Подключение электродвигателя

Подключение электродвигателя

Конструкция электродвигателя

Центральный процесс функционирования электрического двигателя постоянного тока (коротко ДПТ) – нагнетание крутящего момента за счет напряжения, подаваемого на роторные катушки. Процесс становится возможным благодаря 4 конструктивным элементам:

• коллектору;
• щеточному механизму (2 щетки + 2 пластины/ламели);
• ротору электрического двигателя (якорь, в синхронном двигателе имеет 1 обмотку);
• статору, на котором устанавливаются магниты (в электродвигателях постоянного тока – постоянные).

Ротор

Ротор – подвижный элемент электрического двигателя, запускаемый магнитным полем, совершает вращательные движения вместе с валом. Имеет минимум 3 зуба, один из которых стабильно попадает в область подключения.

Коллектор электродвигателя

Ротор переключается автоматически. За эту функцию отвечает коллектор – конструкция из двух ламелей, закрепленных на роторном валу и двух щеток, выполняющих функцию токосъемных контактов (обеспечивают подачу постоянного тока на ламели). Принцип работы такой:

• ротор вращается, меняя направление тока;
• когда якорь совершает поворот на 180 градусов, ламели меняются местами;
• при смене позиций пластин меняется и направление тока, и (соответственно) полюсы магнита;
• одноименные полюсы, подчиняясь законам физики, взаимно отталкиваются – катушка вращается, ее полюсы притягиваются к противоположным полюсам на другой стороне магнита.

Статор электрического двигателя

Статор – стационарный или неподвижный блок электродвигателя. Другое название – индуктор. Он включает несколько обмоток со сменяемой полярностью (при прохождении переменного тока), что и обеспечивает образование магнитного поля. В большинстве случаев статор имеет 2 пары основных полюсов, но может включать и вспомогательные для лучшего переключения ротора на коллекторе.

Условия для подключения электродвигателя

Основным условием для нормальной работы трехфазных двигателей является стабильность напряжения и тока в каждой из фаз электрической сети. Обрыв хотя бы одной фазы приведет к тому, что двигатель потеряет значительную часть мощности и при нагрузке на валу свыше 50 % нормативной остановится и выйдет из строя. Пуск на двух фазах возможен только при полном отсутствии нагрузки и только в то время, когда ротор сохраняет хотя бы небольшую угловую скорость.

Асинхронный двигатель

К сведению! В момент пуска асинхронный двигатель потребляет ток, в 3-5 раз превышающий номинальный до тех пор, пока ротор не наберет определенные обороты. Это явление исходит из принципа работы двигателя.

Таким образом, если в рабочем режиме ток двигателя позволяет использовать обычные автоматические выключатели, то для обеспечения нормального пуска коммутацию следует производить через мощный контактор (магнитный пускатель).

Магнитный пускатель

В отдельных случаях возможно подключение трехфазного двигателя в бытовую однофазную сеть. При этом сильно падают мощностные характеристики. Такая ситуация возникает очень часто, когда необходимо использовать промышленный привод в бытовых условиях. Используя специальную схему включения, обеспечивают нормальную работу мотора с учетом снижения мощности.

Подключение трехфазного электродвигателя

Асинхронные электродвигатели (АД) обладая рядом безусловных достоинств (надежность, высокая ремонтопригодность, прочность, не затратное ТО) к тому же являются более энергоэффективными . Рассмотрим схемы подключения электродвигателя 380В. Стоит заметить, что присоединить мотор представляется реальным даже к сети 220В, используя цепь на конденсаторах, но это послужит причиной существенного падения мощности, а потому нецелесообразно, такой способ в статье рассматриваться не будет. В этой статье мы рассмотрим способы подключения электромотора для достижения его максимальной мощности и производительности, при этом будет обеспечена его сохранность с технической точки зрения. 

Схемы подключения электродвигателя

Основные способы присоединения обмоток трёхфазного АД - подключение электродвигателя «звездой» («З») и подключение электродвигателя «треугольником» («Т»). В электродвигателях присутствуют три обмотки, которые соединяются между собой или так, что все сходятся в одной точке, или последовательно друг за другом. К свободным концам обмоток подаются разноименные фазы. Если на шильдике электродвигателя указана возможность соединения и «звездой» и «треугольником», его можно подключать к напряжениям 220В и 380В. Обмотки мотора соединяются «треугольником» для напряжения 220В, а «звездой» для напряжения 380В.

