Подключение трехфазного двигателя к сети

Электродвигатели — это весьма распространенный элемент электрических сетей. Поэтому подключение двигателя всегда сопровождается определенными вопросами.

Далее в статье мы ответим на такие распространенные вопросы относительно присоединения к сети асинхронного электродвигателя.

Оптимальная схема

Оптимальная схема подключения электродвигателя к сети 380 /220 В содержит минимум элементов и обеспечивает следующее:

• удобно включать и выключать трехфазный электродвигатель 380 вольт (как и 220 вольт);
• защищает электродвигатель 380 В (220 В) от основной перегрузки — токовой.

В силу этих причин для подключения двигателя применяется магнитный пускатель. Этот выбор обычно основан на определенных потребностях пользователя трехфазных электродвигателей. Поэтому в зависимости от выбранной модели пускателя его катушка может быть либо на 380 В, либо на 220 В. Эта катушка подсоединяется через тепловое реле, которое обеспечивает контроль тока в статоре электромотора и отключает пускатель своими контактами. Срабатывание реле теплозащиты от заданной величины тока, потребляемого электрическим мотором, останавливает его путем отключения от электросети. 

С подсоединением двигателя к трехфазной сети при появлении короткого замыкания токи контролируются выключателем-автоматом. Удобство при запуске, а также при остановке обеспечивают соответствующие кнопки. А дополнительное подсоединение — возможность блокировки пусковой кнопки ее присоединением через отдельный контакт в магнитном пускателе. С целью управления движком достаточно кратковременного нажатия на эти кнопки. Одновременное воздействие на них не вызовет нежелательные последствия, поскольку катушка пускателя при этом отключается. Две схемы, показанные далее, отличаются лишь напряжением, которое питает катушку пускателя.

Катушка одной из них подключается к фазному напряжению (220 В), а в другой к линейному, т.е. 380 В. Упомянутые соединения работают в остальном совершенно одинаково. Сначала включается коммутатор-автомат. Он подает напряжение на электрическую цепь, содержащую соленоид пускателя. Когда для соединения замыкают эту электрическую цепь кнопкой пуска с нормально разомкнутым контактом, пускатель срабатывает. Соответствующие контакты замкнут электрические цепи, питающие статор движка и обеспечивающие питание собственного соленоида. Кнопка пуска шунтируется. Таким образом, выполняется подключение асинхронного двигателя к электросети.

Возможные дальнейшие события:

• нажатие на кнопку «Стоп»,
• короткое замыкание,
• перегрузка двигателя

вызовет срабатывание соответствующего коммутатора и, как следствие, размыкание питания с подключенными клеммами катушки магнитного пускателя. А его можно включить только кнопкой «Пуск». Поэтому, что бы ни произошло, включения электродвигателя не будет до следующего запуска.

1 — автоматический коммутатор с тремя контактами (трехфазный, трехполюсный);

2 — термореле;

3 — главные контакты пускателя;

4 — соленоид пускателя;

5 — дополнительный контакт, встроенный в пускатель;

Кнопки: 6 — запуск, 7 — остановка.

Отличительные детали

То, что схема включения типа «звезда» существенно отличается от схемы «треугольник», очевидно. В этом можно убедиться, глядя на изображения, показанные ниже.

Некоторым читателям может быть интересно, каково поведение движка при переключении его обмоток соответственно этим двум схемам. Все довольно просто объясняет устройство и подключение электродвигателя. Обмотки намотаны на сердечник. Он создает магнитное поле. Чем мощнее это поле, тем больше получится сила на вале двигателя. А поле тем мощнее, чем выше напряжение, к которому подключена обмотка. Поскольку линейное напряжение соответствует схеме «треугольник» 380 В, а фазное — схеме «звезда» 220 В, очевидно, что одна и та же обмотка двигателя создаст более мощное магнитное поле с подключением к напряжению 380 В.

По этой причине и получается разница мощности трехфазного асинхронного двигателя около полутора раз с переключением между этими схемами. Но в этом варианте получается разница не только в полезной механической мощности на вале двигателя, но и в силе тока при его запуске. Однако для правильного подключения движка важно также знать точные данные о его конструкции. Числа витков обмоток, подключенных к питающему напряжению, не должны при его величине и частоте вызывать насыщение сердечников статора.

В принципе, если имеется двигатель 380 В, а схема обмотки электродвигателя такова, что его фазные обмотки снабжены дополнительным выводом, соответствующим меньшему числу витков, который может быть использован для присоединения к 220 В, со схемой «звезда» будут получены параметры, аналогичные «треугольнику» с основными обмотками. В том числе и пусковое свойство тока. Ввиду того, что конструкция движка в таком варианте усложняется, чаще применяется электродвигатель, подключение которого обеспечивается переключением между этими схемами. Перед подключением трехфазного двигателя к схеме «треугольник», его запуск делается со схемой соединения «звезда». Дополнительное реле времени через заданный интервал срабатывает и выполняет переход к «треугольнику» (см. схемы, показанные ниже).

В показанных выше схемах U* и W* — выводы статора асинхронного трехфазного двигателя.

K1 — пускатель с возможностью управления по времени;

K2 и K3 — дополнительные пускатели.

Управляющее напряжение на клеммах N и L питает соленоид K3, который блокирует включение соленоида K2, но включает соленоид K1 и соединяет три вывода обмоток вместе. Двигатель начинает вращение, будучи соединенным по схеме «звезда». K1 снабжен реле времени. По истечении заданного интервала оно срабатывает. При этом K3 выключается, и K2, включаясь, замыкает контакты, переводя электродвигатель по схеме «звезда» в схему «треугольник».

Как получить более длительный срок службы

В асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором-болванкой есть только те элементы, которые изнашиваются с течением времени. Это можно легко заметить, проанализировав его конструкцию. Если электрические и механические режимы соответствуют конструктивно заложенным нормам, асинхронный движок — это самый долгоживущий из всех электромоторов. Поэтому применяя схемы, создающие оптимальные рабочие режимы или отключающие двигатель при неблагоприятных условиях работы, тем самым вы увеличиваете срок службы асинхронного двигателя, так же, как и любого другого электродвигателя.

Рассмотрим наиболее частые ситуации, в которых необходимо использование специальных защитных схем:

• Замыкания между витками обмотки статора и его сердечником, замыкания перед статором как в коробке с клеммами, так и в соединительном кабеле. Если не применять меры при замыканиях, связанных с витками обмоток, можно получить в результате повреждения электрические цепи с токами такой силы, что обмоточные провода местами оплавятся и оборвутся. Придется перематывать статор.
• Механическая перегрузка движка вызывает значительный его нагрев. Причины этому могут быть разные. Не только со стороны полезной нагрузки, но и со стороны подшипников, в которых трение благодаря тем или иным обстоятельствам стало весьма значительным. Аналогичным тепловым эффектом сопровождается отключение одной фазы в нагруженном двигателе. Токи в двух подключенных обмотках могут вдвое увеличиться (в сравнении с номинальным значением), что вызовет нагрев и их порчу. Нагрев ухудшает изоляционные свойства витков и проводов в клеммной коробке, затем происходит замыкание и быстрое лавинообразное нарастание событий разрушительного характера.

Для защиты двигателя применяются различные элементы, которые своевременно отключают его при заданной величине электрического тока. Эти элементы — плавкие предохранители и коммутаторы различной конструкции. Они позволяют беспрепятственно разгонятся движкам, несмотря на пусковые токи, но немедленно отключают двигатели при замыканиях. Схема с использованием таких коммутаторов, как автоматический выключатель и тепловое реле, уже описывалась в первом вопросе этой статьи. Она является самой простой и безотказной.

Однако в ней не рассматривалась возможность отключения движка при пропадании напряжения в одной из фаз. Для того чтобы реализовать такое отключение, в схему вводится дополнительное реле (2 на схеме далее).

1— выключатель-автомат,

2 — реле контроля напряжения фаз, а также принадлежащие ему контакты 3,

3 — пускатель и принадлежащие ему контакты 5 и 7.

Кнопки: 6 — запуска, 8 — остановки.

Как схема работает, уже было пояснено ранее в разделе «Оптимальная схема» Реле тепловой защиты здесь не показано, но его подключение при необходимости уже демонстрировалось выше.

Как выглядит схема подключения трехфазного двигателя к сети 220 В

Если надо сделать подключение трехфазного двигателя к сети 220 В, самый лучший и поэтому единственно правильный вариант — одну из его фазных обмоток присоединить к 220 В. Только в этом случае все напряжение будет приложено ко всей обмотке, и в ее сердечнике магнитный поток получится для данной ситуации наибольшим. Остальные две обмотки должны вместе с первой создать пространственно перемещающийся максимум магнитного потока. Это достигается включением конденсаторов. Их приходится соединять параллельно.

Емкость получается относительно большой, а конденсаторы применяются не менее, чем для 450 В номинального напряжения, металлобумажные или металлопленочные. Такие конденсаторы на большие емкости не делаются. Чтобы не заниматься вычислениями необходимой емкости, можно выбрать конденсаторы (суммарную емкость) из соотношения 7 мкФ для каждых 100 Вт двигателя. Схема управления двигателем путем увеличения пускового момента выглядит так:

Какая схема нужна для реверса трехфазного асинхронного двигателя

Это схемное решение путем коммутации изменяет последовательность обмоток. При этом на них смотрят с оси вращения вала. В результате этого вал трехфазного асинхронного движка вращается в противоположном направлении (схема показана ниже).

Схема весьма проста и не требует специальных пояснений

Можно ли управлять двигателем из двух мест

Управлять двигателем из двух мест можно, и схема, которая обеспечивает этот процесс, несложная. Для нее нужны спаренные кнопки «Пуск» и «Стоп», что и отражено на изображении ниже. В остальном ее элементы и соединения такие же, как и в схеме, которую можно назвать стандартной для трехфазного асинхронного движка.

Трехфазные асинхронные двигатели — не единственные часто используемые движки. Но их схемы получаются наиболее сложными из-за трех статорных обмоток. В коллекторных движках аналогичные задачи решаются намного проще. Хотя бы потому, что они присоединяются к электросети только двумя клеммами. Но это уже совсем другая история…