Трехфазный асинхронный двигатель: на что обратить внимание до его подключения
За небольшим исключением асинхронник нам достается в неизвестном состоянии. Очень редко на него есть свидетельство о проверке и заверенная гарантия от электролаборатории.
Даже в этом случае я рекомендую убедиться в его исправности лично.
Механическое состояние статора и ротора: что может мешать работе двигателя
Неподвижный статор состоит из трех частей: среднего корпуса и двух боковых крышек, стянутых шпильками. Обращайте внимание на зазор между ними, усилие стягивания гайками.
Корпус должен быть плотно сжат. Внутри него на подшипниках вращается ротор. Попробуйте покрутить его от руки. Оцените приложенное усилие: как работают подшипники, нет ли биений.
Без должного опыта мелкие дефекты таким способом не выявить, но случай грубого заклинивания сразу проявится. Послушайте шумы: нет ли при вращении задевания ротором элементов статора.
После включения двигателя на холостой ход и непродолжительной работы еще раз послушайте звуки вращающихся частей.
В идеале лучше разобрать статор, оценить визуально его состояние, промыть загрязненные подшипники ротора и полностью заменить их смазку.
Электрические характеристики статорных обмоток: как проверять схему сборки
Все основные параметры электродвигателя производитель указывает на специальной табличке, прикрепленной к корпусу статора.
Этим заводским характеристикам можно верить только в том случае, если вы уверены, что после завода никто из электриков не изменил схему подключения обмоток и не сделал непроизвольных ошибок. А случаи такие мне попадались.
Да и сама табличка со временем может стереться или потеряться. Поэтому предлагаю разобраться с технологией раскрутки ротора.
Для понимания электротехнических процессов, протекающих внутри статора двигателя, удобно представить его в виде обыкновенного тороидального трансформатора, когда на кольцевом сердечнике магнитопроводе симметрично расположены три равнозначные обмотки.
Схема статора собрана внутри закрытого корпуса, из которого выведены только шесть концов обмоток.
Они маркируются и подключаются на закрытом крышкой клеммнике для сборки по схеме звезды или треугольника типовой перестановкой перемычек.
На правой части картинки показана сборка треугольника. Схему расположения перемычек для звезды публикую ниже.
Электрические методики проверки схемы сборки обмоток
Но не все так однозначно, как может показаться на первый взгляд. Существует целый ряд двигателей с отклонением от этих правил.
Например, производитель может выпускать электродвигатели не универсального использования, а для работы в конкретных условиях с подключением обмоток по схеме звезды.
В этом случае он может собрать три конца обмоток внутри корпуса статора, а наружу вывести только четыре провода для подключения к потенциалам фаз и нуля.
Монтаж этих концов обычно выполняется в районе задней крышки. Для переключения обмоток на треугольник потребуется вскрывать корпус и делать дополнительные выводы.
Это не сложная работа. Но она требует бережного обращения с лаковым покрытием медного провода. При изгибах проволоки возможно его повреждение, что повлечет нарушение изоляции и создаст межвитковое замыкание.
После перемонтажа схемы рекомендую дополнительно покрывать внешние слои обмоток лаком, а затем хорошо просушить их до окончательной сборки теплым воздухом.
Что делать, если маркировка выводов отсутствует
На старом асинхронном двигателе провода могут быть сняты с клемм, а заводская маркировка утеряна. Попадались и такие экземпляры, когда из корпуса просто торчали наружу шесть концов. Их необходимо вызвонить и промаркировать.
Работу выполняем в два этапа:
- Проверяем принадлежность концов обмоткам.
- Определяем и маркируем каждый вывод.
На первом этапе работаем мультиметром или тестером в режиме омметра. Ставим первый щуп произвольно на один вывод, а вторым — ищем из пяти оставшихся проводов тот, где прибор покажет закороченную цепь. Помечаем оба конца, как принадлежащие к одной обмотке.
С оставшимися четырьмя выводами поступаем аналогично. В итоге мы получаем три пары проводов от каждой обмотки.
Как найти конец и начало обмотки: 2 способа
Можно вести поиск с помощью вольтметра:
- и батарейки;
- или источника пониженного переменного напряжения.
Первый метод основан на том, что импульс тока, поданный на одну из трех обмоток, трансформируется в двух остальных.
Для этого на произвольно выбранный конец К1 подключают минус батарейки, а плюсовым контактом кратковременно касаются второго вывода. По цепи проходит импульсный бросок тока и наводит ЭДС в двух других обмотках.
С помощью вольтметра постоянного тока по отклонению стрелки проверяется полярность наведенного напряжения в каждой обмотке. Началом помечается тот вывод, который соответствует положительному потенциалу (стрелка прибора движется вправо при замыкании и влево при размыкании цепи батарейкой).
После маркировки концов рекомендую сделать контрольную проверку правильности их нанесения подачей импульса на другую обмотку.
Второй способ основан на использовании источника переменного напряжения безопасной величины 12-36 вольт.
Концы двух любых обмоток замыкают в параллель и на них подключают вольтметр. На оставшуюся третью обмотку подают переменное напряжение и смотрят на показание прибора.
Если наведенная ЭДС соответствует поданному напряжению, то эти две обмотки включены в одной полярности. Одинаково помечают их начала и концы. При нулевом показании вольтметра концы одной из обмоток необходимо вывернуть и сделать повторный замер.
Затем одну из промаркированных обмоток, например №3, соединяют с первой и подключают к ним вольтметр. На освободившуюся №2 снова подают переменное напряжение. По величине ЭДС на вольтметре судят о полярности выводов.
После окончания маркировки делают контрольный замер для проверки выполненной работы.
Когда нет под рукой понижающего трансформатора или безопасного блока питания, то опытный электрик с правом самостоятельной работы под напряжением, может воспользоваться обыкновенной лампой накаливания ватт на 60.
Ее используют в качестве делителя напряжения, подключая последовательно к одной обмотке электродвигателя. На собранную цепочку подают 220 вольт, а на двух других измеряют напряжение вольтметром.
Такая проверка опасна. Ею не стоит заниматься необученным людям: можно легко получить электрическую травму.
Как оценить состояние изоляции обмоток
Отдельная часть блогеров умалчивает о необходимости этой проверки. Они считают, что без нее можно обойтись в большинстве случаев.
Однако до включения двигателя под напряжение я рекомендую:
- взять мегаомметр с выходным напряжением на 1000 вольт;
- проверить им изоляцию между каждой отдельной обмоткой и корпусом, а также между всеми обмотками;
- если она выше 0,5 Мом, то считать стартер исправным. В противном случае придется его ремонтировать. Довольно часто помогает просушка сухим и теплым воздухом.
Проверку изоляции электродвигателя мегаомметром необходимо обязательно проводить до его подключения под нагрузку. Однако она не способна выявить повреждения диэлектрического слоя, вызывающие межвитковые замыкания обмотки.
При сборке двигателя каждая катушка статора мотается медным проводом одной длины и сечения. Поэтому все они имеют строго одинаковое резистивное сопротивление.
Если в обмотке возникло межвитковое замыкание, то его, как правило, можно определить замером мультиметра в режиме омметра. Для этого внимательно анализируйте и сравнивайте активные сопротивления каждой цепочки.
Как проверяют магнитное поле статора на заводе
При подаче напряжения на исправный электродвигатель создается вращающееся магнитное поле. Его визуально оценивают с помощью металлического шарика, который повторяет вращение.
Я не призываю вас повторять такой опыт. Пример этот призван помочь понять, что работа асинхронного двигателя основана на взаимодействии магнитных полей статора и ротора.
Только правильное подключение обмоток обеспечивает вращение шарика или ротора.
Мощность электродвигателя и диаметр провода обмотки
Это две взаимосвязанных величины потому, что поперечное сечение проводника выбирается по способности противостоять нагреву от протекающего по нему току.
Чем толще провод, тем большую мощность можно передавать по нему с допустимым нагревом.
Если на двигателе отсутствует табличка, то о его мощности можно судить по двум признакам:
- Диаметру провода обмотки.
- Габаритам сердечника магнитопровода.
После вскрытия крышки статора проанализируйте их визуально.
Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети по схеме звезды
Начну с предупреждения: даже опытные электрики во время работы допускают ошибки, которые называются «человеческий фактор». Что уж говорить про домашних мастеров…
Поэтому рекомендую в обязательном порядке подачу напряжения на собранную схему выполнять только через отдельный автоматический выключатель SF, правильно подобранный по нагрузке. Он спасет жизнь и здоровье.
Схема подключения звезды показана на картинке.
