Схемы подключения трехфазного электродвигателя

Подключение трехфазного двигателя

Имеется ввиду асинхронный электродвигатель, соединение обмоток – звезда или треугольник, подключение к сети 380В.

Для работы двигателя рабочий нулевой проводник N (Neutral) не нужен, а вот защитный (PE, Protect Earth) в целях безопасности должен быть подключен обязательно.

По принципам построения сетей 380В я уже подробно писал в статьях про трехфазный счетчик и реле напряжения.
Другие статьи по теме – Разница между трехфазным и однофазным напряжением, Системы заземления.

В самом общем случае схема будет выглядеть таким образом, как показано в начале статьи. Действительно, почему бы двигатель не включить как обычную лампочку, только выключатель будет “трехклавишный”?

2. Подключение двигателя через рубильник или выключатель

Но даже лампочку никто не включает просто так, сеть освещения и вообще любая нагрузка всегда включается только через защитные автоматы.

Подробнее про замену и установку автоматических выключателей – здесь. А про их параметры и выбор – здесь.

Управление асинхронным двигателем

Прямое подключение к сети питания

Использование магнитных пускателей позволяет управлять асинхронными электродвигателями путем непосредственного подключения двигателя к сети переменного тока.

С помощью магнитных пускателей можно реализовать схему:

нереверсивного пуска: пуск и остановка;
реверсивного пуска: пуск, остановка и реверс.

Использование теплового реле позволяет осуществить защиту электродвигателя от величин тока намного превышающих номинальное значение.

Нереверсивная схема

Нереверсивная схема подключения трехфазного асинхронного электродвигателя к трехфазной сети переменного электрического тока через магнитный пускатель L1, L2, L3

— контакты для подключения к сети трехфазного переменного тока,
QF1
— автоматический выключатель,
SB1
— кнопка остановки,
SB2
— кнопка пуска,
KM1
— магнитный пускатель,
KK1
— тепловое реле,
HL1
— сигнальная лампа,
M
— трехфазный асинхронный двигатель

Реверсивная схема

Реверсивная схема подключения трехфазного асинхронного электродвигателя к трехфазной сети переменного электрического тока через магнитные пускатели L1, L2, L3

— контакты для подключения к сети трехфазного переменного тока,
QF1
— автоматический выключатель,
KM1, KM2
— магнитные пускатели,
KK1
— тепловое реле, Mм — трехфазный асинхронный двигатель,
SB1
— кнопка остановки,
SB2
— кнопка пуска «вперед»,
SB3
— кнопка пуска «назад» (реверс),
HL1, HL2
— сигнальные лампы

Частотное управление асинхронным электродвигателем

Для регулирования скорости вращения и момента асинхронного двигателя используют частотный преобразователь. Принцип действия частотного преобразователя основан на изменении частоты и напряжения переменного тока.

Функциональная схема частотно-регулируемого привода

скалярное управление
;
векторное управление
.

Скалярное управление

является простым и дешевым в реализации, но имеет следующие недостатки — медленный отклик на изменение нагрузки и небольшой диапазон регулирования. Поэтому скалярное управление обычно используется в задачах, где нагрузка либо постоянна, либо изменяется по известному закону (например, управление вентиляторами).

Скалярное управление асинхронным двигателем с датчиком скорости

Векторное управление

используется в задачах, где требуется независимо управлять скоростью и моментом электродвигателя (например, лифт), что, в частности, позволяет поддерживать постоянную скорость вращения при изменяющемся моменте нагрузки. При этом векторное управление является самым эффективным управлением с точки зрения КПД и увеличения времени работы электродвигателя.

Среди векторных методов управления асинхронными электродвигателями наиболее широкое применение получили: полеориентированное управление и прямое управление моментом.

Полеориентированное управления асинхронным электродвигателем по датчику положения ротора

Полеориентированное управление

позволяет плавно и точно управлять параметрами движения (скоростью и моментом), но при этом для его реализации требуется информация о направлениии вектора потокосцепления ротора двигателя.

полеориентированное управление по датчику;
полеориентированное управление без датчика: положение потокосцепления ротора вычисляется математически на основе той информации, которая имеется в частотном преобразователе (напряжение питания, напряжения и токи статора, сопротивление и индуктивность обмоток статора и ротора, количество пар полюсов двигателя).

Полеориентированное управления асинхронным электродвигателем без датчика положения ротора

Прямое управление моментом

имеет простую схему и высокую динамику работы, но при этом высокие пульсации момента и тока.

Схема подключения трехфазного двигателя в сеть через автоматический выключатель

Поэтому более подробно общий случай будет выглядеть так:

3. Подключение двигателя через автоматический выключатель. ПРАКТИЧЕСКАЯ СХЕМА

На схеме 3 показан защитный автомат, который защищает двигатель от перегрузки по току (“прямоугольный” изгиб питающих линий) и от короткого замыкания (“круглые” изгибы). Под защитным автоматом я подразумеваю обычный трехполюсный автомат с тепловой характеристикой нагрузки С или D.

Напомню, чтобы ориентировочно выбрать (оценить) необходимый тепловой ток уставки тепловой защиты, надо номинальную мощность трехфазного двигателя (указана на шильдике) умножить на 2.

Защитный автомат для включения электродвигателя. Ток 10А, через такой можно включать двигатель мощностью 4 кВт. Не больше и не меньше.

Схема 3 имеет право на жизнь (по бедности или незнанию местных электриков).

Она прекрасно работает, так же, как по многу лет может работать скрутка меди с алюминием. И в один “прекрасный” день сгорит скрутка. Или сгорит двигатель.

Если уж использовать такую схему, надо тщательно подобрать ток автомата, чтобы он был на 10-20% больше рабочего тока двигателя. И характеристику теплового расцепителя выбирать D, чтобы при тяжелом пуске автомат не срабатывал.

Например, движок 1,5 кВт. Прикидываем максимальный рабочий ток – 3А (реальный рабочий может быть меньше, надо измерять). Значит, трехполюсный автомат надо ставить на 3 или 4А, в зависимости от пускового тока.

Плюс этой схемы подключения двигателя – цена и простота исполнения и обслуживания. Например, там, где один двигатель, и его включают вручную на всю смену. Минусы такой схемы с включением через автомат –

Невозможность регулировать тепловой ток срабатывания автомата. Для того, чтобы надежно защитить двигатель, ток отключения защитного автомата должен быть на 10-20% больше номинального рабочего тока двигателя. Ток двигателя надо периодически измерять клещами и при необходимости подстраивать ток срабатывания тепловой защиты. А возможности подстройки у обычного автомата нет(.
Невозможность дистанционного и автоматического включения/выключения двигателя.

Эти недостатки можно устранить, в схемах ниже будет показано как.

Модуль управления электроприводом на микроконтроллере PIC16C62 и драйвере IR2131

Для некоторых, относительно простых задач управления электроприводом можно использовать неспециализированные микроконтроллеры, к которым разработчик привык и которые свободно продаются на нашем рынке. В [1] были показаны основные требования к микроконтроллерам и описан круг современных задач, где применение специализированных микросхем является наиболее разумным решением. В этой статье мы показываем возможность использования микроконтроллера PIC16C62 фирмы Microchip для решения простых задач управления приводом, которые часто встречаются в быту. В основном, предлагаемая схема предназначена для управления трехфазными асинхронными двигателями, когда в распоряжении имеется однофазная сеть 220 В. Схема, изображённая на рис. 1, состоит из силового трехфазного инвертора, генератора управляющих сигналов и сопрягающего элемента — драйвера для ключей инвертора. Рассмотрим эти элементы и опишем некоторые алгоритмы, которые можно реализовать на них.

Рис. 1. Схема управления асинхронным двигателем

Привлекательная во всех отношениях микросхема IR2131 (или IR2130) фирмы INTERNATIONAL RECTIFIER уже не новость, но редко встречается в отечественных разработках. Одной из причин этого является её относительно высокая стоимость, но если принять во внимание, что цена таких изделий на нашем рынке сильно зависит от спроса, то с определённым риском можно рекомендовать её разработчику для применения в изделиях, где определяющим фактором является цена. Микросхема IR2131 представляет собой драйвер 6-ти ключей (IGBT или MOSFET), имеющий три выхода для управления нижними ключами моста и три выхода для ключей с плавающим потенциалом управления. В ней предусмотрена защита по току, которая выключает все ключи и выдает сигнал ошибки FAULT, когда сигнал на выводе ITRIP превышает 0,5 В. Это удобно для разработчика, поскольку организация такой защиты требует от него лишь правильного определения величины резистора датчика. Входы драйвера согласуются с ТТЛ логикой, что позволяет управлять им с помощью микроконтроллеров с 5-В питанием без дополнительных преобразователей уровня. Кроме этого, у IR2131 есть отдельный вход выключения всех ключей и вход сброса сигнала ошибки, а у IR2130 вместо них имеется встроенный усилитель тока нагрузки, и сброс триггера ошибки осуществляется при подаче на все входы управления неактивного уровня. Допустимое напряжение на инверторе, с которым работает микросхема, составляет 600 В. В настоящее время фирмой INTERNATIONAL RECTIFIER производятся аналогичные драйверы с рабочим напряжением 1200 В. На рис. 1 изображена простейшая схема трехфазного моста на транзисторах IRF740, которые управляются от IR2131. Для генерации сигналов управления мостом можно использовать недорогой микроконтроллер фирмы Microchip PIC16C62 (если необходимо дополнительно обрабатывать аналоговый сигнал, то рекомендуется PIC16C73). При небольшой номинальной мощности электропривод питается от сети переменного тока 220 В через разъём Х1, при этом рекомендуется использовать в трехфазном мосте транзисторы IRF740 (VT2–VT7). Через них можно пропустить мощность до 5 КВт. При больших мощностях надо переходить на питание от трёхфазной сети 380 В и использовать IGBT транзисторы. Наш опыт работы показал целесообразность шунтирования затворных резисторов R13–R18 обратными диодами VD7–VD12. Это позволяет значительно снизить динамиче-ские потери при выключении. Сформированное напряжение подаётся на двигатель через разъём Х2. Если ёмкость фильтра С12 велика и нет элемента, ограничивающего ток заряда этой ёмкости, то при каждом включении будут постепенно разрушаться диоды моста. Для предотвращения броска тока через выпрямитель необходимо включение терморезистора R19. При работе от однофазной сети 220 В может возникнуть необходимость введения модуля коррекции потребляемого тока (это особенно актуально при больших мощностях привода). Для некоторых разработок, где 100-Гц пульсации момента на валу двигателя не приводят к нежелательным последствиям, можно вообще отказаться от использования конденсатора С12. Конденсатор С11 (керамический или полипропиленовый) необходимо располагать максимально ближе к транзисторам моста, поскольку полевые и IGBT транзисторы “не любят” перенапряжений, которые будут возникать при коммутациях на паразитных индуктивностях схемы. Питание на драйвер DD2 подается от стабилитрона VD2 через гасящий резистор R12. При небольших частотах инвертора (до 3 кГц) достаточно 40 кОм для нормального питания системы управления. Для увеличения КПД системы можно применить стандартный импульсный понижающий регулятор, используя в качестве ШИМ-контроллера ресурсы PIC16C73. Бутстреповые ёмкости С7–С9 заряжаются через диоды VD4–VD6 при включении соответствующего нижнего ключа. Напряжение питания IR2131 выбирается в зависимости от желаемой степени насыщения силового транзистора. Рекомендуемая величина — 15–20 В. Уменьшение питающего напряжения какого-нибудь из каналов ниже 8 В вызывает немедленное запирание ключа. Величина резистивного датчика тока R10 выбирается в зависимости от номинальной мощности электропривода и допустимой перегрузки по току (R10 = 0,5 В / Iдоп). Интегрирующее звено R11-C10 предотвращает ложное срабатывание токовой защиты в моменты коммутаций, достаточная величина постоянной времени — 0,5 мкс. При превышении сигналом на входе ITRIP уровня 0,5 В все ключи запираются и выдаётся сигнал ошибки FAULT (выход с открытым коллектором).

Подключение трехфазного двигателя через ручной пускатель

Ручной пускатель, или мотор-автомат – более совершенное устройство. На нём есть кнопки “Пуск” и “Стоп”, либо ручка “Вкл-Выкл”. Его плюс – он специально разработан для пуска и защиты двигателя. Пуск по-прежнему ручной, а вот ток срабатывания можно регулировать в некоторых пределах.

4. Подключение двигателя через ручной пускатель. ПРАКТИЧЕСКАЯ СХЕМА

Поскольку у двигателей обычно большой пусковой ток, то у автоматов защиты двигателей (мотор-автоматов), как правило, характеристика тепловой защиты типа D. Т.е. он выдерживает кратковременные (пусковые) перегрузки примерно в 10 раз больше от номинала.

Ручной пускатель двигателя с дополнительным контрольным контактом.

Вот что у него на боковой стенке:

Автомат защиты двигателя – характеристики на боковой стенке

Ток уставки (тепловой) – от 17 до 23 А, устанавливается вручную. Ток отсечки (срабатывание при КЗ) – 297 А.

В принципе, ручной пускатель и мотор-автомат – это одно и то же устройство. Но пускателем, показанным на фото, можно коммутировать питание двигателя. А мотор-автомат постоянно подает питание (три фазы) на контактор, который, в свою очередь, коммутирует питание двигателя. Короче, разница – в схеме подключения.

Плюс схемы – можно регулировать уставку теплового тока. Минус тот же, что и в предыдущей схеме – нет дистанционного включения.

Схема подключения двигателя через магнитный пускатель

Этой схеме подключения трехфазного двигателя надо уделить самое пристальное внимание. Она наиболее распространена во всем промышленном оборудовании, выпускавшемся примерно до 2000-х годов. А в новых китайских простеньких станках используется и по сей день.

Электрик, который её не знает – как хирург, не умеющий отличить артерию от вены; как юрист, не знающий 1-ю статью Конституции РФ; так танцор, не отличающий вальс от тектоника.

Три фазы на двигатель идут в этой схеме не через автомат, а через пускатель. А включение/выключение пускателя осуществляется кнопками “Пуск” и “Стоп” , которые могут быть вынесены на пульт управления через 3 провода любой длины.

Пример такой схемы – в статье про восстановление схемы гидравлического пресса, см. последнюю в статье схему, пускатель КМ0. Про выбор, устройство и характеристики электромагнитных пускателей (контакторов) – прочитайте здесь.

5. Схема подключения двигателя через пускатель с кнопками пуск стоп

Здесь питание цепи управления поступает с фазы L1 (провод 1) через нормально замкнутую (НЗ) кнопку “Стоп” (провод 2).

Если теперь нажать на кнопку “Пуск”, то цепь питания катушки электромагнитного пускателя КМ замкнется (провод 3

), его контакты замкнутся, и три фазы поступят на двигатель. Но в таких схемах кроме трёх “силовых” контактов у пускателя есть ещё один дополнительный контакт. Его называют “блокировочным” или “контактом самоподхвата”.

Когда электромагнитный пускатель включается нажатием кнопки SB1 “Пуск”, замыкается и контакт самоподхвата. А если он замкнулся, то даже если кнопка “Пуск” будет отжата, цепь питания катушки пускателя всё равно останется замкнутой. И двигатель продолжит работать, пока не будет нажата кнопка “Стоп”.

Поскольку тема с магнитными пускателями очень обширная, она вынесена в отдельную статью Схемы подключения магнитного пускателя. Статья существенно расширена и дополнена. Там рассмотрено всё – подключение различных нагрузок, защита (тепловая и от кз), реверсивные схемы, управление от разных точек, и т.д. Нумерация схем сохранена. Рекомендую.

Подключение электродвигателя на 380 В

Июнь 23, 2014

Трехфазные электродвигатели обладают более высокой эффективностью, чем однофазные на 220 вольт. Если у Вас в доме или гараже есть ввод на 380 Вольт, тогда обязательно покупайте компрессор или станок с трехфазным электродвигателем. Это обеспечит более стабильную и экономичную работу устройств. Для пуска мотора не понадобятся различные пусковые устройства и обмотки, потому что вращающееся магнитное поле возникает в статоре сразу после подключения к электросети 380 Вольт.

Выбор схемы включения электродвигателя

Схемы подключения 3-х фазных двигателей при помощи магнитных пускателей Я подробно описывал в прошлых статьях: «Схема подключения электромоторов с тепловым реле» и «Схема реверсивного пуска«.

Подключить трех фазный двигатель возможно и в сеть 220 Вольт с использованием конденсаторов по этой схеме. Но будет значительное падение мощности и эффективности его работы.

В статоре асинхронного двигателя на 380 В расположены три отдельные обмотки, которые соединяются между собой в треугольник или звезду и к трем лучам или вершинам подключаются 3 разноименные фазы.

Вы должны учитывать, что при подключении звездой пуск будет плавным, но для того что бы достичь полной мощности необходимо подключить мотор треугольником. При этом мощность возрастет в 1.5 раза, но ток при запуске мощных или средних моторов будет очень высоким, и да же может повредить изоляцию обмоток.

Перед подключением электродвигателя ознакомьтесь с его характеристиками в паспорте и на шильдике. Особенно это важно при подключении 3 фазных электродвигателей западно-европейского производства, которые рассчитаны на работу от сети напряжением 400/690. Пример такого шильдика на картинке снизу. Такие моторы подключаются только по схеме «треугольник» к нашей электросети. Но многие монтажники подключают их аналогично отечественным в «звезду» и электромоторы при этом сгорают, особенно быстро под нагрузкой.

На практике все электродвигатели отечественного производства на 380 Вольт подключаются звездой. Пример на картинке. В очень редких случаях на производстве для того что бы, выжать всю мощность используется комбинированная схема включения звезда-треугольник. Об этом подробно узнаете в самом конце статьи.

Схема подключения электродвигателя звезда треугольник

В некоторых наших электромоторах выходит всего 3 конца из статора с обмотками- это означает, что уже внутри двигателя собрана звезда. Вам только остается подключить к ним 3 фазы. А для того, что бы собрать звезду необходимы оба конца, каждой обмотки или 6 выводов.

Нумерация концов обмоток на схемах идет слева направо. К номерам 4, 5 и 6 подключаются 3 фазы А-В-С от электросети.

При соединении звездой трёхфазного электродвигателя начала его обмоток статора соединяются вместе в одной точке, а к концам обмоток подключаются 3 фазы электропитания на 380 Вольт.

При соединении треугольником статорные обмотки между собой соединяются последовательно. Практически, необходимо соединить конец одной обмотки с началом следующей. К трем точкам соединения их между собой подключаются 3 фазы питания.

Подключение схемы звезда-треугольник

Для подключения мотора по довольно редкой схеме звезды при запуске, с последующим переводом для работы в рабочем режиме в схему треугольника. Так Мы сможем выжать максимум мощности, но получается довольно сложная схема без возможности реверсирования или изменения направления вращения.

Для работы схемы необходимы 3 пускателя. На первый К1 подключено электропитание с одной стороны, а с другой — концы обмоток статора. Их же начала подключены к К2 и К3. С пускателя К2 начала обмоток подключаются соответственно на другие фазы по схеме треугольник. При включении К3 все 3 фазы закорачиваются между собой и получается схема работы звездой.

Подключение трехфазного двигателя через электронные устройства

Все способы пуска двигателя, описанные выше, называются Пуск прямой подачей напряжения. Часто, в мощных приводах, такой пуск является тяжелым испытанием для оборудования – горят ремни, ломаются подшипники и крепления, и т.д.

Поэтому, статья была бы неполной, если бы я не упомянул современные тенденции. Теперь всё чаще для подключения трехфазного двигателя вместо электромагнитных пускателей применяют электронные силовые устройства. Под этим я подразумеваю:

Твердотельные реле (solid state relay) – в них силовыми элементами являются тиристоры (симисторы), которые управляются входным сигналом с кнопки либо с контроллера. Бывают как однофазные, так и трехфазные. Вот моя статья.
Мягкие (плавные) пускатели (soft starter, устройства плавного пуска) – усовершенствованные твердотелки. Можно устанавливать ток защиты, время разгона/замедления, включать реверс, и др. И на эту тему есть статья. Практическое применение устройств плавного пуска – здесь.
Частотные преобразователи – самое совершенное устройство, что придумало человечество для подключения электродвигателя. Описывать частотники – дело не одной статьи.

А если Вам вообще интересно то, о чем я пишу, подписывайтесь на получение новых статей и вступайте в группу в ВК!

Преимущества таких устройств очевидны (прежде всего – отсутствие контактов как таковых), недостаток пока один – цена. А вот как может выглядеть схема их включения:

10. Подключение трехфазного двигателя – общая схема с электронной силой

Скачать

Если тема интересует более глубоко, рекомендую ознакомиться с литературой, приведенной на странице .

Вот одна из книг, приведенных там: • Ломоносов, В.Ю.; Поливанов, К.М.; Михайлов, О.П. Электротехника. / Ломоносов, В.Ю.; Поливанов, К.М.; Михайлов, О.П. Электротехника. Одна из лучших книг, посвящённых основам электротехники. Изложение начинается с самых основ: объясняется, что такое напряжение, сила тока и сопротивление, приводятся указания по расчёту простейших электрических цепей, рассказывается о взаимосвязи и взаимозависимости электрических и магнитных явлений. Объясняется, что такое переменный ток, как устроен генератор переменного тока. Описывается, что такое конденсатор и что собой представляет катушка индуктивности, какова их роль в цепях переменного тока. Объясняется, что такое трёхфазный ток, как устроены генераторы трёхфазного тока и как организуется его передача. Отдельная глава посвящена полупроводниковым приборам: в ней речь идёт о полупроводниковых диодах, о транзисторах и о тиристорах; об использовании полупроводниковых приборов для выпрямления переменного тока и в качестве полупроводниковых ключей. Коротко описываются достижения микроэлектроники. Последняя треть книги целиком посвящена электрическим машинам, агрегатам и оборудованию: в 10 главе речь идёт о машинах постоянного тока (генераторах и двигателях); 11 глава посвящена трансформаторам; о машинах переменного тока (однофазных и трёхфазных, синхронных и асинхронных) подробно рассказывается в 12 главе; выключатели, электромагниты и реле описываются в главе 13; в главе 14 речь идёт о составлении электрических схем. Последняя, 15 глава, посвящена измерениям в электротехнике. Эта книга — отличный способ изучить основы электротехники, понять основополагающие принципы работы электрических машин и агрегатов., zip, 13.87 MB, скачан: 2730 раз./

• Пуск и защита двигателей переменного тока / Пуск и защита двигателей переменного тока. Системы пуска и торможения двигателей переменного тока. Устройства защиты и анализ неисправностей двигателей переменного тока. Руководство по выбору устройств защиты. Руководство от Schneider Electric, pdf, 1.17 MB, скачан: 2108 раз./