Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

Как известно, при включении трёхфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть, по распространенным конденсаторным схемам: «треугольник», или «звезда», мощность двигателя используется только наполовину (в зависимости от применяемого двигателя).

Кроме того, затруднён запуск двигателя под нагрузкой.

В предлагаемой статье описан метод подключения двигателя без потери мощности.

В различных любительских электромеханических станках и приспособлениях чаще всего используются трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. К сожалению, трехфазная сеть в быту — явление крайне редкое, поэтому для их питания от обычной электрической сети любители применяют фазосдвигающий конденсатор, что не позволяет в полном объеме реализовать мощность и пусковые характеристики двигателя. Существующие же тринисторные «фазосдвигающие» устройства еще в большей степени снижают мощность на валу двигателей.

Вариант схемы устройства запуска трехфазного электродвигателя без потери мощности приведен на рис. 1.

Обмотки двигателя 220/380 В соединены треугольником, а конденсатор С1 включен, как обычно, параллельно одной из них. Конденсатору «помогает» дроссель L1, включенный параллельно другой обмотке. При определенном соотношении емкости конденсатора С1, индуктивности дросселя L1 и мощности нагрузки можно получить сдвиг фаз между напряжениями на трех ветвях нагрузки, равный точно 120°.

На рис. 2 приведена векторная диаграмма напряжений для устройства, представленного на рис. 1, при чисто активной нагрузке R в каждой ветви. Линейный ток Iл в векторном виде равен разности токов Iз и Ia, а по абсолютному значению соответствует величине Iф√3, где Iф=I1=I2=I3=Uл/R — фазный ток нагрузки, Uл=U1=U2=U3=220 В — линейное напряжение сети.

К конденсатору С1 приложено напряжение Uc1=U2, ток через него равен Ic1 и по фазе опережает напряжение на 90°.

Аналогично к дросселю L1 приложено напряжение UL1=U3, ток через него IL1 отстает от напряжения на 90°.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

При равенстве абсолютных величин токов Ic1 и IL1 их векторная разность при правильном выборе емкости и индуктивности может быть равной Iл.

Сдвиг фаз между токами Ic1 и IL1 составляет 60°, поэтому треугольник из векторов Iл, Iс1 и IL1 — равносторонний, а их абсолютная величина составляет Iс1=IL1=Iл=Iф√3. В свою очередь, фазный ток нагрузки Iф=Р/ЗUL, где Р — суммарная мощность нагрузки.

Иными словами, если емкость конденсатора С1 и индуктивность дросселя L1 выбрать такими, чтобы при поступлении на них напряжения 220 В ток через них был бы равен Ic1=IL1=P/(√3⋅Uл)=P/380, показанная на рис. 1 цепь L1C1 обеспечит на нагрузке трехфазное напряжение с точным соблюдением сдвига фаз.

Таблица 1
P, ВтIC1=IL1, AC1, мкФL1, Гн
1000.263.82.66
2000.537.61.33
3000.7911.40.89
4001.0515.20.67
5001.3219.00.53
6001.5822.90.44
7001.8426.70.38
8002.1130.50.33
9002.3734.30.30
10002.6338.10.27
11002.8941.90.24
12003.1645.70.22
13003.4249.50.20
14003.6853.30.19
15003.9557.10.18

В табл. 1 приведены значения тока Ic1=IL1.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности емкости конденсатора С1 и индуктивности дросселя L1 для различных величин полной мощности чисто активной нагрузки.

Реальная нагрузка в виде электродвигателя имеет значительную индуктивную составляющую. В результате линейный ток отстает по фазе от тока активной нагрузки на некоторый угол ф порядка 20…40°.

На шильдиках электродвигателей обычно указывают не угол, а его косинус — широко известный cosφ, равный отношению активной составляющей линейного тока к его полному значению.

Индуктивную составляющую тока, протекающего через нагрузку устройства, показанного на рис. 1, можно представить в виде токов, проходящих через некоторые катушки индуктивности Lн, подключенные параллельно активным сопротивлениям нагрузки (рис. 3,а), или, что эквивалентно, параллельно С1, L1 и сетевым проводам.

Из рис. 3,б видно, что поскольку ток через индуктивность противофазен току через емкость, катушки индуктивности LH уменьшают ток через емкостную ветвь фазосдвигающей цепи и увеличивают через индуктивную. Поэтому для сохранения фазы напряжения на выходе фазосдвигающей цепи ток через конденсатор С1 необходимо увеличить и через катушку уменьшить

Векторная диаграмма для нагрузки с индуктивной составляющей усложняется. Ее фрагмент, позволяющий произвести необходимые расчеты, приведен на рис. 4.

Полный линейный ток Iл разложен здесь на две составляющие: активную Iлcosφ и реактивную Iлsinφ.

В результате решения системы уравнений для определения необходимых значений токов через конденсатор С1 и катушку L1:

IC1sin30° + IL1sin30° = Iлcosφ, IC1cos30° — IL1cos30° = Iлsinφ,

получаем следующие значения этих токов:

IC1 = 2/√3⋅Iлsin(φ+60°), IL1 = 2/√3⋅Iлcos(φ+30°).

При чисто активной нагрузке (φ=0) формулы дают ранее полученный результат Ic1=IL1=Iл.

На рис. 5 приведены зависимости отношений токов Ic1 и IL1 к Iл от cosφ, рассчитанные по этим формулам Для (cosφ = √3/2 = 0,87) ток конденсатора С1 максимален и равен 2/√3Iл = 1.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности 15Iл, а ток дросселя L1 вдвое меньше.

Этими же соотношениями с хорошей степенью точности можно пользоваться для типовых значений cosφ, равных 0,85…0,9.

Таблица 2
P, ВтIC1, AIL1, AC1, мкФL1, Гн
1000.350.185.13.99
2000.700.3510.22.00
3001.050.5315.21.33
4001.400.7020.31.00
5001.750.8825.40.80
6002.111.0530.50.67
7002.461.2335.60.57
8002.811.4040.60.50
9003.161.5845.70.44
10003.511.7550.80.40
11003.861.9355.90.36
12004.212.1161.00.33
13004.562.2866.00.31
14004.912.4671.10.29
15005.262.6376.20.27

В табл. 2 приведены значения токов IC1, IL1, протекающих через конденсатор С1 и дроссель L1 при различных величинах полной мощности нагрузки, имеющей указанное выше значение cosφ = √3/2.

Для такой фазосдвигающей цепи используют конденсаторы МБГО, МБГП, МБГТ, К42-4 на рабочее напряжение не менее 600 В или МБГЧ, К42-19 на напряжение не менее 250 В.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

Дроссель проще всего изготовить из трансформатора питания стержневой конструкции от старого лампового телевизора. Ток холостого хода первичной обмотки такого трансформатора при напряжении 220 В обычно не превышает 100 мА и имеет нелинейную зависимость от приложенного напряжения.

Если же в магнитопровод ввести зазор порядка 0,2…1 мм, ток существенно возрастет, а зависимость его от напряжения станет линейной.

Сетевые обмотки трансформаторов ТС могут быть соединены так, что номинальное напряжение на них составит 220 В (перемычка между выводами 2 и 2′), 237 В (перемычка между выводами 2 и 3′) или 254 В (перемычка между выводами 3 и 3′). Сетевое напряжение чаще всего подают на выводы 1 и 1′. В зависимости от вида соединения меняются индуктивность и ток обмотки.

В табл. 3 приведены значения тока в первичной обмотке трансформатора ТС-200-2 при подаче на нее напряжения 220 В при различных зазорах в магнитопроводе и разном включении секций обмоток.

Сопоставление данных табл. 3 и 2 позволяет сделать вывод, что указанный трансформатор можно установить в фазосдвигающую цепь двигателя с мощностью примерно от 300 до 800 Вт и, подбирая зазор и схему включения обмоток, получить необходимую величину тока.

Индуктивность изменяется также в зависимости от синфазного или противофазного соединения сетевой и низковольтных (например, накальных) обмоток трансформатора.

Максимальный ток может несколько превышать номинальный ток в рабочем режиме. В этом случае для облегчения теплового режима целесообразно снять с трансформатора все вторичные обмотки, часть низковольтных обмоток можно использовать для питания цепей автоматики устройства, в котором работает электродвигатель.

Таблица 3
Зазор в
магнитопроводе, мм
Ток в сетевой обмотке, A,
при соединении выводов на напряжение, В
220237254
0.20.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности 630.540.46
0.51.261.060.93
12.051.75

В табл. 4 приведены номинальные величины токов первичных обмоток трансформаторов различных телевизоров и ориентировочные значения мощности двигателя, с которыми их целесообразно использовать фазосдвигающую LC-цепь следует рассчитывать для максимально возможной нагрузки электродвигателя.

Таблица 4
ТрансформаторНоминальный
ток, A
Мощность
двигателя, Вт
ТС-360М1.8600…1500
ТС-330К-11.6500…1350
СТ-3201.6500…1350
СТ-3101.5470…1250
ТСА-270-1,
ТСА-270-2,
ТСА-270-3
1.25400…1250
ТС-250,
ТС-250-1,
ТС-250-2,
ТС-250-2М,
ТС-250-2П
1.1350…900
ТС-200К1330…850
ТС-200-20.95300…800
ТС-180,
ТС-180-2,
ТС-180-4,
ТС-180-2В
0.87275…700

При меньшей нагрузке необходимый сдвиг фаз уже не будет выдерживаться, но пусковые характеристики по сравнению с использованием одного конденсатора улучшатся.

Экспериментальная проверка проводилась как с чисто активной нагрузкой, так и с электродвигателем.

Функции активной нагрузки выполняли по две параллельно соединенных лампы накаливания мощностью 60 и 75 Вт, включенные в каждую нагрузочную цепь устройства (см рис. 1), что соответствовало общей мощности 400 Вт В соответствии с табл. 1 емкость конденсатора С1 составляла 15 мкф Зазор в магнитопроводе трансформатора ТС-200-2 (0,5 мм) и схема соединения обмоток (на 237 В) были выбраны из соображений обеспечения необходимого тока 1,05 А.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

Измеренные на нагрузочных цепях напряжения U1, U2, U3 отличались друг от друга на 2…3 В, что подтверждало высокую симметрию трехфазного напряжения.

Эксперименты проводились также с трехфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором АОЛ22-43Ф мощностью 400 Вт. Он работал с конденсатором С1 емкостью 20 мкф (кстати, такой же, как и при работе двигателя только с одним фазосдвигающим конденсатором) и с трансформатором, зазор и соединение обмоток которого выбраны из условия получения тока 0,7 А.

В результате удалось быстро запустить двигатель без пускового конденсатора и заметно увеличить крутящий момент, ощущаемый при торможении шкива на валу двигателя.

К сожалению, провести более объективную проверку затруднительно, поскольку в любительских условиях практически невозможно обеспечить нормированную механическую нагрузку на двигатель.

Следует помнить, что фазосдвигающая цепь — это последовательный колебательный контур, настроенный на частоту 50 Гц (для варианта чисто активной нагрузки), и без нагрузки подключать к сети эту цепь нельзя.

Пуск трёхфазного двигателя без конденсаторов: 4 схемы

Асинхронные электродвигатели просты по конструкции, дешевы, массово применяются в различных производствах. Не обходятся без них домашние мастера, запитывая их от 220 вольт с пусковыми и рабочими емкостями.

Но, есть альтернативный вариант. Это — подключение трёхфазного двигателя к однофазной сети без конденсаторов, который тоже имеет право на существование.

Ниже я показываю 4 схемы реализации такого проекта. Вы можете выбрать для себя любой из них, более подходящий под ваши личные интересы и местные условия эксплуатации.

Содержание статьи

С этой темой я впервые столкнулся в конце 1998 года, когда к нам в электролабораторию РЗА пришел друг связист с журналом Радио за №6 от 1996 года и показал статью про безконденсаторный запуск.

Мы сразу решили испытать ее в деле, благо все детали, включая тиристоры и подходящий двигатель, у нас имелись.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности Как раз был перерыв на обед.

Для проверки спаяли электронный блок навесным монтажом. Справились где-то меньше, чем за час. Схема заработала практически без наладки. Оставили ее для наждака.

Порадовали маленькие габариты блока и отсутствие необходимости подбирать конденсаторы. Особых отличий в потере мощности по сравнению с конденсаторным пуском замечено не было.

Принципы работы электронной схемы: запуск трехфазного асинхронного электродвигателя без конденсаторов

Для подключения в однофазную сеть по этому методу подойдет любой асинхронный движок типового исполнения.

Автор Голик обращает внимание, что обороты ротора в минуту должны составлять не 3000, а 1500. Связано это с конструкцией обмоток статора.

Мощность устройства ограничена электрическими характеристиками силовых диодов и тиристоров — 10 ампер с величиной обратного напряжения более 300 вольт.

Три обмотки статора необходимо подключать по схеме треугольника.

Их выводы собираются на клеммной колодке тремя последовательными перемычками.

Напряжение 220 вольт подключается через защитный автоматический выключатель параллельно одной обмотке, назовем ее «A». Две другие оказываются последовательно соединенными между собой и параллельно — с ней.

Обозначим их «B» и «C». На выводы одной из них, например, «B» подключается электронный блок. Назовем его ключом «k».

Представим, что ее контакт всегда разомкнут, а напряжение подано. Тогда по цепочкам «A» и «B+C» станут протекать токи Ia и Ib+c. Мы знаем, что сопротивление всех обмоток статора (резистивно-индуктивное) одинаково.

Поэтому в цепи «A» ток станет в два раза превышать вектор Ib+c, а по фазе они будут совпадать.

Каждый из этих токов создаст вокруг себя магнитный поток. Но, они не смогут в этой ситуации привести во вращение ротор.

Чтобы электродвигатель стал работать, необходимо сдвинуть по углу два этих магнитных потока (или токи между собой). Эту функцию в нашем случае выполняет электронный ключ.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

Его конструкция собрана так, что он кратковременно замыкается, а затем размыкается, шунтируя обмотку «B».

Для этого процесса выбирается момент времени, когда синусоида напряжения достигает максимального амплитудного значения, а сила тока в обмотке «C», ввиду ее индуктивного сопротивления, минимальна.

Резкое закорачивание сопротивления «B» в цепи «B+C» создает бросок тока через замкнутый электронный контакт по виткам обмотки «C», который быстро возрастает и затем снижается под влиянием уменьшения амплитуды напряжения до нуля.

Между токами в обмотках «A» и «C» образуется временной сдвиг, обозначенный буквой φ. За счет возникновения этого угла сдвига фаз создается суммирующий магнитный поток, начинающий раскрутку ротора двигателя.

Форма тока в обмотке «C» при работе электронного ключа отличается от гармоничной синусоиды, но она не мешает создать на валу ротора крутящий момент.

При переходе полуволны синусоиды напряжения в область отрицательных значений картина повторяется, а двигатель продолжает раскручиваться дальше.

Электронная схема В Голик: устройство запуска трехфазных электродвигателей на доступной элементной базе

Силовая выходная часть электронного ключа, осуществляющая коммутацию обмотки, выполнена на двух мощных диодах (VD1, VD2) и тиристорах (VS1, VS2), включенных по схеме обычного моста.

Однако здесь они выполняют другую задачу: своими плечами из одного тиристора и диода поочередно шунтируют обмотку подключенного электродвигателя при достижении амплитудного значения синусоиды напряжения на схеме.

За счет такого подключения создан электронный ключ двунаправленного действия, реагирующий на положительную и отрицательную полуволну гармоники.

Диодами VD3 и VD4 осуществляется двухполупериодное напряжение сигнала, поступающего на цепи управления. Оно ограничивается и стабилизируется резистором R1 и стабилитроном VD5.

Сигналы на открытие тиристоров электронного ключа поступают от биполярных транзисторов (VT1 и VT2).Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

Переменный резистор R7 с номиналом на 10 килоом предназначен для регулировки момента открытия силового тиристора. Когда его ползунок установлен в минимальное положение сопротивления, то электронный ключ срабатывает при наибольшем напряжении амплитуды на обмотке B.

Максимальное введение сопротивления резистора R7 закрывает электронный ключ.

Запуск схемы осуществляют при положении ползунка R7, соответствующем максимальному сдвигу фаз токов между обмотками. После этого его сдвигают, определяют наиболее устойчивый режим работы, который зависит от приложенной нагрузки и мощности двигателя.

Все электронные детали со своими номиналами приведены на схеме. Они не являются дефицитными. Их можно заменить любыми другими элементами, соответствующими по электрическим характеристикам.

Вариант их размещения на электронной печатной плате показан на картинке. Регулировочный резистор R7 показан справа двумя подключенными проводами, синим и коричневым. Сам он не виден на фото.

Силовая часть, созданная для работы с электродвигателями небольшой мощности, может выполняться без радиаторов охлаждения, как показано здесь. Если же диоды и тиристоры работают на пределе своих возможностей, то теплоотвод обязателен.

Электронный блок ключа работает под напряжением сети 220 вольт. Его детали должны быть надежно заизолированы и защищены от случайного прикосновения человеком. Меры безопасности от поражения электрическим током необходимо соблюдать.

2 схемы подключения трехфазного двигателя к однофазной сети без конденсаторов автора В Бурлако: в чем отличия

Здесь я полагаюсь на информацию из интернета, ибо вижу, что в принципе конструкции рабочие, а принципы управления токами в обмотках те же, что предложил В Голик.

Кстати, авторы статей ссылаются на автомобильный украинский журнал «Сигнал» №4 за 1999 год. Пришлось поискать его в интернете. Однако разочаровался, там оказалась полностью перепечатанная статья из журнала Радио под авторством В Голик.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности Вот так…

Если знаете, где можно найти первоисточник на эту информацию, то сообщите в комментариях.

Электронные ключи, выполненные по технологии Бурлако, работают так же. Они просто выполнены из других, более усовершенствованных полупроводников, как и силовая часть.

Схема запуска асинхронного двигателя от симисторного электронного ключа: усовершенствование конструкции В Голик

Картинка подключения трехфазного электродвигателя упростилась. Вместо двунаправленного силового блока из двух тиристоров и диодов здесь работает один симистор VS1 серии ТС-2-10.

Он также шунтирует одну обмотку «B» в момент достижения синусоидой напряжения амплитудного значения, когда ток параллельной цепочки минимален.

При этом создается сдвиг фаз токов в параллельных обмотках, как и в предыдущей схеме, порядка 50-80 угловых градусов, что достаточно для вращения ротора.

Работой симитора VS1 управляет ключ, выполненный на симметричном динисторе VS2 для каждого полупериода гармоники напряжения. Он получает команды от фазосдвигающей цепочки, выполненной из резистивно-емкостных элементов.

Сдвиг фазы сигнала конденсатором C дополняется общим сопротивлением R1+R2. Подстроечный резистор R2 на 68 кОм работает как R7 в предыдущей схеме, регулируя время заряда конденсатора и, соответственно, момент подключения VS2, а через него VS1 в работу.

Рекомендации автора по сборке и наладке

Схема испытывалась и предназначена для работы с электродвигателями, раскручивающими ротор до 1500 оборотов в минуту с электрической мощностью 0,5÷2,2 кВт.

На устройствах электронных ключей, работающих с мощными электродвигателями, необходимо обеспечивать теплоотвод с симистора VS1.

При наладке устройства обращают внимание на оптимальную подгонку угла сдвига фаз токов между обмотками, когда двигатель запускается и работает нормально: без шума, гула и вибраций. Для этого может потребоваться изменение номиналов у элементов фазосдвигающей цепочки.

Семисторы можно использовать другой марки.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности Важно, чтобы они соответствовали электрическим характеристикам. Вместо DB3 допустимо установить отечественный динистор KP1125.

Схема безконденсаторного запуска электродвигателей с большими пусковыми моментами

Она же хорошо подходит под управление двигателями, собранными для вращения со скоростью 3000 оборотов в минуту. С этой целью у нее изменена система подключения обмоток с треугольника на разомкнутую звезду.

На картинке ниже их полярность показана точками.

В этой ситуации создается больший крутящий момент для запуска ротора.

Рассматриваемая схема отличается от предыдущей дополнительным электронным ключом, подключенным к обмотке «A», создающим дополнительно сдвиг фазы тока. Он необходим для трудных условий работы.

Рекомендации автора по наладке и работе не изменились.

Преимущества схемы тиристорного преобразователя: автор В Соломыков

Эта разработка позволяет максимально эффективно сохранить мощность асинхронного двигателя при его подключении в однофазную сеть. Она является прообразом современных частотных преобразователей, но выполнена на старой и доступной элементной базе.

Тиристорный преобразователь позволяет сделать формы напряжений на каждой фазе очень похожими на идеальные, гармоничные синусоиды, под которые и создается асинхронный электродвигатель.

Питание от сети 220 вольт происходит через защиту — автоматический выключатель SF1 и диодный мост на базе Д233В.

Силовые выходные цепи образуются работой тиристорных ключей VS1-VS6.

Сдвиг фаз токов для питания каждой обмотки двигателя своим напряжением создается работой двух микросхем:

  1. DD1 — К176ЛЕ5;
  2. DD2 — К176 ИР2.

Они формируют такты сдвига напряжений сигналов в регистрах, а их сочетания подаются на входы управления тиристорами VS1÷VS6 через индивидуальные транзисторы VT1÷VT6 по запланированной временной диаграмме.

Логическая часть

Микросхема К176ИР2 вырабатывает по 2 раздельных 4-х разрядных регистра сдвига с четырьмя выходами Q от любого триггера.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности Каждый триггер двухступенчатый, типа D.

Ввод данных в регистр происходит через вход D. Также имеется вход для тактовых импульсов типа C. Они поступают через вход D 1-го триггера, а затем смещаются по ходу вправо на один такт.

Обнуление данных на выходе регистра Q происходит при поступлении на вход R (асинхронный сброс) напряжения логического уровня.

Таблица данных К176ИР2 и состояний регистров

Число разрядов

4х2

Входы

Выход

Сторона сдвига

Направо

C

D

R

Q0

Qn

Тип ввода

Последовательно

H

Н

H

Qn-1

Тип вывода

Параллельно

B

H

B

Qn-1

Тактовая частота

2,5MHz

X

H

Q1

Qn не меняется

Рабочая температура

-45÷+85

X

X

B

H

H

Работой микросхемы К176ИР2 управляет элементы DD1 на сборке К176ЛЕ5.

Они обеспечивают подачу импульсов на управляющие электроды тиристоров по следующей временной диаграмме.

Силовая часть схемы, принципы ее управления и наладки

При подаче напряжения на схему обнуляется регистр сдвига микросхемы DD2 до окончания заряда емкости C2 по цепочке через R5. В момент заряда срабатывает логический элемент DD1.1, разрешающий сдвиг импульса регистру DD2.

При переходе регистра в положение «логической 1» подается сигнал на базу его биполярного транзистора (VT1÷VT6). Последний открывается и подает команду на управляющий электрод своего тиристора.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

В результате работы этой цепочки между выходными силовыми клеммами создается трехфазное напряжение (довольно близкое к синусоидальной форме) со сдвигом векторов между собой на 120 градусов.

Асинхронный двигатель, работающий по этой схеме, развивает наибольшую мощность по сравнению с тремя предыдущими вариантами.

Частота коммутации тиристоров подбирается экспериментально при наладке за счет выбора номиналов емкостей С4, С5, С6. Их номиналы зависят от мощности электродвигателя.

Емкость конденсаторов предварительно рассчитывают по формуле:

С = 0.01P (Вт) / n ∙ 1 / 30n (мкФ).

При номинальной частоте вращения ротора выставляют n=1.

Резисторы R3 и R4 после окончания настройки устройства демонтируют, а вместо R4 запаивают конденсатор с емкостью 0,68 микрофарад.

Затем к точкам A и B припаивают регулировочный резистор на 15 килоом. Его назначение — точное выставление частоты вращения ротора у двигателя.

Все четыре схемы, которые я привел, не содержат дефицитных деталей и могут быть собраны в домашних условиях людьми с начальным уровнем навыков электрика.

Для продвинутых мастеров могу порекомендовать схему, по которой выполнил подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без конденсаторов на современной электронной базе владелец сайта Радиокот.

Он фактически собрал частотный преобразователь, которому отдал много времени. К тому же простым паяльником и обычным цифровым мультиметром там отделаться не получится. Нужны практические навыки, специальный инструмент, осциллограф для наладки.

Все это я написал, чтобы подвести вас к выводу: запустить асинхронный двигатель на 3 фазы в сеть 220 вольт без потерь мощности можно только через промышленный частотный преобразователь.

Рекомендую посмотреть два коротких видеоролика по этой теме и сравнить результат.

Видео владельца Kick Ass с самодельным регулятором по схеме В Голик.

Видео владельца Capricorn WorkShop о самом простом частотном преобразователе.

Выводы сделайте сами. А если остались еще вопросы и неясности, или заметили случайную ошибку, то воспользуйтесь разделом комментариев. Обязательно обсудим.

Запуск трехфазного двигателя от однофазной сети без конденсатора

Статья посвящена возможности запуска трехфазного асинхронного двигателя мощностью 250 Вт от сети 220 В не при помощи пускового конденсатора, а с использованием самодельного пускового электронного устройства. Схема его очень проста: на двух тиристорах, с тиристорными ключами и транзисторным управлением.

Схема устройства

Данное управление двигателем мало кому известно и практически не используется. Преимущество предлагаемого пускового устройства в том, что значительно уменьшается потеря мощности двигателя. При пуске трехфазного двигателя 220 В помощью конденсатора потеря мощности составляет минимум 30%, а может достигать 50%. Использование этого пускового устройства снижает потерю мощности до 3%, максимум составит 5%.

Однофазная сеть подключается:

Пусковое устройство подключается к двигателю вместо конденсатора.

Подключенный к устройству резистор позволяет регулировать обороты двигателя. Устройство также можно включить на реверс.

Для эксперимента взят старый двигатель еще советского производства.

С данным пусковым устройством двигатель запускается мгновенно и работает без каких-либо проблем.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности Такую схему можно использовать практически на любом двигателе мощностью до 3 кВт.

Примечание: в сети 220 В двигатели мощностью более 3 кВт включать просто не имеет смысла – бытовая электропроводка не выдержит нагрузки.
В схеме можно использовать любые тиристоры, ток которых не менее 10 А. Диоды 231, также 10-амперные.
Примечание: у автора в схеме установлены диоды 233, что не имеет значения (только они идут по напряжению 500 В) −поставить можно любые диоды, которые имеют ток 10 А и удерживают более 250 В.
Устройство компактно. Автор схемы собрал резисторы просто наборами, чтобы не тратить время на подборку резисторов по номиналу. Теплоотвод не требуется. Установлен конденсатор, стабилитрон, два диода 105. Схема получилась очень простая и эффективная в работе.

Рекомендуется для использования – сборка пускового устройства проблем не создаст. В итоге при подключении двигатель стартует на своей максимальной мощности и практически без ее потери в отличие от стандартной схемы с использованием конденсатора.

Смотрите видео о работе устройства

Подключаем трехфазный двигатель без конденсаторов

Многие хозяева, особенно владельцы частных домов или дач, используют оборудование с двигателями на 380 В, работающими от трехфазной сети. Если к участку подведена соответствующая схема питания, то никаких сложностей с их подключением не возникает. Однако довольно часто возникает ситуация, когда питание участка осуществляется только одной фазой, то есть подведено лишь два провода – фазный и нулевой. В таких случаях приходится решать вопрос, как подключить трехфазный двигатель к сети 220 вольт. Это можно сделать различными способами, однако следует помнить, что подобное вмешательство и попытки изменить параметры, приведет к падению мощности и снижению общей эффективности работы электродвигателя.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

Подключение 3х фазного двигателя на 220 без конденсаторов

Как правило, схемы без конденсаторов применяются для запуска в однофазной сети трехфазных двигателей малой мощности – от 0,5 до 2,2 киловатта. Времени на запуск тратится примерно столько же, как и при работе в трехфазном режиме.

В этих схемах применяются симисторы, под управлением импульсов с различной полярностью. Здесь же присутствуют симметричные динисторы, подающие сигналы управления в поток всех полупериодов, имеющихся в питающем напряжении.

Существует два варианта подключения и запуска. Первый вариант используется для электродвигателей, с частотой оборотов менее чем 1500 в минуту. Соединение обмоток выполнено треугольником. В качестве фазосдвигающего устройства используется специальная цепочка. Путем изменения сопротивления, на конденсаторе образуется напряжение, сдвинутое на определенный угол относительно основного напряжения. При достижении в конденсаторе уровня напряжения необходимого для переключения, происходит срабатывание динистора и симистора, вызывающее активацию силового двунаправленного ключа.

Второй вариант используется при запуске двигателей, частота вращения которых составляет 3000 об/мин. В эту же категорию входят устройства, установленные на механизмах, требующих большого момента сопротивления во время запуска. В этом случае необходимо обеспечение большого пускового момента. С этой целью в предыдущую схему были внесены изменения, и конденсаторы, необходимые для сдвига фаз, были заменены двумя электронными ключами. Первый ключ последовательно соединяется с фазной обмоткой, приводя к индуктивному сдвигу тока в ней. Подключение второго ключа – параллельное фазной обмотке, что способствует образованию в ней опережающего емкостного сдвига тока.

Данная схема подключения учитывает обмотки двигателя, смещенные в пространстве между собой на 120 0 С. При настройке определяется оптимальный угол сдвига тока в обмотках фаз, обеспечивающий надежный пуск устройства.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности При выполнении этого действия вполне возможно обойтись без каких-либо специальных приборов.

Подключение электродвигателя 380в на 220в через конденсатор

Для нормального подключения следует знать принцип действия трехфазного двигателя. При включении в трехфазную сеть, по его обмоткам в разные моменты времени поочередно начинает идти ток. То есть в определенный отрезок времени ток проходит через полюса каждой фазы, создавая так же поочередно магнитное поле вращения. Он оказывает влияние на обмотку ротора, вызывая вращение путем подталкивания в разных плоскостях в определенные моменты времени.

При включении такого двигателя в однофазную сеть, в создании вращающегося момента будет участвовать только одна обмотка и воздействие на ротор в этом случае происходит только в одной плоскости. Такого усилия совершенно недостаточно для сдвига и вращения ротора. Поэтому для того чтобы сдвинуть фазу полюсного тока, необходимо воспользоваться фазосдвигающими конденсаторами. Нормальная работа трехфазного электродвигателя во многом зависит от правильного выбора конденсатора.

Расчет конденсатора для трехфазного двигателя в однофазной сети:

  • При мощности электродвигателя не более 1,5 кВт в схеме будет достаточно одного рабочего конденсатора.
  • Если же мощность двигателя свыше 1,5 кВт или он испытывает большие нагрузки во время запуска, в этом случае выполняется установка сразу двух конденсаторов – рабочего и пускового. Их подключение осуществляется параллельно, причем пусковой конденсатор нужен только для запуска, после чего происходит его автоматическое отключение.
  • Управление работой схемы производится кнопкой ПУСК и тумблером отключения питания. Для запуска двигателя нажимается пусковая кнопка и удерживается до тех пор, пока не произойдет полное включение.

В случае необходимости обеспечить вращение в разные стороны, выполняется установка дополнительного тумблера, переключающего направление вращения ротора. Первый основной выход тумблера подключается к конденсатору, второй – к нулевому, а третий – к фазному проводу.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности Если подобная схема способствует падению мощности или слабому набору оборотов, в этом случае может потребоваться установка дополнительного пускового конденсатора.

Подключение 3х фазного двигателя на 220 без потери мощности

Наиболее простым и эффективным способом считается подключение трехфазного двигателя в однофазную сеть путем подключения третьего контакта, соединенного с фазосдвигающим конденсатором.

Наибольшая выходная мощность, которую возможно получить в бытовых условиях, составляет до 70% от номинальной. Такие результаты получаются в случае использования схемы «треугольник». Два контакта в распределительной коробке напрямую соединяются с проводами однофазной сети. Соединение третьего контакта выполняется через рабочий конденсатор с любым из первых двух контактов или проводов сети.

При отсутствии нагрузок, трехфазный двигатель возможно запускать с помощью только рабочего конденсатора. Однако при наличии даже небольшой нагрузки, обороты будут набираться очень медленно, или двигатель вообще не запустится. В этом случае потребуется дополнительное подключение пускового конденсатора. Он включается буквально на 2-3 секунды, чтобы обороты двигателя могли достигнуть 70% от номинальных. После этого конденсатор сразу же отключается и разряжается.

Таким образом, при решении вопроса как подключить трехфазный двигатель к сети 220 вольт, необходимо учитывать все факторы. Особое внимание следует уделить конденсаторам, поскольку от их действия зависит работа всей системы.

Самоделки из двигателя от стиральной машины:

1. Как подключить двигатель от старой стиральной машины через конденсатор или без него
2. Самодельный наждак из двигателя стиральной машинки
3. Самодельный генератор из двигателя от стиральной машины
4. Подключение и регулировка оборотов коллекторного двигателя от стиральной машины-автомат
5. Гончарный круг из стиральной машины
6.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности Токарный станок из стиральной машины автомат
7. Дровокол с двигателем от стиральной машины
8. Самодельная бетономешалка

Подключаем 3-х фазный электродвигатель без конденсаторов от 220В

Довольно часто в быту приходится использовать трехфазные электродвигатели для своих самоделок (наждаки, циркулярные пилы и т.п.) в однофазной сети 220 вольт. Как правило, для запуска трёхфазника в домашней сети применяют давно известный способ – одну из обмоток подключают через фазосдвигающий конденсатор. Но у этого решения есть серьёзный недостаток.

Во-первых, огромные размеры бумажных конденсаторов (особенно если используются пусковые ёмкости) иногда сопоставимы с размером самого электродвигателя. Во-вторых, в настоящее время достать такие конденсаторы непросто. А можно ли использовать трёхфазный электродвигатель в однофазной сети вообще без конденсаторов? Оказывается можно!

Хочу поделиться найденной и проверенной на практике альтернативной заменой конденсаторов тиристорным ключом. Используя тиристорный ключ, можно запустить трёхфазный электродвигатель без использования конденсаторов. Схема ключа проста и не требует настройки. Готовый и помещённый в подходящий корпус тиристорный ключ занимает место не более пачки сигарет.

Принципиальная схема устройства:

Устройство работает следующим образом: при максимальном сопротивлении на R7 ключ закрыт и сдвиг фаз наибольший, соответственно пусковой момент максимальный. По мере выхода электродвигателя на максимальные обороты сопротивление устанавливают такое, чтобы сдвиг фаз был оптимальным для работы электродвигателя. Тиристорный ключ позволяет отказаться от пусковых и рабочих конденсаторов, а это при мощности электродвигателя от 2 кВт и выше даёт огромные преимущества.

Все резисторы типа МЛТ

VT1, VT2 – любые из этой серии

Д231 и КУ 202 любые на ток 10А и напряжение 300 вольт

Всю схему можно собрать на печатной плате. В моём случае мощность электродвигателя была 600 Вт, поэтому тиристоры не стал устанавливать на радиаторы (нагрева вообще не было).Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

Моя изменения при которых схема стабильно заработала:

Транзисторы VT1 и VT2 заменил на BC547 и BC557 соответственно. R6 – 22 кОм, R3 – 10 кОм, R4 – 22 кОм, R2 – 47 кОм, R1 – 56 кОм, R7 – 20 кОм. VD3, VD4 – 1N4007, VD1, VD2 – Д233ВП, VD5 – Д814Д.

Печатная плата:

Схема была испытана на двигателе мощностью 3 кВт.

Рекомендованные сообщения

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Сейчас на странице 0 пользователей

Нет пользователей, просматривающих эту страницу.

Трёхфазный двигатель в однофазной сети

Трёхфазные движки используются для циркулярок, заточки различных материалов, станков для сверления и т.п.

Имеется много вариантов запуска трёхфазных двигателей в однофазной сети, но самый эффективный, это подключение третьей обмотки через фазосдвигающий кондесатор. Нужно учитывать, что конденсатор сдвигает фазу третьей обмотки на 90 градусов, между первой и второй фазами сдвиг очень мал, электромотор начинает терять мощность около 40 — 50% на включении обмоток по схеме треугольника.

Для того, чтобы Электродвигатель с конденсаторным пуском работал хорошо, нужно чтобы ёмкость конденсатора менялась в зависимоти от количества оборотов. На деле этого добиться довольно тяжело, поскольку двигателем обычно управляют двухступенчатым способом, сначала активируют с пусковым конденсатором (с помощью больших пусковых токов), а после того как движок  разгонится  его отсоединяют и остаётся только рабочий (рис.1).

Если нажать на кнопку SB1 (её можно снять со стиральной машины — пускатель ПНВС-10 УХЛ2) электромотор М начинает набирать оброты, когда он разгонится кнопку отпускают.  SB1.2 размыкается, a SB1.1 и SB1.3 остаются в замкнутом состоянии. Их размыкают, чтобы остановить движок.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности Бывает такое, что SB 1.2 в кнопке не отходит, в таком случае подложите под него шайбу таким образом, чтобы он отошёл. Чтобы соединить обмотки электродвигателя по схеме «треугольник» ёмкость С2 (рабочего конденсатор) определим с помощью формулы:

С2=4800 I/Uгде I — ток, потребляемый двигателем, А;U — напряжение сети, В.Ток, который потребляет электродвигатель, можно измерить амперметром или использовать формулу:

где Р — мощность электромтора, Вт;U — напряжение сети, В;n— КПД ; cos? — коэффициент мощности

Ёмкость С1 (пускового конденсатор) нужно выбирать в 2 — 2.5 раза больше рабочего на большой нагрузке на вал, их допустимые напряжения должны быть в 1.5 раза больше напряжения сети. В нашём случае наиболее лучшие конденсаторы это МГБО, МБГП, МБГЧ, у которых рабочее напряжение 500 В и больше.

Пусковые конденсаторы нужно будет зашунтировать с помощью резистора R1 сопротивлением 200 — 500 кОм, через него выходит остаток электрического заряда.

Реверсировать электромотор нужно  с помощью переключения фазы на его обмотке тумблером SA1 (рис. 1) типа ТВ1 — 4.

На холостом ходу по питаемой через конденсаторы по обмотке протекает ток па 20 — 40% больше номинального. Поэтому уменьшайте ёмкость конденсатора С2 если двигатель будет часто работать в недогруженом режиме или на  холостм ходу. Для активации двигателя с мощностью 1,5 кВт будет достаточно использовать рабочий конденсатор ёмкостью 100 мкф, а пусковой — 60 мкФ. Ёмкости рабочих и пусковых конденсаторов зависят от мощности самого двигателя, эти значения представлены в таблице, которая указана выше.

Желательно конечно использовать бумажные конденсаторы в роли пусковых, но если такой возможности у вас нет, то можно в качестве альтернативы использовать оксидные, т.е. электролитические. На рис. 2 показано как производить замену бумажных конденсаторов на электролитические. Положительная полуволна переменного тока протекает через цепь VD1C1, а отрицательная — через VD2C2, по это причине электролиты можно использовать с меньшим допустимым напряжением, чем для бумажных конденсаторов.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности Для бумажных конденсаторов нужно напряжение 400 В и более, то для электролита вполне хватает 300 — 350 В, по той причине, что он проводит лишь одну полуволну переменного тока и поэтому к нему прикладывается только половина напряжения, для точной надежности он должен держать амплитудное напряжение однофазной сети, это около 300 В. Этот расчет аналогичен расчету бумажных конденсаторов.

Схема для включения трёхфазного двигателя в однофазную сеть, используя электролитические конденсаторы показана на рис. 3. Чтобы подобрать нужную емкость бумажных и оксидных конденсаторов, лучше всего измерить ток в точках а, в, с — эти токи в обязательном порядке должны быть равны между собой при оптимальной нагрузке на вал электродвигателя. Диоды VD1, VD2 подбирайте с обратным напряжением не меньше 300 В и 1пр. мах=10А. Если мощность дыижка больше, то диоды устанавливайте на теплоотводы, по два в плече, в противном случае может случиться пробой диодов и через оксидный конденсатор побежит переменный ток, после чего, спустя немного времени электролит скорее всего нагреется и разорвётся. Электролитические конденсаторы в роли рабочих использовать не рекомендуется, потому что длительный проход через них высоких токов, как правило приводит к их нагреву и взрыву. Лучше используйте их для пусковых.

В случае если  ваш трехфазный электромотор будет использоваться на динамических (высоких) нагрузках на вал, лучше используйте схему подключения пусковых конденсаторов при помощи токового реле, которое будет при больших нагрузках на вал автоматически включать и выключать пусковые конденсаторы (рис.3).

Во время подключения обмоток трехфазного электродвигателя в однофазную сеть с помощью схемы, которая представлена на рис. 4, мощность электромотора составляет 75% от номинальной мощности в трехфазном режиме, это значит потери составляют около 25%, потому что обмотки А и В подключены противофазно на всё напряжение 220 В, напряжение вращения определяется включением обмотки С. Фазирование обмоток изображено в виде точек.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

Самые более надёжные,практичные и удобные при работе с трехфазными электродвигателями резисторно-индуктивноемкостные преобразователи однофазной сети 220 Вольт в трехфазную сеть, с токами в фазах до 4 ампер и сдвигом напряжений в фазах приверно 120 градусов. Эти устройства универсальны, устанавливаются они в жестяном корпусе и позволяют подсоединять трехфазные электромоторы мощностью до 2,5 килловатт в однофазную сеть 220 Вольт почти  без потерь мощности.

В преобразователе используем дроссель с воздушным зазором. Его устройство представлено на рис. 6. Если правильно подобраны R, С и соотношения витков в секциях обмотки дросселя, то такой преобразователь даёт нормальную длительную работу электромоторов, это независимо от их характеристик и уровня нагрузки на вал. Вместо индуктивности представлено индуктивное сопротивление XL, потому что его легче измерить, обмотка дросселя крайними выводами через амперметр подсоединяется к напряжению 100 — 220 Вольт, частотой 50 Герц, параллельно с вольтметром. Индуктивное сопротивление (активным сопротивлением можно пренебречь) определяется отношением напряжения в вольтах к току в амперах XL=U/J.

Конденсатор С1 должен жержать напряжение не меньше 250 Вольт, а конденсатор С2 — не меньше чем 350 Вольт. Если вы используете конденсаторы КБГ, МБГ-4, то в таком случае напряжение будет соответствовать номиналу, который указан на маркировке, а конденсаторы МБГП, МБГО при посоединении к цепи переменного тока должны быть с двухкратным запасом напряжения. Резистор R1 должен быть рассчитан на ток до ЗА, это значит на мощность около 700 Вт (наматывается никелево-хромовая проволока диаметром 1,3 — 1,5 мм на фарфоровой трубке с передвигающейся скобой, которая позволяет получать необходимое сопротивление для различных мощностей электродвигателя). Резистор обязательно должен быть защищен от перегрева и ограждён от остальных компонентов, токоведущих частей, а также от возможного конакта человека с ним. Металлическое шасси корпуса в обязательном порядке необходимо  заземлить.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

Сечение магнитопровода дросселя должно составлять S=16 — 18cm2, диаметр провода d=l,3 — 1,5 мм, общее число витков W=600 — 700. Форма магнитопровода и марка стали могут быть любыми, главное помнить о  воздушном зазоре (это даст вам возможность изменять индуктивное сопротивление), которое устанавливаем при помощи винтов (рис. 6). Для того чтобы избежать сильного дребезжания дросселя, нужно между Ш-об-разными половинами магнитопровода проложить деревянный брусок и зажать винтами. В роли дросселя подойдут силовые трансформаторы от ламповых цветных телевизоров с мощностью 270 — 450 Ватт. Обмотка дросселя в целом производится в виде одиной катушки, которая имеет три секции и четыре вывода. Если вы будете использовать сердечник с постоянным воздушным зазором, то вам придется изготавливать пробную катушку,которая не имеет промежуточных отводов, сделать дроссель с примерным зазором, подключить в сеть и измерить XL. XL необходимо отмотать или домотать ещё немного витков. Выясните необходимое количество витков, мотайте необходимую катушку, разделите каркас на секции в отношении W1:W2:W3=1:1:2. Итак, если у нас общее колисество витков равно 600, то из этого исходит Wl =W2= 150, a W3=300. Для того чтобы поднять выходную мощность преобразователя и не допустить при этом несиметрии напряжений, необходимо поменять значения XL, Rl, Cl, С2, которые отталкиваются от того,что токи в фазах А, В, С должны быть равными при номинальной нагрузке на вал электромотора. В режиме недогрузки электродвигателя несимметрия напряжений фаз не представляет какой либо опасности, в том случае если наибольший из токов фаз не будет превышать номинальный ток электродвигателя. Для пересчета параметров преобразователя на иную мощность используется формула:

С1 = 80РС2 = 40РRl = 140/PXL = 110/PW = 600/ РS = 16Pd = 1,4P

где P — это мощность преобразователя (в киловаттах), а мощность двигателя по паспорту — это является его мощностью на самом валу электродвигателя. В том случае если КПД (т.е.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности коэффициент полезного действия) электродвигателя вам неизвестен, то в таком случае его можно считать в среднем около 75 — 80%.

Как подключить трехфазный двигатель на одну фазу

Многие хозяева, особенно владельцы частных домов или дач, используют оборудование с двигателями на 380 В, работающими от трехфазной сети. Если к участку подведена соответствующая схема питания, то никаких сложностей с их подключением не возникает. Однако довольно часто возникает ситуация, когда питание участка осуществляется только одной фазой, то есть подведено лишь два провода – фазный и нулевой. В таких случаях приходится решать вопрос, как подключить трехфазный двигатель к сети 220 вольт. Это можно сделать различными способами, однако следует помнить, что подобное вмешательство и попытки изменить параметры, приведет к падению мощности и снижению общей эффективности работы электродвигателя.

Подключение 3х фазного двигателя на 220 без конденсаторов

Как правило, схемы без конденсаторов применяются для запуска в однофазной сети трехфазных двигателей малой мощности – от 0,5 до 2,2 киловатта. Времени на запуск тратится примерно столько же, как и при работе в трехфазном режиме.

В этих схемах применяются симисторы, под управлением импульсов с различной полярностью. Здесь же присутствуют симметричные динисторы, подающие сигналы управления в поток всех полупериодов, имеющихся в питающем напряжении.

Существует два варианта подключения и запуска. Первый вариант используется для электродвигателей, с частотой оборотов менее чем 1500 в минуту. Соединение обмоток выполнено треугольником. В качестве фазосдвигающего устройства используется специальная цепочка. Путем изменения сопротивления, на конденсаторе образуется напряжение, сдвинутое на определенный угол относительно основного напряжения. При достижении в конденсаторе уровня напряжения необходимого для переключения, происходит срабатывание динистора и симистора, вызывающее активацию силового двунаправленного ключа.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

Второй вариант используется при запуске двигателей, частота вращения которых составляет 3000 об/мин. В эту же категорию входят устройства, установленные на механизмах, требующих большого момента сопротивления во время запуска. В этом случае необходимо обеспечение большого пускового момента. С этой целью в предыдущую схему были внесены изменения, и конденсаторы, необходимые для сдвига фаз, были заменены двумя электронными ключами. Первый ключ последовательно соединяется с фазной обмоткой, приводя к индуктивному сдвигу тока в ней. Подключение второго ключа – параллельное фазной обмотке, что способствует образованию в ней опережающего емкостного сдвига тока.

Данная схема подключения учитывает обмотки двигателя, смещенные в пространстве между собой на 120 0 С. При настройке определяется оптимальный угол сдвига тока в обмотках фаз, обеспечивающий надежный пуск устройства. При выполнении этого действия вполне возможно обойтись без каких-либо специальных приборов.

Подключение электродвигателя 380в на 220в через конденсатор

Для нормального подключения следует знать принцип действия трехфазного двигателя. При включении в трехфазную сеть, по его обмоткам в разные моменты времени поочередно начинает идти ток. То есть в определенный отрезок времени ток проходит через полюса каждой фазы, создавая так же поочередно магнитное поле вращения. Он оказывает влияние на обмотку ротора, вызывая вращение путем подталкивания в разных плоскостях в определенные моменты времени.

При включении такого двигателя в однофазную сеть, в создании вращающегося момента будет участвовать только одна обмотка и воздействие на ротор в этом случае происходит только в одной плоскости. Такого усилия совершенно недостаточно для сдвига и вращения ротора. Поэтому для того чтобы сдвинуть фазу полюсного тока, необходимо воспользоваться фазосдвигающими конденсаторами. Нормальная работа трехфазного электродвигателя во многом зависит от правильного выбора конденсатора.

Расчет конденсатора для трехфазного двигателя в однофазной сети:

  • При мощности электродвигателя не более 1,5 кВт в схеме будет достаточно одного рабочего конденсатора.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности
  • Если же мощность двигателя свыше 1,5 кВт или он испытывает большие нагрузки во время запуска, в этом случае выполняется установка сразу двух конденсаторов – рабочего и пускового. Их подключение осуществляется параллельно, причем пусковой конденсатор нужен только для запуска, после чего происходит его автоматическое отключение.
  • Управление работой схемы производится кнопкой ПУСК и тумблером отключения питания. Для запуска двигателя нажимается пусковая кнопка и удерживается до тех пор, пока не произойдет полное включение.

В случае необходимости обеспечить вращение в разные стороны, выполняется установка дополнительного тумблера, переключающего направление вращения ротора. Первый основной выход тумблера подключается к конденсатору, второй – к нулевому, а третий – к фазному проводу. Если подобная схема способствует падению мощности или слабому набору оборотов, в этом случае может потребоваться установка дополнительного пускового конденсатора.

Подключение 3х фазного двигателя на 220 без потери мощности

Наиболее простым и эффективным способом считается подключение трехфазного двигателя в однофазную сеть путем подключения третьего контакта, соединенного с фазосдвигающим конденсатором.

Наибольшая выходная мощность, которую возможно получить в бытовых условиях, составляет до 70% от номинальной. Такие результаты получаются в случае использования схемы «треугольник». Два контакта в распределительной коробке напрямую соединяются с проводами однофазной сети. Соединение третьего контакта выполняется через рабочий конденсатор с любым из первых двух контактов или проводов сети.

При отсутствии нагрузок, трехфазный двигатель возможно запускать с помощью только рабочего конденсатора. Однако при наличии даже небольшой нагрузки, обороты будут набираться очень медленно, или двигатель вообще не запустится. В этом случае потребуется дополнительное подключение пускового конденсатора. Он включается буквально на 2-3 секунды, чтобы обороты двигателя могли достигнуть 70% от номинальных.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности После этого конденсатор сразу же отключается и разряжается.

Таким образом, при решении вопроса как подключить трехфазный двигатель к сети 220 вольт, необходимо учитывать все факторы. Особое внимание следует уделить конденсаторам, поскольку от их действия зависит работа всей системы.

Теоретический материал, изложенный в первой части темы, посвященной однофазному подключению трехфазного электродвигателя, предназначен для того, чтобы домашний мастер мог осознанно перевести промышленные устройства сети 380 вольт на бытовую электрическую проводку 220.

Рекомендуем внимательно ознакомиться с этой статьей здесь.

Благодаря ей вы не просто механически повторите наши рекомендации, а будете выполнять их осознанно.

Оптимальные схемы для подключений трехфазного двигателя к бытовой однофазной сети

Среди многочисленных способов подключения электродвигателя на практике широкое распространение получило всего два, именуемые коротко:

Название дано по методу соединения обмоток в электрической схеме внутри статора. Оба способы отличаются тем, что у них на каждую фазу двигателя прикладывается напряжение разной величины.

В схеме звезды линейное напряжение подводится сразу на две обмотки, соединенные последовательно. Их электрическое сопротивление складывается, осуществляет бо́льшее противодействие проходящему току.

У треугольника линейное напряжение подается на каждую обмотку индивидуально и поэтому ему оказывается меньшее сопротивление. Токи создаются выше по амплитуде.

Обращаем внимание на два этих отличия и делаем практические выводы для их использования:

  1. схема звезды обладает пониженными токами в обмотках, позволяет эксплуатировать электродвигатель длительно с минимальными нагрузками, обеспечивать небольшие крутящие моменты на валу;
  2. более высокие токи, создаваемые схемой треугольника, обеспечивают лучшую выходную мощность, позволяют использовать двигатель в экстремальных нагрузках, поэтому ему требуется надежное охлаждение для длительной работы.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

Два этих отличия подробно объяснены на картинке. Внимательно посмотрите на нее. Красными стрелками для наглядности специально помечены приходящие напряжения с линии (линейные) и приложенные к обмоткам (фазные). У схемы треугольника они совпадают, а для звезды — снижены за счет подключения двух обмоток через нейтраль.

Эти способы следует проанализировать применительно к условиям работы вашего будущего механизма на этапе проектирования, до начала его создания. Иначе двигатель схемы звезды может не справляться с подключенными нагрузками и будет останавливаться, а у треугольника — перегреваться и в итоге сгорит. Нагрузку по току двигателя можно предусмотреть выбором схемы подключения.

Как узнать схему подключения обмоток статора у асинхронного двигателя

На каждом заводе принято на корпусе электротехнического оборудования помещать информационные таблички. Пример ее исполнения для трехфазного электродвигателя показан на фотографии.

Домашнему мастеру можно обращать внимание не на всю информацию, а только на:

  1. мощность потребления: по ее величине судят о работоспособности подключаемого привода;
  2. схему соединения обмоток — вопрос только что разобран;
  3. число оборотов, которое может потребовать подключения редуктора;
  4. токи в фазах — под них созданы обмотки;
  5. класс защиты от воздействий внешней среды — определяет условия эксплуатации, включая защиту от атмосферной влаги.

Сведениям завода обычно можно доверять, но они создавались для нового двигателя, поставляемого в продажу. Эта схема за все время эксплуатации может подвергаться реконструкции несколько раз, потеряв свой первозданный вид. Старый двигатель при неправильном хранении может потерять работоспособность.

Следует выполнить электрические измерения его схемы и проверить состояние изоляции.

Как определить схемы подключения обмоток статора

Для проведения электрических замеров необходимо иметь доступ к каждому окончанию всех трех обмоток.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности Обычно шесть их выводов подключены на свои болты внутри клеммной коробки.

Но, среди способов заводского монтажа встречается такой, когда специальные асинхронные модели изготовлены по схеме звезды так, что нейтральная точка собрана концами обмоток внутри корпуса, а на вводную коробку заведена одной жилой ее сборка. Этот неудачный для нас вариант потребует раскручивания на корпусе шпилек крепления крышек для снятия последних. Затем надо подобраться к месту соединения обмоток и разъединить их концы.

Электрическая проверка концов обмоток статора

Для работы нам потребуется омметр. Можно воспользоваться тестером в этом режиме или даже простой батарейкой с лампочкой. Любым из этих приборов необходимо проверить цепь каждой обмотки. Этот вопрос более подробно изложен отдельной статьей.

После нахождения обоих концов для одной обмотки их необходимо пометить собственной маркировкой для проведения последующих проверок и подключения.

Замеры полярности у обмоток статора

Поскольку обмотки навиты строго определённым образом, то нам необходимо точно найти у них начала и окончания. Для этого существует два простых электрических метода:

  1. кратковременная подача постоянного тока в одну обмотку для создания импульса;
  2. использование источника переменной ЭДС.

В обоих случаях работает принцип электромагнитной индукции. Ведь обмотки собраны внутри магнитопровода, хорошо обеспечивающего трансформацию электроэнергии.

Проверка импульсом от батарейки

Работа выполняется сразу на двух обмотках. Картинка показывает этот процесс для трех — так меньше рисовать.

Процесс состоит из двух этапов. Вначале определяются однополярные обмотки, а затем проводится контрольная проверка, позволяющая исключить возможную ошибку у выполненных измерений.

Для поиска однополярных зажимов на любую свободную обмотку подключается вольтметр постоянного тока, переключенный на предел чувствительной шкалы. По нему будем осуществлять проверку напряжения, появляющегося за счет трансформации импульса.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

Минусовой вывод батарейки жестко соединяют с произвольным концом второй обмотки, а плюсом кратковременно дотрагиваются до ее второго окончания. Этот момент на картинке показан контактом кнопки Кн.

Наблюдают поведение стрелки вольтметра, реагирующей на подачу импульса в своей цепи. Она может двигаться к плюсу или минусу. Совпадение полярностей обеих обмоток будет показано положительным отклонением, а отличие — отрицательным.

При снятии импульса стрелка пойдет в обратную сторону. На это тоже обращают внимание. Затем маркируют концы.

После этого замер выполняют на третьей обмотке, а контрольную проверку осуществляют переключением батарейки на другую цепочку.

Проверка понижающим трансформатором

Источник ЭДС переменного тока на 24 вольта рекомендуется использовать в целях обеспечения электрической безопасности. Пренебрегать этим требованием не рекомендуется.

Вначале берут две произвольные обмотки, например, №2 и №3. Попарно соединяют вместе их вывода и к этим местам подключают вольтметр, но уже переменного тока. В оставшуюся обмотку №1 подают напряжение от понижающего трансформатора и наблюдают появление показаний от него на вольтметре.

Если вектора направлены одинаково, то они не будут влиять друг на друга и вольтметр покажет их общую величину — 24 вольта. Когда же полярность перепутана, то на вольтметре встречные вектора сложатся, дадут в сумме число 0, которое отобразится на шкале показанием стрелки. Сразу после замера тоже следует маркировать концы.

Затем необходимо проверить полярность для оставшейся пары и выполнить контрольный замер.

Такими простыми электрическими опытами можно надёжно определить принадлежность концов к обмоткам и их полярность. Это поможет их правильно собрать для схемы конденсаторного запуска.

Проверка сопротивления изоляции обмоток статора

Если двигатель при хранении находился в неотапливаемом помещении, то он контактировал с влажным воздухом, отсырел. Его изоляция нарушилась, способна создавать токи утечек.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности Поэтому ее качество надо оценивать электрическими измерениями.

Тестер в режиме омметра не всегда способен выявить такое нарушение. Он покажет только явный брак: слишком маленькая мощность его источника тока не обеспечивает точный результат замера. Для проверки состояния изоляции необходимо пользоваться мегаомметром — специальным прибором с мощным источником питания, обеспечивающим приложение к измерительной цепи повышенного напряжения 500 или 1000 вольт.

Оценка состояния изоляции должна проводиться до подачи рабочего напряжения на обмотки. Если выявлены токи утечек, то можно попытаться просушить двигатель в теплой, хорошо проветриваемой среде. Часто этот прием позволяет восстановить работоспособность электрической схемы, собранной внутри сердечника статора.

Запуск асинхронного двигателя по схеме звезды

Для этого способа концы всех обмоток К1, К2, К3 соединяются в точке нейтрали и изолируются, а на их начала подается линейное напряжение.

К одному началу жестко подключается рабочий ноль сети, а к двум другим — потенциал фазы следующим способом:

  • первая любая обмотка соединяется жестко;
  • вторая врезается через конденсаторную сборку.

Для стационарного подключения асинхронного двигателя необходимо предварительно определить фазу и рабочий ноль питающей сети.

Как подобрать конденсаторы

В схеме запуска электродвигателя используется две цепочки для подключения обмотки через конденсаторные сборки:

  • рабочая — подключенная во всех режимах;
  • пусковая — используемая только для интенсивной раскрутки ротора.

В момент запуска параллельно работают обе эти схемы, а при выводе на рабочий режим цепочка пуска отключается.

Емкость рабочих конденсаторов должна соответствовать потребляемой мощности электрического двигателя. Для ее вычисления используют эмпирическую формулу:

Входящие в нее величины номинального тока I и напряжения U как раз и вводят корректировку по электрической мощности двигателя.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

Емкость пусковых конденсаторов обычно в 2÷3 крата превышает рабочую.

Правильность подбора конденсаторов влияет на образование токов в обмотках. Их необходимо проверять после запуска двигателя под нагрузкой. Для этого замеряют токи в каждой обмотке и сравнивают их по величине и углу. Хорошая эксплуатация осуществляется при минимально возможном перекосе. В противном случае двигатель работает нестабильно, а какая-то обмотка или две станут перегреваться.

Рекомендуемые выключатели

В пусковой схеме показан выключатель SA, который вводит в работу на короткое время запуска пусковой конденсатор. Существует много конструкций кнопок, позволяющих выполнять эту операцию.

Однако, хочется обратить внимание на специальное устройство, выпускаемое в советские времена промышленностью для стиральных машин с активатором — центрифугой.

В его закрытом корпусе спрятан механизм в составе:

  • двух контактов, работающих на замыкание от нажатия на верхнюю кнопку «Пуск»;
  • одного контакта, размыкающего всю цепь от кнопки «Стоп».

При нажатии на кнопку Пуск подается фаза схемы на двигатель через рабочие конденсаторы одной цепочкой и пусковые — другой. Когда же кнопку отпускают, то один контакт разрывается. Его подключают к пусковым конденсаторам.

Запуск асинхронного двигателя по схеме треугольник

Больших отличий этого способа от предыдущего практически нет. Пусковая и рабочая цепочки работают по тем же алгоритмам.

В этой схеме приходится учитывать повышенные токи, протекающие в обмотках и иные методы подбора для них конденсаторов.

Их расчет выполняется по похожей на предыдущую, но другой формуле:

Соотношения между пусковыми и рабочими конденсаторами не изменяются. Не забывайте оценивать их подбор контрольными замерами токов под номинальной нагрузкой.

Заключительные выводы

  1. Существующие технические способы позволяют подключать трехфазные асинхронные двигатели к однофазной сети 220 вольт.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности Многочисленные исследователи предлагают для этого свои экспериментальные схемы большим ассортиментом.
  2. Однако, этот метод не обеспечивает эффективное использование ресурса электрической мощности из-за больших потерь энергии, связанных с некачественным преобразованием напряжения для подключения к фазам статора. Поэтому двигатель работает с низким КПД, повышенными затратами.
  3. Длительная эксплуатация станков с подобными двигателями экономически не обоснована.
  4. Способ можно рекомендовать только для подключения неответственных механизмов на короткий участок времени.
  5. С целью эффективного использования асинхронного электродвигателя необходимо применять полноценное трехфазное подключение либо современный дорогой инверторный преобразователь соответствующей мощности.
  6. Однофазный электродвигатель с такой же мощностью в бытовой сети лучше справиться со всеми задачами, а его эксплуатация обойдется дешевле.

Таким образом, конструкции асинхронных двигателей, ранее массово подключаемые к домашней проводке, сейчас не пользуются популярностью, а способ их подключения морально устарел, используется редко.

Вариант подобного механизма показан фотографией наждака со снятым для наглядности защитным щитком и ограничительным упором. Даже при таком исполнении работать на нем затруднительно из-за потерь мощности.

Практические советы Александра Шенрок, изложенные в его видеоролике, наглядно дополняют материал статьи, позволяют лучше осмыслить эту тему. Рекомендую его к просмотру, но, критически отнеситесь к замеру сопротивления изоляции тестером.

Задавайте вопросы в комментариях, делитесь статьей с друзьями через кнопки социальных сетей.

Как известно, при включении трёхфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть, по распространенным конденсаторным схемам: «треугольник», или «звезда», мощность двигателя используется только наполовину (в зависимости от применяемого двигателя).Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

Кроме того, затруднён запуск двигателя под нагрузкой.

В предлагаемой статье описан метод подключения двигателя без потери мощности.

В различных любительских электромеханических станках и приспособлениях чаще всего используются трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. К сожалению, трехфазная сеть в быту — явление крайне редкое, поэтому для их питания от обычной электрической сети любители применяют фазосдвигающий конденсатор, что не позволяет в полном объеме реализовать мощность и пусковые характеристики двигателя. Существующие же тринисторные «фазосдвигающие» устройства еще в большей степени снижают мощность на валу двигателей.

Вариант схемы устройства запуска трехфазного электродвигателя без потери мощности приведен на рис. 1.

Обмотки двигателя 220/380 В соединены треугольником, а конденсатор С1 включен, как обычно, параллельно одной из них. Конденсатору «помогает» дроссель L1, включенный параллельно другой обмотке. При определенном соотношении емкости конденсатора С1, индуктивности дросселя L1 и мощности нагрузки можно получить сдвиг фаз между напряжениями на трех ветвях нагрузки, равный точно 120°.

На рис. 2 приведена векторная диаграмма напряжений для устройства, представленного на рис. 1, при чисто активной нагрузке R в каждой ветви. Линейный ток Iл в векторном виде равен разности токов Iз и Ia, а по абсолютному значению соответствует величине Iф√3, где Iф=I1=I2=I3=Uл/R — фазный ток нагрузки, Uл=U1=U2=U3=220 В — линейное напряжение сети.

К конденсатору С1 приложено напряжение Uc1=U2, ток через него равен Ic1 и по фазе опережает напряжение на 90°.

Аналогично к дросселю L1 приложено напряжение UL1=U3, ток через него IL1 отстает от напряжения на 90°.

При равенстве абсолютных величин токов Ic1 и IL1 их векторная разность при правильном выборе емкости и индуктивности может быть равной Iл.

Сдвиг фаз между токами Ic1 и IL1 составляет 60°, поэтому треугольник из векторов Iл, Iс1 и IL1 — равносторонний, а их абсолютная величина составляет Iс1=IL1=Iл=Iф√3.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности В свою очередь, фазный ток нагрузки Iф=Р/ЗUL, где Р — суммарная мощность нагрузки.

Иными словами, если емкость конденсатора С1 и индуктивность дросселя L1 выбрать такими, чтобы при поступлении на них напряжения 220 В ток через них был бы равен Ic1=IL1=P/(√3⋅Uл)=P/380, показанная на рис. 1 цепь L1C1 обеспечит на нагрузке трехфазное напряжение с точным соблюдением сдвига фаз.

Таблица 1
P, ВтIC1=IL1, AC1, мкФL1, Гн
1000.263.82.66
2000.537.61.33
3000.7911.40.89
4001.0515.20.67
5001.3219.00.53
6001.5822.90.44
7001.8426.70.38
8002.1130.50.33
9002.3734.30.30
10002.6338.10.27
11002.8941.90.24
12003.1645.70.22
13003.4249.50.20
14003.6853.30.19
15003.9557.10.18

В табл. 1 приведены значения тока Ic1=IL1. емкости конденсатора С1 и индуктивности дросселя L1 для различных величин полной мощности чисто активной нагрузки.

Реальная нагрузка в виде электродвигателя имеет значительную индуктивную составляющую. В результате линейный ток отстает по фазе от тока активной нагрузки на некоторый угол ф порядка 20. 40°.

На шильдиках электродвигателей обычно указывают не угол, а его косинус — широко известный cosφ, равный отношению активной составляющей линейного тока к его полному значению.

Индуктивную составляющую тока, протекающего через нагрузку устройства, показанного на рис.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности 1, можно представить в виде токов, проходящих через некоторые катушки индуктивности Lн, подключенные параллельно активным сопротивлениям нагрузки (рис. 3,а), или, что эквивалентно, параллельно С1, L1 и сетевым проводам.

Из рис. 3,б видно, что поскольку ток через индуктивность противофазен току через емкость, катушки индуктивности LH уменьшают ток через емкостную ветвь фазосдвигающей цепи и увеличивают через индуктивную. Поэтому для сохранения фазы напряжения на выходе фазосдвигающей цепи ток через конденсатор С1 необходимо увеличить и через катушку уменьшить

Векторная диаграмма для нагрузки с индуктивной составляющей усложняется. Ее фрагмент, позволяющий произвести необходимые расчеты, приведен на рис. 4.

Полный линейный ток Iл разложен здесь на две составляющие: активную Iлcosφ и реактивную Iлsinφ.

В результате решения системы уравнений для определения необходимых значений токов через конденсатор С1 и катушку L1:

IC1sin30° + IL1sin30° = Iлcosφ, IC1cos30° – IL1cos30° = Iлsinφ,

получаем следующие значения этих токов:

IC1 = 2/√3⋅Iлsin(φ+60°), IL1 = 2/√3⋅Iлcos(φ+30°).

При чисто активной нагрузке (φ=0) формулы дают ранее полученный результат Ic1=IL1=Iл.

На рис. 5 приведены зависимости отношений токов Ic1 и IL1 к Iл от cosφ, рассчитанные по этим формулам Для (cosφ = √3/2 = 0,87) ток конденсатора С1 максимален и равен 2/√3Iл = 1.15Iл, а ток дросселя L1 вдвое меньше.

Этими же соотношениями с хорошей степенью точности можно пользоваться для типовых значений cosφ, равных 0,85. 0,9.

Таблица 2
P, ВтIC1, AIL1, AC1, мкФL1, Гн
1000.350.185.13.99
2000.700.3510.22.00
3001.050.5315.21.33
4001.400.7020.31.00
5001.750.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности 8825.40.80
6002.111.0530.50.67
7002.461.2335.60.57
8002.811.4040.60.50
9003.161.5845.70.44
10003.511.7550.80.40
11003.861.9355.90.36
12004.212.1161.00.33
13004.562.2866.00.31
14004.912.4671.10.29
15005.262.6376.20.27

В табл. 2 приведены значения токов IC1, IL1, протекающих через конденсатор С1 и дроссель L1 при различных величинах полной мощности нагрузки, имеющей указанное выше значение cosφ = √3/2.

Для такой фазосдвигающей цепи используют конденсаторы МБГО, МБГП, МБГТ, К42-4 на рабочее напряжение не менее 600 В или МБГЧ, К42-19 на напряжение не менее 250 В.

Дроссель проще всего изготовить из трансформатора питания стержневой конструкции от старого лампового телевизора. Ток холостого хода первичной обмотки такого трансформатора при напряжении 220 В обычно не превышает 100 мА и имеет нелинейную зависимость от приложенного напряжения.

Если же в магнитопровод ввести зазор порядка 0,2. 1 мм, ток существенно возрастет, а зависимость его от напряжения станет линейной.

Сетевые обмотки трансформаторов ТС могут быть соединены так, что номинальное напряжение на них составит 220 В (перемычка между выводами 2 и 2′), 237 В (перемычка между выводами 2 и 3′) или 254 В (перемычка между выводами 3 и 3′). Сетевое напряжение чаще всего подают на выводы 1 и 1′. В зависимости от вида соединения меняются индуктивность и ток обмотки.

В табл. 3 приведены значения тока в первичной обмотке трансформатора ТС-200-2 при подаче на нее напряжения 220 В при различных зазорах в магнитопроводе и разном включении секций обмоток.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

Сопоставление данных табл. 3 и 2 позволяет сделать вывод, что указанный трансформатор можно установить в фазосдвигающую цепь двигателя с мощностью примерно от 300 до 800 Вт и, подбирая зазор и схему включения обмоток, получить необходимую величину тока.

Индуктивность изменяется также в зависимости от синфазного или противофазного соединения сетевой и низковольтных (например, накальных) обмоток трансформатора.

Максимальный ток может несколько превышать номинальный ток в рабочем режиме. В этом случае для облегчения теплового режима целесообразно снять с трансформатора все вторичные обмотки, часть низковольтных обмоток можно использовать для питания цепей автоматики устройства, в котором работает электродвигатель.

Таблица 3
Зазор в
магнитопроводе, мм
Ток в сетевой обмотке, A,
при соединении выводов на напряжение, В
220237254
0.20.630.540.46
0.51.261.060.93
12.051.75

В табл. 4 приведены номинальные величины токов первичных обмоток трансформаторов различных телевизоров и ориентировочные значения мощности двигателя, с которыми их целесообразно использовать фазосдвигающую LC-цепь следует рассчитывать для максимально возможной нагрузки электродвигателя.

Таблица 4
ТрансформаторНоминальный
ток, A
Мощность
двигателя, Вт
ТС-360М1.8600. 1500
ТС-330К-11.6500. 1350
СТ-3201.6500. 1350
СТ-3101.5470. 1250
ТСА-270-1,
ТСА-270-2,
ТСА-270-3
1.25400. 1250
ТС-250,
ТС-250-1,
ТС-250-2,
ТС-250-2М,
ТС-250-2П
1.1350. 900
ТС-200К1330.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности 850
ТС-200-20.95300. 800
ТС-180,
ТС-180-2,
ТС-180-4,
ТС-180-2В
0.87275. 700

При меньшей нагрузке необходимый сдвиг фаз уже не будет выдерживаться, но пусковые характеристики по сравнению с использованием одного конденсатора улучшатся.

Экспериментальная проверка проводилась как с чисто активной нагрузкой, так и с электродвигателем.

Функции активной нагрузки выполняли по две параллельно соединенных лампы накаливания мощностью 60 и 75 Вт, включенные в каждую нагрузочную цепь устройства (см рис. 1), что соответствовало общей мощности 400 Вт В соответствии с табл. 1 емкость конденсатора С1 составляла 15 мкф Зазор в магнитопроводе трансформатора ТС-200-2 (0,5 мм) и схема соединения обмоток (на 237 В) были выбраны из соображений обеспечения необходимого тока 1,05 А.

Измеренные на нагрузочных цепях напряжения U1, U2, U3 отличались друг от друга на 2. 3 В, что подтверждало высокую симметрию трехфазного напряжения.

Эксперименты проводились также с трехфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором АОЛ22-43Ф мощностью 400 Вт. Он работал с конденсатором С1 емкостью 20 мкф (кстати, такой же, как и при работе двигателя только с одним фазосдвигающим конденсатором) и с трансформатором, зазор и соединение обмоток которого выбраны из условия получения тока 0,7 А.

В результате удалось быстро запустить двигатель без пускового конденсатора и заметно увеличить крутящий момент, ощущаемый при торможении шкива на валу двигателя.

К сожалению, провести более объективную проверку затруднительно, поскольку в любительских условиях практически невозможно обеспечить нормированную механическую нагрузку на двигатель.

Следует помнить, что фазосдвигающая цепь — это последовательный колебательный контур, настроенный на частоту 50 Гц (для варианта чисто активной нагрузки), и без нагрузки подключать к сети эту цепь нельзя.

Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети

Здравствуйте,  дорогие читатели и гости сайта «Заметки электрика».Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

Частенько у каждого из нас возникает необходимость в гараже или на даче подключить трехфазный асинхронный двигатель, например, для наждачного или сверлильного станка, бетономешалки и т.п.

А в наличии имеется только источник однофазного напряжения.

Как быть в данной ситуации?

Все просто. Необходимо трехфазный асинхронный двигатель включить как конденсаторный по следующим классическим схемам.

Еще раз напоминаю, что это самые распространенные схемы подключения трехфазного двигателя к однофазной сети. Существует еще несколько способов включения, но о них в данной статье мы говорить не будем.

Как видно из схем, это осуществляется с помощью рабочего и пускового конденсаторов. Их еще называют фазосдвигающими.

Кстати, со схемой соединения звездой и треугольником обмоток асинхронного двигателя я Вас знакомил в прошлой статье.

Выбор емкости конденсаторов

1. Выбор емкости рабочего конденсатора

Величина емкости рабочего конденсатора (Сраб.) рассчитывается по формуле:

Полученное значение емкости рабочего конденсатора получается в (мкФ).

Вышеприведенная формула может показаться Вам сложной, поэтому Вашему вниманию предлагаю более легкий вариант расчета емкости рабочего конденсатора для подключения трехфазного двигателя к однофазной сети. Для этого Вам необходимо лишь знать мощность (кВт) асинхронного двигателя.

Если сказать еще более проще, то на каждые 100 (Вт) мощности трехфазного двигателя необходимо порядка 7 (мкФ) емкости рабочего конденсатора.

При выборе емкости рабочего конденсатора необходимо контролировать ток в фазных обмотках статора в установившемся режиме. Этот ток не должен превышать номинального значения.

2. Выбор емкости пускового конденсатора

Если же у Вас пуск электродвигателя происходит при значительной нагрузке на валу, то параллельно рабочему конденсатору необходимо включать пусковой конденсатор.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности Включается он только на время пуска двигателя (примерно 2-3 секунды) с помощью ключа SA до набора номинальной частоты вращения ротора, а затем отключается.

Что случится, если забыть отключить пусковые конденсаторы?

Если забыть отключить пусковые конденсаторы, то возникнет сильный перекос по токам в фазах и двигатель может перегреться.

Величина емкости пускового конденсатора выбирается в 2,5-3 раза больше емкости рабочего конденсатора.

В таком случае пусковой момент двигателя становится номинальным и двигатель запустится без проблем.

Необходимая емкость набирается с помощью параллельного и последовательного соединения конденсаторов. Об этом я напишу отдельную статью в разделе «Электротехника«. Следите за обновлениями на сайте. Подписывайтесь на новые статьи.

Трехфазные двигатели мощностью до 1 (кВт) можно включать в однофазную сеть только с рабочим конденсатором. Пусковой конденсатор можно не применять.

Выбор типа конденсаторов

Как выбрать емкость рабочих и пусковых конденсаторов Вы уже знаете. Теперь необходимо разобраться, какой тип конденсаторов можно применять в представленных схемах.

Желательно использовать один и тот же тип конденсаторов, как для рабочих, так и для пусковых конденсаторов.

Чаще всего, для подключения трехфазного двигателя в однофазную сеть, применяют бумажные конденсаторы в металлическом герметичном корпусе типа МПГО, МБГП, КБП или МБГО.

Кое-что я нашел у себя в запасе.

Практически все они имеют прямоугольную форму.

На самом корпусе можно увидеть их параметры:

  • емкость (мкФ)
  • рабочее напряжение (В)

Но у бумажных конденсаторов есть один недостаток — они выпускаются слишком громоздкие и при этом имеют небольшую емкость. Поэтому при включении трехфазного двигателя небольшой мощности в однофазную сеть, батарея набранных конденсаторов получается «солидная».Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

Также вместо бумажных конденсаторов  можно применять и электролитические, но схема их подключения совершенно другая и содержит в себе дополнительные элементы в виде диодов и резисторов.

Применять Вам электролитические конденсаторы я Вам настоятельно не рекомендую!!!

У них есть недостаток в виде того, что при пробое диода через конденсатор пойдет переменный ток, что вызовет его нагрев и взрыв (выход его из строя).

Тем более, что в современной электронике вышли в свет новые металлизированные полипропиленовые конденсаторы переменного тока типа СВВ.

Вот например, СВВ60 в круглом корпусе.

Или СВВ61 в прямоугольном корпусе.

В основном, они выпускаются на напряжение 400-450 (В). Вот на них то и стоит обратить внимание — очень хорошо себя зарекомендовали. Нареканий к ним нет. Кстати, такой же конденсатор у меня стоит на сверлильном станке в мастерской.

Выбор напряжения конденсаторов

Также при выборе конденсаторов для трехфазного двигателя в однофазной сети важно правильно учитывать их рабочее напряжение.

Если выбрать конденсатор с большим запасом по напряжению, то это будет не целесообразно и приведет к дополнительным затратам и увеличению габаритных размеров нашей установки.

Если же выбрать конденсатор с рабочим напряжением меньше, чем напряжение сети, то это приведет к преждевременному выходу из строя конденсаторов (даже возможен взрыв).

Принято выбирать рабочее напряжение конденсаторов  для схем, указанных в данной статье, равное 1,15 напряжению сети, а еще лучше не менее 300 (В).

Вроде бы все ясно и понятно. Но не стоит забывать, что при использовании бумажных конденсаторов в сети переменного напряжения следует разделить их рабочее напряжение примерно в 1,5-2 раза.

Например, если на бумажном конденсаторе указано напряжение 180 (В), то его рабочее напряжение при переменном токе следует принять 90-120 (В).Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

Пример подключения трехфазного двигателя к однофазной сети

Чтобы закрепить теорию на практике, рассмотрим пример выбора конденсаторов для подключения трехфазного двигателя АОЛ 22-4 мощностью 400 (Вт) в однофазную сеть. Кстати я уже описывал устройство этого двигателя в предыдущих статьях. Прочитать про него можете здесь.

Цель нашего эксперимента — запустить этот двигатель от однофазной сети 220 (В).

Данные двигателя АОЛ 22-4:

Т.к. мощность этого двигателя небольшая (до 1 кВт), то для его запуска в однофазной сети достаточно будет применить только рабочий конденсатор.

Определим емкость рабочего конденсатора:

Исходя из формул, принимаем среднее значение емкости рабочего конденсатора равной 25 (мкФ).

Для эксперимента я буду использовать емкость 10 (мкФ). Заодно и посмотрим, можно ли использовать емкость чуть ниже расчетной.

Далее идем в кладовку и ищем подходящие конденсаторы. Нашлись конденсаторы типа МБГО.

Теперь нам необходимо, применив навыки электротехники

, собрать из этих конденсаторов необходимую нам емкость.

Емкость одного конденсатора составляет 10 (мкФ).

При параллельном соединении 2 конденсаторов мы получим емкость, равную 20 (мкФ). Но рабочее напряжение у них составляет всего 160 (В). Поэтому для увеличения рабочего напряжения до 320 (В), эти 2 конденсатора соединим последовательно с 2 такими же конденсаторами, соединенных параллельно. Общая их емкость получится 10 (мкФ). Вот как это получилось.

Подключаем полученную батарею рабочих конденсаторов согласно схемы, представленной в начале данной статьи и пробуем запустить трехфазный двигатель в однофазной сети.

Дальнейшие итоги нашего эксперимента смотрите на видео.

Эксперимент завершился УДАЧНО!!!

И вообще мне показалось, что запуск двигателя от однофазной сети с помощью конденсаторов произошел легче и быстрее, чем от трехфазной сети…Выслушаю и Ваше мнение по этому поводу!!!

При включении трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть его полезная мощность не превысит 70-80% номинальной мощности, а частота вращения ротора  практически равна номинальной.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

Примечание 1: если у Вас двигатель 380/220 (В), то подключать его в сеть 220 (В) необходимо только треугольником.

Примечание 2: если на бирке указана только схема звезды с напряжением 380 (В), то подключить такой двигатель в однофазную сеть 220 (В) получится только при одном условии. Нужно «распотрошить» общую точку звезды и вывести в клеммник 6 концов. Общая точка чаще всего находится в лобовой части двигателя.

Я думаю Вам будет интересно продолжение этой статьи о том, как осуществить реверс трехфазного двигателя, подключенного к однофазной сети.

P.S. Задавайте вопросы по данной теме в комментариях, я с удовольствием отвечу Вам. А также подписывайтесь на новые статьи. Дальше будет интереснее.

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:


Как использовать трехфазный двигатель в однофазном источнике питания

На этот раз я хотел бы поделиться некоторыми важными знаниями, которые я использовал при возникновении аварийной или критической ситуации. Что вы делаете, если у вас есть только трехфазный двигатель и однофазный источник питания?

Как использовать трехфазный двигатель в однофазном источнике питания? На самом деле трехфазный двигатель может работать в однофазном питании с помощью постоянного КОНДЕНСАТОРА. Эта маленькая вещь (конденсатор) очень полезна для работы трехфазного двигателя в однофазном питании. поставлять.

Согласно нашему последнему обсуждению трехфазного двигателя, обычно у него есть две (2) общие обмотки, соединение ЗВЕЗДА или ТРЕУГОЛЬНИК. В этом посте я объяснил, как подключить конденсатор в трехфазном двигателе, как изменить вращение двигателя, как оценить значение емкости и выбрать подходящий конденсатор.

Как установить и подключить конденсатор для трехфазного двигателя с однофазным питанием?

1) Подключение конденсатора для вращения ВПЕРЕД

-Для вращения ВПЕРЕД, мы должны установить конденсатор в соединение ТРЕУГОЛЬНИК, как показано на рисунке ниже.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

* символ -> Изменение клеммы подключения * конденсатора позволяет инвертировать направление вращения двигателя.

2) Подключение конденсатора для ОБРАТНОГО вращения

— Для ОБРАТНОГО вращения необходимо установить конденсатор в любые две фазы обмотки в соединении ЗВЕЗДА (Y), как показано на рисунке ниже.

* символ -> Изменение клеммы подключения * конденсатора позволяет инвертировать направление вращения двигателя.

Мощность двигателя

Мы должны учитывать мощность двигателя при переходе с трехфазного источника питания на однофазный, чтобы соответствовать и подходить для нашего приложения.Но мы не можем получить фактическое значение из-за множества аспектов, которые мы должны рассчитать, и это так сложно. Поэтому мы можем оценить приблизительное значение мощности двигателя в процентах (%) ниже: —

Как выбрать подходящий конденсатор?

Это очень важное решение, которое мы должны принять во внимание при выборе емкости конденсатора при планировании работы трехфазного двигателя в однофазном источнике питания. В случае неправильного выбора это может повлиять на состояние двигателя, а производительность также может повредить обмотку двигателя. .

Ниже приводится приблизительное значение требуемого конденсатора. Мы должны учитывать рабочее напряжение VS напряжение сети, чтобы избежать повреждения обмотки трехфазного двигателя или самого конденсатора. См. Таблицу ниже: —

Объяснение основных измерений трехфазной мощности

Время чтения: 7 минут

Хотя однофазное электричество используется для питания обычных бытовых и офисных электроприборов, системы трехфазного переменного тока почти повсеместно используются для распределения электроэнергии и подачи электричества непосредственно на оборудование с более высокой мощностью.

В этой технической статье описываются основные принципы трехфазных систем и различие между различными возможными соединениями для измерения.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

  • Трехфазные системы
  • Соединение звездой или звездой
  • Соединение треугольником
  • Сравнение звезды и дельты
  • Измерения мощности
  • Подключение однофазного ваттметра
  • Однофазное трехпроводное соединение
  • Трехфазное трехпроводное соединение (метод двух ваттметров)
  • Трехфазное трехпроводное соединение (метод трех ваттметров)
  • Теорема Блонделя: необходимое количество ваттметров
  • Трехфазное, четырехпроводное подключение
  • Настройка измерительного оборудования

Трехфазные системы

Трехфазное электричество состоит из трех напряжений переменного тока одинаковой частоты и одинаковой амплитуды.Каждая фаза переменного напряжения отделена от другой на 120 ° (Рисунок 1).

Рис. 1. Форма сигнала трехфазного напряжения

Эту систему можно схематически представить как осциллограммами, так и векторной диаграммой (рис. 2).

Рисунок 2. Векторы трехфазного напряжения

Зачем нужны трехфазные системы? По двум причинам:

  1. Три разнесенных вектора напряжения могут использоваться для создания вращающегося поля в двигателе. Таким образом, двигатели можно запускать без дополнительных обмоток.
  2. Трехфазная система может быть подключена к нагрузке таким образом, чтобы количество необходимых медных соединений (и, следовательно, потери при передаче) было вдвое меньше, чем они были бы в противном случае.

Рассмотрим три однофазные системы, каждая из которых выдает 100 Вт на нагрузку (рисунок 3). Общая нагрузка составляет 3 × 100 Вт = 300 Вт. Для подачи питания 1 ампер протекает через 6 проводов, и, таким образом, возникают 6 единиц потерь.

Рисунок 3. Три однофазных источника — шесть единиц потерь

В качестве альтернативы, три источника могут быть подключены к общей обратной линии, как показано на рисунке 4. Когда ток нагрузки в каждой фазе одинаков, нагрузка считается равной. сбалансированный.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности При сбалансированной нагрузке и трех токах, сдвинутых по фазе на 120 ° друг от друга, сумма тока в любой момент равна нулю, и ток в обратной линии отсутствует.

Рис. 4. Трехфазное питание, сбалансированная нагрузка — 3 единицы потерь

В трехфазной системе под углом 120 ° требуется только 3 провода для передачи энергии, для которой в противном случае потребовалось бы 6 проводов. Требуется половина меди, и потери при передаче по проводам уменьшатся вдвое.

Соединение звездой или звездой

Трехфазная система с общим подключением обычно изображается, как показано на Рисунке 5, и называется соединением «звезда» или «звезда».

Рисунок 5. Соединение звездой или звездой — три фазы, четыре провода

Общая точка называется нейтральной точкой.Эта точка часто заземляется на источнике питания из соображений безопасности. На практике нагрузки не сбалансированы идеально, и четвертый нейтральный провод используется для передачи результирующего тока.

Нейтральный проводник может быть значительно меньше трех основных проводов, если это разрешено местными правилами и стандартами.

Рисунок 6. Сумма мгновенных напряжений в любой момент времени равна нулю.

Соединение треугольником

Три однофазных источника питания, о которых говорилось ранее, также могут быть подключены последовательно.Сумма трех сдвинутых по фазе напряжений на 120 ° в любой момент равна нулю. Если сумма равна нулю, то обе конечные точки имеют одинаковый потенциал и могут быть соединены вместе.

Соединение обычно выполняется, как показано на Рисунке 7, и называется соединением «треугольник» по форме греческой буквы «дельта», Δ.

Рисунок 7. Соединение треугольником — трехфазное, трехпроводное

Сравнение звездой и треугольником

Конфигурация «звезда» используется для распределения питания между однофазными бытовыми приборами в доме и офисе.Однофазные нагрузки подключаются к одной ветви звезды между линией и нейтралью. Общая нагрузка на каждую фазу распределяется в максимально возможной степени, чтобы обеспечить сбалансированную нагрузку на первичное трехфазное питание.Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности: Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

Конфигурация «звезда» также может подавать одно- или трехфазное питание на более мощные нагрузки при более высоком напряжении. Однофазные напряжения — это напряжения между фазой и нейтралью. Также доступно более высокое межфазное напряжение, как показано черным вектором на Рисунке 8.

Рисунок 8. Напряжение (фаза-фаза)

Конфигурация «треугольник» чаще всего используется для питания трехфазных промышленных нагрузок большей мощности.Различные комбинации напряжений могут быть получены от одного трехфазного источника питания по схеме «треугольник», однако путем подключения или «ответвлений» вдоль обмоток трансформаторов питания.

В США, например, система с треугольником 240 В может иметь обмотку с расщепленной фазой или обмотку с центральным отводом для обеспечения двух источников питания 120 В (рисунок 9).

Рис. 9. Конфигурация треугольником с обмоткой «расщепленная фаза» или «отвод от средней точки»

Из соображений безопасности центральный отвод может быть заземлен на трансформаторе. 208 В также имеется между центральным ответвлением и третьей «верхней ветвью» соединения треугольником.

Измерения мощности

Мощность в системах переменного тока измеряется с помощью ваттметров. Современный цифровой ваттметр с выборкой, такой как любой из анализаторов мощности Tektronix, умножает мгновенные выборки напряжения и тока вместе для расчета мгновенных ватт, а затем берет среднее значение мгновенных ватт за один цикл для отображения истинной мощности.

Ваттметр обеспечивает точные измерения истинной мощности, полной мощности, реактивной мощности вольт-ампер, коэффициента мощности, гармоник и многих других параметров в широком диапазоне форм волн, частот и коэффициента мощности.

Чтобы анализатор мощности дал хорошие результаты, вы должны уметь правильно определять конфигурацию проводки и правильно подключать ваттметры анализатора.

Подключение однофазного ваттметра

Рисунок 10. Однофазные, двухпроводные измерения и измерения постоянного тока

Требуется только один ваттметр, как показано на рисунке 10. Системное подключение к клеммам напряжения и тока ваттметра несложно. Клеммы напряжения ваттметра подключены параллельно к нагрузке, и ток проходит через клеммы тока, которые включены последовательно с нагрузкой.

Однофазное трехпроводное соединение

В этой системе, показанной на рисунке 11, напряжения вырабатываются одной обмоткой трансформатора с центральным отводом, и все напряжения синфазны. Эта система широко распространена в жилых домах Северной Америки, где доступны один источник питания 240 В и два источника питания 120 В, которые могут иметь разную нагрузку на каждую ногу.

Для измерения общей мощности и других величин подключите два ваттметра, как показано на Рисунке 11 ниже.

Рисунок 11. Метод однофазного трехпроводного ваттметра

Трехфазное трехпроводное соединение (метод двух ваттметров)

При наличии трех проводов требуются два ваттметра для измерения общей мощности.Подключите ваттметры, как показано на рисунке 12. Клеммы напряжения ваттметров соединены фаза с фазой.

Рисунок 12. Трехфазный, трехпроводной, метод 2 ваттметра

Трехфазное трехпроводное соединение (метод трех ваттметров)

Хотя для измерения общей мощности в трехпроводной системе требуются только два ваттметра, как показано ранее, иногда удобно использовать три ваттметра. В соединении, показанном на Рисунке 13, ложная нейтраль была создана путем соединения клемм низкого напряжения всех трех ваттметров вместе.

Рисунок 13. Трехфазное трехпроводное соединение (метод трех ваттметров: установите анализатор в трехфазный четырехпроводной режим).

Трехпроводное трехпроводное соединение имеет преимущества индикации мощности в каждой фазе (не возможно при подключении двух ваттметров) и фазных напряжений.

Теорема Блонделя: необходимое количество ваттметров

В однофазной системе всего два провода. Мощность измеряется одним ваттметром. В трехпроводной системе требуется два ваттметра, как показано на рисунке 14.

Рисунок 14. Доказательство для трехпроводной системы «звезда»

В общем, количество требуемых ваттметров равно количеству проводов минус один.

Проба для трехпроводной системы звездой

Мгновенная мощность, измеренная ваттметром, является произведением мгновенных значений напряжения и тока.

  • Ваттметр 1 показание = i1 (v1 — v3)
  • Показание ваттметра 2 = i2 (v2 — v3)
  • Сумма показаний W1 + W2 = i1v1 — i1v3 + i2v2 — i2v3 = i1v1 + i2v2 — (i1 + i2) v3
  • (Из закона Кирхгофа: i1 + i2 + i3 = 0, поэтому i1 + i2 = -i3)
  • 2 показания W1 + W2 = i1v1 + i2v2 + i3v3 = общая мгновенная мощность в ваттах.

Трехфазное, четырехпроводное соединение

Три ваттметра необходимы для измерения общей мощности в четырехпроводной системе. Измеренные напряжения представляют собой истинные напряжения между фазой и нейтралью. Междуфазные напряжения могут быть точно рассчитаны по амплитуде и фазе межфазных напряжений с использованием векторной математики.

Современный анализатор мощности также будет использовать закон Кирхгофа для расчета тока, протекающего в нейтральной линии.

Настройка измерительного оборудования

Для заданного количества проводов требуются N, N-1 ваттметров для измерения общих величин, таких как мощность.Вы должны убедиться, что у вас достаточно количества каналов (метод 3 ваттметра), и правильно их подключить.

Современные многоканальные анализаторы мощности вычисляют общие или суммарные величины, такие как ватты, вольты, амперы, вольт-амперы и коэффициент мощности, напрямую с использованием соответствующих встроенных формул. Формулы выбираются в зависимости от конфигурации проводки, поэтому настройка проводки имеет решающее значение для получения точных измерений общей мощности. Анализатор мощности с функцией векторной математики также преобразует величины между фазой и нейтралью (или звездой) в величины фаза-фаза (или дельта).

Коэффициент √3 может использоваться только для преобразования между системами или масштабирования измерений только одного ваттметра в сбалансированных линейных системах.

Понимание конфигурации проводки и выполнение правильных соединений имеет решающее значение для выполнения измерений мощности. Знакомство с обычными системами электропроводки и запоминание теоремы Блонделя поможет вам установить правильные соединения и получить результаты, на которые вы можете положиться.

Ссылки

Основы измерения трехфазной мощности — инструкция по применению Tektronix

Ваттметр — это прибор для измерения электрической мощности (или скорости подачи электрической энергии) в ваттах любой данной цепи.Электромагнитные ваттметры используются для измерения полезной частоты и мощности звуковой частоты; другие типы требуются для радиочастотных измерений. Источник: Википедия

Источник: Портал электротехники

Почему передача электроэнергии трехфазная, а не однофазная?

Я сосредоточу свой ответ только на передаче, не объясняя, почему 3 фазы полезны в целом, потому что это сделали другие ответы.

Передача энергии — это компромисс. Компромисс между эффективностью передачи и простотой преобразования.Самый эффективный способ передачи электроэнергии — постоянный ток. Вот почему большинство сверхдлинных линий — это HVDC (постоянный ток высокого напряжения). Однако постоянный ток хуже всего подходит для преобразования его в высокое напряжение, когда вы хотите отправить его с электростанции, и обратно в низкое напряжение, когда вы хотите подавать его потребителям.

А вот

AC преобразовать очень удобно — достаточно поставить трансформатор. Однако передача — отстой. Например. Переменный ток излучает часть энергии, но это не главная проблема. Если вы посмотрите на синусоидальный график, вы поймете, что провод переменного тока на самом деле не работает в 100% случаев.В то время как кабель постоянного тока несет полезный ток все время (можно думать о постоянном токе как о 100% -ном рабочем цикле ШИМ), кабель переменного тока пропускает ток только часть времени. Это означает, что при одинаковом пиковом напряжении (которое определяет стоимость изоляции линии) и при одинаковом пиковом токе (что определяет размер и стоимость проводников) переменный ток может передавать только часть мощности.

Вот и идея многофазности. Конечно, одна только многофазность ничего не значит, у вас может быть 3 фазы на 6 проводниках (3 пары полностью независимы друг от друга).Ключевым моментом здесь является разделение проводов между фазами. Это как горячая койка на военном корабле — 2 моряка делят 1 койку, когда один парень просыпается и начинает свою смену, другой заканчивает смену и ложится спать. Дело в том, чтобы не было пустой койки, просто тратя пространство, и трехфазный переменный ток работает по той же концепции: в то время, когда одна фаза «отдыхает», другая фаза повторно использует один из своих проводов для передачи собственного тока. На первый взгляд это неясно, потому что это очень плавно: одна фаза падает до 0, а другая поднимается, и никогда не бывает времени, когда одна фаза соединяется сама с собой.Но дело в том, чтобы повторно использовать простой проводов.

Почему 3? Поскольку 2 слишком мало, у вас не может быть 2 фаз на 2 проводах. 3 — минимальное количество фаз, которые могут разделять все провода. Почему зачет? Потому что одна фаза на X проводниках — это то же самое, что 1 проводник в X раз толще.

Когда вы сравниваете трехфазную систему с однофазной, вы можете ясно видеть, что, добавив всего на 50% больше проводов, вы получите в 3 раза больше тока.

3-фазная передача использует провода ДВАЖДЫ так же эффективно, как 1-фазная.Таким образом, при построении линии вы можете использовать вдвое меньше меди.

Как преобразовать однофазное питание в трехфазное

Обновлено 15 декабря 2018 г.

Кевин Бек

В Соединенных Штатах большая часть энергии, поступающей в дома людей, является однофазной. Однако электроэнергия, вырабатываемая на электростанции, является трехфазной. Это идея тех больших линий электропередачи, которые вы видите прикрепленными к высоким башням — эти линии должны передавать столько напряжения, сколько возможно, на большие расстояния, прежде чем эта мощность будет «отведена» и доставлена ​​в районы при значительно пониженном напряжении.

Однофазного питания достаточно практически для всех бытовых приборов, в то время как промышленные установки с тяжелым оборудованием требуют трехфазного питания. Но что, если вам нужно трехфазное питание, а все, что у вас есть, — это однофазное питание, поступающее в ваш дом?

Трехфазное питание: визуальная аналогия

Представьте себя и двух своих (явно скучающих) друзей, идущих взад и вперед со скоростью 2 метра в секунду (около 4,5 миль в час) по дороге, идущей на север. юг и измеряет 60 метров от конца до конца.Каждый из вас начинает в середине этого пути, идет к северному концу, возвращается к началу, продолжает идти к противоположному концу и снова возвращается к середине, тем самым завершая один 120-метровый «круг» или цикл. Поскольку каждый из вас идет со скоростью 2 метра в секунду, на один круговой обход у каждого человека уходит ровно 60 секунд.

Предположим далее, что в начальной точке «статус» каждого из вас равен нулю. Вы получаете одну единицу статуса за каждый метр, который вы идете на север, и теряете единицу статуса за каждый метр, который вы идете на юг.Таким образом, всякий раз, когда один из вас достигает северного конца пути, этот человек имеет статус 30, в то время как любой, кто делает поворот на южном конце, имеет статус -30. Вы понимаете, что трое из вас могут максимально отделить себя друг от друга, начав с интервалом в 20 секунд, потому что каждая схема занимает 60 секунд, и вас трое, и 60, разделенное на 3, равно 20. Если вы выполните алгебру, вы обнаружите, что когда один из вас максимизировал свой «статус» со значением 30, достигнув северного конца, двое других проходят друг друга на полпути вдоль южной части, один направляется на север, а другой — на юг, где каждый ходок имеет статус -15.Если вы сложите свои значения статуса вместе в такой момент, они в сумме составят 30 + (-15) + (-15) = 0. Фактически, можно показать, что сумма всех ваших значений статуса в любое время равно 0 до тех пор, пока вы втроем точно расставлены, как описано.

Мощность и напряжение в цепях переменного тока

Это предлагает модель того, как выглядит трехфазная электрическая мощность, за исключением того, что «напряжение» заменяется на «состояние», и вместо одного цикла, происходящего каждые 60 секунд, происходит 60 циклов напряжения каждый второй.Кроме того, вместо того, чтобы каждый человек проходил начальную точку дважды в минуту, напряжение проходит через нулевую точку 120 раз в секунду.

Из-за того, что мощность, ток и напряжение связаны математически, трехфазная мощность остается на постоянном, ненулевом уровне, даже если три отдельных напряжения складываются в ноль в любой момент. Это соотношение:

Здесь P — мощность в ваттах, V — напряжение в вольтах, а R — электрическое сопротивление в единицах, называемых омами. Вы можете видеть, что отрицательные напряжения вносят вклад в мощность, потому что возведение отрицательного числа в квадрат дает положительное значение.Полная мощность в трехфазной системе — это просто сумма мощности трех отдельных значений мощности каждой фазы.

Кроме того, если вы когда-нибудь задавались вопросом, как переменный ток (AC) получил свое название, теперь у вас есть ответ. Напряжение никогда не бывает стабильным ни в однофазных, ни в трехфазных системах, и, как следствие, нет ни тока; они связаны законом Ома: V = IR, где I означает ток в амперах («амперах»).

Однофазное питание: расширение аналогии

Чтобы расширить аналогию «приятель-ходьба-вперед-вперед» на однофазное питание, просто представьте, что двух ваших друзей зовут домой к обеду, пока вы продолжаете идти, и вот оно. у тебя есть это.То есть трехфазное питание — это буквально три однофазных источника питания, взаимно смещенных на треть цикла (или, в тригонометрическом выражении, на 120 градусов). В однофазном источнике питания каждый раз, когда одно напряжение ненадолго становится равным нулю, выходная мощность также уменьшается. Возможно, теперь вы понимаете, почему небольшие приборы, на которые не сильно влияют очень короткие перебои в подаче электроэнергии, могут работать от однофазной энергии, в то время как большие машины, которые работают с высокими уровнями мощности (мощности), не могут; им требуется большой и стабильный источник питания.

Все вышесказанное легче понять, просмотрев график зависимости напряжения от времени для трехфазного источника питания (см. Ресурсы). На этом графике отдельные фазы изображены красными, пурпурными и синими линиями. Их сумма всегда равна нулю, но сумма их квадратов положительна и постоянна. Таким образом, при неизменном значении R мощность P в этих установках также постоянна благодаря соотношению P = V 2 / R.

Для однофазной сети нет напряжений для суммирования, а напряжение однофазной сети проходит через нулевую точку 120 раз в секунду.В эти моменты мощность падает до нуля, но восстанавливается достаточно быстро, чтобы небольшие светильники, приборы и т. Д. Не испытывали заметных перебоев.

Преобразование однофазного в трехфазное

Если у вас есть трехфазный двигатель в более крупном устройстве, таком как промышленный воздушный компрессор, и у вас нет доступа к трехфазному питанию из-за особенностей вашей локальной сети настроен, существуют обходные пути, которые вы можете использовать для правильного включения вашего оборудования. (Один из них — просто заменить трехфазный двигатель однофазным, но это далеко не так умно, как другие решения.)

Доступны многочисленные типы трехфазных преобразователей. Один из них, статический преобразователь, использует то обстоятельство, что, хотя трехфазный двигатель не может запуститься от однофазного источника питания, он может продолжать работать от однофазного источника питания после запуска. Статический преобразователь делает это с помощью конденсаторов (устройств, которые могут накапливать заряд), что позволяет статическому преобразователю заменять одну из фаз, хотя и неэффективным способом, который гарантированно сокращает эффективный срок службы двигателя.С другой стороны, вращающийся фазовый преобразователь действует как своего рода комбинация заменяющего трехфазного двигателя и независимого генератора. Это устройство включает в себя холостой двигатель, который после того, как он приводится в движение, не вращает движущиеся части в родительских машинах, а вместо этого вырабатывает мощность, так что вся установка может достаточно хорошо имитировать трехфазную систему питания. Наконец, частотно-регулируемый привод (VFD) использует компоненты, называемые инверторами, которые могут использоваться для создания переменного тока практически любой желаемой частоты и воспроизводить большинство условий в стандартном трехфазном двигателе.

Ни один из этих преобразователей не идеален, как и хлебный нож, который можно использовать для легкой резки мяса. Но хлебный нож лучше, чем ваши голые руки, и поэтому эти преобразователи действительно хорошо иметь под рукой, если вы часто работаете с энергоемким оборудованием и инструментами.

Распределительное устройство — однофазное и трехфазное распределительное оборудование



Когда электроэнергия распределяется в точку ее использования, она
обычно бывает однофазным или трехфазным переменным.
ток (AC) напряжение.Однофазное переменное напряжение распределяется по жилым домам.
и небольшие коммерческие здания. Обычно трехфазное переменное напряжение составляет
распространяется на промышленные предприятия и крупные коммерческие здания. Таким образом
основные типы систем распределения электроэнергии — жилые (однофазные)
и промышленные или коммерческие (трехфазные).

Важный аспект как однофазного, так и трехфазного распределения
системы заземления. Два способа заземления, системное заземление и оборудование
заземление, будет обсуждаться в этом разделе, наряду с замыканием на землю.
защитное снаряжение.

ТЕРМИНОЛОГИЯ

В этом разделе (Раздел 10) однофазное и трехфазное распределение электроэнергии
системы обсуждаются. Изучив этот раздел, вы должны иметь
понимание следующих терминов:

  • Жилой район
  • Коммерческое распространение
  • Промышленное распределение
  • Однофазная двухпроводная система распределения
  • Однофазная трехпроводная распределительная система
  • Горячая линия
  • нейтральный
  • Системное заземление
  • Земляное оборудование
  • Обозначение цвета изоляции
  • Подключение трехфазного трансформатора треугольник-треугольник
  • Подключение трехфазного трансформатора треугольником
  • Подключение трехфазного трансформатора звезда-звезда
  • Подключение трехфазного трансформатора звезда-треугольник
  • Подключение трехфазного трансформатора с открытым треугольником
  • Трехфазная, трехпроводная система распределения
  • Трехфазный, трехпроводной, с системой распределения нейтрали
  • Трехфазная, четырехпроводная система распределения
  • «Дикая» фаза
  • Электрод заземления
  • Прерыватель замыкания на землю (GFI)
  • Защита тела от рук
  • Национальный электротехнический кодекс (NEC)
  • Осмотр электрооборудования
  • Падение напряжения в параллельной цепи
  • Филиал Цепи
  • Заземляющий провод
  • Кабель в неметаллической оболочке (NMC)
  • Кабель в металлической оболочке
  • Жесткий трубопровод
  • Электрические металлические трубки (EMT)

ОДНОФАЗНЫЕ СИСТЕМЫ

Большая часть электроэнергии, производимой на электростанциях, производится
как трехфазное переменное напряжение.Электроэнергия также передается в
форма трехфазного напряжения по магистральным линиям электропередачи.

По назначению трехфазное напряжение может быть изменено на три отдельных
однофазные напряжения для распределения по жилым помещениям.

Хотя однофазные системы используются в основном для электроснабжения жилых помещений.
системы распределения, есть некоторые промышленные и коммерческие применения
однофазных систем.Однофазное распределение мощности обычно возникает
от трехфазных линий электропередач, поэтому системы электроснабжения способны
питания как трехфазных, так и однофазных нагрузок от одной и той же мощности
линий. ИНЖИР. 1 показана типовая система распределения электроэнергии от силовой
станции (источника) на различные однофазные и трехфазные нагрузки, которые
подключены к системе.

РИС. 1. Типовая система распределения электроэнергии.

РИС.2. Однофазные системы распределения электроэнергии: (A) Однофазные,
двухпроводная система, (B) Однофазная трехпроводная система (взятая из двух
горячие линии), (C) Однофазная, трехпроводная система (взятая от одной горячей
линия и одна заземленная нейтраль).

Однофазные системы могут быть двух основных типов — однофазные двухпроводные.
системы или однофазные трехпроводные системы. Однофазный двухпроводной
система показана на фиг. 2А (верхняя диаграмма). Эта система использует 10
кВ Трансформатор, вторичная обмотка которого выдает одно однофазное напряжение,
например, 120 или 240 вольт.Эта система имеет одну горячую линию и одну нейтральную
линия.

В бытовых распределительных системах этот тип чаще всего использовался для
несколько лет назад обеспечивали работу при напряжении 120 вольт. Однако, поскольку мощность прибора
требования возросли, необходимость в системе с двумя напряжениями стала очевидной.

Для удовлетворения спроса на увеличение мощности в жилых помещениях однофазные трехпроводные
система сейчас используется. Домашний служебный вход может быть запитан напряжением 120/240 вольт.
энергии методами, показанными на фиг. 2B и 10 2C (в центре и внизу
диаграммы).Каждая из этих систем получена от трехфазного источника питания.
линия. Однофазная трехпроводная система имеет две горячие линии и нейтраль.
линия. Горячие линии, изоляция которых обычно черная и красная,
подключен к внешним выводам вторичных обмоток трансформатора.
Нейтральная линия (белый изолированный провод) подключается к центральному отводу.
распределительного трансформатора. Таким образом, с нейтрального на любую горячую линию,
Может быть получено 120 вольт для освещения и требований малой мощности.

По горячим линиям подается 240 вольт для повышенных требований к мощности.

Таким образом, текущая потребность в крупномасштабном энергоемком оборудовании
сокращается вдвое, поскольку используется 240 вольт, а не 120 вольт. Либо
однофазная двухпроводная или однофазная трехпроводная система может
использоваться для подачи однофазного питания для промышленного или коммерческого использования.
Однако эти однофазные системы в основном предназначены для бытового электроснабжения.
распределение.

ТРЕХФАЗНЫЕ СИСТЕМЫ

Поскольку промышленные предприятия и коммерческие здания используют преимущественно трехфазное питание,
они полагаются на трехфазные распределительные системы для подачи этой энергии.
Большие трехфазные распределительные трансформаторы обычно располагаются на подстанциях.
прилегающие к промышленным предприятиям или коммерческим зданиям.

Их цель состоит в том, чтобы подавать правильное напряжение переменного тока, чтобы соответствовать необходимому
требования к нагрузке. Напряжения переменного тока, которые передаются в распределительную
подстанции находятся под высоким напряжением, которое необходимо понизить на три фазы.
трансформаторы.

РИС. 3. Основные способы подключения трехфазного трансформатора: (A)
соединение дельта-треугольник, (B) соединение треугольник-звезда, (C) соединение звезда-звезда
соединение, (D) соединение звезда-треугольник и (E) соединение разомкнутый треугольник.

Подключение трехфазного трансформатора

Есть пять способов, которыми первичная и вторичная обмотки
могут быть подключены трехфазные трансформаторы. Это дельта-дельта,
соединения по схеме «треугольник», «звезда-звезда», «звезда-треугольник» и «открытый треугольник».Эти основные методы проиллюстрированы на фиг. 3. Соединение дельта-дельта.
(Рис. 3A) используется для некоторых приложений с более низким напряжением.

Метод «треугольник-звезда» (фиг. 3B) обычно используется для повышения напряжения,
так как вольт-амперная характеристика вторичной обмотки, соединенной звездой,
с внутренним повышающим фактором в 1,73 раза. Соединение звезда-звезда
фиг. 3C обычно не используется, в то время как метод звезда-дельта (фиг.
3D) можно выгодно использовать для понижения напряжения.Открытая дельта
соединение (фиг. 3E) используется в случае повреждения одной обмотки трансформатора,
или выведен из эксплуатации. Трансформатор по-прежнему будет трехфазным.
мощность, но при меньшем токе и мощности. Эта связь может
также желательно, когда полная мощность трех трансформаторов не
нужно на потом. Два идентичных однофазных трансформатора могут
использоваться для подачи питания на нагрузку до третьего
трансформатор необходим для удовлетворения повышенных требований к нагрузке.

Типы трехфазных систем

Трехфазные системы распределения электроэнергии, обеспечивающие питание промышленных и
коммерческие здания, классифицируются по количеству фаз
и количество необходимых проводов. Эти системы, показанные на фиг. 4, являются
трехфазная трехпроводная система, трехфазная трехпроводная система с
нейтраль и трехфазная четырехпроводная система. Подключение первичной обмотки
здесь не рассматривается. Трехфазная трехпроводная система, показанная на
ИНЖИР.4A, может использоваться для питания нагрузки двигателя 240 или 480 вольт.
Его основным недостатком является то, что он подает только один вольт, так как только
К нагрузке подведены три горячие линии.

Обычный код цвета изоляции для этих трех горячих линий — черный,
красный или синий, как указано в NEC.

РИС. 4. Промышленные системы распределения электроэнергии: (A) трехфазные, трехпроводные.
система, (B) трехфазная, трехпроводная система с нейтралью, (C) трехфазная,
четырехпроводная система.

Недостатком трехфазной трехпроводной системы может быть частично
за счет добавления одной обмотки с центральным отводом, как показано в трехфазном
трехпроводная система с нейтралью, показанная на фиг. 4Б. Эта система может использоваться как
питание на 120/240 вольт или 240/480 вольт. Если предположить, что это
используется для питания 120/240 вольт, напряжение от горячей линии в точке
1 и горячая линия в точке 2 к нейтрали будет 120 вольт, потому что
обмотки с центральным отводом.

Однако 240 вольт по-прежнему будет доступно на любых двух горячих линиях.
Нейтральный провод имеет цветовую маркировку с белой или серой изоляцией. В
Недостатком этой системы является то, что при замене проводки она
можно подключить нагрузку 120 В между нейтралью и точкой
3 (иногда называемая «дикой» фазой). Напряжение присутствует
здесь будет комбинация трехфазных напряжений между точками
1 и 4 и пункты 1 и 3.Это будет напряжение более 300
вольт! Хотя существует ситуация «дикой фазы», эта система
способен питать как нагрузки большой мощности, так и нагрузки низкого напряжения,
например, используются для освещения и небольшого оборудования.

Наиболее широко используемой трехфазной системой распределения электроэнергии является трехфазная
четырехпроводная система. Эта система, показанная на фиг. 4C, обычно поставляет 120/208
вольт и 277/480 вольт для требований промышленной или коммерческой нагрузки.Здесь проиллюстрирована система на 120/208 вольт. От нейтрального до любого горячего
линии, можно получить 120 вольт для освещения и маломощных нагрузок. Через
любые две горячие линии, 208 вольт для питания двигателей или других
высокомощные нагрузки. Самая популярная система для промышленных и коммерческих
Распределение питания — это система на 277/408 В, которая способна обеспечить
как трехфазные, так и однофазные нагрузки. Система 240/416 вольт иногда
используется для промышленных нагрузок, в то время как система на 120/208 вольт часто используется
для подземного распространения в городских районах.Обратите внимание, что эта система
на основе характеристик напряжения трехфазного соединения звездой,
и что соотношение VL = VP × 1,73 существует для каждого приложения.
этой системы.

ЗАЗЕМЛЕНИЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Концепция заземления в системе распределения электроэнергии
очень важно. Системы распределения должны иметь непрерывную бесперебойную работу.
основания. Если заземленный провод разомкнут, земля больше не
функциональный.В условиях открытого грунта могут возникнуть серьезные проблемы с безопасностью.
и вызвать ненормальную работу системы.

Распределительные системы должны быть заземлены на подстанциях, а в конце
линий электропередачи до подачи питания на нагрузку. Заземление
необходим на подстанциях для безопасности населения и энергетики
обслуживающий персонал компании. Заземление также дает точки для
соединения нейтрали трансформатора для заземления оборудования. Безопасность и оборудование
Основания будут рассмотрены более подробно позже.

На подстанциях все внешние металлические части должны быть заземлены, а все
трансформатор, автоматический выключатель и корпуса переключателей должны быть заземлены.
А также металлические заборы и любой другой металл, входящий в состав подстанции.
конструкция должна быть заземлена. Заземление гарантирует, что любой человек, который
прикосновение к любой из металлических частей не вызовет поражения электрическим током.
Следовательно, если высоковольтная линия соприкоснется с любым из
заземленные части, система будет открыта защитным оборудованием.Таким образом, опасность появления высоких напряжений на подстанциях существенно снижается.
заземлением. Фактическое заземление выполняется сваркой, пайкой,
или привинчивание проводника к металлическому стержню или стержню, который затем физически
помещен в землю. Это стержневое устройство называется заземляющим электродом.
Правильные методы заземления необходимы для безопасности, а также для
производительность схемы. Есть два типа заземления: (1) заземление системы,
и (2) заземление оборудования.Другой важный фактор заземления — это замыкание на землю.
защитное снаряжение.

ЗАЗЕМЛЕНИЕ СИСТЕМЫ

Заземление системы включает фактическое заземление токоведущей
проводник (обычно называемый нейтралью) системы распределения электроэнергии.

Трехфазные системы могут быть звездообразными или треугольными. Звездообразная система
имеет очевидное преимущество перед дельта-системой, так как по одной стороне каждого
фазная обмотка подключена к земле.Мы определим землю как ориентир
точка нулевого напряжения, которая обычно является фактическим подключением
на землю. Общие выводы звездообразной системы при подключении
к земле, стать нейтральным проводом трехфазного четырехпроводного
система.

Дельта-система не поддается заземлению, так как она
не имеет общей нейтрали. Проблема замыканий на землю (линейный
замыкания на землю), возникающие в незаземленных системах треугольника, намного больше
чем в звездообразных системах.Распространенным методом заземления дельта-системы является
использовать соединение трансформатора звезда-треугольник и заземлить общие клеммы
первичной обмотки, соединенной звездой. Тем не менее, звездообразная система теперь используется больше.
часто для промышленного и коммерческого распределения, так как вторичный
легко заземляется и обеспечивает защиту от перенапряжения от молнии
или шорты на землю.

Однофазные системы на 120/240 В или 240/480 В заземлены в
аналогично трехфазному заземлению.Нейтраль однофазной
трехпроводная система заземлена металлическим стержнем (заземляющим электродом), приводимым в действие
в землю в месте расположения трансформатора. Провода заземления системы
изолированы белым или серым материалом для облегчения идентификации.

Заземление оборудования

Второй тип заземления — это заземление оборудования, которое, как термин
подразумевает, размещает рабочее оборудование с потенциалом земли. Дирижер
для этой цели используется либо неизолированный провод, либо зеленый изолированный провод.
провод.NEC описывает условия, при которых требуется фиксированное электрическое оборудование.
быть заземленным. Обычно все стационарное электрооборудование, расположенное в промышленных
заводы или коммерческие здания должны быть заземлены. Типы оборудования
которые должны быть заземлены, включая корпуса для коммутации и защиты
оборудование для регулирования нагрузки, корпуса трансформаторов, корпуса электродвигателей,
и стационарное электронное испытательное оборудование. Промышленные предприятия должны использовать 120 вольт,
однофазные, дуплексные розетки заземленного типа для всех переносных
инструменты.Заземление этих розеток можно проверить с помощью
плагин-тестер.

ЗАЩИТА ОТ ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Прерыватели замыкания на землю (GFI) широко используются в промышленности,
коммерческие и жилые системы распределения электроэнергии. Требуется
NEC, что все 120-вольтовые, однофазные, 15- или 20-амперные розетки
розетки, установленные на открытом воздухе или в ванных комнатах, имеют замыкание на землю
к ним подключены прерыватели.Эти устройства также называются устройствами защиты от замыканий на землю.
прерыватели цепи (GFCI).

Операция GFI

Эти устройства разработаны таким образом, чтобы исключить опасность поражения электрическим током.
от людей, контактирующих с горячей линией переменного тока (линия-земля
короткая). Прерыватель цепи предназначен для обнаружения любых изменений в цепи.
условия, например, возникшие при коротком замыкании между линией и землей.

Один тип GFI имеет провода управления, проходящие через магнитный тороидальный
петля (см. фиг.5). Обычно переменный ток, протекающий через два
проводники внутри петли равны по величине и противоположны по направлению.
Любое изменение в этом равном и противоположном состоянии воспринимается магнитным полем.
тороидальная петля. Когда происходит короткое замыкание на землю, мгновенное
происходит изменение условий цепи. Изменение вызывает магнитное поле
в тороидальную петлю. Индуцированный ток усиливается
до уровня, достаточного для размыкания механизма выключателя.Таким образом, любое короткое замыкание линии на землю вызовет прерыватель замыкания на землю.
открыть.

Скорость работы GFI настолько высока, что опасность поражения электрическим током
людей значительно сокращается, так как только минутный ток открывает
схема.

РИС. 5. Упрощенная схема прерывателя замыкания на землю

.

Приложения GFI

Требуются строительные площадки, на которых устраивается временная проводка.
использовать GFI для защиты работников, использующих электрооборудование.Защита от замыканий на землю частных лиц и коммерческого оборудования должна
Предусмотрено для систем с соединением звездой от 150 до 600 вольт на каждую
распределительный щит, рассчитанный на более 1000 ампер. В этой ситуации,
GFI откроет все незаземленные проводники на щитке при
короткое замыкание на землю. Теперь GFI используются для всех типов жилых домов,
коммерческое и промышленное применение.

Типы систем защиты от замыканий на землю

Используются четыре основных типа систем защиты от замыканий на землю.
сегодня.К ним относятся: применение в больницах, жилищное строительство, электродвигатель.
приложения защиты и специальное распределение электроэнергии
системные приложения. Эти системы защиты от замыканий на землю можно классифицировать как
по тому, что они должны защищать, или по типу защиты, которую они должны
предоставлять. Разработаны приложения для больниц и жилых помещений.
чтобы уберечь людей от чрезмерных ударов. Двигатель и электрическая мощность
приложения предназначены для защиты электрооборудования.

Другой метод классификации — в зависимости от силы тока.
требуется перед срабатыванием системы охранной сигнализации или отключением электрического
цепь происходит. Типичные значения тока, вызывающие срабатывание сигнализации или отключение
для активации 0,002 ампера (2 мА) для больничных приложений, 0,005
амперы (5 мА) для жилых помещений, от 5 до 100 ампер для защиты электродвигателей
схемы применения и от 200 до 1200 ампер для распределения электроэнергии
применение оборудования.

Необходимость защиты от замыканий на землю

Чтобы понять необходимость прерывателя цепи замыкания на землю
(для защиты людей) сначала необходимо понять некоторые основные факты.

Эти факты относятся как к людям, так и к замыканиям на землю.

Важным фактом является то, что сопротивление тела человека зависит от
количество влаги, присутствующей на коже, мышечная структура
тело, и напряжение, которому подвергается тело.Эксперименты
Показано, что сопротивление тела из одной руки в другую немного
где от 1000 до 4000 Ом. Эти оценки основаны на нескольких
предположения относительно влажности и мышечной структуры. Мы также знаем
что сопротивление тела (из рук в руки) ниже при более высоком напряжении
возрастов. Это связано с тем, что более высокое напряжение способно «сломать»
вниз »внешние слои кожи. Таким образом, более высокое напряжение более
опасный.

Мы можем использовать закон Ома, чтобы оценить, что типичный результирующий ток
от среднего сопротивления тела (из рук в руки) около 115 мА
при 240 В переменного тока и около 40 мА при 120 В переменного тока. Эффекты 60 Гц
AC на теле человека принято принимать, как указано в ТАБЛИЦЕ.
1.

Фибрилляция желудочков — это патология сокращения
сердце. Как только возникает фибрилляция желудочков, она будет продолжаться и наступит смерть.
произойдет в течение нескольких минут.Реанимационные методы, если они применяются
немедленно, может спасти жертву. Смерть от поражения электрическим током
из-за высокого процента смертей, происходящих дома и на производстве.
Многие из этих смертей происходят из-за контакта с цепями низкого напряжения (600
вольт и ниже), в основном системы на 120 и 240 вольт.

=========

ТАБЛИЦА 1. Реакция тела на переменный ток

Величина воздействия тока на тело 1 мА или меньше Нет ощущений (не ощущается).

Более 5 мА Болезненный шок.

Более 10 мА Сокращения мышц; может вызвать «замораживание»
электрическая схема для некоторых людей.

Более 15 мА Сокращения мышц; может вызвать «замораживание»
электрическая схема для большинства людей.

Более 30 мА затрудненное дыхание; может вызвать потерю сознания.

от 50 до 100 мА Возможна фибрилляция желудочков сердца.

От 100 до 200 мА Фибрилляция желудочков сердца определена.

Более 200 мА Сильные ожоги и мышечные сокращения; сердце больше
склонен к прекращению биений, чем к фибрилляции.

1 ампер и выше: необратимое повреждение тканей тела.

========

Защита от замыканий на землю для дома

Прерыватели замыкания на землю для дома бывают трех типов: (1) контурные.
прерыватель, (2) розетки и (3) вставные типы. Защита от замыканий на землю
устройства сконструированы в соответствии со стандартами, разработанными Андеррайтером.
Лаборатории.Автоматические выключатели GFI сочетают в себе защиту от замыканий на землю.
и прерывание цепи при той же перегрузке по току и коротком замыкании
защитное оборудование, как и стандартный автоматический выключатель. Схема GFI
автоматический выключатель занимает то же место, что и стандартный автоматический выключатель.
Он обеспечивает такую ​​же защиту проводки ответвленной цепи, что и стандартный
автоматический выключатель, а также защита от замыканий на землю. Чувство GFI
система постоянно контролирует текущий баланс в незаземленных (горячих)
провод и заземленный (нейтральный) провод.Ток в нейтрали
провод становится меньше тока в горячем проводе при замыкании на землю
развивается. Это означает, что часть тока в цепи возвращается
заземлить другим способом, кроме нулевого провода. Когда дисбаланс
при возникновении тока датчик (дифференциальный трансформатор тока) отправляет
сигнал на твердотельную схему, которая активирует механизм отключения.
Это действие открывает горячую линию. Дифференциальный ток всего 5 мА
приведет к тому, что датчик отправит сигнал неисправности и вызовет автоматический выключатель
чтобы прервать цепь.

Обычно розетки GFI обеспечивают защиту от замыканий на землю на 120-,
Системы переменного тока на 208 или 240 вольт. Розетки GFI бывают на 15 и 20 ампер.
конструкции. 15-амперный блок имеет конфигурацию розетки для использования с
Только вилки на 15 ампер. Устройство на 20 ампер имеет конфигурацию розетки.
для использования с вилками на 15 или 20 ампер. Эти розетки GFI имеют
соединения для проводов под напряжением, нейтрали и заземления. Все розетки GFI
имеют двухполюсный механизм отключения, который отключает как горячий, так и
подключения нейтральной нагрузки в момент возникновения неисправности.

Вставные розетки GFI обеспечивают защиту путем подключения к стандартному
настенная розетка. Некоторые производители предлагают устройства, которые тоже не
двухпроводные или трехпроводные розетки. Главное преимущество этого типа
единицы заключается в том, что ее можно перемещать из одного места в другое.

Защита от замыканий на землю для распределительного оборудования

Замыкания на землю могут вывести из строя электрооборудование, если продолжить работу.
Междуфазные короткие замыкания и некоторые типы замыканий на землю обычно
высокий ток.Обычно они адекватно обрабатываются обычными
защитное оборудование от сверхтоков. Однако некоторые замыкания на землю производят
эффект искрения из-за относительно малых токов, которые недостаточно велики
для срабатывания обычных защитных устройств. Электрическая дуга может вызвать ожоги.
оборудование. Система с напряжением 480 или 600 вольт более восприимчива к образованию электрической дуги.
возраст, чем система на 120, 208 или 240 вольт, потому что более высокие напряжения
выдерживают эффект искрения. Быстро обнаруживаются сильноточные неисправности
обычными устройствами максимального тока.Должны быть обнаружены слаботочные значения
GFIs.

Замыкания на землю, вызывающие искрение в оборудовании, вероятно,
самые частые неисправности. Они могут возникнуть в результате повреждения или порчи.
изоляция, грязь, влага или неправильные соединения. Они обычно случаются
между одним токоведущим проводом и заземленным корпусом оборудования, кабелепроводом,
или металлический корпус. Напряжение между фазой и нейтралью источника вызовет
ток, протекающий по горячему проводнику, по пути дуги и обратно
через наземный путь.Импеданс проводника и заземления
путь (корпус, кабелепровод или корпус) зависит от многих факторов. Как
В результате невозможно предсказать значение тока короткого замыкания. Это также может увеличить
или уменьшаться по мере продолжения неисправности.

Очевидно, что многие факторы влияют на величину, продолжительность,
и эффект дугового замыкания на землю. В некоторых условиях возникает большой
величина тока короткого замыкания, в то время как другие ограничивают ток короткого замыкания относительно
немного.Величина дугового тока и время, в течение которого дуга сохраняется.
может нанести очень большой ущерб оборудованию. Наверное, важнее
коэффициент — это период времени дугового напряжения, так как чем дольше
время дуги, тем больше вероятность того, что дуги распространятся на разные
области внутри оборудования.

Реле тока заземления — это один из методов защиты оборудования от
замыкания на землю. Ток протекает через нагрузку или короткое замыкание по горячим и
нейтральные проводники и возврат к источнику на этих проводниках-а,
в некоторой степени по наземной дорожке.Нормальный ток заземления
очень маленький. Следовательно, практически весь ток, текущий из
источник также возвращается по той же горячей линии и нейтральным проводникам.
Однако, если происходит замыкание на землю, ток заземления увеличится.
до точки, где ток уйдет через неисправность и вернется
через наземный путь.

В результате ток возвращается по токоведущему и нейтральному проводникам.
меньше, чем выходящая сумма.Разница указывает на
количество тока в пути заземления. Реле, которое это чувствует
разность токов, может действовать как устройство защиты от замыканий на землю.

Защита электродвигателей от замыканий на землю

Системы защиты двигателей обеспечивают защиту в диапазоне от 5 до 100 ампер.
Этот тип системы защиты от замыканий на землю обеспечивает защиту от
замыкания на землю как в однофазных, так и в трехфазных системах.Многие отказы системы изоляции начинаются с небольшого тока утечки,
который накапливается со временем, пока не возникнет повреждение. Эти системы защиты от замыканий на землю
обнаруживать токи утечки на землю, пока они еще малы, и, таким образом,
предотвратить любое серьезное повреждение двигателей.

РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОПРОВОДКИ ДЛЯ СИСТЕМ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Схема электропроводки систем распределения электроэнергии может быть очень
сложный. При подключении необходимо учитывать множество факторов.
дизайн системы распределения, установленной в здании.Электропроводка
стандарты указаны в Национальном электротехническом кодексе (NEC), который
опубликовано Национальной ассоциацией электрозащиты (NEP
А). NEC, местные стандарты электропроводки и правила проверки электрооборудования
следует учитывать при проектировании электропроводки.
рассмотрение.

Есть несколько соображений по проектированию электропроводки распределительной системы.
которые специально указаны в NEC. В этом разделе мы будем
занимается расчетом падения напряжения, проектированием ответвлений, фидерной цепью
дизайн и дизайн систем заземления.

Национальный электротехнический кодекс (NEC) Используйте

NEC устанавливает минимальные стандарты для электропроводки в
Соединенные Штаты. Стандарты, содержащиеся в NEC, соблюдаются, поскольку
включены в различные городские и общественные постановления, касающиеся
с электропроводкой в ​​жилых домах, на промышленных предприятиях и в коммерческих
здания. Таким образом, эти местные постановления соответствуют стандартам
изложено в НЭК.

В большинстве регионов США лицензия должна быть получена любым
человек, занимающийся электромонтажом.Обычно нужно пройти тест
управляется городом, округом или штатом, чтобы получить это
лицензия.

Эти тесты основаны на местных постановлениях и NEC. Правила для
электрическая проводка, установленная местной электросетью
компании также иногда включаются в лицензионный тест.

Осмотр электрооборудования

При строительстве новых зданий их необходимо проверять, чтобы убедиться, что
электропроводка соответствует нормам местных постановлений,
NEC и местная энергетическая компания.Организация, поставляющая
Электроинспекторы варьируются от одного населенного пункта к другому. Обычно
местная энергетическая компания может посоветовать людям, с кем связаться
для получения информации об электротехнических обследованиях.

Падение напряжения в электрических проводниках

Хотя сопротивление электрических проводников очень низкое,
длина провода может вызвать значительное падение напряжения. Это проиллюстрировано
на фиг.6. Помните, что падение напряжения — это ток, умноженный на сопротивление
(I × R). Следовательно, всякий раз, когда через систему протекает ток, напряжение
капля создается. В идеале падение напряжения, вызванное сопротивлением
проводника будет очень мало.

Однако более длинный отрезок электрического проводника имеет большее сопротивление.
Поэтому иногда необходимо ограничить расстояние, на котором проводник
может распространяться от источника питания до нагрузки, которую он питает.Много
типы нагрузок не работают должным образом, когда значение меньше полного
имеется напряжение источника.

На РИС. 6 видно, что по мере увеличения падения напряжения (VD)
напряжение, приложенное к нагрузке (VL), уменьшается. Как ток в системе
увеличивается, VD увеличивается, вызывая уменьшение VL, так как напряжение источника
остается такой же.

ТАБЛИЦА 2. Размеры медных и алюминиевых проводников

РИС.6. Падение напряжения в электрической цепи

Расчет падения напряжения с использованием таблицы проводников

При проектировании электропроводки важно уметь
для определения величины падения напряжения, вызванного сопротивлением проводника.

ТАБЛИЦА 2 используется для выполнения этих расчетов. NEC ограничивает сумму
падения напряжения, которое может иметь система. Это означает, что длинные серии
проводников обычно следует избегать.Помните, что дирижер с
большая площадь поперечного сечения вызовет меньшее падение напряжения, так как
его сопротивление меньше.

Чтобы лучше понять, как определить размер необходимого проводника
чтобы ограничить падение напряжения в системе, мы рассмотрим пример проблемы.

Пример задачи:

Дано: 200-амперная нагрузка, расположенная в 400 футах (121,92 метра) от 240-вольтной
однофазный источник. Ограничьте падение напряжения до 2 процентов от источника.

Находка: размер правого медного проводника, необходимый для ограничения напряжения.
падение системы.

Решение:

1. Допустимое падение напряжения составляет 240 В, умноженное на 0,02 (2%). Этот
равняется 4,8 вольт.

2. Определите максимальное сопротивление для 800 футов (243,84 метра). Этот
эквивалентно 400 футов (121,92 метра) × 2, поскольку есть два
токопроводящие жилы для однофазной системы.

3. Определите максимальное сопротивление для 1000 футов (304,8 метра)
дирижер.

4. Используйте ТАБЛИЦУ 2, чтобы найти сечение медного проводника, у которого
сопротивление постоянному току (DC) (Ом на 1000 футов) значение, равное
до или меньше значения, рассчитанного в пункте 3 выше. Выбранный дирижер
размер проводника 350 MCM, RH Медь.

5. Проверьте этот провод по таблице допустимых значений тока, чтобы убедиться, что
он достаточно большой, чтобы выдерживать 200 ампер.ТАБЛИЦА 3 показывает, что 350 млн м3,
Правый медный проводник выдерживает ток 310 ампер; поэтому используйте
Проводники 350 MCM. (Всегда не забывайте использовать самый большой проводник, если
Шаги 4 и 5 дают противоречивые значения.)

6. Если сила тока больше, чем указано в таблицах, используйте больше, чем
один провод такого же размера для проектных расчетов.

ТАБЛИЦА 3. Значения амплитуды
проводов в дорожке качения или кабеле (3 или меньше)

Альтернативный метод расчета падения напряжения

В некоторых случаях более простой метод определения сечения проводника для
ограничение падения напряжения заключается в использовании одной из следующих формул для
Найдите площадь поперечного сечения (см) проводника.

… где:

p = удельное сопротивление из ТАБЛИЦЫ 2

I = ток нагрузки в амперах,

VD = допустимое падение напряжения, а

d = расстояние от источника до груза в футах.

Пример задачи для однофазной системы, приведенный выше.
раздел можно настроить следующим образом:

Следующий по величине размер — провод 350 MCM.

РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИОННЫХ ЦЕПЕЙ

Ответвленная цепь определяется как цепь, идущая от последнего
устройство защиты от перегрузки по току энергосистемы.Ответвительные цепи,
согласно NEC, их мощность составляет 15,20,30,40 или 50 ампер.
Нагрузки более 50 ампер не подключаются к ответвленной цепи.

В NEC существует множество правил, применимых к проектированию ответвленных цепей.

Следующая информация основана на NEC. Во-первых, каждая схема
должны быть спроектированы таким образом, чтобы случайное короткое замыкание или
вызвать повреждение любой части системы. Затем предохранители или автоматические выключатели
должны использоваться в качестве устройств защиты от перегрузки по току параллельной цепи.Должен
короткое замыкание или заземление, защитное устройство должно
открыть и прервать прохождение тока в ответвленной цепи. Один важный
Согласно правилу NEC, провод № 16 или № 18 (удлинитель) может быть отключен.
от проводов № 12 или № 14, но не от проводников больше, чем
№12. Это означает, что удлинитель провода №16 не должен
быть подключенным к розетке с проводом № 10. Ущерб меньше
провода (из-за эффекта нагрева) до того, как устройство максимального тока сможет
open устраняется применением этого правила.Цепи освещения составляют единое целое
наиболее распространенных типов ответвлений. Обычно они либо
Схемы на 15 или 20 ампер.

Максимальный номинал отдельной нагрузки (например, переносного устройства).
подключен к параллельной цепи) составляет 80 процентов тока параллельной цепи
рейтинг. Следовательно, на 20-амперную схему не может быть одной нагрузки.
который потребляет более 16 ампер. Если нагрузка постоянно подключена
прибора, его текущий рейтинг не может превышать 50 процентов от
емкость ответвительной цепи — если подключены переносные приборы или фонари
к той же схеме.

Падение напряжения в цепях ответвления

Ответвительные цепи должны быть спроектированы так, чтобы подавалось достаточное напряжение.
подключены ко всем частям схемы. Расстояние, на которое ответвление цепи
может выходить из источника напряжения или панели распределения питания,
поэтому ограничено. Падение напряжения на 3 процента указывается в
NEC как максимально допустимый для параллельных цепей в электропроводке
дизайн.

Метод расчета падения напряжения в параллельной цепи:
пошаговый процесс, который иллюстрируется следующей задачей.Обратитесь к принципиальной схеме, представленной на фиг. 7.

Пример задачи:

Дано: 120-вольтная 15-амперная ответвленная цепь питает нагрузку, состоящую из
из четырех ламп. Каждая лампа потребляет от источника 3 ампера тока.

Лампы расположены на расстоянии 10 футов (3,05 метра) от источника питания.
распределительный щит.

Найти: напряжение на лампе номер 4.

Решение:

1.Найдите сопротивление для 20 футов (6,1 м) проводника (такое же
как для 10-футового проводника × 2). Медный провод №14 применяется на 15 ампер.
ответвленные цепи. Из ТАБЛИЦЫ 2 мы находим, что сопротивление 1000 футов
(304,8 метра) медного провода № 14 составляет 2,57 Ом. Следовательно, сопротивление
20 футов провода составляет: [не показано]

РИС. 7. Схема для расчета падения напряжения в ответвленной цепи

Обратите внимание, что напряжение на лампе номер 4 значительно снижено.
от значения источника 120 В из-за падения напряжения в проводниках.Также обратите внимание, что сопротивления, используемые для расчета падений напряжения
представлены оба провода (горячий и нейтральный) ответвленной цепи. Обычно
120-вольтовые параллельные цепи не могут превышать 100 футов (30,48 метра).
от распределительного щита. Предпочтительное расстояние — 75 футов.
(22,86 метра). Падение напряжения в проводниках параллельной цепи может быть
уменьшается за счет уменьшения длины цепи или использования большего
проводники.

При проектировании электропроводки жилых помещений падение напряжения во многих отраслях
схемы сложно рассчитать, так как осветительные и переносные
розетки прибора размещаются в одних и тех же ответвленных цепях.С
переносная техника и «вставные» фонари используются не все
время, падение напряжения будет варьироваться в зависимости от количества огней
и используемая техника.

Эта проблема обычно не встречается в промышленных или коммерческих
схема разводки светильников, так как осветительные блоки обычно больше
и постоянно устанавливаются в ответвлениях.

Подключение ответвительной цепи

Ответвительная цепь обычно состоит из кабеля с неметаллической оболочкой, который
подключается к распределительному щиту.Каждая ответвленная цепь, которая
подключен к распределительному щиту, защищен плавким предохранителем или
автоматический выключатель.

На силовой панели также есть главный выключатель, который управляет всеми ответвлениями.
схемы, которые к нему подключены.

РИС. 8. Схема распределительного щита на однофазный,
трехпроводная ветвь

Однофазные ответвительные цепи

Схема однофазного трехпроводного (120/240 В) распределения питания
панель показана на фиг.8. Обратите внимание, что восемь цепей на 120 В
и одна 240-вольтовая цепь доступны от силовой панели. Этот тип
системы используется в большинстве домов, где несколько 120-вольтных параллельных цепей
и, как правило, требуются три или четыре ответвления на 240 вольт.
Обратите внимание на фиг. 8 что на каждой горячей линии есть автоматический выключатель, а на
нейтральная линия подключается непосредственно к ответвленным цепям. Нейтралы должны
никогда не открываться (плавиться). Это мера безопасности при электромонтаже.
дизайн.

Трехфазные ответвительные цепи

Схема трехфазного четырехпроводного (120/208 В) распределения питания
панель показана на фиг. 9. Есть три однофазных 120-вольтовых ветви
показаны две трехфазные 208-вольтовые цепи. Однофазный
филиалы сбалансированы (по одной горячей линии от каждого филиала). Каждая горячая линия
имеет индивидуальный автоматический выключатель. Необходимо подключить трехфазные линии.
так что перегрузка в ответвленной цепи приведет к тому, что все три линии
открыть.Это достигается за счет использования трехфазного автоматического выключателя,
который расположен внутри, как показано на фиг. 9.

РИС. 9. Схема распределительного щита для трехфазного, четырехпроводного
ответвленная цепь.

КОНСТРУКЦИЯ ЦЕПИ ПИТАТЕЛЯ

Цепи фидера используются для распределения электроэнергии для распределения энергии
панели. Многие фидерные цепи простираются на очень большие расстояния; следовательно,
Падение напряжения необходимо учитывать при проектировании цепи фидера.В высшем
в цепях фидера снижается падение напряжения. Однако многие
Для цепей фидера более низкого напряжения требуются проводники большого диаметра для обеспечения
допустимый уровень падения напряжения. Сильноточные фидерные цепи также
представляют проблему с точки зрения массивной защиты от перегрузки, которая
иногда требуется. Эта защита обычно обеспечивается системным распределительным устройством.
или центры нагрузки, где берут начало фидерные цепи.

РИС.10. Схема трехфазного выключателя

Определение размера контуров подачи

Величина тока, на которую должна быть рассчитана фидерная цепь.
зависит от фактической нагрузки, требуемой распределением мощности параллельной цепи
панели, которые он поставляет. Каждая панель распределения питания будет иметь отдельный
фидерный контур. Кроме того, каждая фидерная цепь должна иметь свою собственную перегрузку.
защита.

Следующая задача — это пример расчета размера питателя.
схема.

Пример задачи:

Дано: подключены три люминесцентных светильника мощностью 15 кВт.
к трехфазной четырехпроводной (277/480 вольт) системе. Осветительные блоки
имеют коэффициент мощности 0,8.

Найдите: необходимый размер алюминиевых фидерных проводов THW
для обеспечения этой нагрузки.

Решение:

1. Найдите линейный ток:

PT

IL = ——- 1,73 × VL × pf

45 000 Вт

= ——— 1.73 × 480 В × 0,8

= 67,74 ампера

2. Из ТАБЛИЦЫ 3 мы находим, что размер проводника, который выдерживает 67,74
Ампер тока — это алюминиевый провод № 3 AWG THW.

Расчет падения напряжения для цепей фидера

При проектировании цепи фидера необходимо учитывать падение напряжения на проводнике.
Падение напряжения в цепи фидера должно быть минимальным.
так что максимальная мощность может быть доставлена ​​к нагрузкам, подключенным к
система подачи.NEC допускает падение напряжения не более 5%.
совмещение ответвления и фидерной цепи; однако 5-процентное напряжение
уменьшение представляет собой значительную потерю мощности в цепи. Мы можем рассчитать
потери мощности из-за падения напряжения как V2 / R, где V2 — падение напряжения
цепи, а R — сопротивление проводников цепи.

Расчет сечения фидера аналогичен расчету для ответвления.
падение напряжения в цепи.Размер жилы должен быть достаточно большим.
чтобы: (1) иметь требуемую допустимую нагрузку и (2) поддерживать падение напряжения ниже
указанный уровень. Если второе требование не выполняется, возможно, потому что
длинной фидерной цепи выбираемые проводники должны быть больше, чем
требуется рейтинг допустимой нагрузки. Следующая проблема иллюстрирует
расчет сечения фидера на основе падения напряжения в
однофазная схема.

Пример задачи:

Дано: взрывозащищенная однофазная 240-вольтовая нагрузка на заводе рассчитана на 85 кг.
Вт.Питатели (две горячие линии) будут иметь длину 260 футов (79,25 метра).
медной жилы RHW. Максимально допустимое падение напряжения на проводнике
составляет 2 процента.

Найдите: требуемый размер проводника фидера.

Решение:

1. Найдите максимальное падение напряжения в цепи.

VD =% × Нагрузка

= 0,02 × 240

= 4,8 вольт

2. Найдите ток, потребляемый нагрузкой.

Мощность

I = —- Напряжение

85 000

= — 240

= 354.2 ампера

3. Найдите минимальную требуемую площадь проводника в миллиметрах. Используйте формулу
дан для определения площади поперечного сечения проводника в однофазном
систем, который ранее был приведен в «Альтернативном методе
расчета падения напряжения »п.

см / дюйм = p × I × 2d

—— VD

10,4 × 354,2 × 2 × 260

= ———- 4,8

= 399 065,33 см

4.Определите сечение фидера. Следующий провод большего размера
в ТАБЛИЦЕ 2 также 400 млн м3. Посмотрите ТАБЛИЦУ 3, и вы увидите, что 400
Медный провод MCM RHW выдерживает 335 ампер. Это меньше, чем
требуется 354,2 ампера, поэтому используйте следующий больший размер, то есть 500
Проводник МСМ.

Размер жилы для трехфазной фидерной цепи определяется в
аналогично. В этой задаче размер питателя будет определяться на
основу цепи падения напряжения.

Пример задачи:

Дано: ex 480-вольтовая, трехфазная, трехпроводная (треугольник) цепь фидера
обеспечивает сбалансированную нагрузку 45 киловатт в коммерческое здание. Загрузка
работает с коэффициентом мощности 0,75. Питающий контур (три горячие линии)
будет длиной 300 футов (91,44 метра) правого медного проводника. В
максимальное падение напряжения составляет 1 процент.

Найдите: требуемый размер фидера (исходя из падения напряжения в цепи).

Решение:

1. Найдите максимальное падение напряжения в цепи.

VD = 0,01 × 480

= 4,8 вольт

2. Найдите линейный ток, потребляемый нагрузкой.

IL = —— 1,73 × V × pf

45000 Вт = ——- 1,73 × 480 × 0,75

= 72,25 ампера

3. Найдите минимальную требуемую площадь проводника в миллиметрах. Используйте формулу
для нахождения cmil в трехфазных системах, что было дано в более ранней
раздел.

p × I × 1,73 d

см = —— VD

10,4 × 72,25 × 1,73 × 300

= ———— 4,8

= 81 245 см

4. Определите сечение фидера. Ближайший и следующий по размеру
сечение проводника в ТАБЛИЦЕ 3 — № 1 AWG. Посмотрите ТАБЛИЦУ 3, и вы
Видите, что медный провод № 1 AWG RH будет выдерживать ток 130 ампер, что значительно
больше требуемых 72,25 ампер. Поэтому используйте No.1 AWG RH, медь
проводники для фидерной цепи.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРА ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Обсуждены вопросы заземления при проектировании электропроводки.
ранее. Еще одна необходимость при проектировании электропроводки — определение размера
необходимого в цепи заземляющего проводника. Все схемы, которые
работать при напряжении 150 вольт или меньше должен быть заземлен; поэтому все жилые
электрические системы должны быть заземлены. Системы высокого напряжения, используемые в
промышленные и коммерческие здания имеют требования к заземлению, которые
определены NEC и местными кодами.Земля на службе
вход в здание обычно представляет собой металлическую водопроводную трубу, которая идет непрерывно,
под землей, или заземляющий электрод, вбитый в землю
возле служебного входа.

Размер заземляющего проводника определяется номинальным током.
системы. В ТАБЛИЦЕ 4 перечислены сечения заземляющих проводов оборудования.
для внутренней проводки, а в ТАБЛИЦЕ 5 указан минимальный провод заземления.
размеры для системного заземления служебных входов.Размеры заземления
проводники, перечисленные в ТАБЛИЦЕ 4, предназначены для заземления оборудования, которое соединяет
к кабельным каналам, кожухам и металлическим каркасам в целях безопасности. Примечание
что соединительный кабель № 12 или № 14, такой как 12-2 WG NMC, может
иметь площадку для оборудования № 18. Земля содержится в том же
оболочка кабеля как токопроводящие жилы. ТАБЛИЦА 5 используется для нахождения минимального
размер заземляющих проводов, необходимых для служебных входов, в зависимости от
размер проводов горячей линии, используемых с системой.

ЧАСТИ ВНУТРЕННЕЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДКИ

Обсуждались некоторые части внутренних электрических распределительных систем.
ранее. Такие виды оборудования, как трансформаторы, распределительные устройства, проводники,
изоляторы и защитное оборудование являются частями внутренней электропроводки.
Однако есть определенные части внутренней системы распределения электроэнергии.
системы, которые уникальны для самой системы электропроводки. Эти части включают
кабели с неметаллической оболочкой (NMC), кабели с металлической оболочкой, жесткие
кабелепровод и электрические металлические трубки (EMT).

ТАБЛИЦА 4. Размеры заземляющих проводов оборудования для внутренней обмотки

ТАБЛИЦА 5. Сечения заземляющих проводов для служебных входов

Кабель в неметаллической оболочке (NMC)

Кабель с неметаллической оболочкой — это распространенный тип используемых электрических кабелей.
для внутренней проводки. Используется NMC, иногда называемый кабелем Romex.
почти исключительно в жилых системах электропроводки. Самый распространенный вид
используется нет.12-2 WG, который проиллюстрирован на фиг. 11. Этот тип NMC
поставляется в рулонах по 250 футов для внутренней проводки. Кабель имеет тонкий пластик.
внешнее покрытие с тремя проводниками внутри. Проводники окрашены
изоляция, указывающая, следует ли использовать провод в качестве
провод под напряжением, нейтраль или заземляющий провод оборудования. Например, дирижер
подключенный к горячей стороне системы имеет черную или красную изоляцию,
а нейтральный провод имеет изоляцию белого или серого цвета.Оборудование
заземляющий провод имеет зеленую изоляцию или не имеет изоляции (неизолированный
дирижер). Есть несколько разных размеров втулок и соединителей.
используется для установки NMC в зданиях.

РИС. 11. Кабель в неметаллической оболочке (MNC)

Обозначение № 12-2 WG означает, что (1) используемые медные жилы
имеют № 12 AWG, как измерено американским калибром проводов (AWG), (2) там
два токоведущих проводника, и (3) кабель поставляется с
провод заземления (WG).Для сравнения, кабель № 14-3 WG будет иметь три
№14 жилы и заземлитель. Размер NMC варьируется от
Медные проводники с № 14 по № 1 AWG и от № 12 до № 2 AWG.
алюминиевые проводники.

Кабель в металлической оболочке

Кабель в металлической оболочке аналогичен NMC, за исключением того, что имеет гибкую спираль.
металлическое покрытие, а не пластиковое покрытие. Распространенный вид металла
кабель с оболочкой называется кабелем BX. Как и NMC, кабель BX содержит два или три
проводники.Также есть несколько размеров разъемов и втулок.
используется при установке кабеля BX. Основное преимущество этого
Тип кабеля с металлической оболочкой заключается в том, что он заключен в металлический корпус
это гибкий, так что его можно легко согнуть. Прочие металлические корпуса
обычно труднее сгибать.

Жесткий кабелепровод

Внешний вид жесткого водовода похож на водопроводную трубу. Он используется в
специальные места для изоляции электрических проводов.Жесткий канал
поставляется в 10-футовой длине, которая должна иметь резьбу для соединения частей
все вместе. Кабелепровод крепится к металлическим монтажным коробкам с помощью контргаек и
втулки. Он громоздкий в обращении и требует много времени для установки.

Электрические металлические трубки (EMT)

EMT, или тонкостенный канал, чем-то похож на жесткий канал, за исключением того, что
его можно согнуть с помощью специального инструмента для гибки труб. ЕМТ проще
для установки, чем жесткий кабелепровод, так как нарезка резьбы не требуется.Это
также поставляется в 10-футовой длине. EMT устанавливается с использованием сжатия
муфты для соединения кабелепровода с металлическими распределительными коробками. Электрика салона
в системах электропроводки широко используется ЕМТ, так как ее можно легко согнуть,
могут быть соединены вместе и могут быть подключены к металлическим монтажным коробкам.

Почему мы используем трехфазное питание?

Большинство электроприборов, используемых в домах и на предприятиях, работают с переменным током (AC), что означает, что подаваемое напряжение является пульсирующим, в отличие от постоянной выходной мощности батареи (постоянный ток, DC).В США напряжение, подаваемое коммунальными предприятиями, имеет частоту 60 Гц, что означает, что оно переключается между положительной и отрицательной полярностью 60 раз в секунду.

Большинство источников питания переменного тока можно разделить на однофазные или трехфазные, в зависимости от характеристик подаваемого напряжения. Как следует из названия, трехфазная система имеет три отдельных напряжения переменного тока, каждое с частотой 60 Гц. Однако эти напряжения чередуются между положительным и отрицательным в последовательности, а не одновременно, обеспечивая постоянный источник питания, который невозможен в однофазной системе.


Планируете строительный проект? Получите профессиональный электротехнический дизайн.


Как трехфазное питание снижает стоимость электроустановок

Емкость систем питания переменного тока измеряется в вольт-амперах (ВА) и рассчитывается путем умножения напряжения и тока.

  • Например, цепь 120 В с проводкой 20 А может выдерживать 2400 ВА.
  • Трехфазная цепь с проводкой 20 А может выдерживать 7200 ВА.

Учтите, что в обоих случаях вам потребуются нейтральный провод и заземляющий провод в дополнение к одному токоведущему проводнику для каждого выхода напряжения.Это означает, что вам нужно три провода для однофазной системы и пять проводов для трехфазной системы. Другими словами, трехфазная система имеет 300% мощности однофазной системы, при этом используются только два дополнительных провода (всего на 67% больше меди). Если учесть сокращение проводки за счет использования трехфазного источника питания в большом коммерческом или промышленном объекте, экономия будет значительной.

Однофазное питание обычно используется в жилых помещениях, где нагрузка слишком мала, чтобы оправдать сложность трехфазной системы.Однако однофазные источники питания для индивидуальных жилых домов обычно поступают от трехфазной системы большего размера.

  • Дома на одну семью и другие небольшие постройки получают однофазное питание от трехфазной распределительной системы, принадлежащей коммунальной компании.
  • Более крупные многоквартирные дома обычно имеют собственный трехфазный служебный вход.

Преимущества трехфазного оборудования в производительности

Помимо экономии на электропроводке, трехфазные системы имеют заметные преимущества в производительности по сравнению с однофазными аналогами.Особенно это касается электродвигателей:

  • Для данной номинальной мощности трехфазные двигатели имеют более высокий КПД, чем однофазные. Учитывая высокие цены на киловатт-час в Нью-Йорке, это значительное преимущество.
  • Трехфазные двигатели также имеют более высокий коэффициент мощности, что означает, что они потребляют меньше вольт-ампер при заданной нагрузке и КПД. Некоторые тарифы на электроэнергию включают плату за недостаточный коэффициент мощности, и трехфазные двигатели могут помочь снизить их.
  • Поскольку однофазные системы выдают пульсирующую мощность, двигатели, как правило, испытывают большую вибрацию, в то время как постоянное питание трехфазных систем обеспечивает более стабильную работу.
  • Однофазные двигатели не могут запуститься сами по себе, требуются внешние устройства. С другой стороны, трехфазные двигатели могут запускаться только от источника питания, и он может даже изменить направление, если вы переключите два проводника друг с другом.

Трехфазная система также более универсальна, чем однофазная.Если вам нужно запустить однофазное устройство с трехфазным питанием, вы можете использовать только один из трех проводов. Однако обратное не действует: трехфазные приборы не могут работать от однофазного источника питания. Исключение составляют двигатели: вы можете запускать трехфазный двигатель от однофазного источника питания, но его механическая мощность резко снижается, а срок его службы резко сокращается.

Требования к цвету проводки

Национальный электротехнический кодекс устанавливает требования к цвету проводки для электрических систем.Это упрощает идентификацию проводников, снижает вероятность человеческой ошибки и повышает безопасность. Требования кратко изложены в следующей таблице.

Проводник
Описание

Трехфазные системы,
Номинальное напряжение 120/208/240 В

Трехфазные системы,
Номинальное напряжение 277/480 В

Токоведущий провод № 1

Черный

Коричневый

Токоведущий провод №2

Красный

Оранжевый

Токоведущий провод № 3

Синий

Желтый

Нейтральный провод

Белый

Серый

Заземляющий провод

Зеленый, голый или зеленый и желтый

Зеленый, голый или зеленый и желтый

Когда трехфазная система питает как трехфазные, так и однофазные нагрузки, рекомендуется уравновешивать однофазные нагрузки между тремя фазами.Несбалансированное напряжение питания может быть вредным для некоторых типов оборудования. Нейтральный проводник также пропускает более высокий ток, когда система плохо сбалансирована, и это вызывает потерю мощности в виде рассеивания тепла.

Обратите внимание, что проводка — не единственный элемент схемы, который меняется между однофазными и трехфазными установками. Такие компоненты, как защитные устройства, распределительные щиты и трансформаторы, также построены по-другому. В случае трансформаторов вы можете использовать три однофазных блока для повышения или понижения трехфазного напряжения, но трехфазный трансформатор в большинстве случаев дешевле и компактнее.

Измерение и анализ мощности электродвигателя

Билл Гэтеридж, менеджер по продукции, приборы для измерения мощности, Yokogawa Corporation of America

Часть 1: Основные измерения электрической мощности

Электродвигатели — это электромеханические машины, преобразующие электрическую энергию в механическую. Несмотря на различия в размере и типе, все электродвигатели работают примерно одинаково: электрический ток, протекающий через катушку с проволокой в ​​магнитном поле, создает силу, которая вращает катушку, создавая крутящий момент.

Понимание выработки электроэнергии, потерь мощности и различных типов измеряемой мощности может быть пугающим, поэтому давайте начнем с обзора основных измерений электрической и механической мощности.

Что такое мощность? В самом простом виде мощность — это работа, выполняемая в течение определенного периода времени. В двигателе мощность передается на нагрузку путем преобразования электрической энергии в соответствии со следующими законами науки.

В электрических системах напряжение — это сила, необходимая для перемещения электронов.Ток — это скорость потока заряда в секунду через материал, к которому приложено определенное напряжение. Умножив напряжение на соответствующий ток, можно определить мощность.

P = V * I, где мощность (P) в ваттах, напряжение (V) в вольтах, а ток (I) в амперах

Ватт (Вт) — единица мощности, определяемая как один джоуль в секунду. Для источника постоянного тока вычисление представляет собой просто умножение напряжения на ток: W = V x A. Однако определение мощности в ваттах для источника переменного тока должно включать коэффициент мощности (PF), поэтому W = V x A x PF для переменного тока. системы.

Коэффициент мощности представляет собой безразмерное отношение в диапазоне от -1 до 1 и представляет собой количество реальной мощности, выполняемой при работе с нагрузкой. При коэффициенте мощности меньше единицы, что почти всегда имеет место, будут потери в реальной мощности. Это связано с тем, что напряжение и ток цепи переменного тока имеют синусоидальную природу, а амплитуда тока и напряжения цепи переменного тока постоянно смещается и обычно не идеально совмещена.

Поскольку мощность равна напряжению, умноженному на ток (P = V * I), мощность является максимальной, когда напряжение и ток выстраиваются вместе, так что пики и нулевые точки на сигналах напряжения и тока возникают одновременно.Это типично для простой резистивной нагрузки. В этой ситуации две формы сигналов находятся «в фазе» друг с другом, а коэффициент мощности будет равен 1. Это редкий случай, поскольку почти все нагрузки не просто обладают идеальным сопротивлением.

Говорят, что два сигнала «не в фазе» или «сдвинуты по фазе», если два сигнала не коррелируют от точки к точке. Это может быть вызвано индуктивными или нелинейными нагрузками. В этой ситуации коэффициент мощности будет меньше 1, и реальная мощность будет меньше.

Из-за возможных колебаний тока и напряжения в цепях переменного тока мощность измеряется несколькими способами.

Реальная или истинная мощность — это фактическая мощность, используемая в цепи, и измеряется в ваттах. В цифровых анализаторах мощности используются методы оцифровки сигналов входящего напряжения и тока для расчета истинной мощности в соответствии с методом, показанным на Рисунке 1.

В этом примере мгновенное напряжение умножается на мгновенный ток (I), а затем интегрируется за определенный период времени (t).Истинный расчет мощности будет работать с любым типом сигнала независимо от коэффициента мощности (рисунок 2).

Гармоники создают дополнительную сложность. Несмотря на то, что энергосистема номинально работает на частоте 60 Гц, существует много других частот или гармоник, которые потенциально могут существовать в цепи, а также может присутствовать составляющая постоянного или постоянного тока. Общая мощность рассчитывается путем рассмотрения и суммирования всего содержимого, включая гармоники.

Методы расчета, показанные на Рисунке 2, используются для обеспечения истинного измерения мощности и истинных измерений среднеквадратичного значения для любого типа сигнала, включая все гармонические составляющие, вплоть до полосы пропускания прибора.

Измерение мощности

Далее мы посмотрим, как на самом деле измерить мощность в данной цепи. Ваттметр — это прибор, который использует напряжение и ток для определения мощности в ваттах. Теория Блонделя утверждает, что общая мощность измеряется минимум на один ваттметр меньше, чем количество проводов. Например, однофазная двухпроводная схема будет использовать один ваттметр с одним измерением напряжения и одним измерением тока.

Однофазная трехпроводная двухфазная система часто встречается в проводке общего корпуса.Эти системы требуют двух ваттметров для измерения мощности.

В большинстве промышленных двигателей используются трехфазные трехпроводные схемы, которые измеряются двумя ваттметрами. Таким же образом потребуются три ваттметра для трехфазной четырехпроводной схемы, при этом четвертый провод является нейтралью.

На рисунке 3 показана трехфазная трехпроводная система с нагрузкой, подключенной с использованием метода измерения двух ваттметров. Измеряются два линейных напряжения и два связанных фазных тока (с помощью ваттметров Wa и Wc).Четыре измерения (линейный и фазный ток и напряжение) используются для достижения общего измерения.

Поскольку этот метод требует контроля только двух токов и двух напряжений вместо трех, установка и конфигурация проводки упрощаются. Он также может точно измерять мощность в сбалансированной или несбалансированной системе. Его гибкость и низкая стоимость установки делают его подходящим для производственных испытаний, когда требуется измерение только мощности или нескольких других параметров.

Для инженерных и научно-исследовательских работ лучше всего подходит трехфазный трехпроводной метод с тремя ваттметрами, поскольку он предоставляет дополнительную информацию, которая может использоваться для балансировки нагрузки и определения истинного коэффициента мощности. В этом методе используются все три напряжения и все три тока. Измеряются все три напряжения (от a до b, от b до c, от c до a), и контролируются все три тока.

Рис. 4. При проектировании двигателей и приводов ключевым моментом является просмотр всех трех значений напряжения и тока, что делает метод трех ваттметров на рисунке выше лучшим выбором.

Измерение коэффициента мощности

При определении коэффициента мощности для синусоидальных волн коэффициент мощности равен косинусу угла между напряжением и током (Cos Ø). Это определяется как коэффициент мощности «смещения» и подходит только для синусоидальных волн. Для всех других форм сигналов (несинусоидальных волн) коэффициент мощности определяется как активная мощность в ваттах, деленная на полную мощность в напряжении-амперах. Это называется «истинным» коэффициентом мощности и может использоваться для всех форм сигналов, как синусоидальных, так и несинусоидальных.

Однако, если нагрузка несимметрична (фазные токи разные), это может привести к ошибке при вычислении коэффициента мощности, поскольку в расчете используются только два измерения ВА. Два VA усредняются, потому что предполагается, что они равны; однако, если это не так, будет получен ошибочный результат.

Следовательно, лучше всего использовать метод трех ваттметров для несимметричных нагрузок, поскольку он обеспечивает правильный расчет коэффициента мощности как для сбалансированных, так и для несбалансированных нагрузок.

Анализаторы мощности

от Yokogawa и некоторых других компаний используют описанный выше метод, который называется методом подключения 3V-3A (три напряжения и три тока). Это лучший метод для инженерных и проектных работ, поскольку он обеспечивает правильные измерения общего коэффициента мощности и ВА для симметричной или несимметричной трехпроводной системы.

Основные измерения механической мощности

В электродвигателе механическая мощность определяется как скорость, умноженная на крутящий момент. Механическая мощность обычно определяется как киловатты (кВт) или лошадиные силы (л.с.), причем один ватт равен одному джоулю в секунду или одному ньютон-метру в секунду.

Лошадиная сила — это работа, выполняемая за единицу времени. Один л.с. равен 33 000 фунт-футов в минуту. Преобразование л.с. в ватт достигается с использованием этого соотношения: 1 л.с. = 745,69987 Вт. Однако преобразование часто упрощается, используя 746 Вт на л.с. (рис. 9).

Для асинхронных двигателей переменного тока фактическая скорость вращения ротора — это скорость вращения вала (ротора), обычно измеряемая с помощью тахометра. Синхронная скорость — это скорость вращения магнитного поля статора, рассчитанная как 120-кратная частота сети, деленная на количество полюсов в двигателе.Синхронная скорость — это теоретическая максимальная скорость двигателя, но ротор всегда будет вращаться немного медленнее, чем синхронная скорость из-за потерь, и эта разница скоростей определяется как скольжение.

Скольжение — это разница в скорости ротора и синхронной скорости. Для определения процента скольжения используется простой процентный расчет синхронной скорости минус скорость ротора, деленная на синхронную скорость.

КПД можно выразить в простейшей форме как отношение выходной мощности к общей входной мощности или КПД = выходная мощность / входная мощность.Для двигателя с электрическим приводом выходная мощность является механической, в то время как входная мощность является электрической, поэтому уравнение эффективности выглядит следующим образом: КПД = механическая мощность / входная электрическая мощность.

Часть 2: Выбор приборов для измерения и анализа мощности электродвигателя

Различные ассоциации разработали стандарты тестирования, которые определяют точность приборов, необходимых для соответствия их стандарту: IEEE 112 2004, NVLAP 160 и CSA C390. Все три включают стандарты для измерения входной мощности, напряжения и тока, датчиков крутящего момента, скорости двигателя и т. Д.Трансформаторы тока (CT) и трансформаторы напряжения (PT) являются одними из основных контрольно-измерительных приборов, используемых для выполнения этих измерений.

Соответствующие стандарты очень похожи, за некоторыми исключениями. Допустимые инструментальные ошибки для стандартов IEEE 112 2004 и NVLAP 150 идентичны; однако CSA C390 2006 имеет некоторую разницу в температурах и показаниях.

Например, входная мощность, необходимая для CSA C390 2006, составляет ± 0,5% от показания и должна включать ошибки CT и PT, тогда как для IEEE 112 2004 и NVLAP 150 требуется только ± 0.5% от полной шкалы.

Датчики тока

Датчики тока обычно требуются для тестирования, потому что сильный ток не может быть подан непосредственно в измерительное оборудование. Существует множество датчиков, подходящих для конкретных приложений. Накладные датчики могут использоваться с анализаторами мощности. Также можно использовать щупы для осциллографа, но при их использовании следует соблюдать осторожность, чтобы убедиться, что прибор не подвергается воздействию высоких токов.

Для трансформаторов тока подводящий провод может быть подключен через окно (трансформаторы тока обычно имеют форму пончика или продолговатую, с отверстием или внутренней частью, называемым окном), или слаботочные соединения могут быть выполнены с клеммами в верхней части устройство.Шунты обычно используются для приложений постоянного тока, но не переменного тока или искаженных частот, хотя их можно использовать для синхронных двигателей с частотой до нескольких сотен Гц. Доступны специализированные трансформаторы тока, которые хорошо работают на высоких частотах, которые чаще встречаются в осветительных приборах, а не в двигателях и приводах.

Yokogawa вместе с LEM Instruments разработала уникальную систему трансформаторов тока, которая обеспечивает высокую точность в диапазоне от постоянного тока до кГц. Это трансформатор активного типа, использующий блок кондиционирования источника питания и обеспечивающий точность около 0.05 до 0,02% от показания. Этот тип системы трансформатора тока обеспечивает очень высокую точность измерений, особенно для частотно-регулируемых приводов, которая может изменяться от 0 Гц до рабочей скорости подключенного двигателя.

Трансформаторы напряжения просто преобразуют напряжение с одного уровня на другой. В измерительных приложениях иногда требуются понижающие трансформаторы для снижения напряжения, подаваемого на измерительный прибор, хотя многие приборы могут работать с относительно высокими напряжениями и не требуют понижающего трансформатора.

Измерительные трансформаторы обычно представляют собой комбинацию трансформатора тока и трансформатора напряжения и могут уменьшить количество требуемых преобразователей в некоторых измерительных приложениях.

Рекомендации и меры предосторожности при выборе

При принятии решения, какое устройство использовать, первым вопросом является частотный диапазон измеряемых параметров. Для синусоидальных волн постоянного тока можно использовать шунты постоянного тока, которые обеспечивают высокую точность и простую установку. Для приложений переменного и постоянного тока можно использовать эффект Холла или измерительный трансформатор активного типа.Технология эффекта Холла имеет более низкий уровень точности, в то время как активный тип обеспечивает большую точность. Различные измерительные трансформаторы могут работать на высоких частотах 30 Гц и более, но их нельзя использовать для постоянного тока.

Следующее соображение — требуемый уровень точности. Для измерительного трансформатора это обычно указывается как точность передаточного числа. Фазовый сдвиг — еще один важный фактор, и он очень важен, потому что многие трансформаторы предназначены только для измерения тока и не имеют компенсации фазового сдвига.

Фазовый сдвиг в основном зависит от коэффициента мощности для измерения мощности и, таким образом, влияет на расчет мощности. Например, трансформатор тока, который имеет максимальный фазовый сдвиг 2 ° как часть своей спецификации, внесет ошибку косинуса (2 °) или ошибку 0,06%. Пользователь должен решить, приемлем ли этот процент ошибок для приложения.

Источником тока является трансформатор тока. Согласно закону Ома, напряжение (E) равно току через проводник (I), умноженному на сопротивление (R) проводника в омах.Открытие вторичной обмотки трансформатора тока эффективно увеличивает сопротивление до бесконечности. Это означает, что внутренний ток насыщает катушку, напряжение также стремится к бесконечности, и устройство повреждается или разрушается. Что еще хуже, трансформатор тока со случайно разомкнутой вторичной обмоткой может серьезно травмировать рабочих.

Никогда не размыкайте вторичную обмотку трансформатора тока. Пользователи могут получить серьезные травмы, а CT может быть поврежден или разрушен.

Совместимость приборов

Для определения совместимости прибора необходимо определить выходной уровень ТТ.Клеммные и другие трансформаторы тока обычно имеют выходную мощность, указанную в милливольтах на ампер, миллиампер на ампер или в амперах. Типичный выходной ток измерительного ТТ может быть указан в диапазоне от 0 до 5 ампер.

Необходимо учитывать импеданс и нагрузку на ТТ, которые являются факторами, на которые влияет количество проводов, используемых для подключения ТТ к прибору. Эта проводка является сопротивлением или нагрузкой на прибор и, следовательно, может повлиять на измерения.

Пробники

при неправильном использовании могут создавать собственный набор проблем.Многие пробники осциллографа предназначены для работы с входным сопротивлением осциллографа, но диапазоны входного сопротивления анализатора мощности могут отличаться, и это необходимо учитывать.

Еще один аспект, который следует учитывать при определении совместимости прибора, — это физические требования к устройству. Размер необходимо учитывать вместе с типом трансформатора тока, например, зажимного или кольцевого типа, каждый из которых будет лучше работать в конкретной ситуации.

Пример системы трехфазного двигателя

Теперь мы рассмотрим типичное трехфазное трехпроводное измерение мощности двигателя с использованием метода двух ваттметров.Теорема Блонделя утверждает, что количество требуемых измерительных элементов на единицу меньше количества проводников с током. Это позволяет измерять мощность в трехфазной трехпроводной системе с использованием двух преобразователей при отсутствии нейтрали. Однако, когда есть нейтраль, используются три преобразователя, поскольку теперь имеется четыре проводника.

Трехфазное питание используется в основном в коммерческих и промышленных средах, особенно для питания двигателей и приводов, поскольку более экономично эксплуатировать большое оборудование с трехфазным питанием.Для расчета трехфазной мощности напряжение каждой фазы умножается на ток каждой фазы, который затем умножается на коэффициент мощности, и это значение умножается на квадратный корень из трех (квадратный корень из 3 равен равно 1,732).

Для измерения трехфазной мощности, потребляемой нагруженным двигателем, подключается анализатор мощности. На рисунке 1 показано типичное соединение с дисплеем, на котором показаны все три напряжения, все три тока, общая мощность и коэффициент мощности.

На рисунке 2 показано трехфазное трехпроводное измерение мощности, выполненное с использованием метода двух ваттметров.Перечислены все три тока и напряжения, а также общие ВА и ВАР. Эта конфигурация может отображать отдельные показания мощности фазы, но их не следует использовать напрямую, потому что для этого метода измерения только полная мощность является точным показанием.

В основном, при использовании метода двух ваттметров в трехпроводной трехфазной системе невозможно измерить мощность отдельной фазы или измерить какие-либо параметры фазы, включая коэффициенты мощности фазы. Однако можно измерить все параметры фазы.

Для трехфазного двигателя с трехпроводным соединением в треугольник можно измерять линейные напряжения и токи отдельных фаз. Поскольку нейтрали нет, измерять фазные напряжения невозможно. Эта ситуация приводит к некоторым показаниям, которые необходимо пояснить.

Глядя на отображение формы сигнала на Рисунке 3, можно увидеть линейные напряжения Vab, Vbc и Vac. Линейные напряжения, измеряемые прибором, в сбалансированной системе разнесены на 60 °. Токи — это фазные токи, которые приборы видят под углом 120 °.

Другое представление этой системы изображено на векторной диаграмме Phasor, показанной на рисунке 4. Треугольник в верхней части этого рисунка показывает измерения линейного напряжения черным цветом, значения фазного напряжения — красным (но это теоретические потому что нейтрали нет), а фазные токи синим цветом.

В нижней части рисунка показаны разности фаз между напряжениями и токами. Опять же, обратите внимание, что линейные напряжения разнесены на 60 °, а фазные токи разнесены на 120 °.Еще одна деталь заключается в том, что если бы верхняя диаграмма представляла чисто резистивную нагрузку, то синие токи были бы синхронизированы с красными напряжениями. Однако при индуктивной нагрузке (например, в двигателе) синие векторы тока не совпадают по фазе с напряжениями.

Кроме того, для этого метода измерения на нижней диаграмме векторы тока всегда будут иметь дополнительный сдвиг на 30 ° от напряжений. Суть в том, что правильно настроенный анализатор мощности учтет все эти условия.

Что, если фазовая мощность и фазовый коэффициент мощности должны быть точно измерены в трехфазной трехпроводной системе, а не просто приблизительно? На рисунке 5 показан метод, позволяющий измерять фазовые параметры трехфазного трехпроводного двигателя путем создания плавающей нейтрали.

Однако у этой техники есть ограничения. Он будет хорошо работать на входе асинхронного двигателя, синхронного двигателя или аналогичного двигателя без привода с регулируемой скоростью. Следует соблюдать осторожность при использовании этого метода в системе привода с регулируемой скоростью, поскольку высокочастотные искаженные формы сигналов и гармоники могут привести к несогласованным измерениям.

Более того, метод плавающей нейтрали работает только для оборудования с сигналами синусоидального типа. С помощью привода с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) можно включить линейный фильтр 500 Гц (фильтр нижних частот), который затем позволит отображать показания для основной частоты, но не для общей частоты.

Трехпроводные и четырехпроводные измерения мощности

Важно понимать, что мощность будет считываться одинаково независимо от того, измерена ли она трехфазным трехпроводным или трехфазным четырехпроводным методом.Однако при трехфазном четырехпроводном соединении измеряемые значения напряжения представляют собой фазные напряжения от линии к нейтрали.

Рисунок 6 — снимок экрана анализатора мощности, который показывает, насколько близки показания мощности и коэффициента мощности для ШИМ-привода, работающего с двигателем, сравнивая трехфазный трехпроводной вход с фильтром 500 Гц с трехфазным четырехпроводным. вход с плавающей нейтралью.

В альтернативном решении используется функция измерения дельты, которая есть в анализаторах мощности Yokogawa.Функция измерения дельты использует мгновенные измерения линейного напряжения и фазного тока для получения истинного межфазного напряжения, даже если фазы не сбалансированы. Это возможно благодаря вычислению векторной амплитуды внутри процессора. Эта функция также обеспечивает измерения фазной мощности в трехпроводной цепи. Решение для измерения дельты также обеспечивает нейтральный ток.

Часть 3: Измерения электрической мощности для трехфазного двигателя переменного тока

Полное тестирование системы привода и двигателя на основе ШИМ (широтно-импульсной модуляции) представляет собой трехэтапный процесс.Шаг 1 — это точное измерение входной и выходной мощности привода с регулируемой скоростью ШИМ для определения эффективности привода и потерь мощности. Шаг 2 — это точное измерение входной мощности двигателя, а шаг 3 — точное измерение механической мощности двигателя.

Оптимальный метод — объединить все три шага с помощью одного анализатора мощности, чтобы исключить временной сдвиг. Это также обеспечивает отличные расчеты эффективности в едином программно-аппаратном решении.

Рисунок 7: Этот снимок экрана анализатора мощности показывает, как функцию измерения дельты можно использовать для получения истинных показаний и мощности фазы, даже если фазы не сбалансированы.

Некоторые анализаторы мощности имеют опцию двигателя, в которой сигналы скорости и момента могут быть интегрированы таким образом. Эти анализаторы мощности могут измерять электрическую мощность и механическую мощность и отправлять данные на ПК с запущенным программным обеспечением от производителя оригинального анализатора или заказным программным обеспечением от системного интегратора.

Измерения привода ШИМ для двигателей переменного тока

При использовании частотно-регулируемого привода с ШИМ для управления двигателем часто бывает необходимо измерить как входной, так и выходной сигнал частотно-регулируемого привода с помощью шестифазного анализатора мощности.Эта установка может не только измерять трехфазную мощность, она также может измерять мощность постоянного или однофазного тока. См. Рисунок 1.

В зависимости от анализатора режим настройки будет выполняться в нормальном или среднеквадратичном режиме. Конфигурация проводки должна соответствовать применению, например, трехфазный вход и трехфазный выход.

Любой линейный фильтр или фильтр нижних частот должны быть отключены, поскольку фильтрация затрудняет измерения. Однако фильтр пересечения нуля или частотный фильтр должен быть включен, потому что он будет фильтровать высокочастотный шум, чтобы можно было измерить основную частоту.Это измерение необходимо при отслеживании частоты привода.

На рис. 2 показана форма выходного напряжения ШИМ с сильно искаженным напряжением, срезанными высокими частотами и с большим количеством шумов на токовой стороне, что затрудняет измерение. Высокочастотное переключение сигнала напряжения создает сильно искаженную форму волны с высоким содержанием гармоник. Частота варьируется от 0 Гц до рабочей скорости.

Для такого зашумленного сигнала нужны специальные датчики тока для измерения.Для точных измерений мощности с ШИМ также необходимы анализаторы мощности с широкой полосой пропускания, способные измерять эти сложные сигналы.

На рисунке 3 показан пример содержания гармоник напряжения на выходе ШИМ. Присутствуют частоты биений, а содержание гармоник напряжения превышает 500 порядков (примерно 30 кГц). Большая часть гармоник приходится на нижние частоты на токовой стороне.

Проблемы измерения привода двигателя с ШИМ

Напряжение инвертора обычно измеряется одним из двух способов.Можно использовать истинное среднеквадратичное измерение, которое включает полное содержание гармоник. Однако, поскольку основная форма волны — это в первую очередь то, что способствует крутящему моменту двигателя, можно выполнить и использовать более простые измерения. В большинстве приложений требуется только измерение основной формы волны.

Существует два основных метода измерения основной амплитуды волны напряжения. Первый и самый простой — использовать фильтр нижних частот для удаления высоких частот. Если в анализаторе мощности есть этот фильтр, просто включите его.Правильная фильтрация даст среднеквадратичное значение напряжения основной частоты инвертора. Однако этот тип фильтрации не обеспечивает истинного измерения полной мощности, поэтому фильтрация — не самый требовательный метод.

Второй метод — это метод измерения выпрямленного среднего, который выдает среднеквадратичное значение напряжения основной волны без фильтрации с использованием определения среднего значения напряжения, масштабированного до среднеквадратичного напряжения. Алгоритм выпрямленного среднего среднего за цикл обеспечит эквивалент основного напряжения, который будет очень близок к среднеквадратичному значению основной волны.

С помощью этого метода можно измерить полную мощность, общий ток и напряжение основной гармоники.

Измерение амплитуды основной волны с помощью гармонического анализа

Функцию гармонического анализа можно использовать для определения истинного основного напряжения с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ) для определения амплитуды каждой гармонической составляющей, включая основную волну. Это дает точное измерение среднеквадратичного напряжения основной волны. Новейшие анализаторы мощности могут выполнять одновременные измерения истинных среднеквадратичных значений и гармонических составляющих.

На рисунке 4 Urms2 (среднеквадратичное значение на выходе ШИМ) является очень большим числом, а F2 (среднее значение основной гармоники) несколько ниже. Значение Urms3 (фильтрация основного) дает аналогичный результат. Наконец, U2 (1) получается из анализа гармоник или вычислений FFT основной гармоники. F2, Urms3 и U2 (1) дают очень близкие результаты, но расчет U2 (1) FFT считается наиболее точным.

Инверторный ток обычно измеряется только одним способом, и это как истинный среднеквадратичный сигнал, потому что все гармонические токи вносят вклад в повышение температуры в двигателе и ответственны за него, поэтому все они должны быть измерены.

Еще одно важное измерение связано с приводом В / Гц (Вольт-на-Герц). Привод с ШИМ должен поддерживать постоянное соотношение В / Гц по сравнению с рабочей скоростью двигателя. Анализатор мощности может рассчитывать В / Гц, используя среднеквадратичное значение или значение основного напряжения. Определенная пользователем математическая функция анализатора используется для построения уравнения для этого измерения.

Измерение напряжения шины постоянного тока

Напряжение на шине постоянного тока в ШИМ может быть измерено для проверки условий повышенного и пониженного напряжения.Это измерение может быть выполнено внутри привода на клеммах конденсаторной батареи. Однако более простой способ — использовать отображение формы сигнала анализатора мощности с измерением курсора.

При отображении формы сигнала с помощью курсорного измерения необходимо убедиться, что курсор не находится прямо над небольшими выступами на дисплее. Вместо этого курсор должен находиться поперек осциллограммы, чтобы выполнить точное измерение. На рисунке 5 показано измерение напряжения ШИМ с высокоскоростным переключением.Курсор устанавливается для чтения значения, например 302,81 В.

Измерения механической мощности

Механическая мощность измеряется как скорость двигателя, умноженная на крутящий момент двигателя. На рынке существует множество различных типов датчиков скорости и крутящего момента, которые работают с различными двигателями. Хотя анализаторы Yokogawa могут взаимодействовать с большинством датчиков скорости и крутящего момента, все же целесообразно подтверждать совместимость в каждом случае. Эти датчики могут использоваться для предоставления информации о механических измерениях для расчета измерений механической мощности в анализаторе мощности.

Многие датчики поставляются с интерфейсной электроникой для правильной обработки сигнала для работы с анализаторами мощности или другим оборудованием. Кондиционированный сигнал может быть аналоговым выходом или выходом последовательной связи, который идет на ПК и его прикладное системное программное обеспечение.

Одним из вариантов измерения механической мощности является использование как датчика, так и соответствующего измерительного прибора от данного производителя. Такой подход имеет преимущества, поскольку датчики будут точно согласованы с прибором.Будут доступны показатели крутящего момента, скорости и мощности, и, вероятно, будут варианты подключения к ПК вместе с соответствующим прикладным программным обеспечением.

Более интегрированный подход изображен на Рисунке 6. В этой конфигурации выходы сигналов скорости и крутящего момента от измерительных приборов датчика подключаются непосредственно к входам скорости и крутящего момента анализатора мощности. Это дает большое преимущество, заключающееся в том, что измерения электрической и механической мощности могут оцениваться одновременно, а расчеты эффективности могут выполняться непрерывно.

КПД двигателя, привода и системы

КПД инвертора в простейшей форме рассчитывается как выходная мощность, деленная на входную мощность, и выражается в процентах. Один из методов, используемых для измерения входной и выходной мощности, заключается в простом подключении измерителей мощности на входе и выходе, при этом показания двух измерителей используются для расчета эффективности.

Более комплексным методом является использование анализатора мощности с несколькими входами для одновременного измерения входа и выхода, как показано на рисунке 1.Это приводит к более точному расчету эффективности, поскольку он использует один анализатор мощности для устранения потенциальных ошибок, вызванных измерениями временного сдвига.

С помощью внутренних математических вычислений, предоставляемых анализатором, можно настроить очень простое вычисление через меню для расчета потерь привода и эффективности привода.

Какой метод мне следует использовать?

IEEE 112 — это промышленный стандарт США для тестирования двигателей, в котором описаны несколько методов. На рисунке 7 показан дисплей анализатора мощности, поддерживающий «Метод A» стандарта IEEE 112, в котором вся механическая мощность делится на общую мощность, потребляемую двигателем.Стандарт определяет многие параметры, помимо измерений тока и напряжения двигателя, и предоставляет инструкции по проведению общепринятых испытаний многофазных и асинхронных двигателей и генераторов и составлению отчетов по ним. Кроме того, стандарт содержит 11 методов испытаний, чтобы определить, как проводить измерения эффективности двигателей.

Метод испытаний A — ввод-вывод, определенный в IEEE 112: КПД рассчитывается как отношение выходной мощности измерения к измеренной входной мощности после корректировки температуры и динамометра, если применимо.Испытания проводятся при номинальной нагрузке с помощью механического тормоза или динамометра. Этот рейтинг должен быть ограничен двигателями с номинальной полной нагрузкой не более 1 кВт.

Метод испытаний B — ввод-вывод с разделением потерь: в методе B выполняются измерения как входной, так и выходной мощности, но различные потери разделяются. Большинство этих потерь просто производят тепло, которое должно рассеиваться двигателем в сборе, и представляют собой энергию, недоступную для выполнения работы. Этот метод является признанным стандартом тестирования U.S. автомобилестроение для двигателей с полной нагрузкой от 1 до 300 кВт.

Хотя оба метода A и B работают, метод B требует большого количества приборов и обычно выполняется только производителями двигателей. Поскольку большинство производителей используют метод B, а большинство пользователей предпочитают метод A, расчеты эффективности между ними могут отличаться. Данные производителей двигателей и приводов могут использовать разные скорости двигателя, испытательные нагрузки или другие условия испытаний.

Заключение

При измерении мощности электродвигателя необходимо учитывать множество факторов, например, полный и истинный коэффициент мощности.Эти измерения включают сложные уравнения, поэтому большинство компаний используют анализаторы мощности для автоматического получения результатов.

После принятия решения об использовании анализатора мощности необходимо принять решение о частотном диапазоне и уровне точности. Совместимость приборов — еще один важный аспект безопасного получения точных показаний, особенно с трансформаторами тока, и это та область, где необходимо учитывать ввод / опции анализатора. При правильных входных сигналах датчиков измерения механической мощности также можно проводить с помощью анализатора мощности.Выбор правильных датчиков скорости и крутящего момента — это первый шаг в определении механической мощности.

Некоторые анализаторы мощности также позволяют выполнять измерения с широтно-импульсной модуляцией. Однако настройка анализатора для измерения ШИМ также требует знания о том, как токи и напряжения будут влиять на измерения мощности.

Прецизионный высокочастотный анализатор мощности — важный инструмент для измерения как механической, так и электрической мощности. Его функции анализа и показания могут помочь улучшить работу и даже продлить срок службы двигателя.Выбор подходящего анализатора и его правильная реализация требуют знаний; однако при правильном использовании данные анализатора мощности предоставят точные и очень ценные данные.