Важно, что при подключении электродвигателя 380 В «звездой» результатом является более мягкий запуск эл двигателя , чем при подключении «треугольником». Если вы хотите выжать из АД полную мощность – понадобится включить его «треугольником». Мощность, таким образом, существенно возрастет (практически в полтора раза), по отношению к схеме подключения трехфазного электродвигателя «З». Помните, что тут есть свои подводные камни: возросшая мощность способствует тому, что в малых/средних оборотах ток увеличивается. Изначально электродвигатели предусмотрены для работы непосредственно от источника тока, но что бы увеличить срок эксплуатации можно дополнительно включить в электрическую цепь устройство плавного пуска. Это в финансовом плане не выгодно, но с точки зрения дополнительной защиты электродвигателя и увеличения его срока службы абсолютно обусловлено и прагматично. 

Принципиальные схемы довольно просты. На Рис.2 представлены схемы подключения «З» и «Т».

Рис. 2. Схемы включения обмоток АД «звезда» и «треугольник».

Выше уже было сказано: каждый из этих способов подключения имеет свои достоинства и недостатки. Хотелось бы их совместить между собой. Это реально осуществить, используя схему включения «звезда–треугольник». Этот метод пуска совмещает в себе уменьшение пускового тока и стартового крутящего момента, при этом двигатель должен в нормальном режиме работы иметь соединение «треугольником». Эта схема рекомендована для подключения электродвигателей большой мощности, поскольку изначальное подключение такого мотора треугольником создаст высокие пусковые токи. При таком включении пусковой ток составляет 30% от возникающего при прямой подаче напряжения, а крутящий момент на 25% меньше стартового при такой же подаче. К примеру при пуске насосов и вентиляторов в начале работы крутящий момент невысок и возрастает пропорционально квадрату скорости. Однако если электродвигатель имеет на валу механическую нагрузку, его подключение комбинированной схемой крайне не рекомендуется.
Как эта схема работает: первоначальный пуск осуществляется по сх. «З», благодаря этому у нас получается мягкий прием, следовательно, снижается выработка двигателя на износ, далее происходит машинальное переподключение по сх. «Т», что позволяет выжать полную мощность из мотора.

Прежде чем приступать непосредственно к подключению, давайте разберем, какое электрооборудование нам для этого необходимо. Прежде всего, это автоматический выключатель, номинальный ток которого соответствует, либо немного выше номинального тока электродвигателя.

Следующим коммутационным аппаратом является уже упоминавшийся нами пускатель. В зависимости он номинального тока пускатели разделяются на изделия 1, 2 и т. д. до 8-ой величины. Для нас важно, чтобы номинальный ток пускателя был не меньше, чем номинальный ток электродвигателя.

Далее нам понадобится кнопочный пост на две кнопки. Пускатель управляется при помощи кнопочного поста. Он может быть двух видов. С кнопками «Пуск» и «Стоп» и с кнопками «Вперед», «Стоп» и «Назад». Если у нас не используется реверс, то нам необходим кнопочный пост на две кнопки и наоборот.

Кроме указанных аппаратов нам потребуется кабель соответствующего сечения. Так же желательно, но не обязательно, установка амперметра хотя бы на одну фазу, для контроля тока двигателя.

Обратите внимание! Вместо автомата вполне возможно применение предохранителей. Только их номинальный ток должен соответствовать номинальному току двигателя. А также должен учитывать пусковой ток, который у разных типов двигателей колеблется от 6 до 10 крат от номинального.

• Теперь приступаем непосредственно к подключению. Его условно можно разделить на два этапа. Первый это подключение силовой части, и второй — подключение вторичных цепей. Силовые цепи – это цепи, которые обеспечивают связь двигателя с источником электрической энергии. Вторичные цепи необходимы для удобства управления двигателем.
• Для подключения силовых цепей нам достаточно подключить вывода двигателя с первыми выводами пускателя, выводы пускателя с выводами автоматического выключателя, а сам автомат с источником электрической энергии.

Обратите внимание! Подключение фазных выводов к контактам пускателя и автомата не имеют значения. Если после первого пуска мы определим, что вращение неправильное, мы сможем легко его изменить. Цепь заземления двигателя подключается помимо всех коммутационных аппаратов.

Схема подключения первичных и вторичных цепей схемы включения электродвигателя

Теперь рассмотрим более сложную схему вторичных цепей. Для этого нам, прежде всего, как на видео, следует определиться с номинальными параметрами катушки пускателя. Она может быть на напряжение 220В или 380В.

Так же следует разобраться с таким элементом, как блок-контакты пускателя. Данный элемент имеется практически на всех типах пускателей, а в некоторых случаях он может приобретаться отдельно с последующим монтажом на корпус пускателя.

Расположение элементов пускателя

• Эти блок-контакты содержат набор контактов – нормально закрытых и нормально открытых. Сразу предупредим – не пугайтесь в этом нет ничего сложного. Нормально закрытым называется контакт, который при отключенном положении пускателя – замкнут. Соответственно нормально открытый контакт в этот момент разомкнут.
• При включении пускателя нормально закрытые контакты размыкаются, а нормально открытые контакты замыкаются. Если мы говорим за электродвигатель трехфазный асинхронный и подключение его к электрической сети, то нам необходим нормально открытый контакт.
• Такие контакты есть и на кнопочном посту. Кнопка «Стоп» имеет нормально закрытый контакт, а кнопка «Пуск» нормально открытый. Сначала подключаем кнопку «Стоп».
• Для этого соединяем один провод с контактами пускателя между автоматическим выключателем и пускателем. Его подключаем к одному из контактов кнопки «Стоп». От второго контакта кнопки должно отходить сразу два провода. Один идет к контакту кнопки «Пуск», второй к блок-контактам пускателя.

Подключение кнопки «Пуск» и «Стоп»

• От кнопки «Пуск» прокладываем провод к катушке пускателя, туда же подключаем провод от блок-контактов пускателя. Второй конец катушки пускателя подключаем либо ко второму фазному проводу на силовых контактах пускателя, при использовании катушки на 380В, либо он подключается к нулевому проводу, при использовании катушки на 220В.
• Все, наша схема прямого включения асинхронного двигателя готова к использованию. После первого включения проверяем направление вращения двигателя и если вращение неправильное, то просто меняем местами два силовых провода на выводах пускателя.

Схема реверсивного включения электродвигателя

Распространенным вариантом подключения асинхронного электродвигателя является вариант с использованием реверса. Такой режим может потребоваться в случаях, когда необходимо изменять направление вращения двигателя в процессе эксплуатации.

• Для создания такой схемы нам потребуются два пускателя из-за чего цена такого подключения несколько возрастает. Один будет включать двигатель в работу в одну сторону, а второй в другую. Тут очень важным моментом является недопустимость одновременного включения обоих пускателей. Поэтому нам необходимо во вторичной схеме предусмотреть блокировку от таких включений.
• Но сначала давайте подключим силовую часть. Для этого, как и приведенном выше варианте, подключаем от автомата пускатель, а от пускателя — двигатель.
• Единственным отличием будет подключение еще одного пускателя. Его подключаем к вводам первого пускателя. При этом важным моментом будет поменять местами две фазы, как на фото.

Схема реверсивного подключения электродвигателя с катушкой пускателя на 220В

• Вывода второго пускателя просто подключаем к выводам первого. Причем здесь уже ничего не меняем местами.
• Ну, а теперь, переходим к подключению вторичной схемы. Начинается все опять с кнопки «Стоп». Ее подключаем к одному из приходящих контактов пускателя – неважно первого или второго. От кнопки «Стоп» у нас вновь идут два провода. Но теперь один к контакту 1 кнопки «Вперед», а второй к контакту 1 кнопки «Назад».

