Большинство промышленных агрегатов, которые приводятся в работу с помощью электродвигателей, требуют подачи трехфазного напряжения. Это необходимо для обеспечения максимального КПД электромотора и безопасной подачи большой мощности на него. Но в некоторых случаях возникает необходимость запитать агрегат от однофазной сети. Как переделать электродвигатель с 380 В на 220 В, какие схемы для этого разработаны — в этой статье.
Какие электродвигатели подходят для подключения
На принципиальную возможность подключения трехфазного мотора к однофазной сети указывает информация, приведенная производителем на металлической табличке, размещенной на его корпусе. В качестве рабочего напряжения заявлено 220/380 В. Если такой надписи нет или указано только 380 В, есть шанс, что перед нами агрегат, который не работает от меньшего напряжения. Подключение его к сети 220 В может быть небезопасным.
В агрегатах, рассчитанных на работу только в трехфазных сетях, поменять порядок подключения обмоток нельзя. А из корпуса выходит только три провода, а не шесть, как в переключаемой модели. Если вам в руки попал такой агрегат, сразу отсылаем читателя к концу этой статьи. Там рассмотрена схема подключения с использованием готового преобразователя напряжения. На входе он получает однофазный ток, на выходе выдает трехфазный.
В остальных случаях электродвигатель 380 вольт подключить на 220 вольт сравнительно легко. Такое подключение не будет связано с нарушением правил эксплуатации мотора. При этом также не теряется право на гарантийный ремонт. Но долговременная работа в таком режиме нежелательна по следующим причинам:
- Снижение КПД. Переделка электродвигателя с 380В на 220В неизбежно влечет потери энергии и снижение мощности агрегата. Они могут составлять до 70%, в сравнении с трехфазным электротоком.
- Повышенная нагрузка на сеть. Подача большой мощности по трем фазам считается более безопасной, чем при использовании одного провода в однофазной системе. Связано это с большими токами.
- Невозможность подключения агрегатов повышенной мощности. Электродвигатель 380 Вольт переделать на 220 Вольт можно, если его мощность не превышает 2,2 кВт. Более мощные агрегаты подключают по трехфазной схеме.
Теоретические основы подключения
Чтобы объяснить, почему подключение электродвигателя с 380 на 220 В вызывает сложности и требует использования дополнительных элементов, вспомним принцип действия асинхронных агрегатов. Статор изделия включает три последовательно установленные обмотки.
При подключении к трехфазному напряжению со сдвигом фаз 120° они последовательно наводят электромагнитные поля. Обмотки включаются последовательно, по кругу, в направлении вращения ротора. Что эквивалентно образованию вращающего магнитного поля. Оно увлекает барабан ротора, выполненный из массивных металлических стержней. Эта конструкция получила название «беличья клетка».
Ротор разгоняется, достигая определенного предела. Он равен скорости смены фаз, уменьшенной на величину скольжения. Это связано с возникновением трения и других процессов, противодействующих вращению ротора. Поэтому такие машины называют асинхронными. Их ротор вращается со скоростью, меньшей частоты смены фаз.
Еще одна особенность электромотора — процедура запуска. При подключении проводов фаз к обмоткам двигатель издает достаточно громкий гул. Но ротор не начинает вращаться. Для придания ему начального импульса применяют пусковые обмотки и ряд других приспособлений.
Если электродвигатель 380 В подключить на 220 В однофазного напряжения, то не будет главного фактора — попеременного включения обмоток. Соответственно, вращающееся магнитное поле не образуется. Ротор не вращается.
Поэтому перед тем, как подключить электродвигатель, придется преобразовать однофазное напряжение в трехфазное. Желательно со сдвигом фаз, близким к 120°. Чем точнее это удастся выполнить, тем более высокий КПД будет обеспечен и тем меньшие потери энергии возникают при работе агрегата.
Забегая вперед, отметим, что наибольшей эффективностью отличаются схема подключения электродвигателя 380 на 220 В, построенная на преобразователях частоты, микросхемах и других электронных компонентах. Но ее использование оправдано, когда электромотор предполагается использовать в таком режиме работы долгое время.
Если рассматривать решение для временной схемы, эффективнее окажется подключение электродвигателя через конденсатор. Прежде всего — за счет меньшей стоимости компонентов. Если со временем к оборудованию планируется подвести трехфазное напряжение, то траты на дорогие электронные схемы не будут оправданы.
Как запустить электродвигатель 380 на 220В
Как было отмечено, наиболее простой и недорогой считается схема с конденсатором. Для начала необходимо соединить обмотки «треугольником». При этой схеме конец первой из них подключается к началу второй и так далее.
Конденсатор включается параллельно первой обмотке. На схеме ниже он обозначен Ср — рабочий. При подборе его емкости можно использовать эмпирическое правило. Существует линейная функциональная связь этого параметра с мощностью агрегата. Для упрощения подбора конденсатора можно использовать удельное значение 70 мкФ на 1 кВт. Поскольку зависимость линейная, то для 2кВт, например, искомая емкость 140-150 мкФ.
Еще один важный параметр выбора конденсатора — рабочее напряжение. Оно должно составлять не менее 450 В. Это связано с амплитудным значением для 220 В — 440 В. И позволяет нивелировать скачки напряжения, возникающие в сети.
Суть установки пускового конденсатора — Сп, состоит в необходимости получить сдвиг, необходимый для того, чтобы стронуть ротор с места. К схеме он подключается только на первое время. При дальнейшей работе электродвигателя отключается. При использовании сторонних систем раскручивания ротора при старте пусковой конденсатор может не устанавливаться.
Организовать временное включение пускового конденсатора позволит кнопка ПНВС. Ее центральный контакт замыкается только при нажатии клавиши. После отпускания кнопки контакт разрывается.
На схеме, приведенной выше, показано, что организовать работу электромотора от однофазного напряжения можно и при соединении обмоток методом «звезды». Схема подключения конденсатора к электродвигателю 380 В на 220В при этом меняется незначительно. Он включается между началами первой и второй обмоток.
Но стоит отметить, что приоритет в выборе схемы подключения обмоток — указания производителя. Если на корпусе информация указана в следующем виде: Δ/Y 220/380 В, то при подключении к 220 В завод рекомендует использовать треугольник, а для 380 В — звезду. В противном случае оптимальный режим мотора не достигается, отмечается перегрев обмоток и корпуса при работе.
Особенности монтажа и безопасность
Прежде чем подключить электродвигатель 380 на 220 с конденсаторами или по иной схеме, нужно обнаружить выводы обмоток. При этом важно определить начало и конец каждой. Лучший способ для этого — изучить приведенную производителем информацию. Большинство современных агрегатов имеют клеммный блок с шестью выводами. В международном обозначении принято использовать латинские буквы: U, V, W, в качестве номеров обмоток. Цифры 1 и 2 соответствуют началу и концу каждой. Таким образом, первая обмотка будет использовать выводы U1 и U2.
Соединение внутри клеммной коробки выполняется с помощью перемычек. Они устанавливаются в зависимости от выбранной схемы подключения: «треугольник» и «звезда». Обе приведены на схеме.
В ранее использовавшихся советских стандартах первая обмотка (начало и конец) имеет обозначение С1-С4. Далее идут С2-С5 и С3-С6. Расположение выводов остается аналогичным — матрица 2×3. Поэтому и соединять их перемычками нужно по той же схеме, что и для современных моделей.
Что делать, если на корпусе и клеммах нет обозначений
Если необходимо выполнить подключение электродвигателя 380В к сети 220В, на корпусе и клеммах которого не сохранилось никаких обозначений, определить их можно по следующему алгоритму:
- Определяем выводы, соответствующие концам и началам обмоток, путем последовательного «прозвона» их с помощью мультиметра. На этом шаге контакты будут объединены в пары.
- Последовательно соединив две обмотки и подав на них напряжение, добиваемся наведения разности потенциалов в третьей. Измеряем его с помощью мультиметра. При соединении конца одной обмотки с началом другой достигается максимальное значение наведенного напряжения в третей.
- Маркируем выводы клемм и выполняем их соединение по описанным выше способам «звездой» или «треугольником», чтобы знать, как правильно подключить электродвигатель 380В на 220В.
Альтернатива указанной последовательности действий — разборка корпуса. В некоторых случаях этот способ эффективен. Так как параллельно можно определить состояние электродвигателя, его ротора, подшипников и других частей. Это особенно важно, когда работать приходится со старым агрегатом неизвестной модификации.
Правила безопасности
Важные замечания относительно безопасности подключения электромотора:
- На всех этапах подключения, включая поиск выводов обмоток, необходимо изолировать соединения проводов.
- Перед подачей напряжения схема обязательно проверяется на предмет возникновения короткого замыкания. Например, из-за неверно соединенных проводов.
- После начала пробного включения схемы с конденсатором любые действия с проводами и клеммами нужно выполнять после его разрядки. Сделать это можно с помощью лампы накаливания, вставленной в патрон с достаточно длинными оголенными проводами. Чтобы разрядить конденсатор, достаточно коснуться ими его контактов.
- Подача напряжения должна осуществляться через распределительное устройство, оснащенное автоматическими выключателями и УЗО. Это позволит снизить вероятность поражения электротоком и возникновения пожара.
Как добиться максимально эффективной работы электродвигателя
Как сделать, чтобы электродвигатель 380 Вольт работал на 220 В максимально эффективно:
- Подобрать емкости конденсаторов. Отдельно подбирается пусковой и рабочий. В качестве начального значения выбирают конденсатор с емкостью 70 мкФ/1кВт. Пусковой должен иметь примерно в два раза большую емкость. После запуска смотрят на скорость вращения ротора, отсутствие шумов и значительного нагрева корпуса, как быстро он разгоняется.
- Подобрать подходящую схему включения. В свободном доступе в интернете можно найти порядка шести различных вариантов различной степени сложности и величины стоимости деталей. Наибольшую эффективность имеют схемы, построенные на микросхемах, симисторных ключах, тиристорных преобразователях и других электронных компонентах. Повышение сложности компенсируется ростом КПД электромотора.
В завершении стоит отметить, что наиболее безопасным и эффективным способом подключения трехфазного электродвигателя к однофазному источнику напряжения 220 В является использование готового преобразователя. Это устройство позволяет получить три фазы даже при подключении к бытовой электросети. В этом случае переделка электромотора не потребуется. Достаточно присоединить три провода к указанным в инструкции выводам клеммной коробки.
К преимуществам использования готового преобразователя относят:
- Надежность. Изделие поставляется в готовом к установке виде. Обеспечивается заводской гарантией производителя.
- Простой монтаж. Существуют модели преобразователей, рассчитанных на установку на стандартной DIN-рейке. Такие можно установить в щит управления электромотором, выполнив подключение максимально безопасным способом.
- Высокий КПД электромотора. В схемах с конденсатором может теряться до 70% энергии. При использовании преобразователя КПД сравним с использованием полноценного трехфазного источника тока. При этом не возникает перекосов и перегрузок в работе агрегата. Что положительно влияет на его ресурс и срок службы.
Автор статьи: Александр Шихов