В трехфазных цепях применяют два вида соединений генераторных обмоток – в звезду и треугольник (рис. 1).

При соединении в звезду все концы фазных обмоток соединяют в один узел, называемый нейтральной или нулевой точкой , и обозначают, как правило, буквой O.

При соединении в треугольник обмотки генератора соединяют так, чтобы начало одной соединялось с концом другой. ЭДС в катушках в этом случае обозначают соответственно E BA , E CB , E AC . Если генератор не подключен к нагрузке, то по его обмоткам не протекают токи, т.к. сумма ЭДС равна нулю.

Рис. 1

Соединение резисторов треугольником: а - расположение резисторов вдоль сторон, б - параллельное расположение резисторов

В звезду и треугольник включаются и сопротивления нагрузки так, как показано на рис. 2. Фазные сопротивления Z a, Z b, Z c, Z ab, Z bc, Z ca , соединенные в треугольник или в звезду, называют фазами нагрузки .

Рис. 2 Соединения нагрузки в звезду и треугольник

Существует пять видов соединения генераторов с нагрузкой : звезда – звезда с нулевым проводом, звезда – звезда без нейтрального провода, треугольник – треугольник, звезда – треугольник и треугольник – звезда (рис. 3).

Соединительные провода между началами фаз нагрузки и началами фаз генератора называют линейными проводами . Как правило, начала фаз генераторов обозначают заглавными буквами, а нагрузки – прописными. Провод, соединяющий нулевые точки генератора и нагрузки, называют нулевым или нейтральным проводом .

Направление токов в линейных проводах принято выбирать от генератора к нагрузке, а в нулевом – от нагрузки к генератору. На рис. 3 Uab(AB) , Ubc(BC), Uca(CA) , Ia, Ib, Ic – линейные напряжения и токи. Ua(A) , Ub(B), Uc(C) , Iab, Ibc, Ica – фазные напряжения и токи.

Линейные напряжения (напряжения между линейными проводами) – это разность соответствующих фазных напряжений Uab - Ua - Uc , Ubc = Ub - Uc, Uca = Uc - Ua

Линейные токи при принятых направлениях токов (рис. 3) определяются по Ia = Iab - Ica, Ib = Ibc - Iab, Ic = Ica - Ibc

Таким образом, фазные напряжения на генераторе – это напряжения, приложенные к обмоткам генератора U AO , U CO , U BO , а напряжения фаз нагрузки – это напряжения на соответствующих сопротивлениях UaO1, UbO1, UcO1 . Фазные токи – это токи, протекающие в фазах генератора или нагрузки. Следует отметить, что фазные и линейные напряжения в треугольнике равны, так же как фазные и линейные токи в звезде.

Трехфазные асинхронные двигатели совершенно заслужено являются самыми массовыми в мире, благодаря тому, что они очень надежны, требуют минимального технического обслуживания, просты в изготовлении и не требуют при подключении каких-либо сложных и дорогостоящих устройств, если не требуется регулировка скорости вращения. Большинство станков в мире приводятся в действие именно трёхфазными асинхронными двигателями, они также приводят в действие насосы, электроприводы различных полезных и нужных механизмов.

Но как быть тем, кто в личном домовладении не имеет трехфазного электроснабжения, а в большинство случаев это именно так. Как быть, если хочется в домашней мастерской поставить стационарную циркулярную пилу, электрофуганок или токарный станок? Хочется порадовать читателей нашего портала, что выход из этого затруднительного положения есть, причем достаточно просто реализуемый. В этой статье мы намерены рассказать, как подключить трехфазный двигатель в сеть 220 В.

Принципы работы трехфазных асинхронных двигателей

Рассмотрим кратко принцип работы асинхронного двигателя в своих «родных» трехфазных сетях 380 В. Это очень поможет впоследствии адаптировать двигатель для работы в других, «не родных» условиях – однофазных сетях 220 В.

Устройство асинхронного двигателя

Большинство производимых в мире трехфазных двигателей – это асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (АДКЗ), которые не имеют никакой электрической контактной связи статора и ротора. В этом их основное преимущество, так как щетки и коллекторы, – самое слабое место любого электродвигателя, они подвержены интенсивному износу, требуют технического обслуживания и периодической замены.

Рассмотрим устройство АДКЗ. Двигатель в разрезе показан на рисунке.

В литом корпусе (7) собран весь механизм электродвигателя, включающий две главные части – неподвижный статор и подвижный ротор. В статоре имеется сердечник (3), который набран из листов специальной электротехнической стали (сплава железа и кремния), которая обладает хорошими магнитными свойствами. Сердечник набран из листов по причине того, что в условиях переменного магнитного поля в проводниках могут возникнуть вихревые токи Фуко, которые в статоре нам абсолютно не нужны. Дополнительно каждый лист сердечника еще покрыт с обеих сторон специальным лаком, чтобы вообще свести на нет протекание токов. Нам от сердечника нужны только магнитные его свойства, а не свойства проводника электрического тока.

В пазах сердечника уложена обмотка (2), выполненная из медного эмалированного провода. Если быть точным, то обмоток в трехфазном асинхронном двигателе как минимум три – по одной на каждую фазу. Причем уложены это обмотки в пазы сердечника с определенным порядком – каждая расположена так, что находится под угловым расстоянием в 120° к другой. Концы обмоток выведены в клеммную коробку (на рисунке она расположена в нижней части двигателя).

Ротор помещен внутрь сердечника статора и свободно вращается на валу (1). Зазор между статором и ротором для повышения КПД стараются сделать минимальным – от полумиллиметра до 3 мм. Сердечник ротора (5) также набран из электротехнической стали и в нем тоже имеются пазы, но они предназначены не для обмотки из провода, а для короткозамкнутых проводников, которые расположены в пространстве так, что напоминают беличье колесо (4), за что и получили свое название.

Беличье колесо состоит из продольных проводников, которые связаны и механически, и электрически с торцевыми кольцами Обычно беличье колесо изготавливают путем заливки в пазы сердечника расплавленного алюминия, а заодно еще формуют монолитом и кольца, и крыльчатки вентиляторов (6). В АДКЗ большой мощности в качестве проводников клетки применяют медные стержни, сваренные с торцевыми медными кольцами.

