Дуже часто доводиться мати справу з побутовими та промисловими мережами змінного струму. Ще частіше можна почути слова «фаза», «нуль», «зірка», «трикутник» стосовно електротехніки.

Багато хто щось знає або чув про це, але дати чітке роз'яснення для цих понять зможе навіть не кожен електрик. Навіщо двигуни роблять на дві напруги? Наприклад, 220/380В чи 380/660В. І де брати цю напругу, якщо мережа одна?

 

Отримати відповіді на ці та інші питання можна в результаті знайомства з промисловими та побутовими мережами змінного струму частотою 50 Гц.

Мережі змінного струму

Більшість обивателів можуть спостерігати п'ять проводів, що йдуть від стовпа до стовпа вздовж вулиці, від яких відходить по два дроти до кожного індивідуального будинку. Що це за дроти?

Ці дроти є трифазною мережею змінного струму. По них рухається струм синусоїдальної форми. У синусоїди є така характеристика, як фаза. Цей факт і дав трьом проводам назву фазних.

Четвертий провід називається нульовим. В ідеальному випадку напруга на нульовому дроті повинна дорівнювати нулю. П'ятий провід призначений для живлення вуличного освітлення і не має відношення до трифазної мережі, хоч і живиться від неї.

У трифазній мережі напругою 380 В різниця потенціалів (напруга) між фазними проводами дорівнює 380 В, а між фазним і нульовим 220 В. Два проводи, що йдуть до будинку, це фазний і нульовий проводи. Таким чином, побутові споживачі отримують 220 В. Саме на таку напругу і розраховані всі побутові прилади.

На відміну від побутових споживачів, промислове обладнання розраховане на живлення від трьох фазних проводів, напруга між якими дорівнює 380 В.

З'єднання обмоток у зірку та трикутник

Для розширення функціональних можливостей електродвигунів їх обмотки з'єднуються за схемою «зірка» Y або «трикутник» & Delta;. Властивості цих з'єднань будуть розглянуті нижче за текстом, а поки що зверніть увагу на схеми підключення, зображені на малюнку 1.

Мал.1

На малюнку 1а зображено схему підключення обмоток двигуна зіркою. Зі схеми випливає, що початки всіх обмоток з'єднані в один вузол, а до кінців обмоток підведено три фази.

Напруга між кінцями обмоток складе 380 В. На кожну обмотку між її початком і кінцем припаде 220 В.

З малюнка 1б слід, що з схемі з'єднання трикутником, кінець першої обмотки з'єднується з початком другої, кінець другої обмотки з'єднується з початком третьої, а кінець третьої обмотки з'єднується з початком першої. Напруга живлення подається в точки з'єднання обмоток.

Підключення трифазного двигуна

Промислові електродвигуни зустрічаються у трьох модифікаціях:

  • 380 В;
  • 220/380 В;
  • 380/660 Ст.

Для роботи двигунів усіх трьох модифікацій необхідно чотирижильним кабелем підвести до клемника 3 фази та провід заземлення. Перетин дроту залежить від номінального струму двигуна та вибирається за спеціальними таблицями.

Найпростіше підключити двигун модифікації 380 В. Його обмотки підключають до клемника за схемою «зірка» (Y). Це має вигляд, зображений на правій частині малюнка 2. Початки обмоток двигуна з'єднані між собою перемичками. Кінці обмоток виведені окремі клеми. До кінців обмоток підключають три фази кабелю живлення. Четвертий (нульовий) провід приєднують до корпусу двигуна гвинтом зі знаком «заземлення».

Мал.2

Перевагою такого підключення є його простота та максимальний ККД. Але такий двигун неможливо підключити до однофазної мережі.

Двигун модифікації 220/380 має шість висновків в клемній коробці. У коробку виведені початки та кінці всіх трьох обмоток. Під час роботи від трифазної мережі він підключається зіркою (див. рис.2 права половина).

Таке підключення дозволяє працювати з максимальним ККД, стійко та надійно. Необхідність перемикання з зірки на трикутник (див. далі) відсутня, у зв'язку з незначною потужністю двигунів такої модифікації.

Великим плюсом цих двигунів вважається можливість підключення їх до однофазної мережі змінного струму 220 В за схемою «трикутник» з фазозсувним конденсатором.

Мал.3 Схема підключення трифазного двигуна до однофазної мережі через

фазозсувний конденсатор.

Двигуни модифікації 380/660 мають шість висновків в клемній коробці. Це ті ж початки та кінці всіх трьох обмоток.  Особливістю таких двигунів є можливість перемикання обмоток зі схеми «зірка» на схему «трикутник». Реалізацію такої можливості можна побачити малюнку 4.

Мал.4

Таке перемикання необхідне для полегшення пуску потужних електродвигунів, особливо якщо вони працюють у приводах з великим моментом опору на пускових режимах.

Практичні поради щодо підключення трифазного двигуна до однофазної мережі

Такі завдання найчастіше виникають у людей, які перебувають у дачній та сільській місцевості, коли виникає необхідність механізації трудомістких процесів.  Це може бути потреба в саморобному точильному або свердлильному верстаті, заміна згорілого штатного двигуна в зернодробилці та ще десятки варіантів.

Обмотки двигуна модифікації 220/380 В підключають «трикутником», до них збирають схему, зображену на малюнку 5.

Мал. 5

Де:

М - електродвигун, FU - плавкі запобіжники, SA – перемикач реверсу, Сп - пусковий конденсатор, Ср - робочий конденсатор.

Розрахунок ємності робочого конденсатора можна зробити за полегшеною формулою C = 70•Pн, де Pн - номінальна потужність електродвигуна в кВт. А ще простіше вибрати із міркування 7мкФ на кожні 100 Вт потужності електродвигуна.

Важливо

Робоча напруга конденсаторів, що працюють у цій схемі має бути не менше ніж у 1,4 рази вище фазного тобто. 220 В х 1,4 = 308 В. В ідеалі необхідно брати конденсатори з робочою напругою 400 В.

Підбір конденсатора не закінчується розрахунком за формулою. Дуже важливо перевірити правильність вибору у конкретному робочому режимі шляхом вимірювання робочого струму. Він має бути максимально близький до номінального. В іншому випадку – або перегрів, або велика втрата потужності.

Ємність пускового конденсатора залежить від умов пуску і важко піддається розрахункам. На практиці надходять так: беруть конденсатор ємністю 150% робочого конденсатора і коригують за результатами запуску.

Лайфхак

У приводах з легким пуском можна взагалі обійтися без пускового конденсатора. Наприклад, наждак можна запустити, крутнувши за камінь рукою або смикнувши за шнур, намотаний на вал.

Читати: Пуск відцентрових вентиляторів. Частина 1 - Захист асинхронних двигунів