Концы обмоток собраны в одну точку горизонтальными перемычками внутри клеммной коробки. На нее никакие внешние провода не подключены.
Фаза (через автоматический выключатель) и ноль бытовой проводки подаются на две разные клеммы начал обмоток. К свободной клемме (на рисунке Н2) подключена параллельная цепочка из двух конденсаторов: Cp — рабочий, Сп — пусковой.
Рабочий конденсатор соединен второй обкладкой жестко с фазным проводом, а пусковой — через дополнительный выключатель SA.
При запуске электродвигателя ротор необходимо раскрутить из состояния покоя. Он преодолевает усилия трения подшипников, противодействия среды. На этот период требуется повысить величину магнитного потока статора.
Делается это за счет увеличения тока через дополнительную цепочку пускового конденсатора. После выхода ротора на рабочий режим его нужно отключить. Иначе пусковой ток перегреет обмотку двигателя.
Выполнять отключение цепочки пуска простым переключателем не всегда удобно. Для автоматизации этого процесса используют схемы с реле или пускателями, работающими по времени.
Среди мастеров самодельщиков пользуется популярностью кнопка пуска от советских стиральных машин активаторного типа. У нее встроено два контакта, один из которых после включения отключается автоматически с задержкой: то, что надо в нашем случае.
Если приглядитесь внимательно на принцип подачи однофазного напряжения, то увидите, что 220 вольт приложены к двум последовательно подключенным обмоткам. Их общее электрическое сопротивление складывается, ослабляя величину протекающего тока.
Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети по схеме звезды используется для маломощных устройств, отличается повышенными потерями энергии до 50% от трехфазной системы питания.
Что можно переделывать
Для переделки подойдут маломощные электродвигатели 380 Вольт: до 3 кВт. Теоритически переподключаются и мощные моторы. Но это дополнительно повлечет за собой установку отдельного автомата в электрощите и проведение специальной проводки. И эти работы теряют смысл, если вдруг обнаруживается, что такую нагрузку не потянет вводной кабель.
Даже если ваша сеть держит высокие нагрузки, и вам удалось переделать двигатель от 3 кВт с 380 на 220 Вольт, вы огорчитесь при первом его пуске в ход. Запуск будет тяжелым. Вы решите, что труд был напрасным. Поэтому если переделывать, то именно маломощные модели.
Схема треугольник: преимущества и недостатки
Подключение электродвигателя по этому способу предполагает использование той же внешней цепочки, что и у звезды. Фаза, ноль и средняя точка нижних обкладок конденсаторов монтируются последовательно на три перемычки клеммной коробки.
За счет переключения выводов обмоток по схеме треугольника подводимое напряжение 220 создает больший ток в каждой обмотке, чем у звезды. Здесь меньшие потери энергии, выше КПД.
Подключение двигателя по схеме треугольника в однофазной сети позволяет полезно использовать до 70-80% потребляемой мощности.
Для формирования фазосдвигающей цепочки здесь требуется использовать меньшую емкость рабочих и пусковых конденсаторов.
При включении двигатель он может начать вращение не в ту сторону, которая требуется. Нужно сделать ему реверс.
Для этого достаточно в обеих схемах (звезды или треугольника) поменять местами приходящие от сети провода на клеммной колодке. Ток потечет по обмотке в противоположную сторону. Ротор изменит направление вращения.
Переподключение с 380 вольт на 220
Очень важно понимать, как подключается трехфазный электродвигатель к сети 220в. Чтобы трехфазный двигатель подключить к 220в, заметим, что у него есть шесть выводов, что соответствует трем обмоткам. При помощи тестера провода прозванивают, чтобы найти катушки. Их концы соединяем по два – получается соединение «треугольник» (и три конца).
Для начала, два конца сетевого провода (220 в) подключаем к любым двум концам нашего «треугольника». Оставшийся конец (оставшаяся пара скрученных проводов катушки) подсоединяется к концу конденсатора, а оставшийся провод конденсатора также соединяется с одним из концов сетевого провода и катушек.
От того, выберем мы один или другой, будет зависеть в какую сторону начнет вращаться двигатель. Проделав все указанные действия, запускаем двигатель, подав на него 220 в.
Электромотор должен заработать. Если этого не произошло, или он не вышел на требуемую мощность, необходимо вернуться на первый этап, чтобы поменять местами провода, т.е. переподключить обмотки.
Если при включении, мотор гудит, но не крутиться, требуется дополнительно установить (через кнопку) конденсатор. Он будет в момент пуска давать двигателю толчок, заставляя крутиться.
Видео: Как подключить электродвигатель с 380 на 220
Прозванивание, т.е. измерение сопротивления, проводится тестером. Если такой отсутствует, воспользоваться можно батарейкой и обычной лампой для фонарика: в цепь, последовательно с лампой, подсоединяют определяемые провода. Если концы одной обмотки найдены – лампа загорается.
Труднее гораздо найти определить начало и концы обмоток. Без вольтметра со стрелкой не обойтись.
Подсоединить потребуется к обмотке батарейку, а к другой — вольтметр.
Разрывая контакт провода с батарейкой, наблюдают, отклоняется ли стрелка и в какую сторону. Те же действия проводят с оставшимися обмотками, изменяя, если нужно, полярность. Добиваются чтобы отклонялась стрелка в ту же сторону, что при первом измерении.
Как подобрать конденсаторы: 3 важных критерия
Трехфазный двигатель создает вращающееся магнитное поле статора за счет равномерного прохождения синусоид токов по каждой обмотке, разнесенных в пространстве на 120 градусов.
В однофазной сети такой возможности нет. Если подключить одно напряжение на все 3 обмотки сразу, то вращения не будет — магнитные поля уравновесятся. Поэтому на одну часть схемы подают напряжение, как есть, а на другую сдвигают ток по углу вращения конденсаторами.
Сложение двух магнитных полей создает импульс моментов, раскручивающих ротор.
От характеристик конденсаторов (величины емкости и допустимого напряжения) зависит работоспособность создаваемой схемы.
Для маломощных двигателей с легким запуском на холостом ходу в отдельных случаях допустимо обойтись только рабочими конденсаторами. Всем остальным движкам потребуется пусковой блок.
Обращаю внимание на три важных параметра:
- емкость;
- допустимое рабочее напряжение;
- тип конструкции.
Как подобрать конденсаторы по емкости и напряжению
Существуют эмпиреческие формулы, позволяющие выполнять простой расчет по величине номинального тока и напряжения.
Однако люди в формулах часто путаются. Поэтому при контроле расчета рекомендую учесть, что для мощности в 1 киловатт требуется подбирать емкость на 70 микрофарад для рабочей цепочки. Зависимость линейная. Смело ей пользуйтесь.
Доверять всем этим методикам можно и нужно, но теоретические расчеты необходимо проверить на практике. Конкретная конструкция двигателя и прилагаемые нагрузки на него всегда требуют корректировок.
Конденсаторы рассчитываются под максимальное значение тока, допустимого по условиям нагрева провода. При этом расходуется много электроэнергии.
Если же электродвигатель преодолевает нагрузки меньшей величины, то емкость конденсаторов желательно снизить. Делают это опытным путем при наладке, замеряя и сравнивая токи в каждой фазе амперметром.
Чаще всего для пуска асинхронного электродвигателя используют металлобумажные конденсаторы.
Они хорошо работают, но обладают низкими номиналами. При сборке в конденсаторную батарею получается довольно габаритная конструкция, что не всегда удобно даже для стационарного станка.
Сейчас промышленностью выпускаются малогабаритны электролитические конденсаторы, приспособленные для работы с электродвигателями на переменном токе.
Их внутреннее устройство изоляционных материалов приспособлено для работы под разным напряжением. Для рабочей цепочки оно составляет не менее 450 вольт.
У пусковой схемы с условиями кратковременного включения под нагрузку оно уменьшено до 330 за счет снижения толщины диэлектрического слоя. Эти конденсаторы меньше по габаритам.
Это важное условие следует хорошо понимать и применять на практике. Иначе конденсаторы на 330 вольт взорвутся при длительной работе.
Скорее всего для конкретного двигателя одним конденсатором не отделаться. Потребуется собирать батарею, используя последовательное и параллельное соединение их.
При параллельном подключении общая емкость суммируется, а напряжение не меняется.
Последовательное соединение конденсаторов уменьшает общую емкость и делит приложенное напряжение на части между ними.
Какие типы конденсаторов можно использовать
Номинальное напряжение сети 220 вольт — это действующая величина. Ее амплитудное значение составляет 310 вольт. Поэтому минимальный предел для кратковременной работы при запуске выбран 330 V.
Запас напряжения до 450 V для рабочих конденсаторов учитывает броски и импульсы, которые создаются в сети. Занижать его нельзя, а использование емкостей с большим резервом значительно увеличивает габариты батареи, что нерационально.
Для фазосдвигающей цепочки допустимо использовать полярные электролитические конденсаторы, которые созданы для протекания тока только в одну сторону. Схема их включения должна содержать токоограничивающий резистор в несколько Ом.
Без его использования они быстро выходят из строя.
Перед установкой любого конденсатора необходимо проверить его реальную емкость мультиметром, а не полагаться на заводскую маркировку. Особенно это актуально для электролитов: они зачастую преждевременно высыхают.
Использование магнитного пускателя
Применение схемы подключения электродвигателя 380 через пускатель хорошо тем, что пуск производить можно дистанционно. Преимущество пускателя перед рубильником (или другим устройством) в том, что пускатель можно разместить в шкафу, а в рабочую зону вынести элементы управления, напряжение и токи при этом минимальны, следовательно, провода подойдут меньшего сечения.
Помимо этого, подключение с использованием пускателя обеспечивает безопасность в случае, если «пропадает» напряжение, поскольку при этом происходит размыкание силовых контактов, когда же напряжение вновь появится, пускатель без нажатия пусковой кнопки его не подаст на оборудование.
Схема подключения пускателя асинхронного двигателя электрического 380в:
На контактах 1,2,3 и пусковой кнопке 1 (разомкнутой) напряжение присутствует в начальный момент. Затем оно подается через замкнутые контакты этой кнопки (при нажатии на «Пуск») на контакты пускателя К2 катушки, замыкая ее. Катушкой создается магнитное поле, сердечник притягивается, контакты пускателя замыкаются, приводя в движение мотор.
Одновременно с этим происходит замыкание контакта NO, с которого подается фаза на катушку через кнопку «Стоп». Получается, что, когда отпускают кнопку «Пуск», цепь катушки остается замкнутой, как и силовые контакты.
Нажав «Стоп», цепь разрывают, возвращая размыкая силовые контакты. С питающих двигатель проводников и NO исчезает напряжение.
Видео: Подключение асинхронного двигателя. Определение типа двигателя.
Если у вас есть трехфазный электродвигатель, вы знаете, что это недешевое удовольствие. Поэтому при необходимости использовать однофазный мотор, мысль о покупке нового оборудования посетит вас только тогда, когда вы не знаете, как сделать электродвигатель в домашних условиях. Мы расскажем, как переделать электрический двигатель с 380 на 220 Вольт своими руками.
Схема сдвига фаз токов конденсаторами и дросселем: что мне не понравилось
Это третья обещанная в заголовке конструкция, которую я реализовал два десятка лет назад, проверил в работе, а потом забросил. Она позволяет использовать до 90% трехфазной мощности двигателя, но обладает недостатками. О них позже.
Собирал я преобразователь трехфазного напряжения на мощность 1 киловатт.
В его состав входят:
- дроссель с индуктивным сопротивлением на 140 Ом;
- конденсаторная батарея на 80 и 40 микрофарад;
- регулируемый реостат на 140 Ом с мощностью 1000 ватт.
Одна фаза работает обычным способом. Вторая с конденсатором сдвигает ток вперед на 90 градусов по ходу вращения электромагнитного поля, а третья с дросселем формирует его отставание на такой же угол.
В создании фазосдвигающего магнитного момента участвуют токи всех трех фаз статора.
Корпус дросселя пришлось собирать механической конструкцией из дерева на пружинах с резьбовой настройкой воздушного зазора для наладки его характеристик.
Конструкция реостата — это вообще «жесть». Сейчас его можно собрать из мощных сопротивлений, купленных в Китае.
Мне даже приходила мысль использовать водяной реостат.
Но я от нее отказался: уж слишком опасная конструкция. Просто намотал на асбестовой трубе толстую стальную проволоку для проведения эксперимента, положил ее на кирпичи.
Когда запустил двигатель циркулярной пилы, то он работал нормально, выдерживал приложенные нагрузки, нормально распиливал довольно толстые колодки.
Все бы хорошо, но счетчик намотал двойную норму: этот преобразователь берет такую же мощность на себя, как и двигатель. Дроссель и проволока неплохо нагрелись.
Из-за высокого потребления электроэнергии, низкой безопасности, сложной конструкции я не рекомендую такой преобразователь.