Что такое трехфазный ток

Для того чтобы понять какие силы заставляют вращаться ротор АДКЗ, надо рассмотреть что такое трехфазная система электроснабжения, тогда все встанет на свои места. Мы все привыкли к обычной однофазной системе, когда в розетке есть только два или три контакта, один из которых (L), второй рабочий ноль (N), а третий защитный ноль (PE). Среднеквадратичное фазное напряжение в однофазной системе (напряжение между фазой и нулем) равно 220 В. Напряжение (а при подключении нагрузки и ток) в однофазных сетях изменяются по синусоидальному закону.

Из приведенного графика амплитудно-временной характеристики видно, что амплитудное значение напряжения не 220 В, а 310 В. Чтобы у читателей не было никаких «непоняток» и сомнений, авторы считают своим долгом сообщить, что 220 В – это не амплитудное значение, а среднеквадратичное или действующее. Он равно U=U max /√2=310/1,414≈220 В. Для чего это делается? Только для удобства расчетов. За эталон принимают постоянное напряжение, по его способности произвести какую-то работу. Можно сказать, что синусоидальное напряжение с амплитудным значением в 310 В за определенный промежуток времени произведет такую же работу, которое бы сделало постоянное напряжение 220 В за тот же промежуток времени.

Надо сразу сказать, что практически вся генерируемая электрическая энергия в мире трехфазная. Просто с однофазной энергией проще управляться в быту, большинству потребителей электроэнергии достаточно и одной фазы для работы, да и однофазные проводки гораздо дешевле. Поэтому из трехфазной системы «выдергивается» один фазный и нулевой проводник и направляются к потребителям – квартирам или домам. Это хорошо видно в подъездных щитах, где видно, как с одной фазы провод идет в одну квартиру, с другой во вторую, с третьей в третью. Это так же хорошо видно на столбах, от которых линии идут к частным домовладениям.

Трехфазное напряжение, в отличие от однофазного, имеет не один фазный провод, а три: фаза A, фаза B и фаза C. Фазы еще могут обозначать L1, L2, L3. Кроме фазных проводов, естественно, присутствует еще общий для всех фаз рабочий ноль (N) и защитный ноль (PE). Рассмотрим амплитудно-временную характеристику трехфазного напряжения.

Из графиков видно, что трехфазное напряжение – это совокупность трех однофазных, с амплитудой 310 В и среднеквадратичным значением фазного (между фазой и рабочим нулем) напряжения в 220 В, причем фазы смещены относительно друг друга с угловым расстоянием 2*π/3 или 120°. Разность потенциалов между двумя фазами называют линейным напряжением и оно равно 380 В, так как векторная сумма двух напряжений будет U л =2* U ф * sin(60°)=2*220* √3/2=220* √3=220*1,73=380,6 В , где U л – линейное напряжение между двумя фазами, а U ф – фазное напряжение между фазой и нулем.

Трехфазный ток легко генерировать передавать к месту назначения и в дальнейшем преобразовывать в любой нужный вид энергии. В том числе и в механическую энергию вращения АДКЗ.

Как работает трехфазный асинхронный двигатель

Если подать переменное трехфазное напряжение на обмотки статора, то через них начнут протекать токи. Они, в свою очередь, вызовут магнитные потоки, также изменяющиеся по синусоидальному закону и также сдвинутые по фазе на 2*π/3=120°. Учитывая, что обмотки статора расположены в пространстве на таком же угловом расстоянии – 120°, внутри сердечника статора образуется вращающееся магнитное поле.

трехфазный электродвигатель

Это постоянно изменяющееся поле пересекает «беличье колесо» ротора и вызывает в нем ЭДС (электродвижущую силу), которая также будет пропорциональна скорости изменения магнитного потока, что на математическом языке означает производную от магнитного потока по времени. Так как магнитный поток изменяется по синусоидальному закону, значит, ЭДС будет изменяться по закону косинуса, ведь (sinx )’= cosx . Из школьного курса математики известно, что косинус «опережает» синус на π/2=90°, то есть, когда косинус достигает максимума, синус его достигнет через π/2 — через четверть периода.

Под воздействием ЭДС в роторе, а, точнее, в беличьем колесе возникнут большие токи, учитывая, что проводники замкнуты накоротко и имеют низкое электрическое сопротивление. Эти токи образуют свое магнитное поле, которое распространяется по сердечнику ротора и начинает взаимодействовать с полем статора. Разноименные полюса, как известно, притягиваются, а одноименные отталкиваются друг от друга. Возникающие силы создают момент заставляющий ротор вращаться.

Магнитное поле статора вращается с определенной частотой, которая зависит от питающей сети и количества пар полюсов обмоток. Рассчитывается частота по следующей формуле:

n 1 = f 1 *60/ p, где

• f 1 – частота переменного тока.
• p – число пар полюсов обмоток статора.

С частотой переменного тока все понятно – она в наших сетях электроснабжения составляет 50 Гц. Число пар полюсов отражает, сколько пар полюсов имеется на обмотке или обмотках, принадлежащих одной фазе. Если к каждой фазе подключается одна обмотка, отстоящая на 120° от других, то число пар полюсов будет равно единице. Если одной к одной фазе подключаются две обмотки, тогда число пар полюсов будет равно двум и так далее. Соответственно и меняется угловое расстояние между обмотками. Например, при числе пар полюсов равным двум, в статоре размещается обмотка фазы A, которая занимает сектор не 120°, а 60°. Затем за ней следует обмотка фазы B, занимающая такой же сектор, а затем и фазы C. Далее чередование повторяется. При увеличении пар полюсов соответственно уменьшаются сектора обмоток. Такие меры позволяют уменьшить частоту вращения магнитного поля статора и соответственно ротора.

Приведем пример. Допустим, трехфазный двигатель имеет одну пару полюсов и подключен к трехфазной сети частотой 50 Гц. Тогда магнитное поле статора будет вращаться с частотой n 1 =50*60/1=3000 об/мин. Если увеличить количество пар полюсов – во столько же раз уменьшится частота вращения. Чтобы поднять обороты двигателя, надо увеличить частоту , питающего обмотки. Чтобы изменить направление вращения ротора, надо поменять местами две фазы на обмотках

Следует отметить, что частота вращения ротора всегда отстает от частоты вращения магнитного поля статора, поэтому двигатель и называется асинхронным. Почему это происходит? Представим, что ротор вращается с той же скоростью, что и магнитное поле статора. Тогда беличье колесо не будет «пронизывать» переменное магнитное поле, а оно будет для ротора постоянным. Соответственно не будет наводиться ЭДС и перестанут протекать токи, не будет взаимодействия магнитных потоков и исчезнет момент, приводящий ротор в движение. Именно поэтому ротор находится «в постоянном стремлении» догнать статор, но никогда не догонит, так как исчезнет энергия, заставляющая вращаться вал двигателя.

Разницу частот вращения магнитного поля статора и вала ротора называют частотой скольжения, и она рассчитывается по формуле:

∆ n= n 1 -n 2 , где

• n1 – частота вращения магнитного поля статора.
• n2 – частота вращения ротора.

Скольжением называется отношение частоты скольжения к частоте вращения магнитного поля статора, оно рассчитывается по формуле: S=∆ n/ n 1 =(n 1 — n 2)/ n 1 .

Способы подключения обмоток асинхронных двигателей

Большинство АДКЗ имеет три обмотки, каждая из которых соответствует своей фазе и имеет начало и конец. Системы обозначения обмоток могут быть разными. В современных электродвигателях принята система обозначения обмоток U, V и W, а их выводы обозначают цифрой 1 начало обмотки и цифрой 2 – ее конец, то есть обмотка U имеет два вывода U1 и U2, обмотка V–V1 и V2, а обмотка W – W1 и W2.

Однако еще до сих пор в эксплуатации находятся асинхронные двигатели, сделанные во времена СССР и имеющие старую систему маркировки. В них начала обмоток обозначаются C1, C2, C3, о концы C4, C5, C6. Значит, первая обмотка имеет выводы C1 и C4, вторая C2 и C5, а третья C3 и C6. Соответствие старых и новых систем обозначений представлено на рисунке.

Рассмотрим, как могут соединяться обмотки в АДКЗ.

Соединение звездой

При таком соединении все концы обмоток объединяют в одной точке, а к их началам подключают фазы. На принципиальной схеме такой способ подключения действительно напоминает звезду, за что и получил название.

При соединении звездой к каждой обмотке в отдельности приложено фазной напряжение в 220 В, а к двум обмоткам, соединенных последовательно линейное напряжение 380 В. Главное преимущество такого способа подключения – это небольшие токи запуска, так как линейное напряжение приложено к двум обмоткам, а не к одной. Это позволяет двигателю «мягко» стартовать, но мощность его будет ограничена, так как протекающие токи в обмотках будут меньше, чем при другом способе подключения.

Соединение треугольником

При таком соединении обмотки объединяют в треугольник, когда начало одной обмотки соединяется с концом следующей – и так по кругу. Если линейное напряжение в трехфазной сети 380 В, то через обмотки будут протекать токи гораздо больших величин, чем при соединении звездой. Поэтому мощность электродвигателя будет выше.

При соединении треугольником в момент запуска АДКЗ потребляет большие пусковые токи, которые могут в 7-8 раз превышать номинальные и способны вызвать перегрузку сети, поэтому на практике инженеры нашли компромисс – запуск двигателя и его раскручивание до номинальных оборотов производится по схеме звезда, а затем происходит автоматическое переключение на треугольник.

Как определить, по какой схеме подключены обмотки двигателя?

Прежде чем подключать трехфазный двигатель к однофазной сети 220 В, необходимо выяснить по какой схеме подключены обмотки и при каком рабочем напряжении может работать АДКЗ. Для этого необходимо изучить табличку с техническими характеристиками – «шильдик», который должен быть на каждом двигателе.

На табличке имеется вся необходимая информация, которая поможет подключить двигатель к однофазной сети. На представленном шильдике видно, что двигатель имеет мощность 0,25 кВт и количество оборотов 1370 об/мин, что говорит о наличии двух пар полюсов обмоток. Значок ∆/Y означает, что обмотки можно соединить как треугольником, так и звездой, причем следующий показатель 220/380 В свидетельствует о том, что при соединении треугольником напряжение питающей сети должно быть 220 В, а при соединении звездой – 380 В. Если такой двигатель подключить в сеть 380 В треугольником, то обмотки его сгорят.

На следующем шильдике можно увидеть, что такой двигатель можно подключить только звездой и только в сеть 380 В. Скорее всего в клеммной коробке у такого АДКЗ будет только три вывода. Опытные электрики смогут подключить и такой двигатель к сети 220 В, но для этого надо будет вскрывать заднюю крышку, чтобы добраться до выводов обмоток, затем найти начало и конец каждой обмотки и произвести необходимую коммутацию. Задача сильно усложняется, поэтому авторы не рекомендуют подключать такие двигатели к сети 220 В, тем более что большинство современных АДКЗ могут подключаться по-разному.

На каждом двигателе есть клеммная коробка, расположенная чаще всего сверху. В этой коробке есть входы для питающих кабелей, а сверху она закрыта крышкой, которую необходимо снять при помощи отвертки.

Под крышкой можно увидеть шесть клемм, каждая из которых соответствует или началу, или концу обмотки. Помимо этого клеммы соединяются перемычками, и по их расположению можно определить, по какой схеме подключены обмотки.

На фото «вскрытой» коробки видно, что провода, ведущие к обмоткам подписаны и перемычками соединены в одну точку концы всех обмоток – V2, U2, W2. Это свидетельствует о том, что имеет место соединение звездой. С первого взгляда может показаться, что концы обмоток расположены в логичном порядке V2, U2, W2, а начала «перепутаны» - W1, V1, U1. Однако, это сделано с определенной целью. Для этого рассмотрим клеммную коробку АДКЗ с подключенными обмотками по схеме треугольник.

