Трехфазный мотор в однофазную сеть: Включение 3-х фазного двигателя в однофазную сеть, от теории к практике

Как правильно подключить трехфазных двигатель к однофазной сети

Бывают ситуации, когда нужно подключить электроприбор не так, как записано в его паспорте. К примеру, часто требуется подключение трехфазного двигателя к однофазной сети, что, хотя и снижает его мощность, иногда бывает вполне оправданным. Существуют основные схемы включения таких электродвигателей, которые широко и успешно применяются на практике. Также есть и некоторые нюансы, помогающие решать неожиданные трудности, связанные с отсутствием тех или иных материалов.

Работа такого двигателя в однофазной сети

Для правильного понимания поставленной задачи нужно четко представлять, по какому принципу работают трехфазные электродвигатели. Имея три обмотки, смещенные на 120°, они находятся в идеальных условиях: магнитное поле равномерно вращается по окружности, создавая движущую силу без каких-либо рывков и пульсаций. После подачи в схему напряжения, появляется пусковой момент, и ротор начинает раскручиваться до рабочих оборотов.

Принцип работы

Работа трехфазного двигателя

Трехфазный ток можно представить как три однофазные схемы, также смещенные друг относительно друга на 120°. Понятно, почему двигатель будет работать без рывков: при повороте ротора на каждую треть, он «подхватывается» следующей фазой, которая «провожает» его еще на треть оборота. И как результат получается полный оборот.

Но вот возникла необходимость включения такого аппарата на одной фазе. Если просто взять, и на любые две обмотки подать такое напряжение, то ничего не произойдет. В одной из катушек статора будет пульсирующее магнитное поле, никак не влияющее ни на что больше. Пускового момента нет, крутящего тоже – двигатель будет только нагреваться. Но теперь, зная принцип работы таких машин, несложно понять, что нужно. Необходимо задействовать все три обмотки, при этом должно быть смещение по фазам.

Подключение такого типа двигателя к однофазной сети производится по самой распространенной схеме – с пусковым конденсатором. Такой метод позволяет задействовать все три обмотки, а также создать необходимый сдвиг по фазам.

Обмотки электродвигателя можно включить по двум основным схемам: звезда и треугольник. В зависимости от этого различается и подключение конденсатора.

Включения трехфазного двигателя в однофазную сеть

Можно было бы обойтись и одним конденсатором, но чаще всего электродвигатели имеют какую-то нагрузку, а значит, чтобы их запустить, нужна будет дополнительная емкость. Поэтому в цепь нужно кратковременно включить дополнительный емкостной элемент – пусковой конденсатор.

Расчет конденсаторов

Понятно, что к цепи запуска нельзя подключать первый попавшийся конденсатор. Если емкость будет больше чем нужно, электродвигатель будет греться, если меньше – не будет устойчиво работать. Существуют специальные расчеты для нахождения нужных значений.

Пример расчетов для конденсатора

Пример расчетов для конденсатора

I – фазный ток статора. Его лучше всего измерить клещами, либо, если нет такой возможности, можно взять значения, указанные на шильде – бирке на станине двигателя.

Емкость пускового конденсатора берется из расчета 2–3 Сраб.

Однако все равно, лучшим вариантом будет дополнительный подбор нужных емкостей экспериментальным путем. В этом поможет таблица:

Таблица примерных номиналов конденсаторов с учетом мощности двигаля

По напряжению конденсаторы должны быть в 1,5 раза выше напряжения сети. Это обусловлено тем, что 220В – это действующее напряжение, но ведь на конденсатор будет воздействовать полное, амплитудное напряжение. А оно в 2 выше действующего. Это приблизительно 1,4. Несложный математический подсчет помогает увидеть: 220*1,4=308 В. Ну а если учесть, что в розетке редко бывает ровно 220, чаще всего напряжение плавает в одну и другую сторону, то нужно брать большее значение.

Модели конденсаторов

Лучше всего использовать металлобумажные конденсаторы. Если нет подходящих по емкости, их набирают из нескольких элементов. Но что, если нет и металлобумажных? Допустимо ли использование электролитических?

Для рабочих конденсаторов – однозначно нет. Электролитические емкости полярные, то есть, они для постоянного тока, и при подключении важно соблюдать полярность. В сети переменного тока, или при неправильном соединении, они попросту взрываются, забрызгивая бумагой и электролитом все окружающее пространство.

Схема для превращения полярного элемента в неполярныйНо есть и свои хитрости. Что делать, если есть только электролиты, а запустить электродвигатель нужно прямо здесь и сейчас? Самая простая схема для превращения полярного элемента в неполярный:

Соединять необходимо отрицательными выводами. При этом стоит помнить, что при таком соединении их суммарная емкость будет в два раза ниже (если значения одинаковые, то можно просто разделить на два).

Но в нашей цепи присутствуют большие токи, поэтому предпочтительнее использовать другое соединение:

Схема для превращения полярного элемента в неполярный при больших мощностях

Применяется встречно – параллельное соединение, следовательно, нужно правильно посчитать результирующую емкость. Диоды также выбираются по току и напряжению.

Если двигатель будет работать на мощном станке, тогда подойдут металлобумажные элементы. Для пусковой емкости используют электролиты, но здесь важно не передержать кнопку пуска.

Данные двигателя

На что стоит обратить внимание при включении в однофазную сеть 3ех фазных электродвигателей:

  • полезная мощность снижается до 70–80%,
  • при рабочих значениях 380/220,Ỵ/Δ, подключать на одну фазу нужно треугольником. При соединении звездой не будет максимальной мощности,
  • если на шильде указано только одно значение – 380В, звезда, тогда придется двигатель разбирать, чтобы сделать переключение на треугольник, что не совсем удобно. При возможности стоит поискать другой двигатель.

Реверс в однофазной сети

Подключение трехфазного двигателя в однофазную сеть

Чтобы сделать реверс такого двигателя, подключенного к однофазной сети, нужно пусковой конденсатор переключить на другую обмотку. Делать это необходимо при снятом напряжении питания, и включать его только после полной остановки ротора. Это самая простая схема реверсирования.

Существуют и другие варианты решения этой проблемы, но они более сложные и дорогостоящие.

Как видно из вышесказанного, трехфазные асинхронники – это довольно универсальные электрические машины. Они хорошо зарекомендовали себя в работе, их можно включать не так, как записано в паспорте, а также в зависимости от варианта исполнения, могут работать в самых разных условиях.

Трехфазный двигатель в однофазной сети. Схема подключения трехфазного двигателя

Бывают в жизни ситуации, когда нужно включить какое-то промышленное оборудование в обычную домашнюю сеть электропитания. Тут же возникает проблема с числом проводов. У машин, предназначенных для эксплуатации на предприятиях, выводов, как правило, три, а бывает и четыре. Что с ними делать, куда их подключать? Те, кто пытался испробовать различные варианты, убедились, что моторы просто так крутиться не хотят. Возможно ли вообще однофазное подключение трехфазного двигателя? Да, добиться вращения можно. К сожалению, в этом случае неизбежно падение мощности почти вдвое, но в некоторых ситуациях это – единственный выход.

трехфазный двигатель в однофазной сети

Для того чтобы понять, как подключить трехфазный двигатель к обычной розетке, следует разобраться, как соотносятся напряжения в промышленной сети. Общеизвестны величины напряжений – 220 и 380 Вольт. Раньше еще было 127 В, но в пятидесятые годы от этого параметра отказались в пользу более высокого. Откуда взялись эти «волшебные цифры»? Почему не 100, или 200, или 300? Вроде бы круглые цифры считать легче.

Большая часть промышленного электрооборудования рассчитана на подключение к трехфазной сети переменного тока. Напряжение каждой из фаз по отношению к нейтральному проводу составляет 220 Вольт, совсем как в домашней розетке. Откуда же берутся 380 В? Это очень просто, достаточно рассмотреть равнобедренный треугольник с углами в 60, 30 и 30 градусов, который представляет собой векторная диаграмма напряжений. Длина самой длинной стороны будет равна длине бедра, умноженной на cos 30°. После нехитрых подсчетов можно убедиться, что 220 х cos 30°= 380.

однофазное подключение трехфазного двигателя

Устройство трехфазного двигателя

Не все типы промышленных двигателей могут работать от одной фазы. Самые распространенные из них – «рабочие лошадки», составляющие большинство электромашин на любом предприятии – асинхронные машины мощностью в 1 – 1,5 кВА. Как работает такой трехфазный двигатель в трехфазной сети, для которой он предназначен?

Изобретателем этого революционного устройства стал русский ученый Михаил Осипович Доливо-Добровольский. Этот выдающийся электротехник был сторонником теории трехфазной питающей сети, которая в наше время стала главенствующей. Асинхронный двигатель трехфазный работает по принципу индукции токов от обмоток статора на замкнутые проводники ротора. В результате их протекания по короткозамкнутым обмоткам в каждой из них возникает магнитное поле, вступающее во взаимодействие с силовыми линиями статора. Так получается вращающий момент, приводящий к круговому движению оси двигателя.

Обмотки расположены под углом 120°, таким образом, вращающееся поле, создаваемое каждой из фаз, последовательно толкает каждую намагничиваемую сторону ротора.

как подключить трехфазный двигатель

Треугольник или звезда?

Трехфазный двигатель в трехфазной сети может включаться двумя способами – с участием нейтрального провода или без него. Первый способ называется «звезда», в этом случае каждая из обмоток находится под фазным напряжением (между фазой и нулем), равным в наших условиях 220 В. Схема подключения трехфазного двигателя «треугольником» предполагает последовательное соединение трех обмоток и подачу линейного (380 В) напряжения на узлы коммутации. Во втором случае двигатель будет выдавать большую примерно в полтора раза мощность.

Как включить мотор в обратном направлении?

Управление трехфазным двигателем может предполагать необходимость изменения направления вращения на противоположное, то есть реверс. Чтобы этого добиться, нужно просто поменять местами два провода из трех.

Для удобства изменения схемы в клеммной коробке двигателя предусмотрены перемычки, выполненные, как правило, из меди. Для включения «звездой» нежно соединить три выходных провода обмоток вместе. «Треугольник» получается немного сложнее, но и с ним справится любой электрик средней квалификации.

схема подключения трехфазного двигателя

Фазосдвигающие емкости

Итак, порой возникает вопрос о том, как подключить трехфазный двигатель в обычную домашнюю розетку. Если просто попробовать подсоединить к вилке два провода, он вращаться не станет. Для того чтобы дело пошло, нужно сымитировать фазу, сдвинув подаваемое напряжение на какой-то угол (желательно 120°). Добиться этого эффекта можно, если применить фазосдвигающий элемент. Теоретически это может быть и индуктивность, и даже сопротивление, но чаще всего трехфазный двигатель в однофазной сети включается с использованием электрических емкостей (конденсаторов), обозначаемых на схемах латинской буквой С.

трехфазный двигатель в трехфазной сети

Что касается применений дросселей, то оно затруднено по причине сложности определения их значения (если оно не указано на корпусе прибора). Для замера величины L требуется специальный прибор или собранная для этого схема. К тому же выбор доступных дросселей, как правило, ограничен. Впрочем, экспериментально любой фазосдвигающий элемент подобрать можно, но это дело хлопотное.

асинхронный двигатель трехфазный

Что происходит при включении двигателя? На одну из точек соединения подается ноль, на другую – фаза, а на третью — некое напряжение, сдвинутое на некоторый угол относительно фазы. Понятно и неспециалисту, что работа двигателя не будет полноценной в отношении механической мощности на валу, но в некоторых случаях достаточно самого факта вращения. Однако уже при запуске могут возникать некоторые проблемы, например, отсутствие начального момента, способного сдвинуть ротор с места. Что делать в этом случае?

Пусковой конденсатор

В момент пуска валу требуются дополнительные усилия для преодоления сил инерции и трения покоя. Чтобы увеличить момент вращения, следует установить дополнительный конденсатор, подключаемый к схеме только в момент старта, а затем отключающийся. Для этих целей лучшим вариантом является применение замыкающей кнопки без фиксации положения. Схема подключения трехфазного двигателя со стартовым конденсатором приведена ниже, она проста и понятна. В момент подачи напряжения следует нажать на кнопку «Пуск», и пусковой конденсатор создаст дополнительной сдвиг фазы. После того как двигатель раскрутится до нужных оборотов, кнопку можно (и даже нужно) отпустить, и в схеме останется только рабочая емкость.

 схема трехфазного двигателя

Расчет величины емкостей

Итак, мы выяснили, что для того, чтобы включить трехфазный двигатель в однофазной сети, требуется дополнительная схема подключения, в которую, помимо пусковой кнопки, входят два конденсатора. Их величину нужно знать, иначе работать система не будет. Для начала определим величину электрической емкости, необходимую для того, чтобы заставить ротор тронуться с места. При параллельном включении она представляет собой сумму:

С = С ст + Ср, где:

С ст – стартовая дополнительная отключаемая после разбега емкость;

С р – рабочий конденсатор, обеспечивающий вращение.

Еще нам потребуется величина номинального тока I н (она указана на табличке, прикрепленной к двигателю на заводе-изготовителе). Этот параметр также можно определить с помощью нехитрой формулы:

I н = P / (3 х U), где:

U – напряжение, при подключении «звездой» — 220 В, а если «треугольник», то 380 В;

P – мощность трехфазного двигателя, ее иногда в случае утери таблички определяют на глаз.

Итак, зависимости требуемой рабочей мощности вычисляются по формулам:

С р = Ср = 2800 I н / U – для «звезды»;

С р = 4800 I н / U – для «треугольника»;

Пусковой конденсатор должен быть больше рабочего в 2-3 раза. Единица измерения – микрофарады.

Есть и совсем уж простой способ вычисления емкости: C = P /10, но эта формула скорее дает порядок цифры, чем ее значение. Впрочем, повозиться в любом случае придется.

Почему нужна подгонка

Метод расчета, приведенный выше, является приблизительным. Во-первых, номинальное значение, указанное на корпусе электрической емкости, может существенно отличаться от фактического. Во-вторых, бумажные конденсаторы (вообще говоря, вещь недешевая) часто используются бывшие в употреблении, и они, как всякие прочие предметы, подвержены старению, что приводит к еще большему отклонению от указанного параметра. В-третьих, ток, который будет потребляться двигателем, зависит от величины механической нагрузки на валу, а потому оценить его можно только экспериментально. Как это сделать?

Здесь потребуется немного терпения. В результате может получиться довольно объемный набор конденсаторов, соединенных параллельно и последовательно. Главное – после окончания работы все хорошенько закрепить, чтобы не отваливались припаянные концы от вибраций, исходящих от мотора. А потом не лишним будет еще раз проанализировать результат и, возможно, упростить конструкцию.

Составление батареи емкостей

Если в распоряжении у мастера нет специальных электролитических клещей, позволяющий замерять ток без размыкания цепей, то следует подключить амперметр последовательно к каждому проводу, который входит в трехфазный двигатель. В однофазной сети будет протекать суммарное значение, а подбором конденсаторов следует стремиться к наиболее равномерной загрузке обмоток. При этом следует помнить о том, что при последовательном подключении общая емкость уменьшается по закону:

1/С = 1/С1 + 1/С2… и так далее, а при параллельном – наоборот, складывается.

Также необходимо не забывать и о таком важном параметре, как напряжение, на которое рассчитан конденсатор. Оно должно быть не менее номинального значения сети, а лучше с запасом.

мощность трехфазного двигателя

Разрядный резистор

Схема трехфазного двигателя, включенного между одной фазой и нейтральным проводом, иногда дополняется сопротивлением. Оно служит для того, чтобы на стартовом конденсаторе не накапливался заряд, остающийся после того, как машина уже выключена. Эта энергия может вызвать электрический удар, не опасный, но крайне неприятный. Для того чтобы обезопасить себя, следует параллельно с пусковой емкостью соединить резистор (у электриков это называется «зашунтировать»). Величина его сопротивления большая – от половины мегома до мегома, а по размерам он невелик, поэтому довольно и полуваттной мощности. Впрочем, если пользователь не боится быть «ущипнутым», то без этой детали вполне можно и обойтись.

Использование электролитов

Как уже отмечалось, пленочные или бумажные электрические емкости дорогие, и прибрести их не так просто, как хотелось бы. Можно произвести однофазное подключение трехфазного двигателя с использованием недорогих и доступных электролитических конденсаторов. При этом совсем уж дешевыми они тоже не будут, так как должны выдерживать 300 Вольт постоянного тока. Для безопасности их следует зашунтировать полупроводниковыми диодами (Д 245 или Д 248, например), но нелишним будет помнить о том, что при пробитии этих приборов переменное напряжение попадет на электролит, и он сперва сильно нагреется, а потом взорвется, громко и эффектно. Поэтому без крайней необходимости лучше все же использовать конденсаторы бумажного типа, работающие под напряжением хоть постоянным, хоть переменным. Некоторые мастера вполне допускают применение электролитов в пусковых цепях. В силу кратковременного воздействия на них переменного напряжения, они могут и не успеть взорваться. Лучше не экспериментировать.

Если нет конденсаторов

Где обычные граждане, не имеющие доступа к пользующимся спросом электрическим и электронным деталям, их приобретают? На барахолках и «блошиных рынках». Там они лежат, заботливо выпаянные чьими-то (обычно пожилыми) руками из старых стиральных машин, телевизоров и прочей вышедшей из обихода и строя бытовой и промышленной техники. Просят за эти изделия советского производства немало: продавцы знают, что если деталь нужна, то ее купят, а если нет – и даром не возьмут. Бывает, что как раз самого необходимого (в данном случае конденсатора) как раз и нет. И что же делать? Не беда! Сойдут и резисторы, только нужны мощные, желательно керамические и остеклованные. Конечно, идеальное сопротивление (активное) фазу не сдвигает, но в этом мире ничего нет идеального, и в нашем случае это хорошо. Каждое физическое тело обладает собственной индуктивностью, электрической мощностью и резистивностью, будь оно крошечной пылинкой или огромной горой. Включение трехфазного двигателя в розетку становится возможным, если на вышеприведенных схемах заменить конденсатор сопротивлением, номинал которого вычисляется по формуле:

R = (0,86 x U) / kI, где:

kI — величина тока при трехфазном подключении, А;

U – наши верные 220 Вольт.

Какие двигатели подойдут?

Перед тем как приобретать за немалые деньги мотор, который рачительный хозяин собирается использовать в качестве привода для точильного круга, циркулярной пилы, сверлильного станка или другого какого-либо полезного домашнего устройства, не помешает подумать о его применимости для этих целей. Не каждый трехфазный двигатель в однофазной сети вообще сможет работать. Например, серию МА (у него короткозамкнутый ротор с двойной клеткой) следует исключить, дабы не пришлось тащить домой немалый и бесполезный вес. Вообще, лучше всего сначала поэкспериментировать или пригласить опытного человека, электромеханика, например, и посоветоваться с ним перед покупкой. Вполне подойдет асинхронный двигатель трехфазный серии УАД, АПН, АО2, АО и, конечно же, А. Эти индексы указаны на заводских табличках.

Как подключить трехфазный двигатель в однофазную сеть своими руками
Трехфазный двигатель для однофазной сети

Теоретический материал, изложенный в первой части темы, посвященной однофазному подключению трехфазного электродвигателя, предназначен для того, чтобы домашний мастер мог осознанно перевести промышленные устройства сети 380 вольт на бытовую электрическую проводку 220.

Рекомендуем внимательно ознакомиться с этой статьей здесь.

Благодаря ей вы не просто механически повторите наши рекомендации, а будете выполнять их осознанно.


Содержание статьи

Оптимальные схемы для подключений трехфазного двигателя к бытовой однофазной сети

Среди многочисленных способов подключения электродвигателя на практике широкое распространение получило всего два, именуемые коротко:

  1. звездой;
  2. треугольником.

Название дано по методу соединения обмоток в электрической схеме внутри статора. Оба способы отличаются тем, что у них на каждую фазу двигателя прикладывается напряжение разной величины.

В схеме звезды линейное напряжение подводится сразу на две обмотки, соединенные последовательно. Их электрическое сопротивление складывается, осуществляет бо́льшее противодействие проходящему току.

У треугольника линейное напряжение подается на каждую обмотку индивидуально и поэтому ему оказывается меньшее сопротивление. Токи создаются выше по амплитуде.

Обращаем внимание на два этих отличия и делаем практические выводы для их использования:

  1. схема звезды обладает пониженными токами в обмотках, позволяет эксплуатировать электродвигатель длительно с минимальными нагрузками, обеспечивать небольшие крутящие моменты на валу;
  2. более высокие токи, создаваемые схемой треугольника, обеспечивают лучшую выходную мощность, позволяют использовать двигатель в экстремальных нагрузках, поэтому ему требуется надежное охлаждение для длительной работы.

Два этих отличия подробно объяснены на картинке. Внимательно посмотрите на нее. Красными стрелками для наглядности специально помечены приходящие напряжения с линии (линейные) и приложенные к обмоткам (фазные). У схемы треугольника они совпадают, а для звезды — снижены за счет подключения двух обмоток через нейтраль.

Способы подвода напряжения к обмоткам двигателя
Эти способы следует проанализировать применительно к условиям работы вашего будущего механизма на этапе проектирования, до начала его создания. Иначе двигатель схемы звезды может не справляться с подключенными нагрузками и будет останавливаться, а у треугольника — перегреваться и в итоге сгорит. Нагрузку по току двигателя можно предусмотреть выбором схемы подключения.

Как узнать схему подключения обмоток статора у асинхронного двигателя

На каждом заводе принято на корпусе электротехнического оборудования помещать информационные таблички. Пример ее исполнения для трехфазного электродвигателя показан на фотографии.

Табличка на корпусе двигателя
Домашнему мастеру можно обращать внимание не на всю информацию, а только на:

  1. мощность потребления: по ее величине судят о работоспособности подключаемого привода;
  2. схему соединения обмоток — вопрос только что разобран;
  3. число оборотов, которое может потребовать подключения редуктора;
  4. токи в фазах — под них созданы обмотки;
  5. класс защиты от воздействий внешней среды — определяет условия эксплуатации, включая защиту от атмосферной влаги.

Сведениям завода обычно можно доверять, но они создавались для нового двигателя, поставляемого в продажу. Эта схема за все время эксплуатации может подвергаться реконструкции несколько раз, потеряв свой первозданный вид. Старый двигатель при неправильном хранении может потерять работоспособность.

Следует выполнить электрические измерения его схемы и проверить состояние изоляции.

Как определить схемы подключения обмоток статора

Для проведения электрических замеров необходимо иметь доступ к каждому окончанию всех трех обмоток. Обычно шесть их выводов подключены на свои болты внутри клеммной коробки.

Но, среди способов заводского монтажа встречается такой, когда специальные асинхронные модели изготовлены по схеме звезды так, что нейтральная точка собрана концами обмоток внутри корпуса, а на вводную коробку заведена одной жилой ее сборка. Этот неудачный для нас вариант потребует раскручивания на корпусе шпилек крепления крышек для снятия последних. Затем надо подобраться к месту соединения обмоток и разъединить их концы.

Электрическая проверка концов обмоток статора

Для работы нам потребуется омметр. Можно воспользоваться тестером в этом режиме или даже простой батарейкой с лампочкой. Любым из этих приборов необходимо проверить цепь каждой обмотки. Этот вопрос более подробно изложен отдельной статьей.

Прозвонка обмоток омметром
После нахождения обоих концов для одной обмотки их необходимо пометить собственной маркировкой для проведения последующих проверок и подключения.

Замеры полярности у обмоток статора

Поскольку обмотки навиты строго определённым образом, то нам необходимо точно найти у них начала и окончания. Для этого существует два простых электрических метода:

  1. кратковременная подача постоянного тока в одну обмотку для создания импульса;
  2. использование источника переменной ЭДС.

В обоих случаях работает принцип электромагнитной индукции. Ведь обмотки собраны внутри магнитопровода, хорошо обеспечивающего трансформацию электроэнергии.

Проверка импульсом от батарейки

Работа выполняется сразу на двух обмотках. Картинка показывает этот процесс для трех — так меньше рисовать.

Проверка полярностей обмоток импульсом постоянного напряжения
Процесс состоит из двух этапов. Вначале определяются однополярные обмотки, а затем проводится контрольная проверка, позволяющая исключить возможную ошибку у выполненных измерений.

Для поиска однополярных зажимов на любую свободную обмотку подключается вольтметр постоянного тока, переключенный на предел чувствительной шкалы. По нему будем осуществлять проверку напряжения, появляющегося за счет трансформации импульса.

Минусовой вывод батарейки жестко соединяют с произвольным концом второй обмотки, а плюсом кратковременно дотрагиваются до ее второго окончания. Этот момент на картинке показан контактом кнопки Кн.

Наблюдают поведение стрелки вольтметра, реагирующей на подачу импульса в своей цепи. Она может двигаться к плюсу или минусу. Совпадение полярностей обеих обмоток будет показано положительным отклонением, а отличие — отрицательным.

При снятии импульса стрелка пойдет в обратную сторону. На это тоже обращают внимание. Затем маркируют концы.

После этого замер выполняют на третьей обмотке, а контрольную проверку осуществляют переключением батарейки на другую цепочку.

Проверка понижающим трансформатором

Источник ЭДС переменного тока на 24 вольта рекомендуется использовать в целях обеспечения электрической безопасности. Пренебрегать этим требованием не рекомендуется.

Вначале берут две произвольные обмотки, например, №2 и №3. Попарно соединяют вместе их вывода и к этим местам подключают вольтметр, но уже переменного тока. В оставшуюся обмотку №1 подают напряжение от понижающего трансформатора и наблюдают появление показаний от него на вольтметре.

Определение полярности обмоток подачей пониженного напряжения
Если вектора направлены одинаково, то они не будут влиять друг на друга и вольтметр покажет их общую величину — 24 вольта. Когда же полярность перепутана, то на вольтметре встречные вектора сложатся, дадут в сумме число 0, которое отобразится на шкале показанием стрелки. Сразу после замера тоже следует маркировать концы.

Затем необходимо проверить полярность для оставшейся пары и выполнить контрольный замер.

Такими простыми электрическими опытами можно надёжно определить принадлежность концов к обмоткам и их полярность. Это поможет их правильно собрать для схемы конденсаторного запуска.

Проверка сопротивления изоляции обмоток статора

Если двигатель при хранении находился в неотапливаемом помещении, то он контактировал с влажным воздухом, отсырел. Его изоляция нарушилась, способна создавать токи утечек. Поэтому ее качество надо оценивать электрическими измерениями.

Тестер в режиме омметра не всегда способен выявить такое нарушение. Он покажет только явный брак: слишком маленькая мощность его источника тока не обеспечивает точный результат замера. Для проверки состояния изоляции необходимо пользоваться мегаомметром — специальным прибором с мощным источником питания, обеспечивающим приложение к измерительной цепи повышенного напряжения 500 или 1000 вольт.

Оценка состояния изоляции должна проводиться до подачи рабочего напряжения на обмотки. Если выявлены токи утечек, то можно попытаться просушить двигатель в теплой, хорошо проветриваемой среде. Часто этот прием позволяет восстановить работоспособность электрической схемы, собранной внутри сердечника статора.


Запуск асинхронного двигателя по схеме звезды

Для этого способа концы всех обмоток К1, К2, К3 соединяются в точке нейтрали и изолируются, а на их начала подается линейное напряжение.

Подключение трехфазного двигателя по схеме звезды
К одному началу жестко подключается рабочий ноль сети, а к двум другим — потенциал фазы следующим способом:

  • первая любая обмотка соединяется жестко;
  • вторая врезается через конденсаторную сборку.

Для стационарного подключения асинхронного двигателя необходимо предварительно определить фазу и рабочий ноль питающей сети.

Как подобрать конденсаторы

В схеме запуска электродвигателя используется две цепочки для подключения обмотки через конденсаторные сборки:

  • рабочая — подключенная во всех режимах;
  • пусковая — используемая только для интенсивной раскрутки ротора.

В момент запуска параллельно работают обе эти схемы, а при выводе на рабочий режим цепочка пуска отключается.

Емкость рабочих конденсаторов должна соответствовать потребляемой мощности электрического двигателя. Для ее вычисления используют эмпирическую формулу:

C раб=2800∙I/U.

Входящие в нее величины номинального тока I и напряжения U как раз и вводят корректировку по электрической мощности двигателя.

Емкость пусковых конденсаторов обычно в 2÷3 крата превышает рабочую.

Правильность подбора конденсаторов влияет на образование токов в обмотках. Их необходимо проверять после запуска двигателя под нагрузкой. Для этого замеряют токи в каждой обмотке и сравнивают их по величине и углу. Хорошая эксплуатация осуществляется при минимально возможном перекосе. В противном случае двигатель работает нестабильно, а какая-то обмотка или две станут перегреваться.

Рекомендуемые выключатели

В пусковой схеме показан выключатель SA, который вводит в работу на короткое время запуска пусковой конденсатор. Существует много конструкций кнопок, позволяющих выполнять эту операцию.

Однако, хочется обратить внимание на специальное устройство, выпускаемое в советские времена промышленностью для стиральных машин с активатором — центрифугой.

Специальный выключатель
В его закрытом корпусе спрятан механизм в составе:

  • двух контактов, работающих на замыкание от нажатия на верхнюю кнопку «Пуск»;
  • одного контакта, размыкающего всю цепь от кнопки «Стоп».

При нажатии на кнопку Пуск подается фаза схемы на двигатель через рабочие конденсаторы одной цепочкой и пусковые — другой. Когда же кнопку отпускают, то один контакт разрывается. Его подключают к пусковым конденсаторам.

Запуск асинхронного двигателя по схеме треугольник

Больших отличий этого способа от предыдущего практически нет. Пусковая и рабочая цепочки работают по тем же алгоритмам.

Подключение трехфазного двигателя по схеме треугольник
В этой схеме приходится учитывать повышенные токи, протекающие в обмотках и иные методы подбора для них конденсаторов.

Их расчет выполняется по похожей на предыдущую, но другой формуле:

C раб=4800∙I/U.

Соотношения между пусковыми и рабочими конденсаторами не изменяются. Не забывайте оценивать их подбор контрольными замерами токов под номинальной нагрузкой.


Заключительные выводы

  1. Существующие технические способы позволяют подключать трехфазные асинхронные двигатели к однофазной сети 220 вольт. Многочисленные исследователи предлагают для этого свои экспериментальные схемы большим ассортиментом.
  2. Однако, этот метод не обеспечивает эффективное использование ресурса электрической мощности из-за больших потерь энергии, связанных с некачественным преобразованием напряжения для подключения к фазам статора. Поэтому двигатель работает с низким КПД, повышенными затратами.
  3. Длительная эксплуатация станков с подобными двигателями экономически не обоснована.
  4. Способ можно рекомендовать только для подключения неответственных механизмов на короткий участок времени.
  5. С целью эффективного использования асинхронного электродвигателя необходимо применять полноценное трехфазное подключение либо современный дорогой инверторный преобразователь соответствующей мощности.
  6. Однофазный электродвигатель с такой же мощностью в бытовой сети лучше справиться со всеми задачами, а его эксплуатация обойдется дешевле.

Таким образом, конструкции асинхронных двигателей, ранее массово подключаемые к домашней проводке, сейчас не пользуются популярностью, а способ их подключения морально устарел, используется редко.

Асинхронный двигатель с наждачным кругом без защитного щитка и упора
Вариант подобного механизма показан фотографией наждака со снятым для наглядности защитным щитком и ограничительным упором. Даже при таком исполнении работать на нем затруднительно из-за потерь мощности.

