Подключение электродвигателя: схемы, проверка, видео

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.

С чего обязательно следует начинать подключение двигателя: 2 важных момента, проверенные временем

Перед первым включением любого электродвигателя необходимо уточнить его устройство: конструкцию статора и ротора, состояние подшипников.

Устройство асинхронного двигателя
Устройство однофазного электродвигателя

На собственном и чужом опыте могу заверить, что проще раскрутить несколько гаек, осмотреть внутреннюю конструкцию, выявить дефекты на начальном этапе и устранить их, чем после запуска в непродолжительную работу заниматься сложным ремонтом, который можно было предотвратить.

Важное предупреждение

Начинающие электрики довольно часто сами создают неисправности двигателя, нарушая технологию его разборки, работая обычным молотком: разбивают грани вала.

Для сохранения структуры деталей без их повреждения необходимо использовать специальный съемник подшипников электродвигателя.

Съемник подшипников электродвигателя

В самом крайнем случае, когда его нет, удары молотком наносят через толстые пластины из мягкого металла (медь, алюминий) или плотную сухую древесину (яблоня, груша, дуб).

Какие конструкции электродвигателя можно подключить своими руками

Из большого количества моделей и конструкций современных электромоторов в домашних условиях для самоделок можно выполнить подключение электродвигателя лишь нескольких схем:

  • Асинхронного трехфазного электродвигателя с обмоткой звездой и треугольником;
  • Асинхронного электродвигателя с однофазным питанием;
  • Коллекторного электромотора со щеточной схемой возбуждения потока.

К сведению! Подключение остальных типов электродвигателей либо требует использования специальных устройств запуска, либо, как, например, шаговые, управляются электронными схемами. В обоих случаях для их подключения потребуются определенные знания и аппаратура.

Для питания бытовых приборов и электродвигателей применяется подключение к однофазной сети с напряжением в 220 В. К такой сети можно подключить и трехфазный двигатель на 380 В. Но даже в таком варианте подключения «выдавить» из электродвигателя боле 2,5-3 кВт мощности без риска сжечь электропроводку практически невозможно. Поэтому в гаражах и столярных мастерских владельцы выполняют проводку трехфазного электропитания, позволяющего использовать мощные двигатели на 5-10 кВт и более.

Что нужно знать для подключения электродвигателя своими руками

Общий принцип работы электродвигателя известен всем еще со школы. Но на практике знания о вращающихся магнитных потоках и ЭДС, индукционных процессах и эквивалентах правильно выполнить даже простейшее подключение однофазного электродвигателя явно не помогут, поэтому для работы будет достаточно:

  • Понимать суть конструкций двигателей;
  • Знать предназначение обмоток и схему подключения;
  • Ориентироваться во вспомогательных устройствах, таких как балластные сопротивления и пусковые конденсаторы.

К сведению! Нельзя подключать электродвигатель, не зная точно его марку, какие из выводов жгута проводов корпуса соответствуют обмоткам прибора, и на какое напряжение он рассчитан.

Советская промышленность выпускала электродвигатели с обязательной металлической табличкой, приклепанной к корпусу, на которой был указан тип и модель, напряжение питания, и даже рисовалась схема подключения. Позже на табличке остались только модель, мощность, потребляемый ток и номер. Сегодня на современном электродвигателе с трудом можно найти маркировку модели, и не более.

Поэтому при выборе схемы подключения необходимо узнать из справочника тип и мощность, прозвонить мультиметром проводку относительно корпуса и между выводами на жгуте. Только после того, как будет достоверно установлено, что нет короткого замыкания на корпусе, определены контакты каждой из обмоток, можно приступать к подключению.

Применение магнитного контактора

Для организации плавного пуска приходится внедрять в цепь питания специальное коммутирующее устройство – пускатель. Это один из вариантов коннектора, который можно дополнить опциональными элементами, например, тепловым реле. Огромным преимуществом такой схемы является возможность организации не только пуска эл. двигателя, но и его остановки, реверса, а также защиты соединений от повреждения избыточными токами. Кроме того, сердечник или катушка может иметь номинал по напряжению 380 или 220В, что позволяет включать мотор в силовую и бытовую сеть.

Классические электросхемы подключения моторов через пускатель можно разделить на два типа:

  1. Нереверсивная. Соединение агрегата и сети без необходимости/возможности организации его обратного хода. В этом случае есть возможность интеграции, как в силовую, так и бытовую (220В) сеть,

Нереверсивная схема подключения

Нереверсивная схема подключения

  1. Реверсивная. Электросхема, которая объединяет два пускателя (блок) с прерывателем цепи. Менять направление вращения роторного узла можно также для силовых и бытовых (220В) сетей.

Реверсивная схема подключения

Реверсивная схема подключения

Как можно судить по иллюстрациям, отличия между «сетевыми» вариантами заключаются в точках подключения выводов контактора:

  • для 380 вольт контакты замыкаются на 2 из 3 фаз,
  • для 220 вольт один из контактов соединяется с крайней фазой, а второй – с нулем.

Тепловое реле

Тепловое реле

Кроме того, во всех четырех вариантах присутствует элемент, обозначенный, как «Р». Это не что иное, как тепловое реле. Оно подключается в цепь последовательно с катушкой контактора и служит для обеспечения защиты двигателя от превышения токовых нагрузок.

По принципу действия тепловое реле является ключом, то есть при достижении критических для работоспособности агрегата и контактора токовых значений, происходит временный разрыв цепи питания. Некоторые виды теплового реле или «теплушки» используют для цепей постоянного тока или специфических режимах (затянутый пуск, выпадение фазы и т. п).

Постоянное включение магнитного пускателя приводит к механическому износу контактов, чего лишена тиристорная или бесконтактная схема. Разрыв цепи происходит не механическим путем (разведение контактной группы), а электронным – за счет диодных мостов.

Способы подключения на 220В

Чтобы подключить трёхфазный электродвигатель асинхронного типа к сети на 220 вольт, существует несколько проверенных способов:

  1. С конденсатором.
  2. Без конденсатора.
  3. С реверсом.
  4. Комбинированной схемой «звезда-треугольник».

Рассмотрим их более подробно.

Важно! При подключении электромотора на 380 вольт к сети 220 В нужно быть готовым к понижению его мощности до 70% от заводского значения. Однако в бытовых условиях это вполне приемлемо и никак не отразится на характеристиках в эксплуатации.

Подключение мотора 380 В на 220 В
Подключение мотора 380 В на 220 ВИсточник ytimg.com

С конденсатором

Наиболее популярным и доступным способом инициации моторов на 380 вольт от сети 220 В является схема с применением конденсатора. Его роль сводится к созданию сдвига фаз в обмотках по отношению друг к другу, чтобы сформировать вращающееся магнитное поле. При наличии трёх фаз это явление происходит само собой – только одна не заставит вращать ротор. Поэтому оптимальным методом, как подключить электродвигатель с 4 проводами на одной фазе, является применение пусковой обмотки, помимо основной, в электромоторах на 220В.

Для модификации на 380 В возможно два варианта подключения с конденсатором:

  • С рабочим конденсатором Ср.
  • И параллельно подключёнными рабочим Ср и пусковым конденсатором Сп.

Во втором случае мотор запускается более плавно и безопасно. Модуль Сп включается на короткий промежуток времени и по мере достижения ротором необходимых оборотов отключается. Выбор варианта запуска во многом определяется степенью нагрузки ротора во время запуска. Так, если пуск происходит без усилия, применяется только Ср, а если под нагрузкой, без свободного вращения, обязательно наличие Сп.

Подключение двигателя с конденсаторами

Значение Сп должно быть в 2-3 раза выше Ср. При этом параметр Ср рассчитывается по соответствующей формуле, исходя из схемы соединения обмотки:

  1. По схеме «треугольник» Cр = 4800 * Iн/Uс.
  2. По схеме «звезда» Cр = 2800 * Iн/Uс.

Где Iн – номинал электротока мотора, А.

Uс – напряжение источника тока, В.

Совет! Современные производители выпускают трёхфазные двигатели, адаптированные к работе от 220 В, оснащённые конденсаторами. Соединение выполнено по схеме «звезда». Главное их преимущество – плавный пуск и сохранение до 90 % мощности.

С реверсом

Нередко встаёт вопрос о том, как подключить электродвигатель с 380 на 220 вольт, чтобы изменить вращение ротора на прямо противоположное. Для этого нужно просто поменять фазу, подаваемую напрямую и через конденсатор поменять местами. В качестве примера:

Вращение по часовой стрелке:

  1. Ноль на первом выводе.
  2. Фаза от сети на втором.
  3. Фаза через конденсатор на третьем.

Вращение против часовой стрелки:

  1. Ноль на первом выводе.
  2. Фаза от сети на третьем.
  3. Фаза через конденсатор на втором.

Подключение с реверсом
Подключение с реверсом

Рекомендация! Для удобства быстрого и частого переключения направления вращения двигателя применяется пакетник-переключатель однополюсного типа, работающий на два направления. В положении «0» мотор выключен, «1» – вращается в одном направлении, «2» – в противоположном.

Без конденсатора

Способ, как подключить электродвигатель на 380 В к сети на 220 вольт без использования конденсатора стал возможен благодаря наличию транзисторных или динисторных ключей. При этом в зависимости от количества оборотов в минуту применяются две различные схемы:

  • До 1,5 тыс. оборотов/мин –на треугольнике.
  • До 3 тыс. об/мин и нагрузке при запуске – на разомкнутой звезде.

Функционируют схемы по следующему алгоритму:

  1. Напряжение подаётся на две точки ввода.
  2. Подача тока на третий ввод осуществляется через R-C-цепь, задающую время.
  3. Перемещением регулятора R1 и R2 задаётся интервал сдвига.
  4. Динистор VS1 при наполнении конденсатора подаёт команду на открытие симистора VS2.

Особенность схемы на разомкнутой звезде в том, что неё включены пара замещающих конденсаторы электронных ключей.

Схема подключения без конденсатора

«Звезда-треугольник»

Комбинированный способ, как подключить электродвигатель с 380 на 220 без потери мощности позволяет снизить нагрузку во время запуска. При этом схема основана на трёх пускателях:

  • К первому подсоединяется питающее напряжение.
  • Ко второму подключается обмотка.
  • Оставшиеся проводники соединяются со вторым и третьим пускателем.
  • После этого обмотка через второй пускатель объединяется с остальными фазами – по схеме «треугольника».
  • При подключении к фазе третьего пускателя оставшиеся выводы разъединяются, и схема работает уже по «звезде».

Одномоментный пуск второго и третьего пускателя недопустим – произойдёт короткое замыкание. Для предотвращения этого устанавливается специальный блокиратор.

Использование частотного преобразователя

В настоящее время достаточно активно все стали применять частотные преобразователи для управления частотой вращения (оборотами) электродвигателя.
Это позволяет не только экономить электроэнергию (например, при использовании частотного регулирования насосов для подачи воды), но и управлять подачей насосов объёмного типа, превращая их в дозировочные (любые насосы объёмного принципа действия).
Встроенный вентилятор электродвигателя
Но очень часто при использовании частотных преобразователей не обращают внимания на некоторые нюансы их применения:
— регулировка частоты, без доработки электродвигателя, возможна в пределах регулировки частоты +/- 30% от рабочей (50 Гц),
— при увеличении частоты вращения более 65 Гц требуется замена подшипников на усиленные (сейчас с помощью ЧП возможно поднять частоту тока до 400 Гц, обычные подшипники просто разваливаются на таких скоростях),
— при уменьшении частоты вращения встроенный вентилятор электродвигателя начинает работать неэффективно, что приводит к перегреву обмоток.
Из-за того, что не обращают внимания при проектировании установок на такие «мелочи», очень часто электродвигатели выходят из строя.
Для работы на низкой частоте ОБЯЗАТЕЛЬНО требуется установка дополнительного вентилятора принудительного охлаждения электродвигателя.
Вместо крышки вентилятора устанавливается вентилятор принудительного охлаждения (см. фото). В этом случае, даже при снижении оборотов вала основного двигателя,
дополнительный вентилятор обеспечит надёжное охлаждение электродвигателя.

Мы имеем большой опыт модернизации электродвигателей для работы на низкой частоте.
На фото можно видеть винтовые насосы с дополнительными вентиляторами на электродвигателях.

Данные насосы используются в качестве дозирующих насосов на пищевом производстве.

Винтовые насосы с дополнительными вентиляторами

Реальный пример схемы

Вот реальный пример такой схемы на электронном реле времени:

Фото схемы

Фото схемы звезда-треугольник с управлением на таймере и гальванической развязкой на трансформаторе.

Слева направо в нижнем ряду: КМ1, КМ2, КМ3, КА1.

А вот пример схемы с управлением от контроллера:

Стар-дельта

Звезда-треугольник, компрессор, управление от программы контроллера

Видео, как щёлкают контакторы в этой схеме:

Вот как красиво оформили схему немцы в своём компрессоре:

Схема компрессора

Схема компрессора, подключение электродвигателя Звезда – Треугольник

На входе схемы – три провода, на выходе – шесть. Всё сходится)

Подключение двигателя на 380 Вольт

Трёхфазный асинхронный двигатель это самый распространённый из всех электромоторов. Говорят, что электротехника – это наука о контактах. Большинство проблем, которые возникают в электрических цепях, вызваны теми или иными контактами. В конструкции асинхронного движка контактов нет. Этим и объясняется его надёжность. При правильной эксплуатации такие движки работают до износа подшипников. Правильность эксплуатации обеспечивает оптимальный температурный режим и наиболее медленное изменение свойств изоляции. Подшипники, а также нарушение изоляции обмоток – это две основные причины неисправностей асинхронных двигателей .

В трёхфазных электросетях применяются две схемы соединения обмоток движков – «треугольник» и «звезда». Эти схемы как раз и определяют температурные режимы обмоток и нагрузку на изоляцию. Напряжение 380 В действует либо на каждую обмотку при соединении в «треугольник», либо на электрическую цепь из двух обмоток при соединении в «звезду». Поэтому в одном и том же устройстве обмотки соединённые в «треугольник» работают в более тяжёлых режимах по напряжению и температуре. Однако при этом достигается и более высокая механическая мощность на вале двигателя.

  • При соединении обмоток по схеме «треугольник» получается в полтора раза большее значение мощности по сравнению со схемой «звезда».

Переходный процесс от пуска движка и до постоянных оборотов ротора также получается более энергичным по величине пускового тока. В маломощных электросетях это будет приводить к значительному уменьшению напряжения на время разгона ротора. Поэтому рекомендуется в таких электросетях использовать асинхронные двигатели с фазным ротором и пускорегулирующими устройствами. Из-за больших пусковых токов «звезда» является основной схемой соединения обмоток. Напряжение U для каждого движка является важнейшим параметром и поэтому всегда указывается на шильдике и в сопроводительной документации.

Поскольку в мире производится большое количество моделей двигателей перед соединением его обмоток для подключения к электросети напряжением 380 В, надо удостоверится в соответствии отечественных стандартов и модели. Если на шильдике указаны более высокие напряжения придётся применить соединение «треугольник» вместо обычно используемого соединения «звезда».

Наилучший способ пуска

Для наиболее эффективного использования асинхронного двигателя целесообразно применять комбинированные режимы его эксплуатации. Это означает использование переключений выводов обмоток для получения по выбору одного из двух вариантов соединения обмоток. Запуск и разгон двигателя происходит по схеме соединения «звезда». После того как завершится переходный процесс и величина пускового тока достигнет минимального значения происходит переключение на схему «треугольник».

Достигается такое управление тремя группами контактов по три контакта в каждой группе. Чтобы переход от одной схемы к другой не привёл к аварии, должна соблюдаться определённая последовательность срабатывания контактов.

  • При пуске асинхронного двигателя первая и вторая группы замыкаются. При этом не имеет особого значения, какая из них замкнёт контакты первой.
  • Третья группа остаётся разомкнутой до окончания разгона ротора.
  • Когда ротор разогнался, вторая группа размыкает контакты.
  • Через некоторое время, которое необходимо для завершения размыкания второй группы контактов замыкаются контакты третьей группы.
  • Отключение электродвигателя от трёхфазной сети 380 В происходит размыканием контактов первой и второй группы.
  • Чтобы сделать переход от одной схемы к другой более безопасным надо отключить контакты первой группы на время отключения контактов второй группы и включения контактов третьей группы.

Для схемы потребуется три магнитных пускателя с контактами пригодными для отключения токов управляемого двигателя.

Трехфазный асинхронный двигатель представляет собой устройство, состоящее из двух частей: статора и ротора, которые разделены воздушным зазором и не имеют никакой механической связи друг с другом.

На статоре расположены три обмотки, намотанные на специальном магнитопроводе, который набран из пластин специальной электротехнической стали. Обмотки намотаны в пазах статора и расположены под углом в 120 градусов друг к другу.

Ротор представляет собой конструкцию, опирающуюся на подшипники, имеющую крыльчатку для вентиляции. В целях электропривода ротор может иметь прямую связь с механизмом либо через редукторы или другие системы передачи механической энергии. Роторы в асинхронных машинах могут быть двух видов:

  • Короткозамкнутый ротор, который представляет собой систему проводников соединенных с торцов кольцами. Образуется пространственная конструкция, напоминающая беличье колесо. В роторе индуцируются токи, создающее свое поле, взаимодействующее с магнитным полем статора. Это и приводит в движение ротор.
  • Массивный ротор – это цельная конструкция из ферромагнитного сплава, в которой одновременно индуцируются токи и являющаяся магнитопроводом. Благодаря возникновению в массивном роторе вихревых токов идет взаимодействие магнитных полей, которое и является движущей силой ротора.

Главной движущей силой в трехфазном асинхронном двигателе является вращающееся магнитное поле, которое возникает, во-первых, благодаря трехфазному напряжению, а, во-вторых, взаимному расположению обмоток статора. Под его воздействием в роторе возникают токи, создающее поле, которое взаимодействует с полем статора.

Асинхронным двигатель называют из-за того, что частота вращения ротора отстает от частоты вращения магнитного поля, ротор постоянно пытается «догнать» поле, но его частота всегда меньше.

Главные преимущества асинхронных двигателей

  • Простота конструкции, которая достигается за счет отсутствия коллекторных групп, имеющие быстрый износ и создающие дополнительное трение.
  • Для питания асинхронного двигателя не требуется дополнительных преобразований, он может питаться прямо из промышленной трехфазной сети.
  • За счет сравнительно небольшого количества деталей асинхронные двигатели очень надежны, имеют долгий срок эксплуатации, просты в техническом обслуживании и ремонте.

Конечно, трехфазные машины не лишены недостатков

  • Асинхронные электродвигатели имеют чрезвычайно малый пусковой момент, что ограничивает сферу их применения.
  • При запуске эти двигатели потребляют большие токи при пуске, которые могут превышать допустимые в конкретной системе электроснабжения.
  • Асинхронные двигатели потребляют немалую реактивную мощность, которая не приводит к увеличению механической мощности двигателя.

Выводи и полезное видео по теме

Все начинается с проектирования. Разработайте индивидуальную схему подключения, приспособленную к особенностям архитектуры и интерьера комнат. Разделите проводку на линии. Предусмотрите отдельный провод для подачи электричества к мощным потребителям. Освещение пусть будет независимым. А чтобы не допустить ошибок во время монтажа, просмотрите видео, в которых инженеры-электрики расскажут обо всех особенностях и подводных камнях. Тогда вы сможете уложить проводку собственными руками не хуже профессионалов.

Видео

Некоторые авторы тоже) доступно и интересно рассказывают о практической стороне вопроса в видео: