать этому назначению. К примеру, для наждачного станка достаточно 180 Вт мощности, строгальный станок потребует двигателя с большими оборотами, для циркулярной пилы подойдет двигатель 1,1 кВт, компрессор потребует не менее 2,2 кВт. Кроме мощности большую роль играет количество оборотов, “оборотистый” двигатель далеко не всегда лучше “тихоходного”.
Полезный совет: если обороты двигателя выше 3000 об/мин, его применять не стоит – при подключении к сети 220 В это, скорее, недостаток, так как запустить его будет сложно.
Как подобрать конденсатор для трехфазного двигателя в зависимости от его характеристик и области применения, рассмотрим подробнее.
Технические характеристики электродвигателей
Электродвигатели бывают переменного и постоянного тока, с короткозамкнутым и фазным ротором, синхронные и асинхронные. Нас интересуют асинхронные двигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором – именно их чаще всего можно встретить в различном оборудовании.
Главными характеристиками двигателя являются номинальное напряжение, мощность и частота вращения. Для домашнего применения наиболее подходящими являются моторы с мощностью до 3 кВт и до 3000 об/мин. Более мощные и высокооборотные двигатели либо не смогут запуститься от сети 220 В, либо создадут чрезмерную нагрузку. В обоих случаях все преимущества будут утеряны.
На шильдике обычно есть такая надпись: “D/Y 220/380”, – это означает, что соединение “треугольник” рассчитано на напряжение 220 В, а “треугольник” на напряжение 380 В. Эти данные необходимы, чтобы узнать, как подобрать конденсатор для трехфазного двигателя.
При покупке нужно обязательно смотреть, на какое номинальное напряжение рассчитаны обмотки двигателя.
Соединения обмоток электродвигателей
Электродвигатели имеют два типа соединений обмоток – “звезда” и “треугольник”. Чтобы подобрать конденсаторы трехфазного двигателя к однофазной сети, нужно точно знать, как соединены обмотки в конкретном двигателе. Для этого нужно открыть клеммную крышку, под ней расположены выводы обмоток и перемычки.
Если двигатель побывал в перемотке, то под крышкой может оказаться только три вывода, это означает, что обмотки соединены в “звезду” и подключить их в “треугольник” невозможно. Использовать его для подключения к сети 220 В затруднительно, поскольку потери мощности будут очень большие.
Для подключения к напряжению 220 В обмотки должны быть соединены в “треугольник”. Если пуск двигателя предполагается легким, можно собрать схему, которая будет собирать обмотки в “звезду” при пуске и затем переключать в “треугольник”.
В клеммной коробке выводы расположены особым образом. Они подключены так, чтобы было удобно соединять обмотки в “треугольник” при помощи специальных перемычек.
Если обмотки электродвигателя соединены в “звезду”, нулевая точка не используется – это правило касается как одно-, так и трехфазного подключения.
Коротко о функциях конденсатора: он сдвигает одну фазу и имитирует двухфазное подключение. Двигатель при этом теряет около 40 % мощности.
Какими бывают конденсаторы
Перед тем как подобрать конденсаторы для трехфазного двигателя, необходимо более подробно о них узнать. В основном конденсаторы делятся на полярные и неполярные. Первая группа – это электролитические конденсаторы большой емкости, обычно с небольшим рабочим напряжением. Они работают только при наличии постоянного напряжения, при подключении к переменному напряжению или превышении номинального напряжения эти конденсаторы взрываются. Применять их можно, если подключать через диод, но это усложняет конструкцию.
Неполярные конденсаторы лучше всего подходят для нашей цели, они работают в сети переменного напряжения. Единственным их недостатком является относительно небольшая емкость.
Как подобрать конденсатор к электродвигателю
Правильный подбор конденсатора обеспечит максимальную для данного подключения мощность, низкий нагрев и плавный пуск электродвигателя. Для этой цели нужно воспользоваться формулами:
- для подключения обмоток в “звезду” – Ср = 2800*P/(√3*U²*η*cosϕ);
- для подключения обмоток в “треугольник” – Ср = 4800*P/(√3*U²*η*cosϕ);
- как подобрать пусковой конденсатор для трехфазного двигателя – Сп = 2,5*Ср.
Расшифровка:
- Ср – емкость рабочего конденсатора (мкФ);
- Сп – емкость пускового конденсатора (мкФ);
- I – ток в амперах (А);
- U – напряжение сети (В);
- η – КПД двигателя, выраженный в процентах, деленных на 100;
- cosϕ – коэффициент мощности.
I, U, η, cosϕ можно найти на шильдике.
Пример
Какой нужен конденсатор для двигателя 3 кВт?
Рабочий – 4800*3/(√3*2202*0,85*0,8) = 252 мкФ.
Пусковой – 2,5*252 = 630 мкФ.
Емкости одного конденсатора бывает недостаточно, поэтому приходится набирать несколько конденсаторов. Нужно помнить, что емкость при параллельном подключении суммируется. Рабочее напряжение неполярных конденсаторов должно быть не менее 400 В.
Электролитические конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение, втрое выше рабочего напряжения сети, диоды применяются с током коллектора не менее 10 ампер.
Схемы подключения электродвигателей к бытовой сети
Схем подключения трехфазного электродвигателя к однофазной сети есть несколько, принцип у них один и тот же, но есть несколько отличий.
- Схема без пускового конденсатора, обмотки соединены в “треугольник”.
- Схема с пусковым конденсатором, обмотки соединены в “треугольник”.
- Схема с пусковым конденсатором и реверсом, обмотки соединены в “треугольник”.
Как подобрать конденсатор для трехфазного двигателя 180W?
Это один из самых маленьких трехфазных двигателей, которые можно применить в быту. Из него обычно получается хороший наждачный станок. Его обмотки можно включать как в треугольник, так и в звезду, поскольку такой станок обычно работает на холостых оборотах, нагрузка на него незначительная. Согласно вышеуказанной формуле, емкость рабочего конденсатора равна 15 мкФ, пусковой в данном случае применять необязательно.
Меры безопасности
Все работы по подключению электродвигателя должны производиться только при отключенной подаче электроэнергии. Инструмент должен быть исправным, с изолирующими рукоятками.
При монтаже проводов следует избегать скруток, если это по каким-то причинам невозможно, их нужно пропаять и тщательно изолировать.
Для защиты электросети от замыкания применяются автоматические выключатели. Необходимо учитывать, что пусковой ток мощного (5 кВт и выше) и высокооборотного (более 3000 об/мин) двигателя превышает номинальный в 5-7 раз. Ток защитного аппарата должен быть на 25 % выше номинального тока двигателя.
Если применяются электролитические конденсаторы (полярные), для них нужно изготовить металлический закрывающийся ящик, стенки которого изнутри обшить диэлектрическим материалом. При первом пуске двигателя с такими конденсаторами лучше не находиться поблизости.
Некоторые типы конденсаторов имеют корпус в качестве одного из выводов. Соответственно, на корпусе может присутствовать напряжение 220 В, что опасно для жизни. Поэтому конденсаторы лучше поместить в деревянный ящик и изолировать друг от друга.