На рисунке видно, что положение перемычек меняется – соединяются начала и концы обмоток, причем клеммы расположены так, что те же перемычки используются для перекоммутации. Тогда становится понятно почему «перепутаны» клеммы – так легче перебрасывать перемычки. На фотографии видно, что клеммы W2 и U1 соединены отрезком провода, но в базовой комплектации новых двигателей всегда присутствуют именно три перемычки.

Если после «вскрытия» клеммной коробки обнаруживается такая картина, как на фотографии, то это означает, что двигатель предназначен для звезды и трехфазной сети 380 В.

Видео: Отличный фильм про трехфазные синхронные двигатели, который еще не успели раскрасить

Подключить трехфазный двигатель в однофазную сеть 220 В можно, но при этом надо быть готовым пожертвовать значительным снижением его мощности – в лучшем случае она составит 70% от паспортной, но для большинства целей это вполне приемлемо.

Основной проблемой подключения является создание вращающегося магнитного поля, которое наводит ЭДС в короткозамкнутом роторе. В трехфазных сетях реализовать это просто. При генерации трехфазной электроэнергии в обмотках статора наводится ЭДС из-за того, что внутри сердечника вращается намагниченный ротор, который приводится в движение энергией падающей воды на ГЭС или паровой турбиной на ГЭС и АЭС. Он создает вращающееся магнитное поле. В двигателях происходит обратное преобразование – изменяющееся магнитное поле приводит во вращение ротор.

В однофазных сетях получить вращающееся магнитное поле сложнее - надо прибегнуть к некоторым «хитростям». Для этого надо сдвинуть фазы в обмотках по отношению друг к другу. В идеальном случае нужно сделать так, что фазы будут сдвинуты по отношению друг к другу на 120°, но на практике это трудно реализовать, так как такие устройства имеют сложные схемы, стоят достаточно дорого и их изготовление и настройка требуют определенной квалификации. Поэтому в большинстве случаев применяют простые схемы, при этом несколько жертвуя мощностью.

Сдвиг фаз при помощи конденсаторов

Электрический конденсатор известен своим уникальным свойством не пропускать постоянный ток, но пропускать переменный. Зависимость токов, протекающих через конденсатор, от приложенного напряжения показана на графике.

Как только к конденсатору прикладывают возрастающее по синусоиде напряжение, он сразу «накидывается» на него и начинает заряжаться, так как изначально был разряжен. Ток в этот момент будет максимальным, но по мере заряда он будет уменьшаться и достигнет минимума в тот момент, когда напряжение достигнет своего пика.

Как только напряжение будет уменьшаться, конденсатор среагирует на это и будет начинать разряжаться, но ток при этом будет идти в обратном направлении, по мере разряда он будет увеличиваться (со знаком минус) до тех пор, пока уменьшается напряжение. К моменту, когда напряжение равно нулю ток достигает своего максимума.

Когда напряжение начинает расти со знаком минус, то идет перезаряд конденсатора и ток постепенно приближается от своего отрицательного максимума к нулю. По мере уменьшения отрицательного напряжения и стремлении его к нулю идет разряд конденсатора с увеличением тока через него. Далее, цикл повторяется заново.

Из графика видно, что за один период переменного синусоидального напряжения, конденсатор два раза заряжается и два раза разряжается. Ток, протекающий через конденсатор, опережает напряжение на четверть периода, то есть — 2* π/4= π/2=90° . Вот таким простым путем можно получить фазовый сдвиг в обмотках асинхронного двигателя. Сдвиг фаз в 90° не является идеальным в 120°, но вполне достаточен для того, чтобы на роторе появился необходимый вращательный момент.

Сдвиг фаз также можно получить, применив катушку индуктивности. В этом случае все произойдет наоборот – напряжение будет опережать ток на 90°. Но на практике применяют больше емкостной сдвиг фаз из-за более простой реализации и меньших потерь.

Схемы подключения трехфазных двигателей в однофазную сеть

Существует очень много вариантов подключения АДКЗ, но мы рассмотрим только наиболее часто используемые и наиболее просто реализуемые. Как было рассмотрено ранее, для сдвига фазы достаточно подключить параллельно какой-либо из обмоток конденсатор. Обозначение C р говорит о том, что это рабочий конденсатор.

Следует отметить, что соединение обмоток в треугольник предпочтительней, так как с такого АДКЗ можно «снять» полезной мощности больше, чем со звезды. Но существуют двигатели, предназначенные для работы в сетях с напряжением 127/220 В. О чем обязательно должна быть информация на шильдике.

Если читателям встретится такой двигатель, то - это можно считать удачей, так как его можно включать в сеть 220 В по схеме звезда, а это обеспечит и плавный пуск, и до 90% от паспортной номинальной мощности. Промышленностью выпускаются АДКЗ специально предназначенные для работы в сетях 220 В, которые могут называть конденсаторными двигателями.

Следует обратить внимание, что на шильдике указано рабочее напряжение 220 В и параметры рабочего конденсатора 90 мкФ (микрофарад, 1 мкФ=10 -6 Ф) и напряжение 250 В. Можно с уверенностью сказать, что этот двигатель фактически является трехфазным, но адаптированный для однофазного напряжения.

Для облегчения пуска мощных АДКЗ в сетях 220 В кроме рабочего применяют еще и пусковой конденсатор, который включается на непродолжительное время. После старта и набора номинальных оборотов пусковой конденсатор отключают, и вращение ротора поддерживает только рабочий конденсатор.

Пусковой конденсатор – C п, подключают параллельно рабочему C р. Из электротехники известно, что при параллельном соединении емкости конденсаторов складываются. Для его «активации» применяют кнопочный выключатель SB, удерживаемый несколько секунд. Емкость пускового конденсатора обычно минимум в два с половиной раза выше, чем рабочего, причем сохранять заряд он может достаточно долго. При случайном прикосновении к его выводам можно получить довольно сильно ощутимый разряд через тело. Для того чтобы разрядить C п применяют резистор, подключенный параллельно. Тогда после отключения пускового конденсатора от сети, будет происходить его разряд через резистор. Его выбирают с достаточно большим сопротивлением 300 кОм-1 мОм и рассеиваемой мощностью не менее 2 Вт.

Расчет емкости рабочего и пускового конденсатора

Для уверенного запуска и устойчивой работы АДКЗ в сетях 220 В следует наиболее точно подобрать емкости рабочего и пускового конденсаторов. При недостаточной емкости C р на роторе будет создаваться недостаточный момент для подключения какой-либо механической нагрузки, а избыточная емкость может привести к протеканию слишком высоких токов, что в результате может привести к межвитковому замыканию обмоток, которое «лечится» только очень дорогостоящей перемоткой.

Схема	Что рассчитывается	Формула	Что необходимо для расчетов
	Емкость рабочего конденсатора для подключения обмоток звездой – Cр, мкФ	Cр=2800*I/U; I=P/(√3*U*η*cosϕ); Cр=(2800/√3)*P/(U^2*n* cosϕ)=1616,6*P/(U^2*n* cosϕ)	Для всех: I – ток в амперах, A; U – напряжение в сети, В; P – мощность электродвигателя; η – КПД двигателя выраженное в величинах от 0 до 1 (если на шильдике двигателя оно указано в процентах, то этот показатель надо разделить на 100); cosϕ – коэффициент мощности (косинус угла между вектором напряжения и тока), он всегда указывается в паспорте и на шильдике.
	Емкость пускового конденсатора для подключения обмоток звездой – Cп, мкФ	Cп=(2-3)*Cр≈2,5*Cр
	Емкость рабочего конденсатора для подключения обмоток треугольником – Cр, мкФ	Cр=4800*I/U; I=P/(√3*U*η*cosϕ); Cр=(4800/√3)*P/(U^2*n* cosϕ)=2771,3*P/(U^2*n* cosϕ)
	Емкость пускового конденсатора для подключения обмоток треугольником – Cп, мкФ	Cп=(2-3)*Cр≈2,5*Cр

Приведенных формул в таблице вполне достаточно для того, чтобы рассчитать необходимую емкость конденсаторов. В паспортах и на шильдиках может указываться КПД или рабочий ток. В зависимости от этого можно вычислить необходимые параметры. В любом случае тех данных будет достаточно. Для удобства наших читателей, можно воспользоваться калькулятором, который быстро рассчитает необходимую рабочую и пусковую емкость.

На сегодняшний день асинхронные электродвигатели большой мощности отличаются надежностью работы и высокой производительностью, удобством эксплуатации и обслуживания, а также приемлемой ценой. Конструкция этого типа двигателя позволяет выдерживать сильные механические перегрузки.

Как известно, из основ электротехники, основными частями любого двигателя являются статичный статор, и вращающейся внутри его ротор.

Оба эти элемента состоят из токопроводящих обмоток, при этом статорная обмотка находиться в пазах магнитопровода с соблюдением расстояния в 120 градусов. Начало и конец каждой обмотки выведены в электрическую распределительную коробку и установлены в два ряда.

При подаче напряжения от трехфазной электросети на обмотки статора создается магнитное поле. Именно оно заставляет ротор вращаться.

Как подключить электродвигатель правильно – знает опытный электрик.

Подключение асинхронного двигателя к электрической сети осуществляется только по следующим схемам: «звезда», «треугольник» и их комбинации.

Выбор того или иного подсоединения зависит от:

• надежности энергосети;
• номинальной мощности;
• технических характеристик самого двигателя.

Каждое соединение имеет свои плюсы и минусы в работе. В паспорте двигателя от завода-изготовителя, а также на металлическом лейбле на самом устройстве обязательно указана схема его подключения.

При соединении «Звезда» все концы статорных обмоток сходятся водной точке, а напряжение поступает на начало каждой из них. Подключение двигателя «звездой» гарантирует плавный, безопасный пуск агрегата, но на начальном этапе наблюдается значительная потеря нагрузки.

Подключение «треугольником» подразумевает последовательное соединение обмоток в замкнутую структуру, т.е.начало первой фазы соединяют с концом второй и. т.д.

Такое соединение дает выходную мощность до 70% от номинальной, но в таком случае существенно возрастают пусковые токи, что может спровоцировать поломку электродвигателя.

Существует также комбинированное соединение «звезда-треугольник» (такой значок Y/Δ обязательно должен значиться на корпусе мотора). Представленная схема вызывает скачки тока в момент переключения, которые приводят к тому, что скорость вращения ротора быстро снижается, а потом постепенно входит в норму.

Комбинированные схемы актуальны для электромоторов мощностью свыше 5 кВт.

Зависимость выбора от напряжения

Сейчас в промышленности более применимы асинхронные трехфазные электродвигатели отечественного производства, рассчитанные на номинальное напряжение от сети220/380 В. (агрегаты на 127/220 В уже редко используются).

Схема подключения «треугольник»- единственно верная для подключения к российским энергосетям зарубежных электромоторов номинальным напряжением 400-690 В.

Подключение трехфазного двигателя любой мощности осуществляется по определенному правилу: агрегаты низкой мощности присоединяются по схеме «треугольник», а высокомощные – только «звездой».

Так электромотор прослужит долго и проработает без сбоев.

Способ «звезды» применяется при подключении трехфазных асинхронных двигателей номинальным напряжением 127/220 В к однофазным сетям.

Как снизить пусковые токи электродвигателя?

Явление значительного повышения пусковых токов при запуске высокомощных устройств, подсоединенных по схеме Δ, приводит в сетях с перегрузкой к кратковременному падению напряжения ниже допустимого значения. Все это объясняется особой конструкцией асинхронного электродвигателя, у которого ротор с большой массой обладает высокой инерционностью. Поэтому на начальном этапе работы мотор перегружается, особенно это актуально для роторов центробежных насосов, турбинных компрессоров, вентиляторов, станочного оборудования.

Чтобы снизить влияние всех этих электротехнических процессов, используют подключение электродвигателя «звездой» и «треугольником». Когда двигатель набирает обороты, ножи специального переключателя (пускателя с несколькими трехфазными контакторами) переводит обмотки статора со схемы Y на Δ.

Для реализации смены режимов кроме пускателя нужно специальное реле времени, благодаря которому происходит временная задержка 50-100 мс при переключении и защита от трехфазного короткого замыкания.

Сама процедура использования комбинированной схемы Y/ Δ эффективно помогает уменьшить пусковые токи мощных трехфазных агрегатов. Происходит это следующим образом:

При подаче напряжения 660 В по схеме «треугольник», каждая обмотка статора получает 380 В (√3 раза меньше), а, следовательно, по закону Ома, в 3 раза уменьшается сила тока. Поэтому при запуске в свою очередь в 3 раза снижается мощность.

Но такие переключения возможны только для моторов с номинальным напряжением 660/380 В при включении их в сеть с такими же значениями напряжения.

Опасно подключать электродвигатель с номинальным напряжением 380/220 В в сеть 660/380 В, его обмотки могут быстро перегореть.

И также помните, что вышеописанные переключения недопустимо применять для электромоторов, у которых на валу размещена нагрузка без инерции, к примеру, вес лебедки или сопротивление поршневого компрессора.

Для такого оборудования устанавливают специальные трехфазные электрические двигатели с фазным ротором, где реостаты уменьшают значение токов при пуске.

Чтобы изменить направление вращения электромотора, необходимо сменить местами две любые фазы сети при любом типе подключения.

Для этих целей при эксплуатации асинхронного электродвигателя применяют специальные электроаппараты ручного управления, к которым относятся реверсивные рубильники и пакетные переключатели или более модернизированные приборы дистанционного управления — реверсивные электромагнитные пускатели (рубильники).

Произошёл тут такой случай. Принёс человек в ремонт новый двигатель, который проработал у него 10 секунд и задымил. Двигатель он подключил треугольником в обычную трехфазную сеть, а на шильдике двигателя есть схема, на которой написано: треугольник - 230 В. звезда - 400 В. В общем, подключил он неправильно, потому двигатель и сгорел.

Для тех, кто не понимает, почему нельзя делать так, как сделал сделал тот товарищ, спаливший двигатель, предназначена эта статья.

Вот всем известные схемы подключения треугольником (D) и звездой (Y):

Всего с двигателя выходит 6 проводов: это начала трёх обмоток и их концы. Места соединений обмоток на схеме выше обозначены точками a, b, c и 0 (последний - только для звезды). В клеммной коробке шесть указанных клемм располагают в два ряда по три клеммы, причём клеммы начала и концов обмоток не находятся параллельно друг другу, а расположены так, чтобы было удобнее подключать треугольником (т.е. соединять начала одних обмоток с концами других):

Некоторые граждане иногда подключают нейтральный провод к нулевой точке при подключении двигателя звездой. На самом деле ничего хорошего от этого нет, делать так не нужно.

Если у вас есть двигатель с номинальным напряжением обмотки 220 В и есть две разные трёхфазные сети, у одной из которых линейное напряжение 380 В (220 В на фазу), а у другой - 220 В (127 В на фазу), то к первой вы можете подключать двигатель звездой, а ко второй - треугольником, разницы для двигателя не будет никакой, отличаться будут лишь токи, протекающие в проводниках на линии, ведущей к двигателю.

Линейное напряжение трёхфазной сети - это межфазное напряжение, именно оно обозначается на шильдиках двигателей. Фазное напряжение (между фазой и нейтралью) на шильдиках не обозначается.

Одновременно с этим, условно говоря, вы можете считать, что на шильдике обозначено фазное напряжение, но только в том случае, если собираетесь подключать двигатель только к одной фазе через конденсатор.

Для сетей переменного тока 50 Гц линейное напряжение выше фазного в квадратный корень из трёх раз (т.е. примерно в 1.73 раза, т.е. 220 х 1.73 = 380).

Выглядит всё это так, например, для двигателя мощностью 1.1 кВт с номинальным напряжением обмотки 220 В. Д ля тех, кто в танке: РИСУНОК СЛЕВА - это для РОССИИ, где 380 В 50 Гц, т.е. 220В на фазу, а справа - это для стран, где трёхфазное напряжение 220 В, 50 Гц (или 127 В на фазу) :

Для такого двигателя на шильдике будет написано: D/Y 220V / 380V, 4.9А / 2.8А. Соответственно, в этих двух случаях отличаются только токи в проводниках, ведущих к двигателю (именно они указаны на шильдике, в то время как ток на обмотке будет одинаковый, что видно на рисунке сверху). Следовательно, для России (линейное напряжение 400 В) для такого двигателя надо использовать схему подключения звезда.

Номинальное напряжение обмотки большинства двигателей при частоте тока 50 Гц обычно составляет либо 127 В, либо 230 В, либо 400 В, либо 690 В. Ну, или как было раньше: 220, 380, 660 В соответственно.

Теперь логичный вопрос: если двигателю нет разницы по какой схеме он будет подключен, а важно лишь напряжение на обмотках, то зачем вообще делать двигатели с разным номинальным напряжением на этих самых обмотках?

Ответ такой:

1. Исходя из естественного желания сэкономить, при подключении в трёхфазную сеть выгоднее использовать двигатели с бóльшим номинальным напряжением обмотки, поскольку это значительно удешевляет прокладку кабельных трасс, т.к. ведёт к снижению силы тока на силовых линиях, ведущих к двигателю (что видно на рисунке сверху: 2.8А против 4.85А - ну, и сечение проводов должно быть соответствующее)

2. Для двигателей со свободной нагрузкой на валу наиболее дешевым способом плавного пуска при подключении в трёхфазную сеть является пуск "звездой" с последующим переключением на "треугольник".

3. Для правильного подключения двигателя в однофазную сеть (через конденсатор) требуется, чтобы номинальное напряжение обмотки двигателя было не больше фазного напряжения электрической сети.

Третье условие явным образом вступает в противоречие с первым и вторым, поскольку для подключения к однофазной сети 230 В номинальное напряжение обмотки двигателя должно составлять те же самые 230 В.
В итоге получается следующая ситуация:

При наличии в распоряжении трёхфазной сети 400 В нет никакого смысла использовать двигатели с номинальным напряжением обмотки 230 В, потому что придется прокладывать кабели большего сечения. Тем более, если нужен дешёвый плавный пуск, т.е. стартовать звездой, а затем переключаться на треугольник.
Если провода уже проложены, и они толстые, и куплены двигатели 230/400 - то тут нет проблемы, подключил звездой - и ничего страшного.
- при отсутствии трёхфазной сети надо выбирать такой двигатель, который имеет номинальное напряжение обмотки 230 В, чтобы при подключении треугольником в однофазную сеть через конденсатор он выдавал нужную мощность.

По этой причине, производители условно делят все двигатели на две категории:

1. Маломощные (менее 5 кВт), преимущественного бытового назначения, для которых может возникнуть потребность подключения к однофазной сети (не у каждого дома есть трёхфазная розетка). В России это двигатели D230V / Y400V.

2. Двигатели мощностью более 5 кВт, которые не имеют бытового назначения, а потому для них нет потребности подключения в однофазную сеть. Одновременно с этим, для них есть потребность использования более высокого напряжения для экономии на прокладке кабеля и может возникнуть потребность переключения со звезды на треугольник при пуске. В России такими двигателями являются D400V / Y690V.

А теперь всю эту историю надо помножить на то, что есть разные страны в мире с разным стандартным линейным напряжением сети и разной частотой переменного тока. А ещё есть предприятия, где используется более высокое напряжение, чем стандартное, вплоть до нескольких киловольт (т.к. это ведёт к дальнейшему снижению затрат на организацию электрической сети).

Двигатели малой мощности

D 230V / Y 400V

Если двигатель имеет небольшую мощность (до 4 - 5 кВт), то его обычно делают с расчётом на возможность подключения к однофазной сети. Т.е. в трёхфазную сеть его подключают звездой, а в однофазную - треугольником через фазосдвигающий конденсатор. Для последнего случая также может использоваться пусковой конденсатор (отключается сразу после запуска). Выглядит это так:

Для того, чтобы двигатель можно было так подключить в однофазную сеть, его номинальное напряжение каждой обмотки должно быть равно фазному напряжению сети. Это значит, что если двигатель планируется использовать в России или Европе, то номинальное напряжение обмотки должно быть равно 230 В. В таком случае этот двигатель можно будет использовать как в трёхфазной сети с линейным напряжением 400 В (подключение звезда), так и в однофазной сети 230 В (подключение треугольником через конденсатор). Это те самые двигатели, где на шильдике написано напряжение D 220V / Y 380V.

Соответственно, если нужно такой двигатель использовать в стране с более низким линейным напряжением, например, в США (где линейной напряжение 240 В, а фазное - 120 В при частоте тока 60 Гц), то по-нормальному подключить такой двигатель в их однофазную сеть через конденсатор не получится. Однако, по крайней мере, можно использовать 3-фазное подключение треугольником. Для такого подключения потребуется немного более высокое напряжение, чем 230 В (из-за частоты тока 60 Гц), но у них там как раз 240 В, что как раз подходит.

D 115V / Y 230V

Двигатели мощности более 5 кВт

D 400V / Y 690V

Для определённых задач, где на валу двигателя находится свободная нагрузка (системы вентиляции, осевые насосы), ну, и вообще те задачи, где возможно регулирование скорости вращения вала только лишь напряжением (трансформатором), часто используют схему подключения "звезда" при старте с последующим переключением на "треугольник". Т.е. при старте на обмотку подаётся заниженное напряжение 230В вместо номинальных 400В, а затем происходит переключение на штатный режим (т.е. на треугольник). Из-за свободной нагрузки на валу момент вращения при старте на низком напряжении также будет ниже, т.е. пусковой ток будет не столь высок, как при старте на номинальном напряжении. Поэтому такой пуск двигателя называют "щадящим".

Следует помнить, что для нагрузок, требующих большого момента при запуске, подобный режим приведет напротив, к возрастанию тока в обмотках и последующим неприятным событиям.

Кроме того, надо иметь ввиду, что подключение двигателей даже со свободной нагрузкой на валу звездой для "щадящего старта" вовсе не означает, что если по такой схеме постоянно эксплуатировать двигатель (не переходя на треугольник), то такой режим станет "щадящим" для него. Низкий момент при старте ещё не означает, что заниженное напряжение годится для его нормальной работы, поскольку сам двигатель (со своими номинальными характеристиками) обычно как раз и подбирается под конкретную нагрузку. Поэтому постоянная эксплуатация двигателей на напряжении ниже номинального иногда приводит к их выходу из строя. Чтобы не было неприятностей двигатель всегда надо эксплуатировать на номинальном напряжении , а если требуется снизить обороты вращения вала, то тогда нужно использовать редукторы или преобразователи частоты переменного тока, а не пытаться решить вопрос самым дешёвым способом. К слову сказать, частотник тоже меняет не только частоту тока, но и напряжение, однако, он это делает с умом.

D 220V / Y 440V

»

Электродвигатель асинхронный – электромеханическое оборудование, широко распространённое в различных сферах деятельности, а потому знакомое многим. Между тем, даже учитывая тесную с народом, редкий «сам себе электрик» способен раскрыть всю подноготную этих приборов. Например, далеко не каждый «держатель пассатижей» может дать точный совет: как соединить обмотки электродвигателя «треугольником»? Или как ставить перемычки схемы соединения обмоток двигателя «звездой»? Попробуем раскрыть эти два простых и одновременно сложных вопроса.

Как говаривал Антон Павлович Чехов:

Повторение – мать учения!

Начать повторение темы электрических асинхронных двигателей логично детальным обзором конструкции. построены на базе следующих конструктивных элементов:

• алюминиевый корпус с элементами охлаждения и крепёжным шасси;
• статор – три катушки, намотанные медным проводом на кольцевой основе внутри корпуса и размещённые противоположно одна другой под угловым радиусом 120º;
• ротор – металлическая болванка, жёстко закреплённая на валу, вставляемая внутрь кольцевой основы статора;
• подшипники упорные для вала ротора – передний и задний;
• крышки корпуса – передняя и задняя, плюс крыльчатка для охлаждения;
• БРНО – верхняя часть корпуса в виде небольшой прямоугольной ниши с крышкой, где размещается клеммник крепления выводов обмоток статора.

Вот, собственно, вся конструкция. Большая часть асинхронных электродвигателей являются прообразом именно такого исполнения. Правда, встречаются иногда экземпляры несколько иной конфигурации. Но это уже исключение из правил.

Обозначение и разводка статорных обмоток

Между тем, встречаются также вариации развода проводников (редко и обычно на старых моторах), когда в область БРНО выведены 3 провода и присутствуют только 3 клеммы.

Как подключать «звезду» и «треугольник»?

Подключение асинхронного электродвигателя с выведенными на клеммную коробку шестью проводниками, выполняется стандартной методикой с помощью перемычек.

Размещая должным образом перемычки между индивидуальными клеммами, легко и просто установить необходимую схемную конфигурацию.

Так, чтобы создать интерфейс для подключения «звездой», следует начальные проводники обмоток (U1, V1, W1) оставить на индивидуальных клеммах одиночными, а клеммы концевых проводников (U2, V2, W3) соединить между собой перемычками.

Если же потребуется создать схему соединения «треугольник», вариант размещения перемычек изменяется. Для соединения статорных обмоток треугольником нужно соединить начальные и концевые проводники обмоток по следующей схеме:

• начальная U1 – концевая W2
• начальная V1 – концевая U2
• начальная W1 – концевая V2

Подключение для обеих схем, конечно же, предполагается в трёхфазную сеть с напряжением 380 вольт. Особой разницы при выборе того или иного схемного варианта нет.

Однако следует учитывать большую потребность в линейном напряжении для схемы «звезда». Эту разницу, собственно, показывает маркировка «220/380» на технической пластине моторов.

Вариант последовательного соединения «звезда-треугольник» видится оптимальным пусковым методом 3-фазного асинхронного электродвигателя переменного тока. Этот вариант часто используется для плавного пуска мотора при малых начальных токах.

Первоначально подключение организуется по схеме «звезды». Затем, через некоторый промежуток времени, моментальным переключением выполняется соединение на «треугольник».

Подключение с учётом технической информации

Каждый асинхронный электродвигатель обязательно оснащается металлической пластиной, которая закреплена на боковине корпуса.

Такая пластина является своего рода панелью-идентификатором оборудования. Здесь размещается вся необходимая информация, требуемая для корректной установки изделия в сеть переменного тока.

Этими сведениями не следует пренебрегать, включая мотор в цепь питания электрическим током. Нарушения условий, отмеченных на информационной пластине – это всегда первые причины выхода моторов из строя.

Что указывается на технической пластине асинхронного электродвигателя?

1. Тип мотора (в данном случае – асинхронный).
2. Число фаз и рабочая частота (3Ф / 50 Гц).
3. Схема включения обмоток и напряжение (треугольник/звезда, 220/380).
4. Рабочий ток (на «треугольнике» / на «звезде»)
5. Мощность и число оборотов (кВт / об. мин).
6. КПД и COS φ (% / коэффициент).
7. Режим и класс изоляции (S1 – S10 / А, В, F, H).
8. Производитель и год выпуска.

Обращаясь к технической пластине, электрик уже предварительно знает на каких условиях допустимо включать мотор в сеть.

С точки зрения подключения «звездой» или «треугольником», как правило, существующая информация даёт электрику знать, что в сеть 220В корректно подключение «треугольником», а на линию 380В асинхронный электродвигатель следует включать «звездой».

Испытывать мотор либо эксплуатировать следует только при условии разводки через защитный . При этом внедряемый в цепь асинхронного электродвигателя автомат следует корректно подбирать по току отсечки.

Трёхфазный асинхронный электродвигатель в сети 220В

Теоретически и практически тоже, асинхронный электродвигатель, рассчитанный на подключение к сети через три фазы, может работать в однофазной сети 220В.

Как правило, этот вариант актуален лишь для моторов мощностью не выше 1,5 кВт. Объясняется сие ограничение банальным дефицитом ёмкости дополнительного конденсатора. На большие мощности требуется ёмкость под высокие напряжения, измеряемая сотнями мкФ.

Действительно, самый простой способ запуска трёхфазного асинхронного электродвигателя в однофазной сети 220-230В, это исполнение соединения через так называемый пусковой конденсатор.

То есть из трёх существующих клемм две объединяются в одну включением между ними конденсатора. Образованные таким образом две сетевых клеммы присоединяются к сети 220В.

Переключением сетевого провода на клеммах с подключенным конденсатором можно изменять направление вращения вала мотора.

Номинальная ёмкость конденсатора рассчитывается по формулам:

Сзв = 2800 * I / U

C тр = 4800 * I / U

где: C – искомая ёмкость; I – пусковой ток; U – напряжение.

Однако простота требует жертв. Так и здесь. При подходе к решению задачи пуска с помощью конденсаторов отмечается существенная потеря мощности мотора.

Чтобы компенсировать потери, приходится изыскивать конденсатор большой ёмкости (50-100 мкФ) с рабочим напряжением не менее 400-450В. Но даже в этом случае удаётся набрать мощность не более 50% от номинала.

Поскольку подобные решения используются чаще всего для асинхронных электродвигателей, которые предполагается запускать и отключать с , логично применять схему, несколько доработанную по сравнению с традиционным упрощённым вариантом.

Минимум потерь мощности даёт схема включения «треугольником» в отличие от схемы «звезды». Собственно, на этот вариант указывает и техническая информация, что размещается на технических пластинах асинхронных движков.

Как правило, на бирке именно схема «треугольника» соответствует рабочему напряжению 220В. Поэтому на случай выбора способа соединения, прежде всего, следует взглянуть на табличку технических параметров.

Нестандартные клеммники БРНО

Изредка встречаются конструкции асинхронных электродвигателей, где БРНО содержит клеммник на 3 вывода. Для таких моторов применяется схема разводки внутреннего исполнения.

То есть, та же «звезда» либо «треугольник» схематично выстраиваются соединениями непосредственно в области расположения статорных обмоток, куда доступ затруднён.

Конфигурировать такие движки как-то иначе, в бытовых условиях не представляется возможным. Информация на технических табличках движков с нестандартными клеммниками обычно указывает схему внутреннего развода «звезда» и напряжение, при котором допустимо эксплуатировать электродвигатель асинхронного типа.