Переводим 3-х фазный электродвигатель 380В на 220В

3 фазы в сеть 220В

         Иногда в домашних условиях возникает необходимость подключения трехфазного электродвигателя переменного тока в однофазную сеть. Возникла такая необходимость и у меня при подключении промышленной швейной машины. На швейной фабрике такие машины работают в цехе, имеющем трехфазную сеть, и проблем не возникает. Первое, что пришлось сделать - это изменить схему подключения обмоток электродвигателя со "звезды" на "треугольник", соблюдая полярность соединения обмоток (начало - конец) (рис.1). Это переключение позволяет включать электродвигатель в однофазную сеть 220 В. Мощность электродвигателя швейной машины по табличке - 0,4 кВт. Приобрести рабочие, а тем более пусковые металлобумажные конденсаторы типа МБГО, МБГП, МБГЧ емкостью соответственно 50 и 100 мкф на рабочее напряжение 450...600 В оказалось задачей непосильной из-за их высокой стоимости на "блошином рынке". Использование вместо металлобумажных полярных (электролитических) конденсаторов и мощных выпрямительных диодов Д242, Д246. положительного результата не дало. Электродвигатель упорно не запускался, по-видимому, из-за конечного сопротивления диодов в прямом направлении. Поэтому в голову пришла абсурдная с первого взгляда идея запуска электродвигателя с помощью кратковременного подключения обычного электролитического конденсатора в сеть переменного тока (рис.2). После запуска (разгона) электродвигателя электролитический конденсатор отключается, и электродвигатель работает в двухфазном режиме, теряя при этом до 50% своей мощности. Но если заранее предусмотреть запас по мощности, или заведомо известно, что такой запас существует (как в моем случае), то с этим недостатком можно смириться. Между прочим, и при работе электродвигателя с рабочим фазосдвигающим конденсатором электродвигатель также теряет до 50% своей мощности.

Теперь о самом важном. Электролитический конденсатор, будучи включенным непосредственно в сеть переменного тока, быстро разогревается, электролит вскипает, и происходит его взрыв - это знают многие. Как показал эксперимент, на это уходит около 10... 15 с. Известно, что сопротивление конденсатора в цепи переменного тока промышленной частоты определяется по формуле.

где С - емкость конденсатора в микрофарадах.

Величина тока в цепи с конденсатором

Но если электролитический конденсатор включить через небольшое сопротивление (в моем случае это комплексное сопротивление фазы обмотки электродвигателя Z = r + jx ), и к тому же кратковременно, на время разгона электродвигателя (где-то 1...1,5 с), то электролитический конденсатор не повреждается, так как не успевает разогреться. Кратковременность включения может обеспечить кнопка ПНВС-10УХЛ2,

применяемая в домашних стиральных машинах. Кнопка имеет три контакта: два - с фиксацией (SB 1.1, SB1.3) и один - без фиксации (SB 1.2). Он и включает конденсатор, и при прекращении нажатия на кнопку возвращается в исходное отключенное положение. Формулы для расчета пускового конденсатора неоднократно печатались, но тем не менее хочу повторить их для схемы соединения обмотки статора электродвигателя в "треугольник".

где U - напряжение сети; Iн - номинальный, ток потребляемый электродвигателем.

где Р - мощность электродвигателя, кВт; U - напряжение сети. В; n - коэффициент полезного действия электродвигателя (обычно 0,8...0,9); cos ф - коэффициент мощности (обычно 0,85). Электролитические конденсаторы должны быть на напряжение не менее 450 В. Желательно набирать емкость из нескольких конденсаторов (улучшается тепловой режим). Конденсаторы помещают в защитную коробку. Четырехлетний опыт эксплуатации электродвигателя показал жизнеспособность указанной схемы его запуска. Данную схему повторили и некоторые мои знакомые, правда, эксперименты проводились с электродвигателями мощностью до 1 кВт. Для электродвигателей более 1 кВт на время пуска, как мне кажется, необходимо включение последовательно с конденсатором небольшого токоограничивающего резистора С.

Включение 3 фазного двигателя в бытовую сеть.

1. Простой способ включения трехфазного двигателя.

1.1.  Выбор трехфазного двигателя для подключения в однофазную сеть .

Среди различных способов запуска трехфазных электродвигателей в однофазную сеть, наиболее простой базируется на подключении третьей обмотки через фазосдвигающий конденсатор. Полезная мощность развиваемая двигателем в этом случае составляет 50...60% от его мощности в трехфазном включении. Не все трехфазные электродвигатели, однако, хорошо работают при подключении к однофазной сети. Среди таких электродвигателей можно выделить, например, с двойной клеткой короткозамкнутого ротора серии МА. В связи с этим при выборе трехфазных электродвигателей для работы в однофазной сети следует отдать предпочтение двигателям серий А , АО, АО2, АПН, УАД и др. Для нормальной работы электродвигателя с конденсаторным пуском необходимо, чтобы емкость используемого конденсатора менялась в зависимости от числа оборотов. На практике это условие выполнить довольно сложно, поэтому используют двухступенчатое управление двигателем. При пуске двигателя подключают два конденсатора, а после разгона один конденсатор отключают и оставляют только рабочий конденсатор.

