Две статьи о подключении трехфазного электродвигателя к бытовой электросети.

Трехфазный — в бытовую сеть.

Среди различных способов включения трехфазных асинхронных электродвигателей в однофазную сеть самый, пожалуй, простой и наиболее известный — с использованием конденсатора, называемого (в силу выполняемых им в данном случае функций) фазосдвигающим. При этом приходится мириться с неизбежной потерей мощности. Для электромотора с соединением обмоток «треугольником» даже в идеальном случае она составит 40 — 50 процентов от номинальной, которая указана в техпаспорте. Вдобавок ко всему, в зависимости от числа оборотов, набираемых двигателем, емкость у фазосдвигающего конденсатора должна меняться.

Последнее трудновыполнимо на практике. Довольствуются обычно двухступенчатой схемой управления, когда само включение осуществляется с использованием пускового конденсатора большой емкости (ввиду возникновения значительных токов в момент пуска) с последующей его заменой на рабочий с меньшим номиналом.

При соединении обмоток электродвигателя «треугольником» емкость рабочего конденсатора Cp определяется по формуле:
Cp =4800 I/U,
где U — напряжение сети, В; I — потребляемый ток, А, который можно измерить амперметром или рассчитать, воспользовавшись известным математическим выражением:
I = P/1,73Uηcosφ,
где, кроме ранее приведенных обозначений, φ — кпд, cosφ — коэффициент мощности.

Что же касается емкости пускового конденсатора, то при значительной нагрузке на вал ее выбирают в 2 — 2,5 раза большую, чем номинал рабочего конденсатора. Ну а если электродвигатель будет эксплуатироваться в недогруженном режиме, то обе емкости следует уменьшить (см.табл.). Конденсаторы лучше использовать типа МГБО и им подобные с бумажным диэлектриком (МБГП, МБГЧ), а допустимые напряжения, на которые они должны быть рассчитаны, в полтора раза превышающие напряжение сети.

P, кВт	0,4	0,6	0,8	1,1	1,5	2,2
Cр, мкФ	40	60	80	100	150	230
Cр, недогруженный режим, мкФ	25	40	60	80	130	200
Cп, мкФ	80	120	160	200	250	300
Cп, недогруженный режим, мкФ	20	35	45	60	80	100

Таблица зависимости емкости рабочего и пускового конденсаторов от мощности и режима работы электродвигателя.

Типовая схема для включения и работы трехфазного асинхронного электродвигателя с такими конденсаторами обычно содержит и специальный шунт — достаточно мощный резистор сопротивлением 200 — 500 кОм, через который будет стекать заряд с отсоединенного «пусковика». В качестве SA1 — тумблер типа ТВ1-4. Служит он в данном случае переключателем реверса. SB1 — кнопка-пускатель ПНВС-10УХЛ2 (например, от стиральной машины). При нажатии на эту кнопку двигатель оказывается подключенным к сети с помощью параллельно соединяемых пускового и рабочего конденсаторов.

После того как М1 весьма быстро наберет обороты, SB1 отпускают. Контакты SB1.2 размыкаются, но остальные остаются замкнутыми до тех пор, пока не возникнет необходимость остановить двигатель — уж такова конструкционная особенность ПНВС-10УХЛ2. То есть в рабочем режиме Сп оказывается отключенным от Ср, чего и требовалось достичь.

1. Схема типового подключения трехфазного асинхронного электродвигателя к однофазной сети с помощью фазосдвигающего конденсатора.
2. Использование электролитических конденсаторов вместо пусковых.
3. «Пусковиками» управляет токовое реле.
4. С фазосдвигающими, но при минимальной потере мощности.

Иногда приходится сталкиваться с тем, что SB1.2 при отпущенной кнопке не отходит. Что же, надо вмешаться и заставить все работать должным образом. Например, подложить под контакт шайбу.

Сложнее, если не удалось приобрести бумажные конденсаторы для цепи пуска. Из больше емкостных, скажем, достать смогли лишь электролитические. Для использования таких конденсаторов в качестве «пусковиков» существует особая схема включения — с полупроводниковыми диодами Д245 — Д247 и им подобными, выдерживающими обратное напряжение не менее 300 В и прямой ток 10 А. При работе с двигателем большой мощности диоды спаривают и устанавливают в каждом из плечей на теплоотводы. В противном случае грозит пробой полупроводниковых приборов. Тогда через оксидные конденсаторы потечет переменный ток, и «электролиты» могут нагреться и разорваться.

По тем же причинам, кстати, не рекомендуется использование электролитических конденсаторов в качестве рабочих. Ведь токи там протекают немалые, да еще и продолжительное время. Далеко не каждый «электролит» способен выдержать столь тяжелый для него режим.

Если электродвигателю предстоит работать при больших динамических нагрузках на вал, можно рекомендовать схему, где пусковыми конденсаторами управляет токовое реле. Реагируя на изменение тока в обмотках (то есть на следствие динамических нагрузок, испытываемых ротором-валом), реле автоматически включает или отключает «пусковики», делая фазосдвигающую емкость соответственно большей или меньшей. Дело от этого только выигрывает.

Подобрать же нужное значение емкости бумажных и оксидных конденсаторов проще всего, добиваясь равенства токов в точках а, b, с. Причем последнее возможно при оптимальной нагрузке на вал двигателя.

Из других бытующих схем подключения трехфазного двигателя к однофазной сети нельзя не отметить оригинальное решение, позволяющее снизить потери мощности до 25 процентов. И все потому, что обмотки А и В включены противофазно. Причем на полные 220 В. Напряжение вращения определяется включением обмотки С. Чтобы ничего не напутать с включением обмоток, их фазирование показано точками.

Любителей же делать все основательно, с получением от техники максимальной отдачи, вероятно, заинтересует схема с резисторно — индуктивно — емкостным преобразователем однофазной сети 220 В, в трехфазную. Ведь она позволяет предоставить двигателям возможность работать со сдвигом напряжений около 120° и токами в фазах до 4 А.

5. Принципиальная электрическая схема резисторно-индуктивно-емкостного преобразователя однофазной сети в трехфазную для питания киловаттного электродвигателя.
6. Дроссель с регулируемым воздушным зазором в магнитопроводе (катушка условно не показана, размеры определяются габаритами и конфигурацией магнитопровода): 1 — половина разъемной рамы-обоймы (гетинакс, текстолит или, в крайнем случае, дерево, 2 шт.); 2 — болт-стяжка (2 шт.); 3 — цилиндрическая пружина (2 шт.); 4 — половина магнитопровода (2 шт.); 5 — прокладка-фиксатор зазора (дерево, 3 шт.)

В преобразователе используются конденсаторы КБГ (МБГО, МБГП, МБГ-4), 700-ваттный резистор и дроссель на магнитопроводе с воздушным зазором. Резистор из никелево-хромового провода диаметром 1,3 — 1,5 мм, намотанного на фарфоровом стержне или трубке диаметром 20 — 30 мм. Передвигаемая по обмотке скоба-контакт с фиксацией позволяет получать требуемое сопротивление для обеспечения надежной работы двигателя той или иной мощности. Вместо индуктивности дросселя целесообразнее, видимо, указать его индуктивное сопротивление, которое легче определять и контролировать по отношению показаний вольтметра и амперметра. Так вот, на частоте 50 Гц оно должно быть равно 110 Ом (активным сопротивлением обмотки можно пренебречь).

Вообще-то форма и марка стали магнитопровода могут быть любыми. Главное, предусмотреть воздушный зазор, а следовательно, и возможность менять индуктивное сопротивление дросселя. Вполне подойдет, например, «железо» от силового трансформатора мощностью 270 — 450 Вт.

При магнитопроводе сечением 16 — 18 мм2 для дросселя наматывается всего 600 — 700 витков провода диаметром 1,3 — 1,5 мм. Катушка эта пробная. Собрав с ней дроссель с примерным зазором, включают индуктивность в сеть для измерения реактивного сопротивления прообраза будущей детали. Затем выясняют, сколько витков нужно еще добавить (или отнять), чтобы получить требуемое XL.

Найденное таким образом общее число витков делят на три части в соотношении 1:1:2. Эти данные и используют при намотке настоящей дроссельной катушки, выполняемой на трехсекционном каркасе, размеры которого определяются габаритами и конфигурацией конкретного, выбранного для преобразователя магнитопровода. Если, например, найденное с помощью пробной катушки число витков будет равно 600, то у «настоящего» рабочего дросселя w1 = w2 = 150, а w3 = 300.

Нелишне, думается, напомнить, что приведенные выше данные — о преобразователе к трехфазному двигателю мощностью 1 кВт. Пересчет параметров на другую мощность следует вести по формулам:

где С1 — емкость одноименного конденсатора, мкФ; С2 — емкость второго (по схеме) конденсатора, мкФ; Р— мощность преобразователя, кВт; R1 — сопротивление резистора, Ом; XL — реактивное сопротивление дросселя. Ом; S — сечение магнитопровода, мм2; d — диаметр провода для намотки дросселя, мм; w1, w2, w3 — числа витков в соответствующей секции.

И еще несколько замечаний, касающихся особенностей конструкции преобразователя и используемых в ней деталей. Резистор, разумеется, должен охлаждаться хотя бы конвекционными потоками воздуха. В то же время необходимо предусмотреть и защиту от случайного прикосновения к нему и токопроводящим соединениям. Ну а дроссель желательно выполнить так, чтобы легко было менять зазор в магнитопроводе (следовательно, и регулировать индуктивное сопротивление у самого преобразователя). Например, с помощью деревянных брусков-прокладок, прочно фиксируемых стяжками на винтовой резьбе.

Преобразователь собирают в единое целое и помещают в металлический корпус, размеры которого определяются габаритами деталей и узлов конструкции. Весь электромонтаж — навесной.

Автор: А. Кухаренко, г. Гродно.
Источник: МК 05-2003

---

Включаем трехфазный.

Многие любители мастерить нередко пытаются приспособить трехфазные электродвигатели для различных самодельных станков: заточных, сверлильных, деревообрабатывающих и других. Но вот беда — не каждый знает, как питать такой электродвигатель от однофазной сети.

Среди различных способов запуска трехфазных электродвигателей наиболее простой и эффективный — с подключением третьей обмотки через фазосдвигающий конденсатор. Полезная мощность, развиваемая при этом электромотором, составляет 50-60 % его мощности в трехфазном режиме. Однако не все трехфазные электродвигатели хорошо работают от однофазной сети. К ним относятся, например, электромоторы с двойной клеткой короткозамкнутого ротора серии МА. Поэтому предпочтение следует отдать трехфазным электродвигателям серий А, ДО, АО2, АОЛ, АПН, УАД и др.

    Чтобы электромотор с конденсаторным пуском работал нормально, емкость конденсатора должна меняться в зависимости от числа оборотов. Поскольку на практике это условие выполнить трудно, двигателем обычно управляют двухступенчато — сначала включают с пусковым конденсатором, а после разгона его отсоединяют, оставляя только рабочий.

    Если в паспорте электродвигателя указано напряжение 220/380 В, то включить мотор в однофазную сеть с напряжением 220 В можно по схеме, приведенной на рисунке 1. При нажатии на кнопку SB1 электродвигатель М1 начинает разгоняться, а когда он наберет обороты, кнопку отпускают — SB1.2 размыкается, а SB1.1 и SB1.3 остаются замкнутыми. Их размыкают для остановки электродвигателя.

Рис.1 Электрическая схема включения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть.
Рис.2 Схема соединения электролитических конденсаторов.

При соединении обмоток электродвигателя в «треугольник» емкость рабочего конденсатора определяют по формуле:
Ср =4800 I/U,
где Ср — емкость конденсатора, мкФ; I — потребляемый электродвигателем ток, A; U — напряжение сети, В.
Если мощность электродвигателя известна, потребляемый им ток определяют по формуле:
I = P/1,73Uηcosφ,
где Р — мощность электродвигателя (указана в паспорте), Вт; U — напряжение сети,В; n — КПД; cosф — коэффициент мощности.

Емкость пускового конденсатора выбирают в 2 — 2,5 раза больше рабочего, а их допустимые напряжения должны не менее чем в 1,5 раза превышать напряжение сети. Для сети 220 В лучше применить конденсаторы марки МБГО, МБГП, МБГЧ с рабочим напряжением 500 В и выше. В качестве пусковых можно использовать и электролитические конденсаторы К50-3, ЭГЦ-М, КЭ-2 с рабочим напряжением не менее 450 В (при условии кратковременного включения). Для большей надежности их включают по схеме, показанной на рисунке 2. Общая емкость при этом равна C/2. Пусковые конденсаторы зашунтируйте резистором сопротивлением 200-500 кОм, через который будет «стекать» оставшийся электрический заряд.

Эксплуатация электродвигателя с конденсаторным пуском имеет некоторые особенности. При работе в режиме холостого хода по питаемой через конденсатор обмотке протекает ток, на 20-40 % превышающий номинальный. Поэтому, если электромотор будет часто использоваться в недогруженном режиме или вхолостую, емкость конденсатора Ср следует уменьшить. При перегрузке электродвигатель может остановиться, тогда для его запуска снова подключите пусковой конденсатор (сняв или снизив до минимума нагрузку на валу). На практике значения емкостей рабочих и пусковых конденсаторов в зависимости от мощности электродвигателя определяют из таблицы.

