Підключення силового обладнання в однофазну мережу (220В) найчастіше виробляють ємнісним методом. При цьому потрібно знати, як підібрати конденсатори на трифазний двигун, від якого здійснюється привід. З них збирається пускова ланцюг, що створює необхідний момент і перекіс фаз. У цій статті ми спробуємо коротко розглянути питання розрахунку і підбору ємності, а також можливі схеми підключення асинхронного електромотора.
ЗМІСТ
- Що таке трифазний двигун?
- Статор
- Ротор
- Як підключити трифазний двигун в однофазну мережу?
- Чому використовуються паралельні ємності?
- Як розрахувати ємність і підібрати конденсатор
Що таке трифазний двигун?
Більшість силових агрегатів, що перетворюють електричну енергію з теплову, являють собою асинхронні машини. Якщо розібрати будь трифазний двигун, то стане зрозуміло, що він має два ключові компоненти, на взаємодії яких будується вся його робота.
Статор
Це нерухома частина мотора, має кольцевидную форму – порожнистий циліндр. Відразу слід уточнити, що він не є цільним, грубо кажучи виготовленим через точіння круглої сталевої болванки. Статор набирається з кільцевих пластин (магнітопроводу), що дозволяє уникнути утворення так званих поверхневих струмів Фуко, які можуть сильно розігрівати метал. На внутрішньому діаметрі є поздовжні пази, в які вкладається обмотка з дроту. Більшість стандартних двигунів є трифазними, тобто мають три обмотки статора (по одній на кожну фазу). Геометрично кожна обмотка/фаза є зміщеною відносно інших на 120°. Такий розрахунок дозволяє при подачі на фазні клеми напруги 380В порушити в обмотках обертове магнітне поле.
Ротор
Це рухома (що обертається) частина, конструктивно об’єднана з приводним валом. Він також має набірний пластинчастий сердечник (магнітопровід), але на відміну від статора, пази для обмоток розташовуються на зовнішньому діаметрі. Більш того, називати їх обмотками можна тільки з функціональної точки зору, оскільки реально, вони являють собою мідні прутки певного діаметра, а не пучки (котушки) дроту.
З обох сторін прутки з’єднуються на кільцеві обмежують пластини, утворюючи подобу білячої клітки. Така компоновка найбільш поширена і називається «коротко замкнутий ротор». При подачі напруги тут також магнітне поле, але воно має дещо меншу частоту обертання (асинхронну), ніж у статора. Ця різниця називається ковзанням і становить близько 2…10%. Завдяки їй, між полями наводиться ЕРС (електрорушійна сила), яка і змушує обертатися вал з робочою частотою.
Як підключити трифазний двигун в однофазну мережу?
Запуск двигуна з трьома робочими обмотками можливий тому, що він за замовчуванням має зсунуті на 120° фази. Якщо подати напругу всього на одну фазу, то не відбудеться нічого за аналогією з однофазним двигуном на 220В, де в такому разі виникають еквівалентні різноспрямовані магнітні поля. Формально для цього потрібно включити в роботу хоча б ще одну фазу, щоб створити зрушення і набрати необхідний момент. Підключення в мережу з напругою 220В найчастіше проводять через додатковий контур – ланцюг з робітників і пускових конденсаторів.
Загальна пускова схема при підключенні зіркою (ліворуч) і трикутником (праворуч) буде мати наступний вигляд:
Як можна бачити, що і в першому, і в другому випадку дві з трьох обмоток підключаються безпосередньо до однофазної мережі 220В. Третя фаза закольцовывается на одну з двох попередніх допомогою проміжного ланцюга конденсаторів: Спрацьову – основний/робочий і Сп–для запуску. Другий підключений паралельно через ключ SA. Останній має нормально розімкнуті контакти, а крайнє положення кнопки не фіксується – для того, щоб через пусковий конденсатор пішов струм, її потрібно утримувати.
Чому використовуються паралельні ємності?
Будь-яка людина, у свій час не зевавший на уроках фізики, повинен пам’ятати, що максимальне споживання енергії трифазним двигуном спостерігається саме в момент його запуску, коли відбувається зростання частоти обертання від 0 до номіналу. Чим більша потужність, тим це пікове споживання електрики вище. З чого випливає логічний висновок – ємності, яка буде підтримувати роботу на 220В швидше за все не вистачить для старту. Тому, для виведення мотора на режим її за розрахунком потрібно збільшити приблизно вдвічі щодо робочої.
Після запуску, коли будуть досягнуті оптимальні обороти (не менше 70% від номінальних), пускові конденсатори відключають, відпускаючи кнопку SA. Зробити це потрібно обов’язково, інакше велика сумарна ємність викличе серйозний перекіс фаз і перегрів обмоток.
Якщо ж потужність мотора невелика або він не працює під серйозним навантаженням, то швидше за все можна буде обійтися пуском через робочий контур.
Як розрахувати ємність і підібрати конденсатор
Очевидно те, що питання вибору ємностей для запуску і роботи трифазного двигуна в однофазної мережі, залежить від його потужності, номінального (фазного) струму і напруги. Розрахунок зазвичай ведеться через наступні формули:
У даному рівнянні присутні дві величини:
- U – напруга однофазної мережі (220В);
- ІН– номінальний або фазний струм, А.
Обидві схеми підключень дають різні значення лінійних і фазних характеристик, що видно на наступних ілюстраціях:
Обчислити необхідний струм між обмотками можна з допомогою кліщів або використовуючи формули. Якщо ж і той, і інший варіант бачаться складними, то можна провести розрахунок і підібрати конденсатор через емпіричну залежність: 7 мкФ на 100 Вт потужності.
Що стосується пускових конденсаторів, то їх підбір ведеться з розрахунком, що ємність повинна бути вище, ніж у робітників, щоб покрити пікове споживання при запуску. Різні джерела вказують на різні значення пропорційного коефіцієнта: від 1,5 до 3. На практиці ж найчастіше використовують рекомендацію за дворазового збільшення.
Далі можна підібрати конденсатори і приступити до компонування. Для організації запуску двигуна використовуються паперові (МБГП, КБП, МБГО), електролітичні або металізовані поліпропіленові (СВВ) моделі. Перші, як правило, масові і дешеві, але мають порівняно великі габарити при малій ємності, що змушує набирати цілі батареї. Електролітичні моделі вимагають використання у схемі управління діодних елементів і опору, пошкодження або вихід з ладу яких призведе до руйнування конденсатора. СВВ моделі більш сучасні, а тому в них немає практично тих недоліків, які присутні в аналогах. За формою ємнісні блоки можуть випускатися або квадратними або круглими (діжечками).
Також слід підібрати робоча напруга конденсатора, яке за розрахунком повинно бути приблизно в 1,15 рази вище ніж в однофазної мережі 220В. Менші значення негативно позначаються на довговічності блоків, а великі – на габаритах складання.
