Виктор Пестриков - Современный дачный электрик
6.5. Трехфазные асинхронные двигатели
Трехфазные асинхронные двигатели благодаря простоте конструкции и надежности в работе получили самое широкое распространение в различных областях народного хозяйства: они составляют 90 % всех двигателей. Отсутствие в быту трехфазной сети вынуждает владельцев трехфазных асинхронных двигателей искать способы их включения в однофазную сеть. На сегодня схемы включения таких двигателей в однофазную сеть известны и хорошо изучены [7, 8]. Рассмотрим некоторые из практических схем включения.
6.5.1. Включение трехфазных двигателей в однофазную сеть без перемотки
Не все трехфазные электродвигатели хорошо работают при подключении к однофазной сети. Проблемы возникают, например, у двигателей серии МА с двойной клеткой короткозамкнутого ротора. В связи с этим при выборе трехфазных электродвигателей для работы в однофазной сети следует отдать предпочтение двигателям серий А, АО, АО2, АПН, УАД и др. Заметим, что электродвигатели общего назначения серии АО и АО2 давно уже сняты с производства, но их еще можно встретить очень часто. На замену этих моделей двигателей пришли серии 4А, АИ (АИР, АИС). В последние годы появились серии RA и 5А. Мощность используемых асинхронных электродвигателей ограничивается величиной допустимых токов питающей сети.
Включить трехфазный асинхронный двигатель в однофазную сеть можно по трем основным схемам:
• с пусковым резистором;
• с одним пусковым конденсатором;
• с двумя конденсаторами (рабочим Ср и пусковым Сп).
Подключение третьей обмотки трехфазных асинхронных двигателей через фазосдвигающий конденсатор – наиболее эффективный способ пуска электродвигателя. Для нормальной работы двигателя с конденсаторным пуском необходимо, чтобы емкость конденсатора менялась в зависимости от числа оборотов. Выполнить это условие на практике довольно трудно, поэтому управление двигателем делают двухступенчатым. Такая схема включения содержит два параллельно соединенных конденсатора: один пусковой (Сп), а второй рабочий (Ср). Вначале к двигателю подключают пусковой конденсатор, а после его разгона этот конденсатор отключают, оставляя только рабочий. Отключают пусковой конденсатор вручную переключателем.
Рабочую емкость конденсатора (в микрофарадах) для трехфазного двигателя в зависимости от типа соединения обмоток можно определить по формулам, приведенным в табл. 6.3.
Таблица 6.3. Включение трехфазного асинхронного двигателя с пусковым и рабочим конденсатором в однофазную сеть
Емкость пускового конденсатора должна быть в 2,5–3 раза больше емкости рабочего. Рабочее напряжение обеих конденсаторов должно быть в 1,5 раза больше напряжения сети. Что касается типа конденсаторов, то предпочтительнее бумажные, например МБГО, МБГП и др. Однако еще лучше поставить конденсаторы, которые выпускаются специально для использования в качестве рабочих и пусковых конденсаторов для асинхронных двигателей (рис. 6.15). На рынке России присутствуют конденсаторы для запуска двигателей и других устройств переменного напряжения немецкой корпорации EPCOS AG (Electronic Parts and Components), американской компании VISHAY INTERTECNOLOGY, скандинавской корпорации Evox Rifa и отечественного производителя ЗАО «Электроинтер» из г. Серпухова.
Рис. 6.15. Конденсатор типа B 32 328 с кабельным подключением для запуска асинхронных электродвигателей. Производитель – корпорация EPCOS AG. Кабель с двойной изоляцией (2x0,75 мм2) длиной 250 мм
На рис. 6.16 приведены механические характеристики трехфазного асинхронного электродвигателя при различных схемах включения [8]. При работе трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети без рабочего конденсатора, т. е. как однофазного, его номинальная мощность используется на 40–50 %, а с рабочим конденсатором – на 75–80 %.
Рис. 6.16. Механические характеристики трехфазного асинхронного электродвигателя при различных схемах включения в однофазную сеть: 1 – трехфазная сеть; 2 – с рабочим конденсатором; 3 – без фазосмещающего элемента (ФЭ); 4 – с рабочим и пусковым конденсаторами
Следует отметить, что у электродвигателя с конденсаторным пуском в режиме холостого хода по обмотке, питаемой через конденсатор, протекает ток, на 20…30 % превышающий номинальный. В связи с этим, если двигатель часто работает в недогруженном режиме или вхолостую, то емкость конденсатора Ср следует уменьшить. Может случиться, что во время перегрузки электродвигатель остановился, тогда для его запуска снова подключают пусковой конденсатор, сняв нагрузку вообще или снизив ее до минимума.
Необходимо знать, что при таком включении мощность, развиваемая электродвигателем, составляет 50 % от номинального значения. Если трехфазный электродвигатель включен в однофазную сеть по схеме "треугольника", то пусковой момент будет почти вдвое меньше, чем при включении по схеме "звезда". Для реверсирования электродвигателя, включенного по схеме звезда, необходимо поменять местами выводы С2 и С5 пусковой обмотки.
При отсутствии конденсаторов с нужными параметрами трехфазный двигатель можно включить по схеме с активным сопротивлением (рис. 6.17).
Рис. 6.17. Схемы включения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть при помощи активного сопротивления при соединении обмоток электродвигателя: а – в треугольник, б – в звезду
Перед пуском двигателя включают пусковое сопротивление, а затем двигатель подключают к однофазной сети. Когда двигатель достигнет частоты вращения, близкой к номинальной, пусковое сопротивление отключают. Двигатель продолжает работать, развивая мощность, равную 0,5–0,6 номинальной мощности в трехфазном режиме. Значение пусковых активных сопротивлений выбирают по табл. 6.4 в зависимости от мощности электродвигателя в трехфазном режиме.
Таблица 6.4. Величины пусковых сопротивлений
Пусковые активные сопротивления изготавливают, как правило, в производственных условиях. В качестве проводников используют фехраль (табл. 6.5), нихром, константан и другие материалы, а в качестве изолятора – цилиндр из керамиковых материалов или асбоцемента. Фехраль – сплав, состоящий из следующих элементов: Cr (12–15 %); Al (3,5–5,5 %); Si (1 %); Mn (0,7 %); остальное Fe.
Таблица 6.5. Величины пусковых сопротивлений из фехраля
При изготовлении активных пусковых сопротивлений следует иметь в виду, что во время пуска по сопротивлению кратковременно протекает ток, который в пять раз может превышать номинальный ток в трехфазном режиме. В связи с этим для проводников диаметром 0,1–0,5 мм, из указанных материалов допустимая плотность тока при пуске равна 10 А/мм2, для проводников диаметром более 1,5 мм – 8 А/мм2.
6.6. Практический расчет параметров и элементов электродвигателя
Если, например, в паспорте электродвигателя указано напряжение его питания 220/380, то двигатель включают в однофазную сеть по схеме, представленной на рис. 6.18.
Рис. 6.18. Принципиальная схема включения трехфазного электродвигателя в сеть 220 В: Ср – рабочий конденсатор; Сп – пусковой конденсатор; П1 – пакетный выключатель
После включения пакетного выключателя П1 замыкаются контакты П1.1 и П1.2, затем необходимо сразу же нажать кнопку «Разгон». После набора оборотов кнопку отпускают. Реверсируют электродвигатель путем переключения фазы на его обмотке тумблером SA1. Емкость рабочего конденсатора Ср определяют исходя из вида соединения обмоток двигателя (см. табл. 6.3). Потребляемый ток при известной мощности электродвигателя можно вычислить по формуле:
I = P / (1,73Uηcosφ),
где Р – мощность электродвигателя в Вт, указанная в его паспорте; η – КПД; cosφ – коэффициент мощности; U – напряжение в сети, В.
Емкость пускового конденсатора, как и ранее, выбирают в 2,5–3 раза больше емкости рабочего. Эти конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение в 1,5 раза больше напряжения сети. Для сети 220 В подойдут конденсаторы типа МБГО, МБПГ, МБГЧ с рабочим напряжением 500 В и выше или специальные. При условии кратковременного включения в качестве пусковых конденсаторов можно использовать и электролитические конденсаторы типа К50-3, ЭГЦ-М, КЭ-2 с рабочим напряжением не менее 450 В [9]. Для большей надежности электролитические конденсаторы включают последовательно, соединяя между собой их минусовые выводы, и шунтируют диодами (рис. 6.19).
Рис. 6.19. Принципиальная схема соединения электролитических конденсаторов для использования их в качестве пусковых конденсаторов