Схема реверсивного подключения электродвигателя с катушкой пускателя на 220В

• Дальнейшее подключение приводим по кнопке «Вперед» — по кнопке «Назад» оно идентично. К контакту 1 кнопки «Вперед» подключаем контакт нормально открытого контакта блок-контактов пускателя. Каламбур, но точнее не скажешь. К контакту 2 кнопки «Вперед» подключаем провод от второго контакта блок-контактов пускателя.
• Туда же подключаем провод, который пойдет к нормально закрытому контакту блок-контактов пускателя номер два. А уже от этого блок-контакта он подключается к катушке пускателя номер 1.  Второй конец катушки подключается к фазному или нулевому проводу в зависимости от класса напряжения.
• Подключение катушки второго пускателя производится идентично, только ее мы подводим к блок-контактам первого пускателя. Именно это обеспечивает блокировку от включения одного пускателя, при подтянутом положении второго.

Подключение с помощью фазосдвигающего конденсатора (искусственный фазовый метод)

Наиболее распространённый и простой способ подключения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть – это способ с применением фазосдвигающего конденсатора, через который запитывается третья обмотка электродвигателя. 

Существуют пусковые и так называемые рабочие конденсаторы, которые постоянно задействованы во время работы двигателя. Основной задачей рабочих конденсаторов является обеспечение оптимальной нагрузочной способности двигателя. Нормальная работа трехфазного электродвигателя во многом зависит от правильного выбора конденсатора.

Схема подключения трехфазного двигателя в сеть через автоматический выключатель

Поэтому более подробно общий случай будет выглядеть так:

Подключение двигателя через автоматический выключатель. ПРАКТИЧЕСКАЯ СХЕМА

На схеме показан защитный автомат, который защищает двигатель от перегрузки по току (“прямоугольный” изгиб питающих линий) и от короткого замыкания (“круглые” изгибы). Под защитным автоматом я подразумеваю обычный трехполюсный автомат с тепловой характеристикой нагрузки С или D.

Напомню, чтобы ориентировочно выбрать (оценить) необходимый тепловой ток уставки тепловой защиты, надо номинальную мощность трехфазного двигателя (указана на шильдике) умножить на 2.

Защитный автомат для включения электродвигателя. Ток 10А, через такой можно включать двигатель мощностью 4 кВт. Не больше и не меньше.

Схема 3 имеет право на жизнь (по бедности или незнанию местных электриков).

Она прекрасно работает, так же, как по многу лет может работать скрутка меди с алюминием. И в один “прекрасный” день сгорит скрутка. Или сгорит двигатель.

Если уж использовать такую схему, надо тщательно подобрать ток автомата, чтобы он был на 10-20% больше рабочего тока двигателя. И характеристику теплового расцепителя выбирать D, чтобы при тяжелом пуске автомат не срабатывал.

Например, движок 1,5 кВт. Прикидываем максимальный рабочий ток – 3А (реальный рабочий может быть меньше, надо измерять).  Значит, трехполюсный автомат надо ставить на 3 или 4А, в зависимости от пускового тока.

Плюс этой схемы подключения двигателя – цена и простота исполнения и обслуживания. Например, там, где один двигатель, и его включают вручную на всю смену. Минусы такой схемы с включением через автомат –

• Невозможность регулировать тепловой ток срабатывания автомата. Для того, чтобы надежно защитить двигатель, ток отключения защитного автомата должен быть на 10-20% больше номинального рабочего тока двигателя. Ток двигателя надо периодически измерять клещами и при необходимости подстраивать ток срабатывания тепловой защиты. А возможности подстройки у обычного автомата нет.
• Невозможность дистанционного и автоматического включения/выключения двигателя.

Эти недостатки можно устранить, в схемах ниже будет показано как.

Подключение трехфазного асинхронного двигателя через преобразователь частоты

Для подключения трехфазных двигателей к сети 220В применяются однофазные ПЧ. Хотя, это не самый бюджетный вариант, но частотник позволяет преобразовывать переменное напряжение частотой 50 Гц в напряжение с частотой от 0 Гц до 1 кГц, к тому же импульсное. Благодаря этому появляется возможность осуществить плавный пуск двигателя и регулировать частоту оборотов.

В некоторых ПЧ есть функция построения модели двигателя и преобразователь сам выставляет нужные параметры для работы. 

Для подключения частотного преобразователя к двигателю применяют экранированные кабели, рекомендованным производителем марок, сечением, отвечающем мощности выбранного ПЧ. Подключение осуществляется через емкостные входы преобразователя, внешние конденсаторы при этом не нужны.

Как подключить однофазный электродвигатель на 220 вольт

Схема подключения коллекторного электродвигателя на 220 вольт

Подключение электродвигателя 220 вольт с пусковой обмоткой

Внимание!

• Такая схема исключает блок электроники, а следовательно – мотор сразу же с момента старта, будет работать на полную мощность – на максимальных оборотах, при запуске буквально срываясь с силой от пускового электротока, который вызывает искры в коллекторе;
• существуют электромоторы с двумя скоростями. Их можно определить по трем концам в статоре, выходящим из обмотки. В этом случае скорость вала при подключении уменьшается, а риск деформации изоляции при старте – увеличивается;
• направление вращения можно изменить, для этого следует поменять местами окончания подключения в статоре или якоре.

Схема подключения электродвигателя 380 на 220 вольт с конденсатором

Есть еще один вариант подключения электродвигателя мощность в 380 Вольт, который приходит в движение без нагрузки. Для этого также необходим конденсатор в рабочем состоянии.

Один конец подключается к нулю, а второй — к выходу треугольника с порядковым номером три. Чтобы изменить направление вращения электромотора, стоит подключить его к фазе, а не к нулю.

Схема подключения электродвигателя 220 вольт через конденсаторы

В случае когда мощность двигателя более 1,5 Киловатта или он при старте работает сразу с нагрузкой, вместе с рабочим конденсатором необходимо параллельно установить и пусковой. Он служит увеличению пускового момента и включается всего на несколько секунд во время старта. Для удобства он подключается с кнопкой, а все устройство — от электропитания через тумблер или кнопку с двумя позициями, которая имеет два фиксированных положения. Для того чтобы запустить такой электромотор, необходимо все подключить через кнопку (тумблер) и держать кнопку старта, пока он не запустится. Когда запустился – просто отпускаем кнопку и пружина размыкает контакты, отключая стартер

Специфика заключается в том, что асинхронные двигатели изначально предназначаются для подключения к сети с тремя фазами в 380 В или 220 В.

Важно! Для того чтобы подключить однофазный электромотор в однофазную сеть, необходимо ознакомиться с данными мотора на бирке и знать следующее:

Р = 1,73 * 220 В * 2,0 * 0,67 = 510 (Вт) расчет для 220 В

Р = 1,73 * 380 * 1,16 * 0,67 =510,9 (Вт) расчет для 380 В

По формуле становится понятно, что электрическая мощность превосходит механическую. Это необходимый запас для компенсации потерь мощности при старте — создании вращающего момента магнитного поля.

Существуют два типа обмотки — звездой и треугольником. По информации на бирке мотора можно определить какая система в нем использована.

Это схема обмотки звездой

Красные стрелки — это распределение напряжения в обмотках мотора, говорит о том, что на одной обмотке распределяется напряжение единичной фазы в 220 В, а двух других — линейного напряжения 380 В. Такой двигатель можно приспособить под однофазную сеть по рекомендациям на бирке: узнать для какого напряжения созданы обмотки, можно соединять их звездой или треугольником.

Схема обмотки треугольником проще. По возможности лучше применить ее, так как двигатель будет терять мощность в меньшем количестве, а напряжение по обмоткам всюду будет равно 220 В.

Это схема подключения с конденсатором асинхронного двигателя в однофазную сеть. Включает рабочие и пусковые конденсаторы.

Пример:

• применяем конденсаторы, ориентируясь на напряжение, минимум 300 или 400 В;
• емкость рабочих конденсаторов набирается путем параллельного их соединения;
• вычисляем таким образом: каждые 100 Вт — это еще 7 мкФ, учитывая, что 1 кВт равен 70 мкФ;
• это пример параллельного соединения конденсаторов
• емкость для пуска должна превышать в три раза емкость рабочих конденсаторов.

Важно! Если при старте не отключить вовремя пусковые конденсаторы, когда мотор наберет стандартные для него обороты, они приведут к большему перекосу по току во всех обмотках, что попросту заканчивается перегревом электромотора.