Определение начала и конца обмоток трехфазного двигателя.

Иногда встречаются трехфазные электродвигатели, у которых выводы обмоток не маркированы, как правило, после перемотки, или при слишком «бережной» эксплуатации. Чтобы определить, начала и концы обмоток, необходимо:
- при помощи омметра, определить обмотки, отметить три пары – три обмотки;
- на одной из обмоток пометить один провод и подключить к нему минус батареи;
- к другой обмотке подключить стрелочный вольтметр;
- коснуться вторым проводом первой обмотки плюса батареи, и посмотреть, в какую сторону отклонятся стрелка. Необходимо, чтобы она отклонялась вперед;
- убедившись в этом, пометить вывод, подключенный к плюсу вольтметра;
- аналогично проверить и пометить вывод на третьей обмотке.
Отмеченные выводы можно считать либо началами, либо концами, и соответственно подключать двигатель к трехфазной цепи.

Определяем количество выводов обмоток статора электродвигателя и их назначение
Электродвигатель подключается к источнику питания выводами его внутренних обмоток. Таких обмоток в трёхфазном двигателе - три. Следовательно, выводов всего должно быть шесть. Но из-под крышки идёт, как правило, семь проводов, один из них "корпусной", присоединён к корпусу электродвигателя. В схеме питания он не участвует, но необходим для безопасной работы.
Нередко случается, что число выводов, выходящих из корпуса двигателя всего три. В этом случае остальные три вывода "спрятаны" внутри корпуса и, чтобы добраться к ним, необходимо аккуратно разобрать электродвигатель, сняв ротор. Найдя и разъединив недостающие три провода (соединённые между собой в схеме "звезда"), следует удлинить каждый из них и вывести их все наружу.
Иногда провода внутри корпуса электродвигателя соединены не звездой (три в одной точке), а треугольником. В этом случае, задача трудней, но та же самая: разъединить все (три пары) соединений проводов между собой, удлинить концы и вывести их наружу. Правда, в нашем случае делать этого не стоит, поскольку все способы схем подключения приведены здесь для электродвигателей, обмотки которых включены по схеме треугольника.
Обычно на крышке корпуса электродвигателя установлена коробка, в которой имеется коммутационная колодка с перемычками, по их конфигурации можно легко проследить схему соединения обмоток.

Как определить по какой схеме соединены концы обмоток электродвигателя?
Если визуально соединение обмоток не просматриваются (соединения выполнены внутри корпуса электродвигателя), то придется определять тип соединений (звезда или треугольник) косвенно. Теоретически, сделать это очень просто.
Схема соединений обмоток электродвигателя "звездой" выполняется соединением трёх одноименных (например, концов) выводов между собой в одной точке. Поэтому, если подключить к любым двум выводам (из трёх!) электродвигателя генератор переменного тока, то трансформации напряжения на вторичную обмотку, в качестве которой для измерений используется третья обмотка, не произойдёт и вольтметр, подключенный, как показано на Рис. 1, покажет отсутствие напряжения или напряжение, близкое к нулю вольт.

Если обмотки электродвигателя соединены по схеме треугольника (Рис.2), то вольтметр, при аналогично составленной схеме измерений, зафиксирует присутствие напряжения. Произойдёт это потому, что обмотки на схеме "треугольника" соединены друг с другом разноимёнными выводами (начала с концами).

На практике вместо генератора переменного тока можно использовать обычный полуторавольтный элемент питания (например 316), кратковременно подключая его к выводам электродвигателя. Измерения напряжений в этом случае следует производить на минимальном пределе шкалы вольтметра. Если электродвигатель большой мощности, то прибор следует установить для измерения тока (микроампер).
В крайних случаях, соблюдая все меры предосторожности, вместо генератора переменного тока можно использовать сетевое напряжение 220 вольт, подключая источник к обмоткам последовательно с лампой мощностью 60 ватт.

Как определить начала и концы выводов обмоток электродвигателя?
После, того как мы научились определять способ соединения обмоток электродвигателя, вызвонить и промаркировать концы обмоток совсем простое дело! Вначале нужно вызвонить три пары выводов обмоток. Сопротивления обмоток мощных электродвигателей очень малы и составляют десятые доли Ома, а маломощных электродвигателей - единицы Ом. Седьмой "корпусной" провод вызванивается относительно корпуса. Остальные 6 проводов ни в коем случае не должны иметь контакта с корпусом. Сопротивление между проводами обмоток и корпусом составляет сотни мегаом.
Итак, в результате замеров, мы имеем три пары выводов обмоток и один провод "корпусной". Теперь произвольно промаркируем выводы (концы) одной любой обмотки буквами "Н" и "К" - начало и конец. Далее, также произвольно, промаркируем выводы другой любой обмотки буквами "Н" и "К" - начало и конец.

Следующий шаг - соединим две промаркированные обмотки между собой последовательно выводами "Н" и "К", как показано на Рис 3. К оставшимся свободным концам соединённых обмоток ("Н" и "К") подключим амперметр, установленный на малом пределе измерений (мА или даже мкА). К выводам немаркированной обмотки подсоединим кратковременно источник постоянного тока - батарею 1.5 вольта (элемент 316). Амперметр должен показать всплеск напряжения. Если этого не произошло, то соедините маркированные обмотки между собой выводами "Н" и "Н", а микроамперметр подключите к свободным их концам ("К" и "К"). Если амперметр зафиксирует всплеск тока, то поменяйте местами надписи "Н" и "К" на одной любой обмотке.

Может случиться, что амперметр не обнаруживает всплеска напряжения ни в каком случае, или всплеск этот очень слабый. Такой признак указывает на неисправность электродвигателя - межвитковое замыкание какой либо обмотки.
Далее, разъединяем обмотки, отключаем источник питания и вновь соединяем между собой последовательно две обмотки. Причём, любой вывод немаркированной обмотки соединим с выводом "Н" любой маркированной обмотки. К оставшимся свободным концам, последовательно соединённых между собой обмоток (вывод "К" и вывод немаркированный) подключим микроамперметр, установленный на малом пределе измерений. Подсоединяем кратковременно источник питания к выводам оставшейся маркированной обмотки. Прибор должен показать всплеск напряжения.
Если этого не происходит, то меняем в схеме местами выводы немаркированной обмотки. Вновь кратковременно подсоединяем источник питания. Если микроамперметр зафиксирует всплеск напряжения, то обозначаем (маркируем) тот вывод немаркированной обмотки, который был соединён с выводом "Н" буквой "К", а другой вывод буквой "Н". Всё!

При измерениях тока или напряжения нежелательно пользоваться цифровым мультиметром, поскольку существующая задержка измерения (индикации) в цифровых приборах может не успевать зафиксировать кратковременные всплески тока (напряжения).

Соединение обмоток трёхфазного электродвигателя по схеме треугольника
Нет ничего проще соединения уже промаркированных выводов электродвигателя в схему треугольника! Соединяем последовательно (в кольцо) обмотки в таком порядке: начало одной ("Н") с концом другой ("К"). Получим три вывода электродвигателя, обмотки которого соединены по схеме "треугольника". К ним добавим ещё один провод "корпусной" для подсоединения его к внешнему контуру заземления

Классический способ включения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть
Самая простая и самая распространённая схема подключения трёхфазного электродвигателя к однофазному источнику питания 220 вольт приведена на рисунке 1.

Существуют методики расчёта величины ёмкости фазосдвигающего конденсатора C1, но большого значения придавать им не стоит, поскольку эти расчёты приводят практически к тем же результатам, которые получаются при грубом расчёте ёмкости по следующей простой формуле.

С= 10P

Где С - ёмкость фазосдвигающего конденсатора в микрофарадах, а P - паспортная мощность электродвигателя в киловаттах. Величина ёмкости сильно зависит от режима работы электродвигателя, в частности от его нагруженности.
В случаях, когда электродвигатель работает при переменных нагрузках, приходится в процессе работы, параллельно с постоянно подключенным фазосдвигающим конденсатором, включать дополнительные. Приведённая выше расчётная формула работает для слабонагруженных электродвигателей. При значительных нагрузках ёмкость фазосдвигающего конденсатора следует увеличивать вдвое от расчётной.

Что произойдёт, если величина ёмкости конденсатора выбрана неправильно?
Если величина ёмкости фазосдвигающего конденсатора выбрана больше, чем требуется при данных конкретных условиях работы электродвигателя, то двигатель будет быстро перегреваться. Если величина ёмкости выбрана меньше требуемой, то мощность электродвигатель будет занижена в сравнении с оптимальной. Отсюда вывод: при подборе фазосдвигающего конденсатора следует начинать выбор величины емкости от минимальной, постепенно увеличивая её до того значения, когда электродвигатель сможет обеспечить механическую работу привода.

Почему рабочее напряжение фазосдвигающего конденсатора должно быть не ниже 400 вольт?
Причин, по которым рабочее напряжение фазосдвигающего конденсатора должно быть не ниже 400 вольт, три. Первая причина та, что амплитудное значение переменного напряжения в бытовой сети 220 вольт составляет почти триста вольт (220х1,3). Почему так? Как мы помним из школьного курса физики, напряжение бытовой сети переменного тока 220 вольт является действующим напряжением.

По определению: действующим значением переменного тока является такой постоянный ток, который за то же время и на той же нагрузке вызывает такую же мощность, как и переменный ток.
А поскольку у переменного тока существуют экстремумы - точки с максимальным и минимальным значениями, то они, конечно, будут отличаться от некоторого среднего (действующего) значения. Фазосдвигающий конденсатор должен гарантированно выдерживать эти участки повышенного отрицательного и положительного напряжений.
Вторая причина в том, что рабочее напряжение на конденсаторах, как правило, указывается для постоянного тока. Но переменное напряжение меняет свою полярность во времени от + 220 вольт до - 220 вольт. А, значит, конденсатор в некоторых условиях может зарядиться до почти удвоенного значения сети, до 400 вольт.
Третья причина - фазосдвигающий конденсатор устанавливается в цепи обмоток статора, обладающих большой индуктивностью. При работе электродвигателя, особенно при его пуске и остановке, на обмотках высвобождается большая электродвижущая сила самоиндукции (ЭДС), в виде всплесков повышенного напряжения 300-600 вольт, приложенная именно к конденсатору.

Как подобрать оптимальную ёмкость фазосдвигающего конденсатора?
Выбор оптимальной величины ёмкости фазосдвигающего конденсатора следует выполнять в реальных условиях работы электродвигателя, подключив к нему электропривод и подсоединив эффективную схему пуска. Вся процедура сводится к подбору фазосдвигающего конденсатора такой ёмкости, чтобы величины токов, втекающих в каждый из трёх отводов обмоток электродвигателя, минимально отличалась друг от друга. Порядок подбора тот, который был указан выше - от меньшей ёмкости к большей. Подбирая оптимальную ёмкость конденсатора, контролируйте и учитывайте нагрев корпуса электродвигателя!

Почему нельзя перегревать электродвигатель?
В процессе работы любой электродвигатель неизбежно нагревается. Температура корпуса работающего двигателя без ущерба эксплуатационным характеристикам вполне может достигать 70°C. Чтобы предотвратить перегрев, корпус электродвигателя выполнен ребристым с целью увеличения поверхности, отводящей тепло. Эффективность теплоотвода загрязнённого корпуса электродвигателя резко снижается.
Что происходит при перегреве электродвигателя? Изолирующее лаковое покрытие проводов обмотки высыхает (или даже обугливается) и отслаивается. В результате оголённые соседние провода замыкают между собой. Происходит межвитковое короткое замыкание обмотки электродвигателя.
Межвитковое замыкание, в зависимости от величины замыкаемого участка, приводит либо к последующему быстрому перегреву электродвигателя, либо к мгновенному расплаву (замыканию или перегоранию) проводов обмотки. Практически, электродвигатель с перемкнутым небольшим участком обмотки (несколько соседних витков), перегреваясь и теряя мощность, может ещё поработать. Но всякий новый цикл - перегрева обмоток при работе и остывания при выключении, ухудшает состояние изоляции обмоток и приводит к тому же результату - отслаиванию изоляции, замыканию витков обмоток и выходу электродвигателя из строя.
Кроме того, при перегреве электродвигателя перегреваются подшипники, в которых вращается ротор. Перегревание смазки подшипников приводит к снижению её эффективности и еще большему перегреву подшипника. В результате, сильно разогретая смазка частично испаряется, частично вытекает из корпуса подшипника и подшипник начинает заклинивать. Аварийная принудительная остановка электродвигателя во время работы (без его обесточивания) также приводит к быстрому и недопустимому перегреву его обмоток и даже их возгоранию и выходу электродвигателя из строя.

Как изменить направление вращения ротора электродвигателя?
Так же, как и при работе электродвигателя от трёхфазного источника, при питании от однофазной сети напряжением 220 вольт, ротор электродвигателя приводится в движение вращающимся магнитным полем, направление вращения которого зависит от порядка чередования фаз. При работе электродвигателя один конец фазосдвигающего конденсатора всегда подключен к свободной точке соединения обмоток, а второй конец к проводу питающей сети - фазному или нулевому.

Направление вращения ротора электродвигателя зависит от того, куда подключен тот конец фазосдвигающего конденсатора, который соединён с проводом сетевого питания. Попросту, чтобы изменить направление вращения ротора электродвигателя, следует этот вывод конденсатора отключить от одного провода питающей сети и подключить к другому проводу питающей сети. Другими словами, перекоммутировать вывод с клеммы А электродвигателя на клемму В.

Схема пуска трехфазного электродвигателя при работе в однофазной сети
Трёхфазный электродвигатель нормально работает при подключении к однофазному источнику питания переменного тока с напряжением бытовой сети 220 вольт по схемамприведённым на рисунках 1 и 2. Однако, запустить под нагрузкой его не удастся. Для того, чтобы обеспечить вращение ротора электродвигателя при пуске нужна специальная схема. Согласно этой схеме, при пуске, параллельно фазосдвигающему конденсатору (С1) подключается дополнительный "пусковой" конденсатор С2 с примерно такой же величиной ёмкости, как и у фазосдвигающего. Такая схема приведена ниже на Рис.3.

При пуске, после включения переключателя SA, требуется вручную нажать кнопку SB и удерживать её нажатой несколько секунд, пока обороты ротора электродвигателя достигнут 70% от номинальных.

Подключение электродвигателя к сети через контактор, кнопки "пуск" и "стоп"
При возникновении неисправностей, в аварийных ситуациях и при пропадании напряжения питающей сети электродвигатель должен выключаться быстро и легко. Кроме того, при возобновлении питания, во избежание поражения людей электрическим током, предотвращения поломок электропривода и самого электродвигателя, электродвигатель не должен автоматически запускаться повторно.
Всем этим требованиям отвечает схема включения электродвигателя контактором К1. Двигатель запускается нажатием кнопки "Пуск". Последующее выключение осуществляется нажатием кнопки "Стоп". Такая схема приведена ниже на Рис.4.

Для включения электродвигателя нажимается кнопка SA1 "Пуск". Напряжение сети 220 вольт поступает на обмотку контактора К1. Сердечник контактора втягивается, замыкая контакты К1.1 и К1.2. Контакты кнопки "Пуск" самоблокируются контактами К1.1, а контактами К1.2 к сети подключаются обмотки двигателя.
При нажатии кнопки "Стоп" цепь обмотки контактора К1 размыкается, обмотка обесточивается. Контакты К1.1 размыкаются, кнопка "Пуск" разблокируется. Размыкаются контакты К1.2 и снимается напряжение с обмоток электродвигателя. Двигатель выключается. Состояние схемы не изменяется и после отпускания кнопки "Стоп". Электродвигатель остается в выключенном состоянии.

Схема автоматического запуска трёхфазного электродвигателя
На схеме Рис. 4, так же, как и на предыдущих схемах, приходится вручную нажимать кнопку SA3, подключая пусковой конденсатор С2, и ожидать, когда ротор электродвигателя наберёт обороты, что не очень удобно. Вместо ручной кнопки можно воспользоваться схемой пуска, в которой применяется реле задержки, с заданным временем задержки включения (после подачи на него напряжения питания) 3-10 секунд. Схема замены ручной кнопки автоматом приведена ниже на Рис.5.

При включении электродвигателя нажимается кнопка SA1 "Пуск". Напряжение сети 220 вольт приходит на обмотку контактора К1. Сердечник контактора втягивается, замыкая контакты К1.1 и К1.2. Контактами К1.1, как и в предыдущей схеме, самоблокируется кнопка "Пуск" (перемыкаются её контакты), а контактами К1.2 к сети подключаются обмотки двигателя. В это время через нормально замкнутые контакты реле задержки КТ1.1 параллельно фазосдвигающему конденсатору С1 подключен пусковой конденсатор С2.
Одновременно с подачей напряжения на контактор К1, напряжение питания подаётся на реле задержки КТ. Начинается отсчёт времени задержки размыкания нормально замкнутых контактов КТ1.1 реле КТ. По истечению нескольких секунд задержки, реле КТ срабатывает, размыкая контакты КТ1.1. Пусковая ёмкость С2 отсоединяется от фазосдвигающей ёмкости С1. Процесс пуска завершён.

Подключение пускового конденсатора через мощные контакты
Подключение пускового конденсатора параллельно фазосдвигающему конденсатору сопровождается сильным искрением контактов. Маломощные контакты реле задержки К1, как показано в предыдущей схеме, не смогут длительно обеспечивать работу электродвигателя в пусковом режиме. Они попросту залипнут или выгорят. Поэтому целесообразно управлять подключением пускового конденсатора контактами мощного реле (контактора). Такая схема изображена на Рис.6.

При нажатии кнопки "Пуск" точно так же напряжение подаётся на реле задержки КТ1. Но пусковой конденсатор С2 при пуске сразу же подключится к фазосдвигающему конденсатору контактами дополнительного контактора К2, обмотка которого в свою очередь подключится при пуске к сети 220 вольт через нормально замкнутые контакты реле задержки КТ1.
Когда закончится задержка времени реле КТ1, оно включится и его контакты КТ1.1 разомкнутся, разъединяя цепь обмотки контактора К2 от источника 220 вольт. Обмотка контактора К2 обесточится, его контакты К2.1 разомкнутся и отсоединят от фазосдвигающего конденсатора С1 пусковой конденсатор С2, завершая, тем самым, процесс пуска.

Токовая защита трёхфазного электродвигателя
В приведённых выше схемах обмотка электродвигателя оказывается постоянно подключенной к сети 220 вольт, что создаёт опасность поражения людей электрическим током и не соответствует требованиям техники безопасности. По завершению работ электроинструмент должен быть полностью обесточен. Опасное для жизни напряжение 220 вольт не должно присутствовать ни на одной из частей электрооборудования.
Кроме того, необходима защита электродвигателя от серьёзных повреждений при коротких замыканиях схемы или токоведущих компонентов конструкции электродвигателя. Для защиты внешней электропроводки от критических и аварийных токов также необходима токовая защита. Такую защиту с успехом выполнит трёхфазный токовый автомат. Схема подключения электродвигателя через токовый автомат изображена на Рис.7.

На схеме подключения трёхфазного электродвигателя к бытовой сети 220 вольт, изображенной на рис. 7, питание сети поступает через трёхфазный токовый автомат SA3 16А. В автомате используются две группы контактов (из трёх). Автомат выполняет также функции простого выключателя питания.

Индикация режимов работы электродвигателя
При поиске неисправностей и просто для того, чтобы знать состояние электродвигателя питающей сети необходима хотя бы простейшая индикация. Такая индикация на приведённой ниже схеме (Рис.8) выполнена на одном двухцветном светодиоде (цвета - синий и красный).

Когда включен токовый автомат SA3, горит синий светодиод VL1.1. При пуске и работе электродвигателя загорается красный светодиод VL1.2 (правый по схеме), а синий светодиод гаснет. Резисторы R1 и R2, мощностью по 1 ватту, ограничивают ток через светодиоды на уровне 4 миллиампер. Диоды VD1 и VD2 защищают светодиоды от пробоя обратным напряжением 220 вольт.