Способы включения трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть

Ситуации, когда необходимо произвести подключение трехфазного асинхронного электродвигателя в однофазную сеть возникают, довольно часто. Скажем, имеется циркулярная пила, насос, компрессор или еще какое-либо оборудование с питающим напряжением 380 В., которое надо приспособить для питания от бытовой розетки 220 вольт.

Разумеется, при этом придется произвести модернизацию привода и его системы управления. Причина этого заключается в том, что для работы асинхронного двигателя необходим главный элемент – вращающееся электромагнитное поле. В трехфазной сети оно создается очень легко благодаря сдвигу в 120 градусов между фазами. Поле вращается, наводит ЭДС в роторной обмотке, которая создает там электрический ток. Этот ток взаимодействует с полем, и ротор начинает вращаться.

Если же подключить статорные обмотки трехфазного двигателя к однофазной сети, то поле получится не вращающимся, а пульсирующим. В таком поле электромагнитный момент возникнуть не может, а двигатель не запустится.

Поэтому очевидно, что включать асинхронный трехфазный двигатель прямо в однофазную сеть нельзя. И для решения этой проблемы имеются разные способы:

Установка частотного преобразователя

Практически все производители современных частотных преобразователей, или, как их еще часто называют, инверторов, предлагают интересные модели, получающие питание от однофазной сети, но способные управлять трехфазным асинхронным двигателем. Мощность таких преобразователей, а, соответственно, и приводов, управляемых ими, не очень велика – до 6 кВт. Но необходимо помнить, что потребность в запуске трехфазного двигателя в однофазной сети возникает, как правило в быту, а бытовой электропривод мощностью более 6 кВт – очень большая редкость.

Простейшая схема управления трехфазным двигателем, включенным в однофазную сеть через ПЧ:

UZ - преобразователь частоты (инвертор);
L - "фаза" сети;
N - рабочий "ноль";
u, v, w - выводы для подключеия двигателя.

Реле в цепи дискретных входов ПЧ:

K1 - пуск двигателя;
K2 - реверс;
K3 - "вторая" скорость;
K4 - "третья" скорость.

Все преобразователи частоты устроены по одному общему принципу. Вначале они преобразовывают переменное напряжение сети в постоянное при помощи статического выпрямителя. Затем управляемый инвертор формирует из постоянного напряжения импульсы различной величины, частоты и продолжительности.

Эти импульсы распределяются по трем фазам двигателя и создают вращающееся электромагнитное поле статора. Управление преобразователем возможно либо с его съемной панели, либо посредством аналоговых или цифровых входов.

Таким образом, при помощи преобразователя можно подключить трехфазный электродвигатель в однофазную сеть и при этом в полной мере воспользоваться такими преимуществами частотно-регулируемого привода, как:

- высокий пусковой момент;
- сниженный пусковой ток;
- повышенный КПД;
- широкий диапазон регулирования скорости; - полный спектр встроенных защит электрооборудования привода.

Однако, у такой схемы включения трехфазного двигателя в сеть 220 вольт, конечно есть и недостатки:

- высокая стоимость преобразователя: стоимость ПЧ может в несколько раз превышать стоимость самого двигателя, поэтому, дешевым решением, эту схему назвать никак нельзя;
- низкая его ремонтопригодность;
- требовательность преобразователя к условиям эксплуатации, необходимость создания определенного микроклимата в помещении или шкафу, где он расположен.

Монтаж пусковой схемы с рабочим и пусковым конденсаторами

Из-за перечисленных недостатков частотных преобразователей большинство пользователей в быту отдает предпочтение рабочей схеме с конденсаторами. Идея проста и популярна: чтобы создать сдвиг фаз, необходимый для вращающегося электромагнитного поля, один из статорных выводов двигателя подключают к линии через конденсатор. Другой вывод подключается к «фазе» напрямую, а третий соединяется с рабочим нулевым проводником. Обмотки двигателя при этом обычно соединяются в «треугольник».

Для осуществления реверса на вывод, подключенный к конденсатору, подают не «фазу», а «ноль». Поскольку необходимая емкость конденсатора зависит от текущих оборотов двигателя, то в схеме пуска применяют два конденсатора, включенных параллельно. Один из них включается только на время разгона и емкость его в два раза больше емкости рабочего конденсатора.

Пусковой конденсатор может быть защищен сопротивлением - резистором на 200-300 Ом, включенным параллельно и обеспечивающим разряд обкладок после пуска. Номинальное напряжение конденсаторов для безотказной работы должно быть 500 вольт или более. Емкость рабочего конденсатора определяется по формуле:

где P – номинальная мощность двигателя, кВт.

Для нагруженных в момент пуска или имеющих мощность более 1,5 кВт асинхронных двигателей рекомендуется использовать помимо рабочего конденсатора дополнительный - только для пуска. Их емкость можно рассчитатьздесь.

При работе в однофазной сети с конденсаторами мощность двигателя снижается, в среднем на 40-50%. Ухудшаются и энергетические показатели, в частности КПД и коэффициент мощности. Но зато, схема с конденсаторами может быть собрана буквально «на коленке», без особых материальных затрат. Последнее достоинство конденсаторной схемы включения, в наше время, нередко оказывается решающим при выборе способа включения электродвигателя в однофазную сеть.