Практические советы Александра Шенрок, изложенные в его видеоролике, наглядно дополняют материал статьи, позволяют лучше осмыслить эту тему. Рекомендую его к просмотру, но, критически отнеситесь к замеру сопротивления изоляции тестером.

Задавайте вопросы в комментариях, делитесь статьей с друзьями через кнопки социальных сетей.

Полезные товары

Трёхфазный двигатель — в однофазную сеть

Автор Светозар Тюменский На чтение 3 мин. Просмотров 14k. Опубликовано

Пожалуй, наиболее распространённый и простой способ подключения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть при отсутствии питающего напряжения ~ 380 в – это способ с применением фазосдвигающего конденсатора, через который запитывается третья обмотка электродвигателя. Перед тем, как подключать трехфазный электродвигатель в однофазную сеть убедитесь, что его обмотки соединены “треугольником” (см. рис. ниже, вариант 2), т. к. именно это соединение даст минимальные потери мощности 3х-фазного двигателя при включении его в сеть ~ 220 в.

Мощность, развиваемая трехфазным электродвигателем, включенным в однофазную сеть с такой схемой соединения обмоток может составлять до 75% его номинальной мощности. При этом частота вращения двигателя практически не отличается от его частоты при работе в трёхфазном режиме.

На рисунке показаны клеммные колодки электродвигателей и соответствующие им схемы соединения обмоток. Однако, исполнение клеммной коробки электродвигателя может отличаться от показанного ниже –  вместо клеммных колодок, в коробке может располагаться два разделённых  пучка проводов (по три в каждом).

Схемы подключения обмоток трёхфазных электродвигателей

Эти пучки проводов представляют собой “начала” и “концы” обмоток двигателя. Их необходимо «прозвонить», чтобы разделить обмотки друг от друга и соединить по нужной нам схеме “треугольник” – последовательно, когда конец одной обмотки соединяется с началом другой т. д (С1-С6, С2-С4, С3-С5).

При включении трёхфазного электродвигателя в однофазную сеть, в схему “треугольник” добавляются пусковой конденсатор Сп, который используется кратковременно (только для запуска) и рабочий конденсатор Ср.

В качестве кнопки SB для запуска эл. двигателя небольшой мощности (до 1,5 кВт) можно использовать обычную кнопку “ПУСК”, применяемую в цепях управления магнитных пускателей.

Для двигателей большей мощности стоит заменить её на коммутационный аппарат помощнее – напр, автомат. Единственным неудобством в этом случае будет необходимость ручного отключения конденсатора Сп автоматом после того как электродвигатель наберёт обороты.

Таким образом, в схеме реализована возможность двухступенчатого управления электродвигателем, уменьшая общую ёмкость конденсаторов при “разгоне” двигателя.

Схема подключения трёхфазного двигателя в однофазную сеть

Если мощность двигателя невелика (до 1 кВт), то запустить его можно будет и без пускового конденсатора, оставив в схеме лишь рабочий конденсатор Ср.

Рассчитать ёмкость рабочего конденсатора можно формулой:

Трёхфазный двигатель - в однофазную сеть

  • С раб = 4800 • I / U, мкФ – для двигателей, включенных в однофазную сеть с соединением обмоток “треугольник”.
  • С раб = 2800 • I / U, мкФ – для двигателей, включенных в однофазную сеть с соединением обмоток “звезда”.

Это наиболее точный способ, требующий, однако, измерения тока в цепи электродвигателя. Зная номинальную мощность двигателя, для определения ёмкости рабочего конденсатора лучше воспользоваться следующей формулой:

С раб = 66·Р ном, мкФ, где Р ном – номинальная мощность двигателя.

Упростив формулу, можно сказать, что для работы трёхфазного электродвигателя в однофазной сети, ёмкость конденсатора на каждые 0,1 кВт его мощности должна составлять около 7 мкФ.

Так, для двигателя мощностью 1,1 кВт ёмкость конденсатора должна составлять 77 мкФ. Такую ёмкость можно набрать несколькими конденсаторами, соединёнными друг с другом параллельно (общая ёмкость в этом случае будет равна суммарной), используя следующие типы: МБГЧ, БГТ, КГБ с рабочим напряжением, превышающим напряжение в сети в 1,5 раза.

Рассчитав ёмкость рабочего конденсатора можно определить ёмкость пускового – она должна превышать ёмкость рабочего в 2-3 раза. Применять конденсаторы для запуска следует тех-же типов, что и рабочие, в крайнем случае и при условии очень кратковременного запуска можно применить электролитические – типов К50-3, КЭ-2, ЭГЦ-М, рассчитанных на напряжение не менее 450 в.

Как подключить трёхфазный двигатель к однофазной сети.


подключение двигателя 380 на 220 вольт


правильный подбор конденсаторов для электродвигателя


Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети

Процедура подключения однофазного асинхронного электромотора к электросети предельно просто. Перед домашним мастером стоит выбор из следующих способов подсоединения:

  • Подключение по схеме с 4 выводами. Каждая из катушек электромотора имеет 2 контакта. У рабочей обмотки показатель сопротивления самый низкий, как правило он составляет 10-17 ом. У пусковой обмотки сопротивление большее значение, как правило 20-30 Ом.
  • Схема с 3 выводами. Обмотки катушек соединяются последовательно, то есть, как и в вышеописанном варианте, обмоток по-прежнему 2, но один из токопроводов каждой из них соединен с кабелем другой.
Теория

Для начала вращения вала должны быть соблюдены следующие условия:

Полюса катушек должны быть смещены между собой на 90 градусов. Это оптимальное расположение для старта вращения нагруженного вала. Однако после старта и увеличения частоты вращения такое взаимное положение катушек оказывает отрицательное влияние на технических параметрах электродвигателя.
Полюса взаимно смещены как во времени, так и в пространстве. Каждый из циклов переменного тока, которое протекает в одной из обмоток, отстает от цикла переменного напряжения, который одновременно протекает в другой.

Знакомый с электротехникой домашний мастер найдет в этих условиях противоречие. Как это реализовать технически, если электромотор подключен к однофазной сети?

Если подходить с технической стороны электромеханики, возникшее противоречие легко устранимо, а кажущаяся несовместимость требований обусловлена лишь словоизлиянием. На самом деле, говорилось о 2 фазах, которые были получены от одного источника электрического тока.

Старт вращения всегда было «ахиллесовой пятой» однофазных асинхронных электродвигателей. Теория нам говорит, что равные по модулю и противоположно направленные магнитные потоки, возникающие на полюсах с различным зарядом, должны взаимно уравновешиваться. Поэтому, не взирая на возбужденное состояние катушек, старта вращения не произойдет.

Однако практика противоречит теоретическим выкладкам. Каждому электромонтеру хорошо известна ситуация, когда при подаче напряжения на рабочую обмотку, электродвигатель начинал работу без какого-либо постороннего вмешательства.

Для чего необходим рабочий конденсатор

При работе электромотора без нагрузки, не имеет значения, включена ли какая-либо емкость в электрическую цепь рабочей обмотки. Однако при появлении нагрузки на валу ситуация изменяется. Включение рабочего конденсатора позволяет уменьшить влияние принудительной задержки смещения магнитного поля, что дает возможность повысить КПД электромотора.

При самостоятельном подключении электромотора к электросети, как правило, на его КПД мало обращают внимания из-за различных показателей максимально фиксированной нагрузки, минимальных затратах на возросшее потребление электротока и относительно непродолжительной работы механизма.

Если вы внимательно прочли начало статьи, то понимаете, почему для временного изменения положения фаз тока (напряжения), единовременно протекающего в 2 обмотках электромотора используется конденсатор, а не иной фазосдвигающий узел, к примеру, катушка индуктивности.

Электродвигатели, в большинстве случаев, стартуют с той или иной нагрузкой. В таких случаях, при начале вращения форма магнитного поля, которое создается катушками искажается и приобретает форму овала. Это уменьшает пусковой момент. Для ликвидации ухудшения параметров электромотора лучше использовать конденсатор.

Для определения емкости конденсатора необходимо подставить в формулу технические параметры электромотора, в том числе и весьма специфические, к примеру, коэффициент трансформации каждой из статорных обмоток.

В среднем, емкость конденсатора равна 4 мкФ на 100 Вт электродвигателя, а емкость пускового конденсатора равна 2 – 3 емкостям рабочего. Для рабочего и пускового конденсаторов показатели номинального напряжения равны 350 – 600 В.

Вы можете столкнуться с ситуацией, когда на информационной табличке, расположенной на корпусе электромотора, нанесен недостаточный объем информации. Вместе с тем, некоторые производители указывают в табличке и параметры требуемого для работы электродвигателя конденсатора.

Подсоединение однофазного асинхронного электромотора к электросети

Особенность подключения заключается в соблюдении двух условий: после подсоединения электромотора к электрическому источнику питания, напряжение на рабочие обмотки должно подаваться непрерывно, а подача напряжения на пусковую катушку должно осуществляться лишь в течение короткого периода (до 10 секунд) и через фазосдвигающий конденсатор.

Для того, чтобы этого добиться, не нужно сооружать сложную электроцепь. Вам достаточно двух переключателей, у одного из которых если 2 фиксированных положения тумблера (для рабочего переключателя) и один переключатель без фиксированного положения тумблера (для запуска электромотора).

Однако можно избежать включения в электроцепь нескольких переключателей, если воспользоваться специально предназначенными коммутирующими устройствами.

В конструкции таких механизмах, к примеру, ПНВС-10, нет чего-то «хитрого», за исключением одной особенности. При активации клавиши «Пуск» происходит замыкание всех трех пар контактов. После возвращения кнопки в исходное положение, средняя пара контактов размыкается, а две крайних – остаются замкнутыми. Активация клавиши «Стоп» размыкает все контакты.

Теперь осталось подключить пусковую катушку к крайним контактам электросети, а также к средней и боковой клемме клавиши.

Простота и элегантность подключения однофазного асинхронного электромотора свидетельствует о его продуманности и надежности.

Подключения трехфазного двигателя к однофазной сети

Для подключения трехфазного двигателя к однофазной сети нам понадобится фазосдвигающий конденсатор. На схеме будем обозначать его Ср – рабочая емкость.

Для нормального запуска двигателя нужен конденсатор с одной емкостью, а при выходе двигателя на рабочие обороты другая емкость. Такой дополнительный конденсатор будем называть пусковым, на схеме обозначается как Сп. Также следует знать, что пусковая емкость как правило в 1,5 раза больше рабочей. При работе двигателя на холостом ходу через конденсатор протекает ток на 20-40% больше номинального, по этому рабочая емкость должна быть меньше пусковой.

Схема включения трехфазного двигателя с реверсом

Ниже представлена схема включения трехфазного двигателя в сеть 220В с реверсом. При нажатии на переключатель В1 направление вращения будет меняться

Схема подключения трехфазного двигателя в сеть 220 с реверсом

Расчет рабочей емкости для запуска двигателя

При схеме включения двигателя «Звезда»

Ср=2800 I/U

При схеме включения двигателя «Треугольник»

Ср=4800 I/U

Также для данной схему включения существует упрощенная формула

C = 70*Pдв

где Pдв — номинальная мощность электродвигателя в кВт. То есть на каждые 100 Вт мощности двигателя нужен гасящий конденсатор примерно на 7 мкФ.

При расчетах получаем значение емкости в микрофарадах.

Если ток потребления двигателем нам не известен, то нужно воспользоваться данными с таблички расположенной на двигателе. Там должна быть указана его мощность в ватах, его КПД, коэффициент мощности и рабочее напряжение. Далее предлагаю воспользоваться формулой.

I=P/(1.73Uη cos⁡φ )

Где — коэффициент мощности

Выбор элементов

Конденсаторы нужны обязательно бумажные типа МБГО, МБГП или полипропиленовые  типа СВВ. Их рабочее напряжение должно быть в 1,5-2 раза больше сетевого напряжения.

Если не удается найти конденсатор нужной нам емкости можно составить конденсатор из нескольких. Для этого нам потребуются конденсаторы емкость которых в сумме составляет нужное нам значение.

Напомню что при параллельном включении конденсатора их емкость складывается.

А при последовательном их  емкость рассчитывается по формуле.

Если конденсатора всего два то Собщ=(С1*С2)/(С1+С2)

Если конденсаторов более двух то 1/Собщ=1/С1+1/С2+....+1/Сn
Эксплуатация асинхронного двигателя в сети 220В.

При остановке двигателя или сильного замедления в результате перегрузки следует подключить пусковой конденсатор до набора оборотов.

Также следует учитывать, что мощность трехфазного двигателя при подключении в сеть с одной фазой может падать до 50%.

Схемы подключения трёхфазного двигателя в однофазную сеть: конденсаторное, резисторное, через преобразователь

 Блок питания трехфазных электродвигателей от однофазной сети 220 вВ личном хозяйстве часто требуется подключить какой-либо станок или приспособление для облегчения деятельности. Это может быть и корморезка, и самодельная дробилка, и циркулярка, и бетономешалка, и многое другое. На всех устройствах обычно используют асинхронные 3 фазные двигатели. Они самые распространённые. Остаётся лишь выбрать метод включения этого мотора в однофазную сеть 220 В.

Стандартное подключение

Все трехфазные асинхронные двигатели подсоединяют в сеть на 380 В. При этом они выдают максимальную мощность и наибольшие обороты. Но не у каждого хозяина есть возможность провести к себе на участок все три фазы. Это связано с финансовыми затратами по установке специальных счётчиков и различных щитов учёта электроэнергии. К тому же само оформление документов занимает довольно много времени.

По стандартной схеме, чтобы подключить трехфазный двигатель к 380 В, производят соединение трёх фаз со штатными клеммами мотора через пускатели, с помощью которых осуществляется запуск. В распределительной коробке двигателя обычно свободны три контакта, к которым и цепляют три фазы. Совершенно нет никакой разницы, какую фазу подсоединить к конкретному проводу. Правда, есть один нюанс – при смене проводов подключения, не трогая третий провод, получают вращение электродвигателя в другую сторону, что иногда необходимо в хозяйственной деятельности.

Соединение обмоток

Стандартные схемы подключенияСхемы соединения обмоток в двигателе только две – «звезда» или «треугольник». И оттого, как они соединены, зависят рабочие характеристики мотора. При любом соединении мощность не теряется. Зато при чрезмерной нагрузке двигатели со «звездой» медленнее скидывают свои обороты, чем их собратья с «треугольником». Отсюда делают вывод, что моторы со «звездой» требуют меньше пускового тока и, следовательно, менее нагружают электросеть при запуске.

Двигатели с соединением обмоток по «треугольнику» выдают свою мощность до конца даже при большой нагрузке, совершенно не теряя оборотов. Зато потом резко останавливаются, и для их следующего запуска требуется огромный пусковой ток, что чрезмерно перегружает электрическую сеть.

В промышленности используют обе схемы соединения. Двигатели со «звездой» применяют там, где требуется их систематическое включение и выключение, например, на каких-либо линиях производства, переработки, сборки и так далее. Моторы, у которых обмотки соединены по «треугольнику», нужны для работы на постоянных режимах нагрузки, например, выгрузной конвейер из шахты и другое.

В личных подсобных хозяйствах чаще всего используют двигатели, у которых соединение обмоток сделано по принципу «звезда». По такой схеме двигатели легко запускаются, а это не нагружает электрическую сеть частного дома.

Электрический двигатель в домашней сети

Трехфазный двигатель в домашней сети 220 вОбычное штатное напряжение домашней розетки 220 В. Оно считается однофазным, и на него рассчитаны все электрические бытовые приборы, начиная от телевизора и заканчивая последней моделью кофемолки.

А вот при необходимости включения трехфазного двигателя в однофазную сеть возникает несколько проблем. А именно:

  • без дополнительных устройств запуск невозможен;
  • при работе двигателя пропадает 30 – 40 % мощности. Это вынужденная потеря, так как в работе задействованы только две обмотки статора вместо трёх.

Всё-таки асинхронные трехфазные двигатели мощностью до 2,2 кВт с успехом подсоединяют к обычной домашней розетке. Для этого есть три проверенных способа.

  1. Конденсаторное включение электродвигателя.
  2. Резисторное включение.
  3. Включение через частотный преобразователь.

Все три метода подключения имеют свои плюсы и минусы, поэтому выбирают наиболее удобный применительно к конкретным условиям. А также всё зависит от финансовых возможностей хозяина.

Конденсаторное включение

Это наиболее распространённый способ. И заключается в введении некоторого количества ёмкостей, чтобы произошёл сдвиг фазы третьей незадействованной обмотки статора. Это намного облегчает запуск мотора. О том, как подключить 3х фазный двигатель на 220 вольт, подробно видно на схеме. Здесь сразу представлены два вида соединений обмоток статора.

Вариант схемы подключения треугольником для 220 вВариант схемы подключения звездой для 220 в

  • С1- С4, С2-С5, С3-С6 – обозначения обмоток статора;
  • Ср – рабочий конденсатор;
  • Сп – пусковой конденсатор;
  • КН — кнопка для запуска.

Конечно, если двигатель без применения конденсаторов хорошенько раскрутить вручную до 1 тыс. об/мин., а потом включить в сеть на 220 В, то, скорее всего, он будет работать. Но этим никто и никогда не занимался. Обычно искали или покупали ёмкости для запуска.

Ёмкость рабочего конденсатора рассчитывают по формуле С=67×Р, где Р – мощность двигателя в кВт, а С – ёмкость конденсатора в мкФ. На практике пользуются ещё более простой формулой – 7 мкФ на каждые 100 Вт мощности. Например, для мотора 2,2 кВт нужен конденсатор ёмкостью 154 мкФ. Конденсаторы таких больших ёмкостей встречаются довольно редко, поэтому их набирают несколько и соединяют параллельно. При этом необходимо учитывать напряжение, на которое они рассчитаны. Оно должно быть больше 220 вольт примерно в полтора раза.

Обычно используют конденсаторы таких типов, как БГТ, КБП, МБГЧ, МБГО и им подобные. Это наиболее безопасные бумажные ёмкости, способные выдерживать значительную перегрузку при запуске двигателя. К тому же они слабо подвержены нагреву. Но при отсутствии их применяют и электролитические конденсаторы. В таком случае корпуса этих ёмкостей соединяют и хорошенько изолируют, так как они после высыхания электролита способны взрываться при нагрузке. Правда, довольно редко.

При запуске двигателя мощностью до 2,2 кВт используют только рабочий конденсатор. Его вполне хватает, чтобы разогнать мотор до штатных оборотов. При большей же мощности необходимо применять и пусковой конденсатор. Его ёмкость больше рабочего в 2,5 – 3 раза, то есть, для мотора в 2,2 кВт это будет 300 – 450 мкФ. В качестве пусковых ёмкостей часто применяют именно электролитические, так как в этом случае они работают кратковременно и нужны только для запуска. После набора мотором своих полных оборотов пусковые конденсаторы отключают кнопкой КН, что показано на схеме.

Чтобы изменить направление вращения электродвигателя, необходимо сделать переключения. Для этого нужно обратиться к схеме, где обмотки соединены «звездой»:

  • вместо С1-С2 подключить в однофазную сеть С1-С3;
  • рабочий конденсатор Ср включить между С2 и С3;
  • кнопку с пусковым конденсатором тоже переключить на С2-С3.

В схеме соединения «треугольником» проводят аналогичные действия.

Существует специальная электрическая схема переключения вращения двигателя, которая на практике используется довольно редко. Обычно настраивают вращение в какую-нибудь одну сторону. Мотор нужен для привода конкретного устройства или агрегата, и чтобы поменять вращение рабочего органа, используют обыкновенный редуктор. Это можно увидеть на примере токарного или другого станка. В личном подсобном хозяйстве, например, для изменения хода ленты, где калибруют картофель, также употребляют редуктор. Это намного упрощает определённую задачу и обеспечивает хорошую технику безопасности.

Резисторное включение электродвигателя

Включение трехфазного двигателя с резисторомПри отсутствии конденсаторов для включения трехфазного мотора в однофазную сеть иногда используют резисторы. Это мощные керамические или стеклованные сопротивления. Вполне сгодится вольфрамовая проволока толщиной до 1 мм. При подключении её скручивают в пружину и укладывают в керамическую трубку.

Размер сопротивления вычисляется по формуле R = (0,87× U )/ I , где U – напряжение однофазной сети 220 В, а I – величина тока в амперах А.

Схема подключения с резисторами используется только для двигателей мощностью до 1 кВт, так как в сопротивлении происходит большая потеря энергии.

Через преобразователь частоты

Запуск 3-фазного мотора от сети на 220 В с помощью этого устройства сейчас является самым перспективным. Оттого оно употребляется в новейших проектах по управлению электроприводами. Дело в том, что при изменении напряжения и частоты сети меняется количество оборотов мотора, а в результате — и направление вращения.

Преобразователь представляет собой две электронные части, которые находятся в одном корпусе. Это управляющий модуль и силовой. Первый отвечает непосредственно за пуск и регулировки, а второй питает мотор электроэнергией.

Подключение мотора через преобразователь частоты

Использование преобразователя для пуска трехфазного двигателя от домашней сети позволяет резко уменьшить пусковой ток и, следовательно, нагрузку. Практически пуск мотора можно производить постепенно, наращивая его обороты от 0 до 1000 – 1500 об/мин.

Пока такой прибор имеет очень высокую стоимость, что ограничивает его применение в домашнем хозяйстве. Кроме того, из-за плохих показателей качества самой электросети устройство постоянно находится в стадии усовершенствования. Это заставляет многих хозяев пользоваться старыми проверенными способами подключения трехфазных двигателей в однофазную сеть.

Применение однофазных двигателей в быту

Кроме трехфазных моторов широкое распространение получили и однофазные асинхронные двигатели. Они повсюду применяются в мощных насосах, в стиральных машинах, в тепловых и вентиляционных системах, а также пользуются популярностью у частных предпринимателей, которые решили открыть собственную пилораму.

Такие двигатели включают в обычную сеть на 220 В. Внутри этих моторов находятся две обмотки – одна из них пусковая, а другая рабочая. При создании сдвига фаз между ними получается вращающееся магнитное поле – это основное условие для запуска этих двигателей. Сдвигают фазы, как и в случае с трехфазными моторами, путём добавления ёмкостей. Схема подключения однофазного двигателя очень похожа на схему с трехфазным мотором.

Расчёт конденсаторов производят по такой же формуле или учитывают, что на каждый киловатт мощности мотора нужно 75 мкФ ёмкости. Это для рабочего конденсатора, а для пускового — в три раза больше. Кроме того, конденсаторы должны выдерживать напряжение не менее 300 В. При малой мощности двигателя вполне обходятся одной рабочей ёмкостью.

Разница между однофазной и трехфазной схемами сравнения

Система электропитания в основном классифицируется на два типа, то есть однофазную и трехфазную систему. Одна фаза используется в местах, где требуется меньше энергии, и для работы с небольшими нагрузками. Три фазы используются в крупных отраслях промышленности, на заводах и в производственном подразделении, где требуется большое количество энергии.

Одно из основных отличий между однофазной и трехфазной системами заключается в том, что однофазная система состоит из одного проводника и одного нейтрального провода, тогда как трехфазный источник питания использует три проводника и один нейтральный провод для замыкания цепи.Некоторые другие различия между ними объяснены ниже в сравнительной таблице.

Сравнительная таблица: однофазный V / S трехфазный

Форма волны
Основа для сравнения Однофазный Трехфазный
Определение Электропитание через один провод. Питание через три проводника.
wave-shape-1 wave-shape-2
Количество проводов. Требуется два провода для завершения цепи. Требуется четыре провода для завершения цепи.
Напряжение Carry 230 В Carry 415 В
Имя фазы Разделенная фаза Нет другого имени
Мощность передачи мощности Минимум Максимум
Сеть Простая Сложная
Отказ питания Происходит Не происходит
Потеря Максимум Минимум
Подключение источника питания power-connection-1 power-supply-connection-2
Эффективность Меньше Высокая
Экономичный Меньше Меньше
Использует Для бытовой техники. В крупных отраслях промышленности и для тяжелых грузов.

Определение однофазного

Для замыкания цепи требуется одна проволока, то есть проводник и нейтраль. Проводник несет ток, а нейтраль — обратный путь тока. Единственная фаза подает напряжение до 230 вольт. В основном он используется для запуска небольших приборов, таких как вентилятор, кулер, кофемолка, обогреватель и т. Д.

single-phase-supply

Определение трехфазного

Трехфазная система состоит из четырех проводов, трех проводников и одной нейтрали.Проводники находятся в противофазе и на расстоянии 120º друг от друга. Трехфазная система также используется в качестве однофазной системы. Для низкой нагрузки одна фаза и нейтраль могут быть взяты из трехфазного питания.

three-phase-supply

Трехфазное питание непрерывно и никогда не падает до нуля. В трехфазной системе питание может потребляться в конфигурации «звезда» или «треугольник». Звездное соединение используется для передачи на большие расстояния, поскольку оно имеет нейтраль для тока повреждения.

star-connection

Соединение треугольником состоит из трех фазных проводов и не имеет нейтрали.

delta-connection

Ключевые различия между однофазным и трехфазным

  1. При однофазном питании мощность протекает через один провод, тогда как трехфазное питание состоит из трех проводников для питания.
  2. Для однофазного питания требуется два провода (одна фаза и одна нейтраль) для замыкания цепи. Три фазы требуют трехфазных проводов и одного нейтрального провода для завершения цепи.
  3. Однофазное напряжение до 230 В, а трехфазное напряжение до 415 В.
  4. Максимальная мощность передается через три фазы по сравнению с однофазным источником питания.
  5. Однофазный имеет два провода, что делает сеть простой, тогда как трехфазная сеть сложна, так как состоит из четырех проводов.
  6. Однофазная система имеет только один фазный провод, и если в сети возникает неисправность, то полностью отключается источник питания.Но в трехфазной системе сеть имеет три фазы, и если неисправность возникает на какой-либо одной из фаз, две другие будут постоянно подавать питание.
  7. КПД однофазного источника питания меньше по сравнению с трехфазным источником питания. Поскольку трехфазное питание требует меньше проводника по сравнению с однофазным питанием для эквивалентной цепи.
  8. Однофазное питание требует большего обслуживания и обходится дороже по сравнению с трехфазным.
  9. Однофазный источник питания в основном используется в доме и для небольших нагрузок.Трехфазное питание используется в крупных отраслях промышленности и для работы с тяжелыми грузами.

Звездное соединение трехфазной сети позволяет использовать два разных напряжения (то есть 230 вольт и 415 вольт). 230 В питается от одной фазы и одного нейтрального провода, а трехфазная — от любых двух фаз.

,
Трехфазная электроэнергия | Передача электроэнергии

Трехфазная электроэнергия является распространенным методом передачи электроэнергии. Это тип многофазной системы, в основном используемый для питания двигателей и многих других устройств. Трехфазная система использует меньше проводящего материала для передачи электрической энергии, чем эквивалентные однофазные, двухфазные или системы постоянного тока при одном и том же напряжении.

В трехфазной системе три проводника цепи несут три переменных тока (одинаковой частоты), которые достигают своих мгновенных пиковых значений в разное время.Принимая один проводник в качестве эталона, два других тока задерживаются во времени на одну треть и две трети одного цикла электрического тока. Эта задержка между «фазами» обеспечивает постоянную передачу мощности в течение каждого цикла тока, а также позволяет создавать вращающееся магнитное поле в электродвигателе.

Трехфазные системы могут иметь или не иметь нейтральный провод. Нейтральный провод позволяет трехфазной системе использовать более высокое напряжение, в то же время поддерживая однофазные приборы низкого напряжения.В ситуациях распределения высокого напряжения обычно не требуется иметь нейтральный провод, так как нагрузки могут быть просто подключены между фазами (фазово-фазовое соединение).

Трехфазный имеет свойства, которые делают его очень желательным в электроэнергетических системах. Во-первых, фазные токи имеют тенденцию взаимно компенсировать друг друга, суммируя до нуля в случае линейной сбалансированной нагрузки. Это позволяет устранить нейтральный проводник на некоторых линиях; все фазные проводники несут одинаковый ток и поэтому могут быть одинакового размера для сбалансированной нагрузки.Во-вторых, передача мощности в линейную сбалансированную нагрузку постоянна, что помогает снизить вибрации генератора и двигателя. Наконец, трехфазные системы могут создавать магнитное поле, которое вращается в заданном направлении, что упрощает конструкцию электродвигателей. Три — самый низкий фазовый порядок, чтобы продемонстрировать все эти свойства.

Большинство бытовых нагрузок однофазные. Обычно трехфазное питание либо вообще не поступает в домашние дома, либо там, где оно происходит, оно распределяется на главном распределительном щите.

На электростанции электрический генератор преобразует механическую энергию в набор переменных электрических токов, по одному от каждой электромагнитной катушки или обмотки генератора. Токи являются синусоидальными функциями времени, все на одной частоте, но смещены во времени, чтобы дать разные фазы. В трехфазной системе фазы разнесены на равные, что дает фазовое разделение на одну треть цикла. Частота питания обычно составляет 50 Гц в Азии, Европе, Южной Америке и Австралии, и 60 Гц в США и Канаде (но для получения более подробной информации см. Раздел «Сетевые системы питания»).

Выходная мощность генераторов варьируется от сотен вольт до 30000 вольт. На электростанции трансформаторы «повышают» это напряжение до еще одного, пригодного для передачи.

После многочисленных дальнейших преобразований в передающей и распределительной сети мощность, наконец, преобразуется в стандартное напряжение сети (, то есть , «домашнее» напряжение). Возможно, на данный момент мощность уже разделена на одну фазу, или она все еще может быть трехфазной.Если понижение напряжения является трехфазным, выход этого трансформатора обычно соединен звездой со стандартным напряжением сети (120 В в Северной Америке и 230 В в Европе и Австралии), являющимся напряжением нейтрали фазы. Другая система, обычно встречающаяся в Северной Америке, — иметь вторичную соединенную треугольником с центральным отводом на одной из обмоток, питающих землю и нейтраль. Это позволяет обеспечить трехфазное напряжение 240 В, а также три разных однофазных напряжения (120 В между двумя фазами и нейтралью, 208 В между третьей фазой (известной как верхняя ветвь) и нейтралью и 240 В между любыми двумя фазами). быть доступным из того же источника.

Однофазные нагрузки могут быть подключены к трехфазной системе, либо путем подключения через два проводника под напряжением (межфазное соединение), либо путем подключения между проводником фазы и нейтралью системы, которая либо подключена к центр вторичной обмотки Y (звезда) питающего трансформатора или соединен с центром одной обмотки дельта-трансформатора (система Highleg Delta). Однофазные нагрузки должны быть равномерно распределены между фазами трехфазной системы для эффективного использования трансформатора питания и проводов питания.

Напряжение между линиями трехфазной системы в 3 раза больше напряжения линии к нейтрали. В тех случаях, когда напряжение между цепью и нейтралью является стандартным напряжением использования (например, в системе 240 В / 415 В), отдельные однофазные потребители или нагрузки могут быть подключены к отдельной фазе источника питания. Если напряжение между цепью и нейтралью не является обычным напряжением, например, в системе 347/600 В, однофазные нагрузки должны подаваться отдельными понижающими трансформаторами.В многоквартирных жилых зданиях в Северной Америке, освещение и удобные розетки могут быть подключены к линии-нейтрали, чтобы обеспечить распределение напряжения 120 В (рабочее напряжение 115 В) и нагрузки большой мощности, такие как кухонное оборудование, отопление помещений, водонагреватели или кондиционер может быть подключен к двум фазам для получения напряжения 208 В. Эта практика достаточно распространена, чтобы однофазное оборудование на 208 В было легко доступно в Северной Америке. Попытки использовать более распространенное оборудование на 120/240 В, предназначенное для трехпроводного однофазного распределения, могут привести к плохим характеристикам, так как нагревательное оборудование на 240 В будет давать только 75% его номинальной мощности при работе на 208 В.

Если иным образом используется трехфазная система при низком напряжении, она все равно может быть разделена на однофазные сервисные кабели через соединения в сети питания или может быть доставлена ​​на главный распределительный щит (панель выключателя) в помещении клиента. При подключении электрической цепи от одной фазы к нейтрали обычно подается стандартное однофазное напряжение страны (120 В переменного тока или 230 В переменного тока) в цепь.

Сетка передачи электроэнергии организована таким образом, что каждая фаза несет одинаковую величину тока из основных частей системы передачи.Все токи, которые возвращаются из помещения потребителя к последнему трансформатору питания, имеют общий нейтральный провод, но трехфазная система гарантирует, что сумма возвращаемых токов равна приблизительно нулю. Разностная разводка первичной стороны этого питающего трансформатора означает, что на стороне высокого напряжения сети не требуется нейтрали.

Если нейтраль питания трехфазной системы с подключенными к линии-нейтрали нагрузками нарушена, обычно баланс напряжения на нагрузках больше не будет поддерживаться.Слегка нагруженные фазы могут воспринимать до 3 (три) напряжения, равного номинальному, вызывая перегрев и выход из строя многих типов нагрузок. Например, если несколько домов подключены к общему трансформатору на улице, каждый дом может быть подключен к одной из трех фаз. Если на трансформаторе разрывается нейтральное соединение, все оборудование в доме может быть повреждено из-за перенапряжения. Такие события трудно отследить, если не осознавать такую ​​возможность. При индуктивной и / или емкостной нагрузке все фазы могут пострадать, особенно с возможностью возникновения резонансов.Консервативный дизайн распределения примет эту проблему во внимание, чтобы гарантировать, что нейтральные соединения так же надежны, как и любые фазовые соединения.


Вращающееся магнитное поле трехфазного двигателя

Наиболее важным классом трехфазной нагрузки является электродвигатель. Трехфазный асинхронный двигатель имеет простую конструкцию, высокий стартовый крутящий момент и высокую эффективность. Такие двигатели применяются в промышленности для насосов, вентиляторов, воздуходувок, компрессоров, конвейерных приводов и многих других видов моторного оборудования.Трехфазный двигатель будет более компактным и менее дорогим, чем однофазный двигатель того же класса напряжения и номинальной мощности; и однофазные двигатели переменного тока мощностью более 10 л.с. (7,5 кВт) встречаются редко. Трехфазные двигатели также будут меньше вибрировать и, следовательно, будут работать дольше, чем однофазные двигатели той же мощности, что и в тех же условиях.

В крупных кондиционерах и т. Д. Оборудование использует трехфазные двигатели из соображений эффективности, экономичности и долговечности.

Нагревательные резистивные нагрузки, такие как электрические котлы или отопление помещений, могут быть подключены к трехфазным системам.Электрическое освещение также может быть подключено аналогичным образом. Эти типы нагрузок не требуют характеристики вращающегося магнитного поля трехфазных двигателей, но используют преимущество более высокого напряжения и уровня мощности, обычно связанного с трехфазным распределением. Флуоресцентные системы освещения также выигрывают от уменьшения мерцания, если соседние светильники питаются от разных фаз.

Большие выпрямительные системы могут иметь трехфазные входы; Результирующий постоянный ток легче фильтровать (сглаживать), чем выход однофазного выпрямителя.Такие выпрямители могут использоваться для зарядки аккумуляторов, процессов электролиза, таких как производство алюминия, или для работы двигателей постоянного тока.

Интересным примером трехфазной нагрузки является электродуговая печь, используемая при выплавке стали и при переработке руд.

В большинстве стран Европы печи рассчитаны на трехфазную подачу. Обычно отдельные нагревательные элементы подключаются между фазой и нейтралью, чтобы обеспечить подключение к однофазному источнику питания. Во многих регионах Европы единственным доступным источником энергии является однофазное питание.

Иногда преимущества трехфазных двигателей делают целесообразным преобразование однофазной мощности в трехфазную. Мелкие клиенты, такие как жилые или фермерские дома, могут не иметь доступа к трехфазному источнику питания или могут не захотеть оплачивать дополнительные расходы на трехфазное обслуживание, но могут по-прежнему использовать трехфазное оборудование. Такие преобразователи могут также позволять изменять частоту, позволяя регулировать скорость. Некоторые локомотивы переходят на многофазные двигатели, приводимые в действие такими системами, даже несмотря на то, что поступающий в локомотив почти всегда постоянный или однофазный ток.

Поскольку однофазная мощность падает до нуля в каждый момент, когда напряжение пересекает ноль, а трехфазная мощность непрерывно обеспечивает мощность, любой такой преобразователь должен иметь способ накапливать энергию в течение необходимой доли секунды.

Одним из способов использования трехфазного оборудования в однофазном источнике питания является вращающийся фазовый преобразователь, по существу трехфазный двигатель со специальными пусковыми устройствами и коррекцией коэффициента мощности, который создает сбалансированные трехфазные напряжения. При правильной конструкции эти вращающиеся преобразователи могут обеспечить удовлетворительную работу трехфазного оборудования, такого как станки, на однофазном источнике питания.В таком устройстве накопление энергии осуществляется за счет механической инерции (эффект маховика) вращающихся компонентов. Внешний маховик иногда встречается на одном или обоих концах вала.

Вторым методом, который был популярен в 1940-х и 50-х годах, был метод, который получил название «метод трансформатора». В тот период времени конденсаторы были дороже по сравнению с трансформаторами. Таким образом, автотрансформатор использовался для подачи большей мощности через меньшее количество конденсаторов. Этот метод работает хорошо и имеет сторонников, даже сегодня.Использование метода преобразования имен отделило его от другого распространенного метода — статического преобразователя, поскольку оба метода не имеют движущихся частей, что отделяет их от вращающихся преобразователей.

Другой часто используемый метод — это устройство, называемое статическим фазовым преобразователем. Этот метод работы трехфазного оборудования обычно используется для нагрузок двигателя, хотя он обеспечивает только 2/3 мощности и может вызвать перегрев нагрузок двигателя и в некоторых случаях перегрев. Этот метод не будет работать, когда задействованы чувствительные схемы, такие как устройства с ЧПУ, или при нагрузках индукционного и выпрямительного типа.

Созданы некоторые устройства, которые создают имитацию трехфазной из трехпроводных однофазных источников питания. Это делается путем создания третьей «субфазы» между двумя проводниками под напряжением, что приводит к разделению фаз на 180 ° — 90 ° = 90 °. Многие трехфазные устройства будут работать в этой конфигурации, но с меньшей эффективностью.

Преобразователи частоты (также называемые твердотельными инверторами) используются для обеспечения точного управления скоростью и крутящим моментом трехфазных двигателей. Некоторые модели могут питаться от однофазного источника питания.ЧРП работают путем преобразования напряжения питания в постоянный ток, а затем преобразования постоянного тока в подходящий трехфазный источник для двигателя.

Цифровые фазовые преобразователи — это новейшая разработка в технологии фазовых преобразователей, которая использует программное обеспечение в мощном микропроцессоре для управления твердотельными компонентами силовой коммутации. Этот микропроцессор, называемый процессором цифрового сигнала (DSP), контролирует процесс преобразования фазы, постоянно настраивая модули ввода и вывода преобразователя для поддержания сбалансированной трехфазной мощности при любых условиях нагрузки.

  • Трехпроводное однофазное распределение полезно, когда трехфазное питание недоступно, и позволяет удвоить нормальное рабочее напряжение, подаваемое для мощных нагрузок.
  • Двухфазная мощность, как и трехфазная, обеспечивает постоянную передачу мощности на линейную нагрузку. Для нагрузок, которые соединяют каждую фазу с нейтралью, предполагая, что нагрузка является одинаковой потребляемой мощностью, двухпроводная система имеет ток нейтрали, который больше, чем ток нейтрали в трехфазной системе.Также двигатели не являются полностью линейными, что означает, что, несмотря на теорию, двигатели, работающие на трехфазном двигателе, как правило, работают более плавно, чем на двухфазном. Генераторы на Ниагарском водопаде, установленные в 1895 году, были крупнейшими генераторами в мире в то время и представляли собой двухфазные машины. Истинное двухфазное распределение мощности по сути устарело. Системы специального назначения могут использовать двухфазную систему управления. Двухфазная мощность может быть получена из трехфазной системы с использованием компоновки трансформаторов, называемых трансформатором Скотта-Т.
  • Моноциклическая мощность была названа в честь асимметричной модифицированной двухфазной системы питания, используемой General Electric в 1897 году (отстаиваемой Чарльзом Протеем Штайнметцем и Элиу Томсоном; по сообщениям, такое использование было предпринято во избежание нарушения патента). В этой системе генератор наматывался на однофазную обмотку полного напряжения, предназначенную для освещения нагрузок, и на небольшую (обычно четверть линейного напряжения) обмотку, которая создавала напряжение в квадратуре с основными обмотками. Предполагалось использовать эту дополнительную обмотку «силовой провод» для обеспечения пускового момента для асинхронных двигателей, а основная обмотка обеспечивает питание для осветительных нагрузок.После истечения срока действия патентов Westinghouse на симметричные двухфазные и трехфазные системы распределения энергии, моноциклическая система вышла из употребления; это было трудно проанализировать и не продлилось достаточно долго, чтобы обеспечить удовлетворительное измерение энергии.
  • Были построены и испытаны системы высокого порядка для передачи энергии. Такие линии электропередачи используют 6 или 12 фаз и методы проектирования, характерные для линий электропередачи сверхвысокого напряжения. Линии передачи высокого фазового порядка могут обеспечивать передачу большей мощности через заданную линию отвода без использования преобразователя HVDC на каждом конце линии.

Многофазная система — это средство распределения электроэнергии переменного тока. Многофазные системы имеют три или более электрических проводников под напряжением, несущих переменные токи с определенным временным сдвигом между волнами напряжения в каждом проводнике. Многофазные системы особенно полезны для передачи энергии на электродвигатели. Наиболее распространенным примером является трехфазная система питания, используемая для большинства промышленных применений.

Один цикл напряжения трехфазной системы

В первые годы коммерческой электроэнергетики некоторые установки использовали двухфазные четырехпроводные системы для двигателей.Основным их преимуществом было то, что конфигурация обмотки была такой же, как и для однофазного двигателя с пусковым конденсатором, и, с помощью четырехпроводной системы, концептуально фазы были независимыми и их было легко анализировать с помощью математических инструментов, доступных в то время. , Двухфазные системы были заменены трехфазными системами. Двухфазный источник питания с фазами 90 градусов может быть получен из трехфазной системы с использованием соединенного Скоттом трансформатора.

Многофазная система должна обеспечивать определенное направление поворота фазы, поэтому напряжения зеркального отображения не учитываются в порядке фаз.Трехпроводная система с двумя фазовыми проводниками на расстоянии 180 градусов — все еще только однофазная Такие системы иногда называют разделенной фазой.

Многофазное питание особенно полезно в двигателях переменного тока, таких как асинхронный двигатель, где оно генерирует вращающееся магнитное поле. Когда трехфазное питание завершает один полный цикл, магнитное поле двухполюсного двигателя поворачивается на 360 ° в физическом пространстве; Для двигателей с большим количеством пар полюсов требуется больше циклов питания, чтобы завершить один физический оборот магнитного поля, и поэтому эти двигатели работают медленнее.Никола Тесла и Михаил Доливо-Добровольский изобрели первые практичные асинхронные двигатели, использующие вращающееся магнитное поле — ранее все коммерческие двигатели были с постоянным током, с дорогими коммутаторами, щетками с высоким уровнем обслуживания и характеристиками, непригодными для работы в сети переменного тока. Многофазные двигатели просты в конструировании, имеют автоматический запуск и мало вибрируют.

Были использованы более высокие номера фаз, чем три. Обычной практикой для выпрямительных установок и в преобразователях HVDC является обеспечение шести фаз с разнесением фаз по 60 градусов для уменьшения генерации гармоник в системе питания переменного тока и для обеспечения более плавного постоянного тока.Экспериментальные линии электропередачи высокого порядка были построены с 12 фазами. Это позволяет применять правила проектирования сверхвысокого напряжения (EHV) при более низких напряжениях и позволит увеличить передачу мощности в той же ширине коридора линии электропередачи.

Резиденции и малые предприятия обычно снабжаются одной фазой, взятой из одной из трех фаз полезности. Индивидуальные клиенты распределяются между тремя фазами, чтобы сбалансировать нагрузки. Однофазные нагрузки, такие как освещение, могут быть подключены от фазы под напряжением к нейтрали цепи, что позволяет сбалансировать нагрузку в большом здании по трем фазам питания.Смещение фазы напряжения между линией и нейтралью составляет 120 градусов; напряжение между любыми двумя проводами под напряжением всегда в 3 раза больше между проводом под напряжением и нейтралью. См. Статью «Сетевые системы питания» для получения списка однофазных распределительных напряжений по всему миру; трехфазное межфазное напряжение будет в 3 раза больше этих значений.

В Северной Америке жилые многоквартирные дома могут иметь напряжение 120 В (от линии к нейтрали), 208 В (от линии к линии). Основные однофазные приборы, такие как духовки или варочные панели, предназначенные для двухфазной системы на 240 Вольт, обычно используемые в односемейных домах, могут не работать должным образом при подключении к 208 Вольт; нагревательные приборы будут развивать только 3/4 своей номинальной мощности, а электродвигатели не будут работать правильно при пониженном напряжении на 13%.

,
Система обнаружения и диагностики неисправностей на основе нейронной сети для трехфазного инвертора с частотно-регулируемым приводом с асинхронным двигателем

В последнее время электрические приводы обычно связывают инвертор и индукционную машину. Следовательно, необходимо учитывать инвертор и асинхронный двигатель, чтобы обеспечить соответствующую и эффективную диагностику этих систем. Различные неисправности в инверторе могут повлиять на работу системы из-за непредвиденного технического обслуживания, что увеличивает коэффициент стоимости и снижает общую эффективность.В этой статье представлены обнаружение и диагностика неисправностей на основе извлечения признаков и техники нейронной сети для трехфазного инвертора. Основной целью этой системы обнаружения и диагностики неисправностей является эффективное обнаружение единичных или множественных неисправностей. Несколько функций извлекаются из преобразованного выходного тока Кларка и используются в нейронной сети в качестве входа для обнаружения и диагностики неисправностей. Следовательно, некоторые исследования моделирования, а также аппаратная реализация и эксперименты выполняются для проверки осуществимости предложенной схемы.Результаты показывают, что разработанная система не только легко обнаруживает неисправности, но также может эффективно различать множественные неисправности. Эти результаты подтверждают достоверность и показывают удовлетворительные характеристики разработанной системы. Результаты подтверждают превосходство спроектированной системы над предыдущими системами отказов извлечения признаков, поскольку она может обнаруживать и диагностировать ошибки за один цикл по сравнению с предыдущим многоцикловым обнаружением с высокой точностью.

1. Введение

В последние годы асинхронные двигатели преимущественно питаются от инвертора источника напряжения с широтно-импульсной модуляцией (PWM-VSI) для работы с переменной скоростью в различных промышленных применениях.Действительно, самый распространенный в отрасли привод — это VSI и асинхронный двигатель. В последнее время промышленность стала требовать высокой мощности. Системы привода инвертора стали решением для приложений большой мощности, поскольку эти системы более надежны, чем те, которые поставляются непосредственно онлайн. Существует несколько типов неисправностей, таких как неисправности контроллера, неисправности датчиков тока, неисправности переключающего устройства, неисправности двигателя и неисправности шины постоянного тока [1, 2]. Однако использование инверторов имеет некоторые недостатки, поскольку внедрение силовых электронных преобразователей привело к увеличению вероятности отказов компонентов, главным образом неисправностей переключающих устройств, таких как IGBT, MOSFET и BJT.

Эти неисправности коммутационных аппаратов можно классифицировать как неисправность разомкнутого выключателя и короткого замыкания. Короткое замыкание переключателя не только создает ненормальный сверхток в системе и генераторе преобразования энергии, но также вызывает некоторые вторичные проблемы, такие как размагничивание синхронного генератора. В этом случае вся система должна быть немедленно отключена в целях безопасности, в то время как отказ разомкнутого переключателя не требует остановки, но в системе могут возникать шум и вибрация.Кроме того, течение максимального тока в исправных выключателях может вызвать дополнительные неисправности в этих выключателях. Следовательно, неисправность разомкнутого переключателя должна быть немедленно устранена. Высокие затраты из-за простоя и ремонта, а также общая необходимость повышения надежности привели к исследованию систем обнаружения неисправностей [3–5].

Что касается диагностики этих ошибок разомкнутого переключателя, здесь упоминаются некоторые из ранее исследованных подходов.

Peuget et al. предложили два метода обнаружения неисправностей, основанные на анализе текущей векторной траектории и мгновенной частоты, но метод, использующий эту частоту, не может обнаружить неисправные переключатели [6].Хомфой и Толберт предложили метод диагностики неисправностей для обнаружения и идентификации места неисправности в многоуровневом инверторе с использованием нейронной сети. Однако этот метод требует вычислительных усилий [7]. Зидани и соавт. предложил нечеткую методику, которая обнаруживает неисправные переключатели в ШИМ-инверторе для асинхронного двигателя по схеме Конкордии, но этот метод был применен к однофазному инвертору [8]. Также Ко и Ли пытались предложить систему диагностики неисправностей на основе нечеткой логики, но эта методика применима только для одиночных неисправностей, потому что нечеткая логика не может различить один и несколько углов неисправностей, поскольку они перекрывают друг друга [9].

В этой статье метод обнаружения и диагностики неисправностей на основе нейронной сети [10, 11] для трехфазного инвертора, питающего асинхронный двигатель, предназначен для обнаружения и локализации неисправностей в установленном асинхронном двигателе с инвертором без необходимости использования дополнительных датчиков или вычислительных вычислений. усилия, как показано на рисунке 1. Этот метод может обнаруживать одно или несколько неисправностей коммутационного устройства в трехфазной инверторной системе, анализируя диаграммы тока статора и характеристики извлечения из этого выходного тока, а затем используя эти функции в методе нейронной сети.Аппаратная реализация имитационной модели также проводится для подтверждения осуществимости предложенной схемы. Результаты показали, что разработанная система обнаружения и диагностики неисправностей является более надежной, точной, систематической, эффективной и динамичной при обнаружении как единичных, так и множественных неисправностей. Этот предложенный метод намного лучше по сравнению с предыдущими методами [7–10], поскольку он может обнаруживать даже множественные ошибки со 100% точностью благодаря эффективной системе извлечения признаков по сравнению с 95% или меньшей точностью этих методов, а также он может обнаруживать одиночные и множественные неисправности быстрее даже в одном токовом цикле.Эти результаты моделирования и аппаратной системы подтверждают достоверность и показывают удовлетворительную производительность системы.


2. Структура системы обнаружения и диагностики неисправностей

Диагностика производительности и мониторинг состояния приводов переменного тока с регулируемой скоростью необходимы более или менее в зависимости от ее применения. Обнаружение и диагностика неисправностей позволяют избежать незапланированного технического обслуживания и остановки, что позволяет запустить аварийную операцию в случае неисправностей. В этой статье мы обсудили две неисправные ситуации: (i) одиночная неисправность (ii) множественные неисправности

2.1. Система извлечения характеристик

Система извлечения характеристик должна определяться как система, которая может обеспечить нейронную сеть достаточными значительными деталями в наборе шаблонов, чтобы можно было достичь максимальной точности в работе нейронной сети. Система извлечения признаков должна быть универсальной для разных заданий скорости посредством нормализованных функций. Также локализация каждого класса паттернов должна быть в пределах, определенных порогом. В предыдущих исследованиях различные исследователи также пытались использовать систему извлечения признаков для обнаружения неисправностей и диагностики трехфазных инверторов и асинхронных двигателей.

Ко и Ли пытались использовать функцию извлечения признаков для своей системы диагностики неисправностей для инвертора в системе ветряных турбин [9]. Он рассматривал текущий угол и диаметр как признаки с помощью метода нечеткой логики только для обнаружения единственного повреждения. Эта исследовательская работа не применима к множественным неисправностям, поскольку нечеткая логика не сможет различить один и несколько углов неисправности, поскольку они перекрывают друг друга. Следовательно, требуется дальнейшее улучшение, чтобы сделать эту методику применимой для обнаружения множества неисправностей.

Аналогично, Zidani et al. [8] используют одинаковую разницу углов и диаметров в своей исследовательской работе вместе с нечеткой логикой для обнаружения неисправностей. Этот подход также применим только для обнаружения одного сбоя.

Kadri et al. [10] также пытался использовать функцию выделения признаков для обнаружения и диагностики неисправностей. Но в их случае экстрактор функций извлекает только одну функцию, как показано в

.
Опубликовано в категории: Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *