Очень часто приходится иметь дело с бытовыми и промышленными сетями переменного тока. Еще чаще можно услышать слова «фаза», «ноль», «звезда», «треугольник» применительно к электротехнике.

Многие что то знают или слышали об этом, но дать четкое разъяснение для этих понятий сможет даже не каждый электрик. Зачем двигатели делают на два напряжения? Например, 220/380В или 380/660В. И где брать эти напряжения, если сеть одна?

Получить ответы на эти и другие вопросы можно в результате знакомства с промышленными и бытовыми сетями переменного тока частотой 50 Гц.

Сети переменного тока

Большинство обывателей могут наблюдать пять проводов, идущих от столба к столбу вдоль улицы, от которых отходит по два провода к каждому индивидуальному дому. Что это за провода?

Эти провода представляют собой трехфазную сеть переменного тока. По ним движется ток синусоидальной формы. У синусоиды есть такая характеристика как фаза. Этот факт и дал трем проводам название фазных.

Четвертый провод называется нулевым. В идеальном случае напряжение на нулевом проводе должно быть равно нулю. Пятый провод предназначен для питания уличного освещения и не имеет отношения к трехфазной сети, хотя и запитан от нее.

В трехфазной сети напряжением 380 В разность потенциалов (напряжение) между фазными проводами будет равно 380 В, а между фазным и нулевым 220 В. Два провода, идущие к дому, это фазный и нулевой провода. Таким образом бытовые потребители получают 220 В. Именно на такое напряжение и рассчитаны все бытовые приборы.

В отличие от бытовых потребителей, промышленное оборудование рассчитано на питание от трех фазных проводов, напряжение между которыми равно 380 В.

Соединение обмоток в звезду и треугольник

Для расширения функциональных возможностей электродвигателей, их обмотки соединяются по схеме «звезда» Y или «треугольник» Δ. Свойства этих соединений будут рассмотрены ниже по тексту, а пока обратите внимание на схемы подключения, изображенные на рисунке 1.

Рис.1

На рисунке 1а изображена схема подключения обмоток двигателя звездой. Из схемы следует, что начала всех обмоток соединены в один узел, а к концам обмоток подведено три фазы.

Напряжение между концами обмоток составит 380 В. На каждую обмотку между ее началом и концом припадет 220 В.

Из рисунка 1б следует, что при схеме соединения треугольником, конец первой обмотки соединяется с началом второй, конец второй обмотки соединяется с началом третьей, а конец третьей обмотки соединяется с началом первой. Питающее напряжение подается в точки соединения обмоток.

Подключение трехфазного двигателя

Промышленные электродвигатели встречаются в трех модификациях:

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

Для работы двигателей всех трех модификаций необходимо четырехжильным кабелем подвести к клемнику 3 фазы и провод заземления. Сечение провода зависит от номинального тока двигателя и выбирается по специальным таблицам.

Проще всего подключить двигатель модификации 380 В. Его обмотки подключают к клемнику по схеме «звезда» (Y). Это имеет вид, изображенный на правой части рисунка 2. Начала обмоток двигателя соединены между собой перемычками. Концы обмоток выведены на отдельные клеммы. К концам обмоток подключают три фазы питающего кабеля. Четвёртый (нулевой) провод подсоединяют к корпусу двигателя винтом со знаком «заземление».

Рис.2

Преимуществом такого подключения является его простота и максимальный КПД. Но такой двигатель невозможно подключить к однофазной сети.

Двигатель модификации 220/380 В имеет шесть выводов в клемной коробке. В коробку выведены начала и концы всех трех обмоток. При работе от трехфазной сети он подключается звездой (см. рис.2 правая половина).

Такое подключение позволяет работать с максимальным КПД, устойчиво и надежно. Необходимость в переключении со звезды на треугольник (см. далее) отсутствует, в связи с незначительной мощностью двигателей такой модификации.

Большим плюсом этих двигателей считается возможность подключения их к однофазной сети переменного тока 220 В по схеме «треугольник» с фазосдвигающим конденсатором.

Рис.3 Схема подключения трехфазного двигателя к однофазной сети через

фазосдвигающий конденсатор.

Двигатели модификации 380/660 В имеют шесть выводов в клемной коробке. Это те же начала и концы все трех обмоток.  Особенностью таких двигателей является возможность переключения обмоток со схемы «звезда» на схему «треугольник». Реализацию такой возможности можно увидеть на рисунке 4.

Рис.4

Такое переключение необходимо для облегчения пуска мощных электродвигателей, особенно, если они работают в приводах с большим моментом сопротивления на пусковых режимах.

Практические советы по подключению трехфазного двигателя к однофазной сети

Такие задачи чаще всего возникают у людей, находящихся в дачной и сельской местности, когда возникает необходимость механизации трудоемких процессов.  Это может быть потребность в самодельном точильном или сверлильном станке, замена сгоревшего штатного двигателя в зернодробилке и еще десятки вариантов.

Обмотки двигателя модификации 220/380 В подключают «треугольником», к ним собирают схему, изображенную на рисунке 5.

Рис. 5

Где:

М - электродвигатель, FU - плавкие предохранители, SA – переключатель реверса, Сп - пусковой конденсатор, Ср - рабочий конденсатор.

Расчет емкости рабочего конденсатора можно сделать по облегченной формуле C = 70•Pн, где Pн - номинальная мощность электродвигателя в кВт. А еще проще выбрать из соображения 7мкФ на каждые 100 Вт мощности электродвигателя.

Важно

Рабочее напряжение конденсаторов, работающих в этой схеме должно быть не менее чем в 1,4 раза выше фазного т.е. 220 В х 1,4 = 308 В. В идеале необходимо брать конденсаторы с рабочим напряжением 400 В.

Подбор конденсатора не заканчивается расчетом по формуле. Очень важно проверить правильность выбора в конкретном рабочем режиме путем замера рабочего тока. Он должен быть максимально близок к номинальному. В противном случае – либо перегрев, либо большая потеря мощности.

Емкость пускового конденсатора очень зависит от условий пуска и трудно поддается расчетам. На практике поступают следующим образом: берут конденсатор емкостью 150% рабочего конденсатора и корректируют по результатам запуска.

Лайфхак

В приводах с легким пуском можно вообще обойтись без пускового конденсатора. Например, наждак можно запустить, крутанув за камень рукой или дернув за шнур, намотанный на вал.

Читать: Пуск центробежных вентиляторов. Часть 1 – Защита асинхронных двигателей