1.2.  Расчет параметров и элементов электродвигателя.

Если, например, в паспорте электродвигателя указано напряжение его питания 220/380, то двигатель включают в однофазную сеть по схеме, представленной на рис. 1

Рис. 1 Принципиальная схема включения трехфазного электродвигателя в сеть 220 В : С р - рабочий конденсатор; С п - пусковой конденсатор; П1 - пакетный выключатель

После включения пакетного выключателя П 1 замыкаются контакты П1.1 и П1.2, после этого необходимо сразу же нажать кнопку "Разгон". После набора оборотов кнопка отпускается. Реверсирование электродвигателя осуществляется путем переключения фазы на его обмотке тумблером SA 1.  Емкость рабочего конденсатора Ср в случае соединения обмоток двигателя в "треугольник" определяется по формуле:

, где

Ср - емкость рабочего конденсатора в мкФ; I - потребляемый электродвигателем ток в А ; U -напряжение в сети, В

 А в случае соединения обмоток двигателя в "звезду" определяется по формуле:

, где

Ср - емкость рабочего конденсатора в мкФ; I - потребляемый электродвигателем ток в А ; U -напряжение в сети, В

Потребляемый электродвигателем ток в выше приведенных формулах, при известной мощности электродвигателя, можно вычислить из следующего выражения:

, где

Р - мощность двигателя в Вт, указанная в его паспорте; h - КПД; cos j - коэффициент мощности; U -напряжение в сети, В

   Емкость пускового конденсатора Сп выбирают в 2..2,5 раза больше емкости рабочего конденсатора. Эти конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение в 1,5 раза больше напряжения сети. Для сети 220 В лучше использовать конденсаторы типа МБГО, МБПГ, МБГЧ с рабочим напряжением 500 В и выше. При условии кратковременного включения в качестве пусковых конденсаторов можно использовать и электролитические конденсаторы типа К50-3, ЭГЦ-М, КЭ-2 с рабочим напряжением не менее 450 В. Для большей надежности электролитические конденсаторы соединяют последовательно, соединяя между собой их минусовые выводы, и шунтируют резистором R 1 с сопротивлением 200...300 Ом (рис. 2)

Рис. 2 Принципиальная схема соединения электролитических конденсаторов для использования их в качестве пусковых конденсаторов.

Резистор R 1 необходим для "стекания" оставшегося электрического заряда на конденсаторах. Общая емкость соединенных конденсаторов составит (С 1 +С2)/2.
На практике величину емкостей рабочих и пусковых конденсаторов выбирают в зависимости от мощности двигателя по табл. 1

Таблица 1. Значение емкостей рабочих и пусковых конденсаторов трехфазного электродвигателя в зависимости от его мощности при включении в сеть 220 В.

Мощность трехфазного   двигателя, кВт	0,4	0,6	0,8	1,1	1,5	2,2
Минимальная емкость  рабочего   конденсатора Ср , мкФ	40	60	80	100	150	230
Минимальная емкость пускового   конденсатора Ср , мкФ	80	120	160	200	250	300

Следует отметить, что у электродвигателя с конденсаторным пуском в режиме холостого хода по обмотке, питаемой через конденсатор, протекает ток на 20...30 % превышающий номинальный. В связи с этим, если двигатель часто используется в недогруженном режиме или вхолостую, то в этом случае емкость конденсатора С р следует уменьшить. Может случиться, что во время перегрузки электродвигатель остановился, тогда для его запуска снова подключают пусковой конденсатор, сняв нагрузку вообще или снизив ее до минимума.   Емкость пускового конденсатора С п можно уменьшить при пуске электродвигателей на холостом ходу или с небольшой нагрузкой. Для включения, например, электродвигателя АО 2 мощностью 2,2 кВт на 1420 об/мин можно использовать рабочий конденсатор емкостью 230 мкФ, а пусковой - 150 мкФ. В этом случае электродвигатель уверенно запускается при небольшой нагрузке на валу.

1.3.  Переносной универсальный блок для пуска трехфазных электродвигателей мощностью около 0,5 кВт от сети 220 В .

Для запуска электродвигателей различных серий, мощностью около 0,5 кВт, от однофазной сети без реверсирования, можно собрать переносной универсальный пусковой блок (рис. 3)

Принципиальная схема переносного универсального блока для пуска трехфазных электродвигателей мощностью около 0,5 кВт от сети 220 В без реверса.

  При нажатии на кнопку SB 1 срабатывает магнитный пускатель КМ 1 (тумблер SA 1 замкнут) и своей контактной системой КМ 1.1, КМ 1.2 подключает электродвигатель М1  к сети 220 В. Одновременно с этим третья контактная группа КМ 1.3 замыкает кнопку SB 1. После полного разгона двигателя тумблером SA 1 отключают пусковой конденсатор С 1 . Остановка двигателя осуществляется нажатием на кнопку SB 2.

1.3.1.  Детали.

В устройстве используется электродвигатель А471А4 (АО2-21-4) мощностью 0,55 кВт на 1420 об / мин и магнитный пускатель типа ПМЛ, рассчитанный на переменный ток напряжением 220 В. Кнопки SB 1 и SB 2 - спаренные типа ПКЕ612. В качестве переключателя SA 1 используется тумблер Т2-1. В устройстве постоянный резистор R 1 - проволочный, типа ПЭ-20, а резистор R 2 типа МЛТ-2. Конденсаторы С 1 и С2 типа МБГЧ на напряжение 400 В. Конденсатор С2 составлен из параллельно соединенных конденсаторов по 20 мкФ 400 В. Лампа HL 1 типа КМ-24 и 100 мА. Пусковое устройство смонтировано в металлическом корпусе размером 170х140х50 мм (рис. 4)

Рис. 4 Внешний вид пускового устройства и чертеж панели поз.7.

1- корпус	2 - ручка для переноски	3 - сигнальная лампа	4 - тумблер отключения пускового конденсатора
5 -кнопки    "Пуск" и "Стоп"	6 - доработанная электровилка	7- панель с гнездами     разъема

На верхней панели корпуса расположены кнопки "Пуск" и "Стоп" - сигнальная лампа и тумблер для отключения пускового конденсатора. На передней панели корпуса устройства находится разъем для подключения электродвигателя.   Для отключения пускового конденсатора можно использовать дополнительное реле К 1 , тогда надобность в тумблере  SA 1 отпадает, а конденсатор будет отключаться автоматически (рис.5)

Рис. 5 Принципиальная схема пускового устройства с автоматическим отключением пускового конденсатора .

При нажатии на кнопку SB 1 срабатывает реле К 1 и контактной парой К1.1 включает магнитный пускатель КМ1, а К1.2 - пусковой конденсатор С п . Магнитный пускатель КМ 1 самоблокируется с помощью своей контактной пары КМ 1.1, а контакты КМ 1.2 и КМ 1.3 подсоединяют электродвигатель к сети. Кнопку "Пуск" держат нажатой до полного разгона двигателя, а после отпускают. Реле К 1 обесточивается и отключает пусковой конденсатор, который разряжается через резистор R 2. В это же время магнитный пускатель КМ 1 остается включенным и обеспечивает питание электродвигателя в рабочем режиме. Для остановки электродвигателя следует нажать кнопку "Стоп". В усовершенствованном пусковом устройстве по схеме рис.5, можно использовать реле типа МКУ-48 или ему подобное.

2. Использование электролитических конденсаторов в схемах запуска электродвигателей.

При включении трехфазных асинхронных электродвигателей в однофазную сеть, как правило, используют обычные бумажные конденсаторы. Практика показала, что вместо громоздких бумажных конденсаторов можно использовать оксидные (электролитические) конденсаторы, которые имеют меньшие габариты и более доступны в плане покупки. Схема эквивалентной замены обычного бумажного дана на рис. 6

Рис. 6 Принципиальная схема замены бумажного конденсатора (а) электролитическим (б).

Положительная полуволна переменного тока проходит через цепочку VD 1, С 1 , а отрицательная VD 2, С2. Исходя из этого можно использовать оксидные конденсаторы с допустимым напряжением в два раза меньшим, чем для обычных конденсаторов той же емкости. Например, если в схеме для однофазно сети напряжением 220 В используется бумажный конденсатор на напряжение 400 В, то при его замене, по вышеприведенной схеме, можно использовать электролитический конденсатор на напряжение 200 В. В приведенной схеме емкости обоих конденсаторов одинаковы и выбираются аналогично методике выбора бумажных конденсаторов для пускового устройства.

2.1. Включение трехфазного двигателя в однофазную сеть с использованием электролитических конденсаторов.

Схема включения трехфазного двигателя в однофазную сеть с использованием электролитических конденсаторов приведена на рис.7.

Рис. 7 Принципиальная схема включения трехфазного двигателя в однофазную сеть при помощи электролитических конденсаторов.

В приведенной схеме, SA 1 - переключатель направления вращения двигателя, SB 1 - кнопка разгона двигателя, электролитические конденсаторы С1 и С3 используются длч пуска двигателя, С2 и С4 - во время работы .П одбор электролитических конденсаторов в схеме рис. 7 лучше производить с помощью токоизмерительных клещей. Измеряют токи в точках А , В, С и добивается равенства токов в этих точках путем ступенчатого подбора емкостей конденсаторов. Замеры проводят при нагруженном двигателе в том режиме, в котором предполагается его эксплуатация. Диоды VD 1 и VD 2 для сети 220 В выбираются с обратным максимально допустимым напряжением не менее 300 В. Максимальный прямой ток диода зависит от мощности двигателя. Для электродвигателей мощностью до 1 кВт подойдут диоды Д245, Д245А, Д246, Д246А, Д247 с прямым током 10 А. При большей мощности двигателя от 1 кВт до 2 кВт нужно взять более мощные диоды с соответствующим прямым током, или поставить несколько менее мощных диодов параллельно, установив их на радиаторы. Следует обратить ВНИМАНИЕ на то, что при перегрузке диода может произойти его пробой и через электролитический конденсатор потечет переменный ток, что может привести к его нагреву и взрыву.

3. Включение мощных трехфазных двигателей в однофазную сеть.

Конденсаторная схема включения трехфазных двигателей в однофазную сеть позволяет получить от двигателя не более 60% от номинальной мощности, в то время как предел мощности электрифицированного устройства ограничивается 1,2 кВт. Этого явно недостаточно для работы электрорубанка или электропилы, которые должны иметь мощность 1,5...2 кВт. Проблема в данном случае может быть решена использованием электродвигателя большей мощности, например, с мощностью 3...4 кВт. Такого типа двигатели рассчитаны на напряжение 380 В , их обмотки соединены "звездой" и в клеммной коробке содержится всего 3 вывода. Включение такого двигателя в сеть 220 В приводит к снижению номинальной мощности двигателя в 3 раза и на 40 % при работе в однофазной сети. Такое снижение мощности делает двигатель непригодным для работы, но может быть использовано для раскрутки ротора вхолостую или с минимальной нагрузкой. Практика показывает, что большая часть электродвигателей уверенно разгоняется до номинальных оборотов, и в этом случае пусковые токи не превышают 20 А.

3.1.  Доработка трехфазного двигателя.

Наиболее просто можно осуществить перевод мощного трехфазного двигателя в рабочий режим, если переделать его на однофазный режим работы, получая при этом 50 % номинальной мощности. Переключение двигателя в однофазный режим требует небольшой его доработки. Вскрывают клеммную коробку и определяют, с какой стороны крышки корпуса двигателя подходят выводы обмоток. Отворачивают болты крепления крышки и вынимают ее из корпуса двигателя. Находят место соединения трех обмоток в общую точку и подпаивают к общей точке дополнительный проводник с сечением, соответствующим сечению провода обмотки. Скрутку с подпаянным проводником изолируют изолентой или поливинилхлоридной трубкой, а дополнительный вывод протягивают в клеммную коробку. После этого крышку корпуса устанавливают на место. Схема коммутации электродвигателя в этом случае будет иметь вид, показанный на рис. 8.

Рис. 8 Принципиальная схема коммутации обмоток трехфазного электродвигателя для включения в однофазную сеть.

В о время разгона двигателя используется соединение обмоток "звездой" с подключением фазосдвигающего конденсатора Сп . В рабочем режиме в сеть остается включенной только одна обмотка, и вращение ротора поддерживается пульсирующим магнитным полем. После переключения обмоток конденсатор Сп разряжается через резистор R р. Работа представленной схемы была опробована с двигателем типа АИР-100 S 2 Y 3 (4 кВт, 2800 об/мин), установленном на самодельном деревообрабатывающем станке и показала свою эффективность.

3.1.1.  Детали.

В схеме коммутации обмоток электродвигателя, в качестве коммутационного устройства SA 1 следует использовать пакетный переключатель на рабочий ток не менее 16 А , например, переключатель типа ПП2-25/Н3 (двухполюсный с нейтралью , на ток 25 А). Переключатель SA 2 может быть любого типа, но на ток не менее 16 А. Если реверс двигателя не требуется, то этот переключатель SA 2 можно исключить из схемы. Недостатком предложенной схемы включения мощного трехфазного электродвигателя в однофазную сеть можно считать чувствительность двигателя к перегрузкам. Если нагрузка на валу достигнет половины мощности двигателя, то может произойти снижение скорости вращения вала вплоть до полной его остановки. В этом случае снимается нагрузка с вала двигателя. Переключатель переводится сначала в положение "Разгон", а потом в положение "Работа" и продолжает дальнейшую работу.

· Электрическая схема пускового устройства с автоматическим отключением конденсатора

.

... соединёнными по схеме звезда а или треугольник б:

B1 и В 2 выключатели

Ср рабочий конденсатор

C п пусковой конденсатор

АД асинхронный электродвигатель ...

Взято с www.edvin-barnaul.ru