ЦЕЛЬ. Освоить методику подключения обмоток асинхронных трехфазных двигателей по схеме звезда и треугольник. Получить практические навыки включении трехфазных двигателей в однофазную сеть. Научиться читать графические схемы подключения.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Не вдаваясь в подробности теоретических основ электротехники можно сказать, что электродвигатели с обмотками, соединёнными звездой (рис. 1) работают намного мягче, чем с соединением обмоток в треугольник, однако при соединении обмоток звездой двигатель не способен развить полную мощность. При соединении обмоток треугольником двигатель работает на полную паспортную мощность (примерно в 1,5 раз больше, чем при соединении звездой), но имеет очень большие значения пусковых токов.
Асинхронные трехфазные двигатели рассчитаны на два номинальных напряжения трехфазной сети 380/220 - 220/127 и т. д. Наиболее часто встречаются двигатели 380/220В. Переключение двигателя с одного напряжения на другое производится подключением обмоток «на звезду» - для 380В или на «треугольник» - на 220 В. Если у двигателя имеется колодка подключения, имеющая 6 выводов с установленными перемычками, следует обратить внимание в каком порядке установлены перемычки (рис. 2). Если у двигателя отсутствует колодка и имеются 6 выводов - обычно они собраны в пучки по 3 вывода. В одном пучке собраны начала обмоток, в другом концы (начала обмоток на схеме обозначены точкой).
Рис.1. Способы подключения обмоток электродвигателя.
В данном случае «начало» и «конец» - понятия условные, важно лишь чтобы направления намоток совпадали, т. е. на примере «звезды» нулевой точкой могут быть как начала, так и концы обмоток, а в «треугольнике» - обмотки должны быть соединены последовательно, т. е. конец одной с началом следующей. Для правильного подключения на «треугольник» нужно определить выводы каждой обмотки, разложить их попарно и подключить по схеме представленной на рис. 2:
Рис. 2. Схема подключения обмоток двигателя.
Если у двигателя имеется только 3 вывода, следует разобрать двигатель: снять крышку со стороны колодки и в обмотках найти соединение трёх обмоточных проводов (все остальные провода соединены по 2). Соединение трёх проводов является нулевой точкой звезды. Эти 3 провода следует разорвать, припаять к ним выводные провода и объединить их в один пучок. Таким образом мы имеем уже 6 проводов, которые нужно соединить по схеме треугольника.
Трехфазный двигатель вполне успешно может работать и в однофазной сети, но ждать от него чудес при работе с конденсаторами не приходится. Мощность в самом лучшем случае будет не более 70% от номинала, пусковой момент сильно зависит от пусковой емкости, существует определенная сложность подбора рабочей емкости при изменяющейся нагрузке. Трехфазный двигатель в однофазной сети это компромисс, но во многих случаях это является единственным выходом.
Существуют формулы для расчета емкости рабочего конденсатора, но их можно считать недостаточно корректными по следующим причинам:
1. Расчет производится на номинальную мощность, а двигатель редко работает в таком режиме и при недогрузке двигатель будет греться из-за лишней емкости рабочего конденсатора и как следствие увеличенного тока в обмотке.
2. Номинальная емкость конденсатора указана на его корпусе отличается от фактической + /- 20%, что тоже указано не конденсаторе.
Более точно можно подобрать емкость к конкретному двигателю и под конкретную нагрузку, измеряя ток в каждой точке треугольника, стараясь максимально выровнять его подбором емкости. Поскольку однофазная сеть имеет напряжение 220 В, то двигатель следует подключать по схеме «треугольник» (рис. 2). Для запуска ненагруженного двигателя можно обойтись только рабочим конденсатором.
,
Рис. 2. Направление вращения двигателя зависит от подключения конденсатора (точка а) к точке б или в.
Ориентировочную ёмкость конденсатора можно определить по следующей приближенной формуле:
, мкф, (1)
где C – ёмкость конденсатора в микрофарадах;
P – номинальная мощность двигателя в ваттах.
Для начала достаточно, а точная подгонка должна производиться после нагрузки двигателя конкретной работой. Рабочее напряжение конденсатора должно быть выше напряжения сети.
Следует применить пусковой конденсатор (рис. 3), ёмкость которого зависит от нагрузки двигателя, подбирается экспериментально и ориентировочно может быть от равной рабочему конденсатору до в 1,5 – 2 раза большей. В дальнейшем, для понятности, все что относится к работе будет зеленого цвета, все что относится к пуску будет красного, что к торможению синего.
Рис.3. Включать пусковой конденсатор в простейшем случае можно при помощи нефиксированной кнопки.
Для автоматизации пуска двигателя можно применить реле тока. Т. к. конденсатор остаётся заряженным и в момент повторного запуска двигателя, между контактами возникает довольно сильная дуга и серебряные контакты реле свариваются, не отключая пусковой конденсатор после пуска двигателя.
Чтобы этого не происходило, следует контактную пластинку пускового реле изготовить из графитовой или угольной щётки (но не из медно- графитовой, т. к. она тоже залипает).
Практические схемы включения двигателя приведена на рис. 4.
Рис.4. Обобщающая схема включения.
С1- пусковой, С2- рабочий, К1- нефиксирующаяся кнопка, диод и резистор системы торможения.
Работает схема следующим образом: при переводе переключателя в положение 3 и нажатии на кнопку К1 происходит пуск двигателя, после отпускания кнопки остается только рабочий конденсатор и двигатель работает на полезную нагрузку. При переводе переключателя в положение 1, на обмотку двигателя подается постоянный ток и двигатель тормозится, после остановки необходимо перевести переключатель в положениие 2, иначе двигатель сгорит, поэтому переключатель должен быть специальным и фиксироваться только в положении 3 и 2, а положение 1 должно быть включено только при удержании.
При мощности двигателя до 300Вт и необходимости быстрого торможения, гасяший резистор можно не применять, при большей мощности сопротивление резистора подбирается по желаемому времени торможения, но не должно быть меньше сопротивления обмотки двигателя.
Торможение по схеме рис. 5.
Рис.5. Схема торможения.
Эта схема похожа на первую, но торможение здесь происходит за счет энергии запасенной в электролитическом конденсаторе С1 и время торможения будет зависить от его емкости. Как и в любой схеме пусковую кнопку можно заменить на реле тока. При включении переключателя в сеть двигатель запускается и происходит заряд конденсатора С1 через VD1 и R1. Сопротивление R1 подбирается в зависимости от мощности диода, емкости конденсатора и времени работы двигателя до начала торможения. Если время работы двигателя между пуском и торможением превышает 1 минуту, можно использовать диод КД226Г и резистор 7кОм не менее 4Вт. рабочее напряжение конденсатора не менее 350В
Рис. 6. Схема реверсивного включения и торможения.
Эта схема развитие предыдущей, здесь автоматически происходит запуск при помощи токового реле и торможение электролитическим конденсатором, а также реверсивное включение. Отличие этой схемы: сдвоенный трехпозиционный переключатель и пусковое реле. Выкидывая из этой схемы лишние элементы, каждый из которых имеет свой цвет, можно собрать схему нужную для конкретных целей. При желании можно перейти на кнопочное включение, для этого понадобятся один или два автоматических пускателя с катушкой на 220В. Используется сдвоенный переключатель на три положения.
Рис. 7. Схема автоматического включения двигателя.
Как и в других схемах здесь есть система торможения, но ее при ненадобности легко убрать. В этой схеме включения две обмотки соединены параллельно, а третья через систему пуска и вспомогательный конденсатор, емкость которого примерно в два раза меньше необходимого при включении треугольником. Для изменения направления вращения нужно поменять местами начало и конец вспомогательной обмотки, обозначенной красной и зеленой точками. Запуск происходит за счет зарядки конденсатора С3 и продолжительность запуска зависит от емкости конденсатора, а емкость должна быть достаточно велика, чтобы двигатель успел выйти на номинальные обороты. Емкость можно брать с запасом, так как после заряда конденсатор не оказывает заметного действия на работу двигателя. Резистор R2 нужен для разрядки конденсатора и тем самым подготовки его для следующего пуска, подойдет 30 кОм 2Вт. Диоды Д245 - 248 подойдут любому двигателю. Для двигателей меньшей мощности соответственно уменьшится и мощность диодов, и емкость конденсатора. Хоть и затруднительно сделать реверсивное включение по данной схеме, но при желании и это можно. Потребуется сложный переключатель или пусковые автоматы.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Подключение асинхронных трехфазных двигателей по схеме звезда и треугольник
Порядок выполнения работы.
1. Отключите двигатель от источника питания.
2. Откройте колодку выводов двигателя (рис. 8).
3. Подключите выводы по схеме звезда (рис. 9).
4. Подключите провод к двигателю, с одной стороны, и к трехфазной вилке, с другой стороны (рис. 10).
5. Подключите провод, отходящий от трехполюсного автоматического выключателя (рис.11), расположенного в распределительном щите, к трехфазной розетке (рис. 12).
| 
|
| Рис. 8. Электродвигатель с колодкой выводов. | Рис. 9. Подключение выводы по схеме звезда. |
| 
|
| Рис. 10. Трехфазная вилка | Рис. 11. Трехполюсный автоматический выключатель. |
| |
| Рис. 12. Трехфазная розетка. |
В результате выполнения пункта 5 должна быть реализована схема рис. 13.
Рис. 13. Схема подключения трехфазной розетки к распределительному щиту.
6. Преподаватель, проверив правильность подключения производит пуск двигателя.
7. Отключите двигатель от источника питания.
8. Откройте колодку выводов двигателя (рис. 8).
9. Подключите выводы по схеме треугольник (рис. 14).
Рис. 14. Подключение выводы по схеме треугольник.
10. Подключите двигатель к источнику питания.
11. Преподаватель, проверив правильность подключения производит пуск двигателя.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
1. В чем заключается отличие работы электродвигателя с обмотками, соединёнными звездой от работы такого-же электродвигателя с обмотками, соединёнными треугольником?
2. Какова роль конденсаторов при пуске трехфазного асинхронного двигателя в однофазной сети.
3. Как производится подбор конденсаторов при пуске трехфазного асинхронного двигателя в однофазной сети.
4. Сколько выводов в трехфазной розетке с заземлением, назовите их?
ЛИТЕРАТУРА
1. Схема подключения трехфазной розетки на примере ССИ-125 32 (А) от IEK. Электронный ресурс. Режим доступа. https://zametkielectrika.ru/sxema-podklyucheniya-trexfaznoj-rozetki/.
2. Схема подключения различных электроэлементов. Электронный ресурс. Режим доступа. https://secretdachi.ru/elektrik/2759-skhemy-podklyucheniya-razlichnykh-elektroelementov.html.