Схемы подключения электродвигателя — обзор основных способов и типовых схем подсоединения двигателя через пускатель

Практически ежедневно мы сталкиваемся с одним и тем же вопросом от наших клиентов: «как подключить электродвигатель к сети питания?»

Самый простой и надежный способ – обратиться к нормальному электрику и не экономить на этом, т.к. зачастую, пытаясь сэкономить, приглашают «дядю Васю», или других отзывчивых «специалистов», которые рядом, но на самом деле слабо понимают, что происходит. В лучшем случае, эти «профи» звонят и спрашивают – правильно ли я подключаю. Тут ещё есть шанс не спалить двигатель. Сразу становится понятна квалификация «электрика», когда задают такие вопросы, от которых можно просто впасть в ступор (так как именно этому и учат электриков).

Например: — зачем шесть контактов в двигателе? — а почему контактов всего три? — что такое «звезда» и «треугольник»? — а почему, когда я подключаю трехфазный насос и ставлю поплавковый выключатель, который рвёт одну фазу, двигатель не останавливается? — а как измерить ток в обмотках? — что такое пускатель? и т.п.

Если ваш электрик задаёт такие вопросы, то нужно его отправить туда, откуда он пришёл. Иначе всё закончится сгоревшим электродвигателем, потерей денег, времени, дорогостоящим ремонтом. Давайте попробуем разобраться в схемах подключения электродвигателя к электропитанию. Для начала нужно понимать, что существуют несколько популярных типов сетей переменного тока:

1. Однофазная сеть 220 В, 2. Трехфазная сеть 220 В (обычно используется на кораблях), 3. Трехфазная сеть 220В/380В, 4. Трехфазная сеть 380В/660В. Есть ещё на напряжение 6000В и некоторые другие редкие, но их рассматривать не будем.

В трёхфазной сети обычно есть 4 провода (3 фазы и ноль). Может быть ещё отдельный провод «земля». Но бывают и без нулевого провода.

Как определить напряжение в вашей сети? Очень просто. Для этого нужно измерить напряжение между фазами и между нулём и фазой.

В сетях 220/380 В напряжение между фазами (U1, U2 и U3) будет равно 380 В, а напряжение между нолём и фазой (U4, U5 и U6) будет равно 220 В. В сетях 380/660В напряжение между любыми фазами (U1, U2 и U3) будет равно 660В, а напряжение между нулем и фазой (U4, U5 и U6) будет равно 380 В.

Принцип работы электродвигателя

Вместе с батареями электродвигатель образует систему, преобразующую электрическую энергию в механическую для движения. Можно с уверенностью сказать, что он представляет собой сердце автомобиля или электромобиля, технического оборудования самого разного плана.

В его конструкции присутствуют статор, ротор (может быть внутренний и внешний), щеточно-контактный и подшипниковый узлы, вентилятор. Все это заключено в кожух.

Для своих целей можно использовать разные типы электродвигателей. Это могут быть синхронные и асинхронные двигатели, одно- и трехфазные, типа BLDC. Они имеют разную мощность, рассчитаны на разные условия подключения и эксплуатации.

Электродвигатель должен:

• Уметь развивать значительный крутящий момент, начиная с нулевой скорости;
• Обеспечить значительные пиковые мощности, чтобы обеспечить беспроблемную работу при экстремальных нагрузках и скачках напряжения в сети;
• Иметь максимально простую систему управления;
• Быть легким и компактным;
• Стоит относительно недорого;
• Имеют высокий КПД;
• Действовать как генератор при замедлении транспортного средства.

Таким образом, идеальный двигатель должен иметь превосходные характеристики, такие как высокий пусковой крутящий момент, высокую удельную мощность и хорошую энергоэффективность.

Чтобы двигатель заработал, существует несколько схем подключения, самые распространенные среди них — звезда и треугольник.

Нормативные документы

Учитывая большое количество электроэлементов, для их буквенно-цифровых (далее БО) и условно графических обозначений (УГО) был разработан ряд нормативных документов исключающих разночтение. Ниже представлена таблица, в которой представлены основные стандарты.

Таблица 1. Нормативы графического обозначения отдельных элементов в монтажных и принципиальных электрических схемах.

Следует учитывать, что элементная база со временем меняется, соответственно вносятся изменения и в нормативные документы, правда это процесс более инертен. Приведем простой пример, УЗО и дифавтоматы широко эксплуатируются в России уже более десятка лет, но единого стандарта по нормам ГОСТ 2.755-87 для этих устройств до сих пор нет, в отличие от автоматических выключателей. Вполне возможно, в ближайшее время это вопрос будет урегулирован. Чтобы быть в курсе подобных нововведений, профессионалы отслеживают изменения в нормативных документах, любителям это делать не обязательно, достаточно знать расшифровку основных обозначений.

Запуск трехфазных двигателей

Пуск со звезды на треугольник используется в трехфазных двигателях, оборудованных клеммной колодкой с шестью выводами для начала и конца обмотки, что позволяет подключать обмотки двигателя как звездой, так и треугольником.

Треугольник

Соединение треугольником состоит в соединении конца обмотки данной фазы с началами обмотки следующей фазы. Соединенные таким образом обмотки образуют замкнутую цепь и по внешнему виду напоминают треугольник.

Затем общие точки обмоток подключаются к следующим фазам питающей сети. Это соединение вообще не использует нейтральную точку. При соединении по схеме треугольник каждая обмотка имеет межфазное напряжение, обычно оно составляет 400 В.

• Когда обмотки двигателя соединены треугольником, ток, потребляемый двигателем из сети, в 3 раза превышает ток, потребляемый при соединении звездой. Кроме того, электромагнитный крутящий момент и, следовательно, мощность двигателя в этом случае в три раза выше.
• Используя переключатель звезда-треугольник, мы можем запустить двигатель, соединенный звездой, что снизит потребление тока от сети, а затем, когда двигатель достигнет соответствующей скорости вращения, необходимо переключить обмотки статора в треугольник, чтобы двигатель мог обеспечить требуемую мощность.
• В старых решениях переключение обычно производилось вручную оператором, в настоящее время для этой цели используются специальные контакторы и релейные системы, которые переключаются автоматически через заданное время.

Соединение обмоток двигателя треугольником должно соответствовать номинальному напряжению питающей сети. При питании двигателя от трехфазной сети номинальным напряжением 400 В соединение обмоток в треугольник соответствует напряжению 400 В, а при соединении звездой напряжение питания понижается на корень из трех. Это означает, что при соединении звездой напряжение будет в 1,7 раза ниже номинального напряжения питающей сети.

Звезда

Соединение звездой — это соединение концов всех трех обмоток с одной общей точкой, а остальных трех концов с последовательными фазами питающей сети.

Таким образом, каждая из обмоток статора соединяется одним концом с нейтральным проводом (нейтралью), а другим концом — с фазным проводом.

Следовательно, каждая из этих обмоток имеет фазное напряжение. Обычно он не используется для подключения всех обмоток к нейтрали, поскольку в этом нет необходимости.

• Пусковой крутящий момент трехфазного двигателя, подключенного звездой, значительно меньше, чем у прямого пуска, примерно 50% от номинального крутящего момента.
• Запуск с пониженным напряжением питания и, следовательно, с пониженным пусковым моментом, вызывает также снижение пускового тока, который обычно находится в диапазоне от 1,8 до 2,6 номинального тока в зависимости от типа двигателя и типа нагрузки.
• Существенным ограничением в использовании этого метода является низкий пусковой момент, поэтому этот метод может использоваться только тогда, когда механическая нагрузка двигателя во время пуска мала, или нагрузка увеличивается с более высокой скоростью, близкой к номинальной. скорость.
• Эта нагрузка характерна для вентиляторов, насосов и центрифуг.

Принцип действия

Принцип действия электродвигателя демонстрирует простейший опыт, который всем нам показывали в школе — вращение рамки с током в поле постоянного магнита.

Рамка с током — это аналог ротора, неподвижный магнит — статор. Если в рамку подать ток, она повернется перпендикулярно направлению магнитного поля и застынет в этом положении. Если заставить магнит крутиться, рамка будет вращаться с той же скоростью, то есть синхронно с магнитом. У нас получился синхронный электродвигатель. Но у нас магнит — это статор, а он по определению неподвижен. Как заставить вращаться магнитное поле неподвижного статора?

Для начала заменим постоянный магнит катушкой с током. Это обмотка нашего статора. Как известно из той же школьной физики, катушка с током создает магнитное поле. Последнее пропорционально величине тока, а полярность зависит от направления тока в катушке. Если подать в катушку переменный ток, получим переменное поле.

Магнитное поле — векторная величина. Переменный ток в питающей сети имеет синусоидальную форму.

Нам поможет очень наглядная аналогия с часами. Какие векторы вращаются постоянно перед нашими глазами? Это часовые стрелки. Представим, что в углу комнаты висят часы. Секундная стрелка вращается, делая один полный оборот в минуту. Стрелка — вектор единичной длины.

Тень, которую стрелка отбрасывает на стену, меняется как синус с периодом в 1 минуту, а тень, отбрасываемая на пол — как косинус. Или синус, сдвинутый по фазе на 90 градусов. Но вектор равен сумме своих проекций. Другими словами, стрелка равна векторной сумме своих теней.

Выбор схемы подключения

При необходимости, особенно в случае, если надо перейти с 380В на 220В, схему подключения можно менять. Когда скорость близка к номинальной, обмотку следует переключать по схеме треугольника.

• Слишком раннее переключение обмоток со звезды на треугольник исключает преимущества этого метода пуска.
• При этом произойдет резкий скачок текущего значения к характеристическому значению треугольника. При правильном времени запуска этот ход минимален.
• Переключатель звезда-треугольник для двигателей большей мощности состоит из трех контакторов и реле времени, на котором мы устанавливаем выдержку времени с последующим переключением треугольником и питанием двигателя полным сетевым напряжением.
• Этот запуск возможен только для 3-фазных двигателей, которые имеют 6 клемм на клеммной колодке.

Электрическая система с тремя выводами (другими словами «имеет три ножки») называется тройником, потому что в результате такого соединения мы получаем систему с тремя электрическими клеммами.

Как подбирать конденсаторы?

Если вы собрались подключить электродвигатель, то выбор конденсатора осуществляется по таким принципам:

• Номинальное напряжение выбирается из соотношения 1,15 от подаваемого на мотор. Если брат больше, это увеличит стоимость установки и ее габариты. Если емкость рассчитать впритык, конденсатор перегреется и перегорит.
• Тип конденсатора – наиболее распространенные модели – бумажные, но они обладают большими габаритами. Поэтому выгоднее приобретать полипропиленовые. От электролитических лучше отказаться.
• Чтобы выбрать емкость пускового и рабочего конденсатора, необходимо воспользоваться таблицей соответствия по мощности электродвигателя:

Таблица: определение емкости конденсаторов

Если нужной вам мощности в таблице нет, можно воспользоваться расчетными формулами:

Сраб = (2800*I)/U — для включения трехфазного двигателя звездой

Cраб = (4800*I)/U — для включения трехфазного двигателя треугольником

где I – величина ток, протекающего через обмотки электродвигателя, а U – напряжение сети. Чтобы узнать емкость пускового конденсатора для подключения трехфазного агрегата, необходимо полученную величину рабочего умножить на два.

Фото схемы подключения электродвигателя