Трехфазный двигатель в однофазной сети без конденсаторного запуска

Безконденсаторный запуск

В статье собраны советы, как можно подключить такой электродвигатель в однофазную сеть без использования конденсаторной батареи или частотного преобразователя за счет импульса тока от электронного ключа. Они дополняются схемами и видеороликом.


Принцип работы электронного ключа

Если собрать обмотки асинхронного электродвигателя по схеме треугольника и подключить к напряжению однофазной сети 220 вольт, то через них станут протекать одинаковые токи, как показано на графике ниже.

Электронный ключ

Угловое смещение любой обмотки относительно других составляет 120 градусов. Поэтому магнитные поля от каждой из них будут складываться, устранять взаимное влияние.

Создаваемое результирующее магнитное поле статора не будет оказывать влияние на ротор: он останется в состоянии покоя.

Чтобы электродвигатель начал вращение необходимо через его обмотки пропустить сдвинутые на 120° токи, как это делается в нормальной трехфазной системе питания или за счет подключения частотного преобразователя. Тогда двигатель станет вырабатывать мощность с минимальными потерями, обладая наибольшим КПД.

Формы синусоид векторов напряжений и токов в асинхронном двигателе

Виды векторных диаграмм у трехфазного двигателя

Широко распространённые промышленные схемы запуска трехфазного двигателя в однофазной сети позволяет ему работать, но с меньшим КПД и большими потерями, что, чаще всего, вполне допустимо.

Оптимальными считаются схемы подключения обмоток в звезду или треугольник для пуска и работы с блоком конденсаторов.

Способы подвода напряжения к обмоткам двигателя

Альтернативными методами являются:

  1. Механическая раскрутка ротора, например, за счет ручной намотки шнура на вал и резкого его прокручивания рывком при поданном напряжении;
  2. Сдвиг фаз токов за счет кратковременного использования электронного ключа, коммутирующего электрическое сопротивление одной обмотки.

Поскольку первый способ «намотал и дернул» не вызывает трудностей, то сразу анализируем второй.

На верхней схеме показан подключенный параллельно обмотке B электронный ключ «k». Это довольно условное обозначение принято для объяснения принципа работы электродвигателя за счет формирования токового импульса.

Как запускается двигатель

Обмотки статора подключены по схеме треугольника. На одну из них (A) подается напряжение 220 вольт. Параллельно ей подключена еще одна цепочка из двух последовательных обмоток (B+C).

По закону Ома напряжение сети создает в них токи. Их величина зависит от сопротивления. Все обмотки одинаковы. Поэтому в (A) ток больше, а (B+C) в 2 раза меньше по величине. Причем по фазе они совпадают. При такой ситуации они не способны создать вращающееся магнитное поле, достаточное для запуска ротора.

Параллельно обмотке (B) подключена электронная схема, обозначенная как ключ K. Он находится в разомкнутом состоянии, но кратковременно замыкается в момент достижения максимального напряжения на обмотке С.

Электронный ключ закорачивает обмотку В и падение напряжения на обмотке С скачком возрастает в два раза, что в итоге и обеспечивает сдвиг фаз токов в обмотках А и С. Важно отметить, что ток в обмотках (А) и (В+С) в этот момент равен нулю.

Графики электронного ключа

Угол сдвига фаз φ, необходимый для запуска двигателя, достаточно выдержать в интервале 50÷70°, хотя идеальный вариант — 120.

Конструкция фазосдвигающего электронного ключа может собираться из разных деталей. Наиболее подходящие устройства для бытовых целей по мере их сложности представлены ниже.


Схема запуска электродвигателя до 2 кВт

Ее описание можно найти в №6 журнала Радио за 1996 год. Автор статьи В Голик предлагает конструкцию двунаправленного (положительной и отрицательной полугармоник) электронного ключа на двух диодах и тиристорах с управлением транзисторным блоком.

Схема двунаправленного электронного ключа

Описание технологии

Силовые диоды VD1 и VD2 совместно с тиристорами VS1, VS2 образуют мост, который управляется прямым и обратным биполярными транзисторами. Положение подстроечного резистора R7 влияет на напряжение открытия VT1, VT2.

Срабатывание транзисторного ключа обеспечивает кратковременный сдвиг фаз токов в обмотках и создание вращающегося магнитногого поля, раскручивающего ротор.

Благодаря приложенному моменту магнитных сил к ротору, последний начинает вращение. Его энергия постоянно пополняется на каждой полуволне очередным импульсом.

Особенности монтажа

Автор выполнил электронный ключ на стеклопластиковой плате и поместил его в изолированный корпус с возможностью подключения входных и выходных цепей через контактные выводы. Вариант исполнения схемы навесным монтажом тоже имеет право на реализацию.

Для работы электродвигателей небольших мощностей допустимо силовые диоды и тиристоры размещать без радиаторов. Но обеспечить хороший теплоотвод с них и надежную работу лучше заранее, включив эти элементы в конструкцию электронного ключа.

Номиналы электронных компонентов указаны прямо на схеме.

С целью обеспечения безопасности следует хорошо выполнить изоляцию корпуса электронного блока, исключить случайное прикосновение к его деталям во время работы: они все находятся под напряжением 220 вольт.

Принципы наладки

Ползунок резистора R7 «Режим» имеет два крайних положения:

  1. минимального;
  2. и максимального сопротивления.

В первом случае электронный ключ открыт и создает максимальный импульс сдвига тока в обмотке, а во втором — закрыт: вращение ротора исключено.

Запуск трехфазного двигателя осуществляют на максимально допустимом сдвиге фазы тока внутри обмотки. Затем положением R7 выставляют его рабочие обороты и мощность.

Проверенные модели

Автор опробовал схему на двигателях с:

  1. числом оборотов 1360 и мощностью 370 ватт (АААМ63В4СУ1);
  2. 1380 об/мин, 2 кВт.

Результаты экспериментов его устроили.

Вместо рекомендованных силовых диодов и тиристоров можно использовать любые другие полупроводниковые элементы. Но, следует обращать внимание на их рабочий ток не менее 10 ампер и обратное напряжение от 300 вольт.

Две схемы на симисторах

Следующие 2 конструкции электронного ключа описал В Бурлако в 1999 году. Они опубликованы в журнале Сигнал №4.


Запуск легкого электродвигателя

Устройство разработано для двигателей с мощностью до 2,2 кВт, имеет минимальный набор электронных деталей.

Схема электронного ключа на симисторе

Конденсатор С, обладая емкостным сопротивлением, под действием приложенного к его пластинам напряжения, сдвигает вектор тока вперед на 90 градусов, направляя его на управление динистором VS2.

Разность потенциалов на конденсаторе регулируется суммарным сопротивлением R1, R2. Импульс динистора поступает на управляющий электрод симистора VS1, который вбрасывает ток в обмотку электродвигателя.

Схема пуска двигателя под нагрузкой

Для станков и механизмов, создающих большое противодействие раскрутке ротора, можно порекомендовать переключить обмотки на схему разомкнутой звезды с созданием двух раскручивающих моментов.

Запуск двигателя по схеме разомкнутой звезды

Полярность обмоток двигателя указана точками на схеме. Фазосдвигающие цепочки импульсов тока работают по той же технологи, что и в предыдущих случаях. Номиналы электрических деталей проставлены рядом с их графическими обозначениями.

Особенности наладки

Автор Бурлако подавал напряжение на двигатель трехфазным пускателем SG1 марки ПНВС-10, которым комплектовались старые активаторные стиральные машины.

Все три контакта этого пускателя при нажатии на кнопку «Пуск» замыкаются одновременно, а при отпускании:

  • два крайних остаются в замкнутом состоянии;
  • средний — разрывается, отключая цепь пусковой обмотки.

Через этот средний контакт в обеих схемах подается импульс тока. Схема работает только на время, необходимое для раскрутки двигателя, после чего выводится из работы, отключается от питающего напряжения.

Момент запуска двигателя в каждой схеме подбирают после подачи напряжения изменением сопротивления R2. При этом в треугольнике до момента раскрутки ротора проходят большие токи, вызывающие сильные вибрации конструкции. Для их уменьшения рекомендуется подбирать фазосдвигающий импульс ступенями, а не плавно.

При оптимальном положении R2 двигатель запускается без вибраций.

Для двигателей небольшой мощности можно осуществлять монтаж симисторов без радиаторов охлаждения, но последние все же повышают надежность схемы.

Мое мнение о методе

Рекомендую обратить внимание на следующий вывод.

В трех рассмотренных схемах ток рабочего режима протекает по всем подключенным обмоткам. Полное расходование приложенной энергии тратится не рентабельно. Только около 30% ее мощности создает вращение ротора. Остальная часть порядка 70% — безвозвратные потери.

Если кого-то устраивает запуск трехфазного двигателя в однофазной сети по этой схеме, то это ваш выбор. Я же сделал обзор этих схем, чтобы показать их положительные и отрицательные стороны, не навязывая собственное мнение.

Этой темой стали массово пользоваться создатели видеороликов на Ютубе, набирая количество просмотров и подписчиков, как ЮКА ЛАХТ, в своем видео «Без конденсаторный запуск трехфазного двигателя».

Делайте выбор осознанно, а если остались вопросы по теме, то сейчас вам удобно задать их в комментариях.

Реклама
  1. 5
  2. 4
  3. 3
  4. 2
  5. 1
(8 голосов, в среднем: 4.5 из 5)

Подпишитесь на нашу рассылку "Домашний мастер" и Вы всегда узнаете первыми о новостях этого блога!


13 комментариев

    1. Здравствуйте, Владимир.
      Я не понял ваш вопрос или просьбу. Про какую схему вы ведете речь?
      Если нужна помощь в запуске конкретного электродвигателя, то мне надо знать его конструкцию и технические характеристики. Желательно с фотографиями.
      Сайт не преследует коммерческих целей, но, вы можете помочь его развитию перечислением любой суммы. Номер Яндекс кошелька: 410015608465489.
      Жду пояснений.

  1. Здравствуйте Алексей.В схеме *запуск двигателя до 2 квт* я не вижу соединение силовых ключей в мост. -д231 соединен с + КУ202Н. Вопрос. Схема рабочая ? Спасибо.

  2. В схеме *запуск двигателя до 2КВТ* СИЛОВЫЕ ключи «+» и «-» закорочены. Так и должно быть? Спасибо.

    1. Здравствуйте, Владимир.
      Благодарю за вопрос, постараюсь ответить понятно. Дело в том, что рассматриваемый вами узел очень похож на обычный диодный мост, но предназначен он для другой цели.
      Это электронный ключ, показанный на второй картинке “Как работает электронный ключ”. Он работает кратковременно и только для запуска электродвигателя за счет закорачивания обмотки. В нашем случае на схеме это обмотка «В».
      При закорачивании обмотки «В» в ней броском создается импульс тока Ib, показанный на картинке «Графики электронного ключа». При этом создается сдвиг фаз токов в обмотке на какой-то угол ϕ.
      За счет отклонения токов образуется сдвиг взаимодействующих магнитных потоков, которые и создают крутящий момент ротора. Он начинает вращение. Электронный ключ сразу размыкается. Времена работы ключа определяются номиналами электронных компонентов.
      Более подробно работа этой схемы описана в журнале Радио №6 за 1996 год. Страница 39. Я эту схему привел для ознакомления, но подробно не расписывал.
      Считаю, что знать способы запуска двигателя надо. Но использовать лучше всего те, которые подходят под конкретные задачи. Трехфазный двигатель оптимально работает при симметричной трехфазной сети. А все попытки использовать его в однофазной схеме с конденсаторами, дросселями или без оных энергозатратны.
      Лучший, но дорогой способ — частотный преобразователь.

  3. Здравствуйте Алексей Благодарен за быстрый ответ. Эту схему я видел давно но увидев КЗ моста и не разобравшись работы схемы забросил в ящик… На данный момент возникла проблема подключить 3х фазник. На емкости — цены заоблачные а другие *кулибинские* хитрости хотелось бы использовать. Чтобы не наступать в тысячный раз на свои грабли ( извините Алексей) и Вы эту схему повторяли . хотел бы от Вас получить ин формацию практической работы этой схемы. ( КПД. пуск под нагрузкой. и Т.Д ) Мной были проверены в работе двигатели с разными схемными подключениями С и R а так же с малооборотным 3х фазным эл. двигателем включенным как генератор. Он дал самые лучшие результаты по КПД и по простоте подключения 3х фазников. НО…. .Мной была повторена схема тиристорного преобразователя 1-3 (Радио 1987г №12 с22) .Если интересует результат — отвечу.

    1. Владимир, здравствуйте.
      Схему эту я собирал давно с товарищем по работе на его наждачок, как экспериментальную. Все детали у нас были. Вот и опробовали. Движок заработал. Пускался нормально.
      КПД не проверяли. Но, что он низкий и так понятно. Под нагрузкой наждак не запускают. Так что тоже ничего не скажу про это. Однако, предполагаю, что вряд ли он приспособлен для такого режима: нужны хорошие пусковые токи во всех трех фазах.
      Из самодельных схем запуска трехфазника в однофазной сети я бы рекомендовал треугольник с конденсаторами. Но он энергозатратен. В конце 90-х собрал циркулярку с большим диском. Попилил машину дров, а когда глянули на счетчик, то все сразу прояснилось. Дешевле бензопилой.
      Сейчас я сторонник использования обычных коллекторных двигателей. Они специально сделаны для работы в однофазной сети и отлично справляются с задачами. Например, токарный станок по дереву на советской дрели 300 ватт проработал довольно долго. А движок ее спалили на бетонных стенах.
      Информация о работе с трехфазником в качестве генератора мне интересна. Она же может быть полезна и другим читателям. Если поделитесь, то обязательно опубликую под вашим авторством вплоть до отдельной статьи. Желательно с фото. Жду!

  4. Здравствуйте Алексей. Извините. Я не правильно изложил свою мысль (3ф эл-ль включенным как генератор) .У меня в гараже подключен эл.двигатель 3 квт 1410 об/мин. который выполняет роль генератора для всех моих 3ф потребителей. А это компрессор циркулярка токарный и остальное до2квт. Как стационар — меня устраивает… Емкостей то не наберешься…..

    1. Владимир, это вполне приемлемый вариант, когда нет возможности сделать трехфазный ввод.
      У меня есть статья на сайте про асинхронный двигатель в роли генератора. Подключенные к нему потребители получают полноценное трехфазное питание. Однако энергия однофазной сети расходуется не совсем рационально, но приходиться мириться. Движок то надо раскручивать как-то.
      Оптимальный взгляд на мой вариант является энергия текущей воды. Если имеется поблизости ручей или речка, то создается небольшая ГЭС. А вот на ветре все это реализовать очень сложно, да и конструкция не надежна.
      Нет мысли воспользоваться альтернативными источниками?

  5. Здравствуйте Алексей. Да.. я с Вами согласен по поводу энергопотребления.За силу надо платить… У меня не производство . для себя друзей и далеко не каждый день… По поводу раскручивания движка? Алексей какие могут быть проблемы? Нажимной пускатель ПНВ 30 в размыкающие контакты включен пусковой С и ( ВУ-АЛЯ!) 2сек. и в розетке 3 фазы ! По поводу альтернативной ? Ней надо заниматься там где есть для этого природные условия. Ради эксперимента соорудил маломощную ветровую эл. станцию для подзарядки 12в АКБ охранной сигнализации на даче в зимнее время.Вывод. Ветер то не каждый день. Поставил на окно небольшую солнечную батарею с max i 100ma и все ОК !

  6. Владимир, я про раскрутку имел ввиду не способ запуска движка от электричества, а то, что к нему надо подводить внешнюю энергию и более экономный вариант — альтернативные источники.
    Но для своих не частых целей вполне можно пользоваться и однофазной сетью. С остальным согласен: используем то, что нам более приемлемо.

  7. При написании статьи были допущены технические ошибки, которые заметил читатель PLN и помог их устранить. Выражаю ему благодарность за помощь.
    Решил убрать переписку по этому вопросу и просто внес коррективы в текст.

Ответить

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *