Реально работающим вариантом является подключение трехфазного асинхронного двигателя через инвертор. Инвертор подключается к бытовой сети и дает трехфазный ток, с плавным пуском и регулировкой скорости. Но такое чудо стоит примерно от 7 000 рублей при подключаемой мощности всего 250 Вт. Более мощные приборы стоят гораздо дороже. За такие деньги можно купить электрооборудование с возможностью подключения к однофазной сети. Будь то мини-токарный станок, циркулярная пила, насос или компрессор.

Расчет емкости конденсатора для трехфазного асинхронного двигателя

Как выбрать рабочий и пусковой конденсатор для трехфазного двигателя в однофазной цепи Формулы и практические правила для определения номиналов конденсаторов звезда-треугольник.

Бытовые электрические сети по своей сути являются трехфазными. Все типы электростанций вырабатывают электроэнергию с тремя фазами, смещенными на 120°. Такой подход обеспечивает удовлетворение потребностей промышленности, где используются крупные потребители. Однако в быту это требование излишне, и разрешенная мощность на одно домохозяйство ограничена 15 киловаттами. Следовательно, используется только одна из трех фаз, и в подавляющем большинстве случаев этого достаточно.

Однако существует множество полезных приборов, основанных на использовании трехфазных электродвигателей. Можно ли их использовать в бытовой сети? Ответ отрицательный. При подключении к сети 220 В такой двигатель просто сгорит. Однако если его немного модифицировать, то он будет работать и в однофазной сети.

Единственное различие между фазами трехфазных сетей заключается во временном смещении на одну треть периода между пиками переменного тока. Но даже в случае одной фазы, три фазы можно легко сделать, просто включив реактивные элементы, которые в электротехнике являются индуктивностью и емкостью, на уровне конечного устройства.

Если рассматривать конкретный пример, т.е. электродвигатель, то индуктивность изначально присутствует в двигателе. Это обмотка статора. Остается только включить в цепь конденсатор и соединить провода: тогда конденсатор, подключенный к одной из трех обмоток, сдвинет фазу в одну сторону, а при подключении двух других получится такой же сдвиг фазы, но в противоположном направлении. И все это будет работать при подключении к однофазной сети.

Конечно, если мощность такого двигателя велика, то может сработать вышеуказанное ограничение, поэтому имеет смысл переоборудовать для работы от бытовой сети 220 В только не очень энергоемкие электродвигатели.

Особенности подключения трехфазных двигателей к однофазной сети

Как мы уже знаем, трехфазный двигатель имеет три обмотки, которые могут быть соединены двумя способами: звездой (электрическое обозначение Y) или треугольником (Δ).

Эти названия можно понять из следующего рисунка. При подключении трехфазного электродвигателя к однофазной системе лучше использовать схему "треугольник". Если на заводской табличке электродвигателя есть обозначение Y, то обмотку необходимо переключить на треугольник, иначе преобразование становится бессмысленным из-за больших потерь мощности.

Теперь поговорим о том, как именно реализовать схему с подключением дополнительного компонента. Особенностью асинхронных двигателей является то, что они имеют более высокие номинальные токи для обеспечения надежного пуска. Стандартный метод будет иметь недостатки: если параметры рассчитаны так, чтобы запуск был действительно беспроблемным, двигатель будет перегреваться при достижении рабочей скорости вращения вала, что приведет к ускоренному износу. Если ток ограничен номинальным, двигатель будет плохо запускаться, а при наличии пусковой нагрузки он вообще не запустится. Однако существует решение: использование двух конденсаторов, пускового и рабочего. Пример такой схемы показан на рисунке:

Здесь Cстарт расположен в цепи параллельно рабочему конденсатору. Если мощность двигателя низкая, конденсатор Cstart может быть равен номинальному Cведомый. На рынке можно найти специальные пусковые конденсаторы, на что указывает слово start в их обозначении.

Понятно, что назначение пускового конденсатора – помочь основному конденсатору запустить двигатель, после чего он должен быть отключен. Для этого в цепи имеется переключатель, в простейшем виде – кнопка. Чаще и удобнее использовать комбинированную кнопку: нажатие и удержание кнопки запускает двигатель, а когда двигатель достигает рабочей скорости, кнопку отпускают, размыкая цепь Cпускно останется нажатой, что означает, что остальная часть цепи будет продолжать работать. Нажатие красной кнопки выключает двигатель.

Принцип подключения трехфазного прибора к однофазному прибору

Все квартиры и большинство частных домов имеют однофазное питание. В таких условиях иногда необходимо подключить трехфазный двигатель к однофазной сети. Такая операция физически возможна, поскольку отдельные фазы отличаются друг от друга только временным смещением.

Такое смещение можно легко организовать, включив в цепь любые реактивные элементы – емкостные или индуктивные. Именно они выступают в качестве фазосдвигающих устройств при использовании рабочих и пусковых компонентов.

Обратите внимание, что сама обмотка статора является индуктивной по своей природе. В связи с этим достаточно подключить конденсатор определенной емкости вне двигателя. При этом обмотки статора соединяются таким образом, что первая обмотка сдвигает фазу второй обмотки в одну сторону, а конденсатор в третьей обмотке выполняет ту же процедуру, только в обратном направлении. В результате из однофазного силового кабеля извлекается необходимое количество трех фаз.

Читайте также: Выбор удлинителя на катушке

Таким образом, трехфазный двигатель выступает в качестве нагрузки только для одной фазы подключенного питания. Это приводит к дисбалансу потребляемой энергии, что негативно сказывается на общей производительности сети. Поэтому рекомендуется использовать этот режим в течение короткого периода времени для небольших двигателей. Соединение обмоток в однофазной сети может быть выполнено двумя способами – звездой или треугольником.

Особенности схемы с конденсаторами

Обмотки всех трехфазных машин могут быть соединены по двум различным схемам:

1. "звезда" – в которой все концы обмоток соединены в одной точке. Начала обмоток подключаются к сети.
2. "Треугольник" – начало обмотки соединяется с концом соседней обмотки. В результате точки соединения двух обмоток подключаются к электросети.

Выбор схемы зависит от напряжения, которым питается двигатель. Обычно, когда двигатель подключен к сети переменного тока 380 В, обмотки соединяются в звезду, а когда он работает при напряжении 220 В, обмотки соединяются в треугольник.

На приведенной выше схеме:

(a) Схема соединения звездой;

(b) Схема соединения треугольником.

Поскольку в однофазной сети явно не хватает одного питающего провода, его необходимо сделать искусственно. Для этого используются конденсаторы, сдвигающие фазу на 120 градусов. Это рабочие конденсаторы и их недостаточно для запуска электродвигателей мощностью более 1500 Вт. Для запуска двигателей большой мощности требуется дополнительный конденсатор, облегчающий запуск.

Расчет емкости и напряжения рабочего конденсатора

Расчет сводится к выбору емкости для обеспечения кругового магнитного поля при номинальной нагрузке, поскольку при значениях ниже или выше номинальной нагрузки магнитное поле меняет свою форму на эллиптическую, что ухудшает КПД двигателя и снижает пусковой момент. В инженерных учебниках приводится формула для расчета емкости конденсатора:

Cp= Isinφ/2πf U n 2

Читайте также: Химия и производство: продувка железа и стали

I и sinφ – ток и сдвиг фаз между напряжением и током в цепи во вращающемся магнитном поле без конденсатора

Читайте также: Можно ли использовать молоток для замешивания строительного раствора?

f – частота переменного тока

U – напряжение питания

n – коэффициент трансформации обмотки, определяемый как отношение витков обмотки с конденсатором и без него.

Напряжение на конденсаторе рассчитывается по формуле

Uc= U√(1+n 2 )

Uc – рабочее напряжение конденсатора

U – напряжение питания двигателя

n – коэффициент трансформации обмотки

Из формулы видно, что рабочее напряжение фазосдвигающего конденсатора выше, чем напряжение питания двигателя.

Расчетные справочники дают приблизительную емкость конденсатора 70-80 мкФ на 1 кВт мощности двигателя, а номинальное напряжение конденсатора для сети 220 В обычно устанавливается на уровне 450 В.

Пусковой конденсатор также подключен параллельно рабочему конденсатору на время запуска, составляющее примерно три секунды, после чего срабатывает реле и пусковой конденсатор отключается. В настоящее время схемы с дополнительным пусковым конденсатором не используются в кондиционерах воздуха.

В более мощных кондиционерах используются компрессоры с трехфазными асинхронными двигателями; пусковые и рабочие конденсаторы для таких двигателей не требуются.

Читайте также: В чем разница между однофазным и трехфазным счетчиком?

Общие правила подключения электродвигателя с конденсатором.

Подключение электродвигателя 380В к 220В осуществляется с помощью конденсатора. При таком подключении необходимо соблюдать следующие правила Использовать бумажный конденсатор (или пусковой конденсатор).В этом случае ВАЖНО что номинальное напряжение конденсатора должно быть выше или равно напряжению сети (в этом случае рекомендуется, чтобы напряжение конденсатора в 2 раза превышало напряжение сети). Можно использовать следующие марки (типы) конденсаторов:

Как правильно выбрать конденсаторы

Теоретически, требуемая емкость должна быть рассчитана путем деления тока на напряжение и умножения полученного значения на коэффициент. Для различных соединений обмоток этот коэффициент составляет:

• звезда – 2800;
• треугольник – 4800.

Недостатком этого метода является то, что не всегда есть возможность сохранить заводскую табличку на двигателе. Невозможно узнать коэффициент мощности и мощность двигателя, а следовательно, и ток. Кроме того, на ток могут влиять такие факторы, как колебания напряжения в сети и величина нагрузки двигателя.

Мощность двигателя, кВт	0,4	0,6	0,8	1,1	1,5	2,2
Емкость конденсатора C2 в номинальном режиме работы, мкФ	40	60	80	100	150	230
Емкость конденсатора С2 в режиме холостого хода, мкФ	25	40	60	80	130	200
Емкость пускового конденсатора C1 в номинальном режиме, мкФ	80	120	160	200	250	300
Емкость конденсатора C1 в режиме холостого хода, мкФ	20	35	45	60	80	100

Где используются однофазные двигатели переменного тока 220 В

Современные конденсаторные двигатели в основном основаны на двухфазных двигателях (с рабочей и пусковой обмоткой). Однако трехфазные двигатели могут быть легко модифицированы для использования в однофазных цепях. Также производятся трехфазные двигатели, которые изначально были оптимизированы для однофазной работы.

Однофазные и трехфазные двигатели, модифицированные для однофазного режима работы, установлены в большинстве приборов, которыми мы пользуемся каждый день. К ним относятся посудомоечные машины, холодильники, пылесосы и вентиляторы.

Эти двигатели также можно встретить в промышленных приложениях, таких как циркуляционные насосы, воздуходувки и пылесосы.

Этот тип привода доступен в различных мощностях и номинальных скоростях. Однако однофазные двигатели используются там, где требуются маломощные устройства. Основные преимущества трехфазных двигателей перед однофазными связаны с:

1. Более высокий КПД.
2. Более высокий пусковой момент.
3. Относительно высокая выходная мощность.
4. Устойчивость к высоким нагрузкам.

Преимущества и недостатки однофазных двигателей

Основные преимущества использования электродвигателей заключаются в следующих особенностях

• несложная конструкция;
• низкая стоимость;
• длительный срок службы;
• амортизация и затраты на ремонт практически отсутствуют;
• двигатель может работать от бытовой сети без использования преобразователей.

Недостатками использования машин данного типа являются:

• отсутствие пускового или стартового момента
• низкая мощность;
• слишком высокий пусковой ток;
• затрудненное управление;
• скорость привода ограничена частотой сети, от которой он питается.

Рассмотренные в статье электродвигатели широко используются во всех сферах нашей жизни, поскольку их преимущества значительно перевешивают недостатки. Благодаря им человечество достигло и продолжает достигать все большего удобства и комфорта.