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

Для запуска электродвигателя на холостом ходу или с небольшой нагрузкой емкость конденсатора Сп можно уменьшить. Например, для включения электродвигателя АО2 мощностью 2,2 кВт на 1420 об/мин можно использовать в качестве рабочего конденсатор емкостью 230 мкф, пускового — 150 мкФ. При этом электродвигатель уверенно запускается при небольшой нагрузке на валу. Реверсирование электромотора осуществляют путем переключения фазы на его обмотке тумблером SA1 (рис. 1).

Рис. 3. приведена электрическая схема пускового устройства для трехфазного электродвигателя мощностью 0,5 кВт.
Рис. 4 Электрическая схема пускового устройства с автоматическим отключением конденсатора Сп.

На рисунке 3 приведена электрическая схема переносного универсального блока для пуска трехфазных электродвигателей мощностью около 0,5 кВт от однофазной сети без реверсирования. При нажатии на кнопку SB1 срабатывает магнитный пускатель КМ1 (тумблер SA1 замкнут) и своей контактной системой КМ1.1, КМ1.2 подсоединяет электродвигатель M1 к сети 220 В. Одновременно третья контактная группа КМ1.3 блокирует кнопку SB1. После полного разгона электродвигателя пусковой конденсатор С1 отключают тумблером SA1. Останавливают электромотор нажатием на кнопку SB2.

В устройстве применены магнитный пускатель типа ПМЛ, рассчитанный на переменный ток напряжением 220 В; SB1, SB2 — спаренные кнопки ПКЕ612, SA1-тумблер Т2-1; резисторы: R1 — проволочный ПЭ-20, R2 — МЛТ-2, С1, С2 — конденсаторы МБГЧ на напряжение 400 В (С2 составлен из двух параллельно соединенных конденсаторов по 20 мкФ X 400 В); HL1 — лампа КМ-24 (24 В, 100мА). M1 — электродвигатель 4А71А4 (АО2-21-4) на 0,55 кВт, 1420 об/мин.

Пользоваться тумблером SA1 (рис. 3) не совсем удобно. Поэтому лучше, если пусковой конденсатор будет отключаться автоматически с помощью дополнительного реле К1 (рис. 4) типа МКУ-48. При нажатии на кнопку SB1 оно срабатывает и своей контактной парой К1.1 включает магнитный пускатель КМ1, а К1.2 — пусковой конденсатор Сп. В свою очередь, магнитный пускатель КМ1 самоблокируется с помощью своей контактной системы КМ1.1, а КМ1.2 и КМ1.3 подсоединяют электродвигатель к сети. Кнопку SB1 держат нажатой до полного разгона электромотора, а затем отпускают — реле К1 обесточивается и отключает пусковой конденсатор, который разряжается через резистор R2. В то же время магнитный пускатель КМ1 остается включенным, обеспечивая питание электродвигателя в рабочем режиме. Останавливают электромотор нажатием на кнопку SB2 «Стоп».

Пусковое устройство смонтировано в жестяном корпусе размером 170х140х70 мм (рис. 5). На верхней панели расположены кнопки «Пуск» и «Стоп», сигнальная лампа и тумблер отключения пускового конденсатора. На передней боковой стенке установлен самодельный трехконтактный разъем, изготовленный из трех отрезков медной трубки и круглой электровилки, в которой добавлен третий штифт.

Рис. 5. Внешний вид пускового устройства: 1 — корпус, 2 — ручка для переноски, 3 — сигнальная лампа, 4 — тумблер отключения пускового конденсатора, 5 — кнопки «Пуск» и «Стоп», 6 — доработанная электровилка, 7 — панель с гнездами разъема.

В заключение несколько слов об усовершенствованиях, расширяющих возможности пускового устройства. Конденсаторы Ср и Сп можно сделать составными со ступенями по 10-20 мкФ и подсоединять их многопозиционными переключателями (или двумя-четырьмя тумблерами) в зависимости от параметров запускаемых электродвигателей. Лампу накаливания HL1 с гасящим проволочным резистором рекомендуем заменить на неоновую с дополнительным резистором небольшой мощности; вместо спаренных кнопок ПКЕ612 применить две одиночные любого типа; плавкие предохранители можно заменить автоматическими на соответствующий ток отсечки.

Автор: С. Рыбас,
Источник: МК 02-1986

---