Трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором — самый распространённый двигатель в промышленности: насосы, вентиляторы, конвейеры, станки. У него всего два главных узла — статор с тремя обмотками и ротор с «беличьей клеткой». Разберём, как он работает и как правильно соединить обмотки: звездой или треугольником.
Как работает асинхронный двигатель
В пазах статора уложены три одинаковые обмотки — по одной на каждую фазу. Они сдвинуты по окружности на 120°. Токи в фазах сети тоже сдвинуты на 120°, только по времени: сначала максимум тока в фазе A, через треть периода — в фазе B, ещё через треть — в фазе C.
Каждая обмотка создаёт своё магнитное поле, а вместе они складываются в одно поле постоянной силы, которое вращается. Никаких движущихся частей для этого не нужно — только три фазы. На анимации ниже видно, как вслед за максимумом тока поле переходит от обмотки к обмотке.
Скорость вращения поля
Скорость поля называется синхронной и зависит только от частоты сети и числа пар полюсов обмотки p:
n₀ = 60 × f / p
| Полюсов (2p) | Синхронная скорость при 50 Гц | Типичная скорость на шильдике |
|---|---|---|
| 2 | 3000 об/мин | 2850–2950 об/мин |
| 4 | 1500 об/мин | 1420–1480 об/мин |
| 6 | 1000 об/мин | 940–980 об/мин |
| 8 | 750 об/мин | 700–735 об/мин |
Ротор всегда вращается чуть медленнее поля. Если бы скорости совпали, поле перестало бы пересекать стержни ротора, ток в них исчез бы — и вместе с ним момент. Это отставание называется скольжением: s = (n₀ − n) / n₀. У крупных двигателей оно около 1–2 %, у маленьких доходит до 5–8 %. Отсюда и название «асинхронный» — несинхронный.
Чтобы двигатель вращался в другую сторону, достаточно поменять местами любые две фазы: поле начнёт вращаться в обратном направлении. Посчитать скорость при другой частоте можно в калькуляторе частоты и оборотов.
Беличья клетка
Ротор набран из листов электротехнической стали. В его пазах лежат стержни из алюминия (обычно залиты под давлением прямо в пакет) или меди. С обоих торцов стержни замкнуты кольцами. Если убрать сталь, стержни с кольцами похожи на беговое колесо для белки — отсюда название.
Вращающееся поле статора пересекает стержни и наводит в них ЭДС. Поскольку стержни замкнуты кольцами, по ним течёт ток. Ток в магнитном поле создаёт силу — и ротор тянется за полем. Никаких щёток и контактов: поэтому двигатель такой простой и надёжный.
Стержни обычно немного повёрнуты вдоль оси — это скос пазов. Он сглаживает момент, снижает шум и рывки при пуске.
Звезда и треугольник
У каждой из трёх обмоток два вывода: начало и конец. В клеммной коробке их шесть: U1, V1, W1 — начала и U2, V2, W2 — концы. У старых отечественных двигателей — С1, С2, С3 и С4, С5, С6. Соединить обмотки можно двумя способами.
Звезда (Y)
Концы всех трёх обмоток соединяют в одну точку — нейтраль, а на начала подают три фазы. Каждая обмотка оказывается между фазой и нейтралью, поэтому напряжение на ней в √3 раза меньше линейного: Uф = Uл / √3. При сети 400 В на обмотке 230 В. Ток в обмотке равен току в линии.
В клеммной коробке звезду собирают одной перемычкой, которая замыкает верхний ряд клемм W2 — U2 — V2.
Треугольник (Δ)
Обмотки соединяют последовательно в кольцо: конец первой — с началом второй и так далее. Каждая обмотка включена прямо между двумя фазами, и напряжение на ней равно линейному: Uф = Uл. Ток в линии в √3 раза больше тока в обмотке: Iл = √3 × Iф.
В клеммной коробке треугольник — это три вертикальные перемычки: W2 — U1, U2 — V1, V2 — W1. Клеммы верхнего ряда специально сдвинуты на одну позицию, чтобы перемычки вставали ровно.
| Параметр | Звезда | Треугольник |
|---|---|---|
| Напряжение на обмотке | Uл / √3 | Uл |
| Ток в обмотке | Iл | Iл / √3 |
| Перемычки в коробке | одна по верхнему ряду | три вертикальные |
| Мощность при правильном выборе | номинальная | номинальная |
Как выбрать схему по шильдику
На шильдике указаны два напряжения через дробь, например Δ/Y 230/400 В. Меньшее напряжение — для треугольника, большее — для звезды. На обмотку в обоих случаях приходится одно и то же напряжение — меньшее из двух.
| Шильдик | Сеть 3×400 В | Сеть 3×230 В или ПЧ с питанием 1×230 В |
|---|---|---|
| Δ/Y 230/400 В | звезда | треугольник |
| Δ/Y 400/690 В (у старых — 380/660 В) | треугольник | не подходит: момент упадёт втрое |
| Только 400 В Δ (выведено три конца) | как есть | не подходит |
Обычно двигатели до 3–4 кВт выпускают на 230/400 В, а мощнее — на 400/690 В. Но это не правило, поэтому всегда смотрите на шильдик. Номинальные токи для обеих схем там тоже указаны; быстро пересчитать ток можно в калькуляторе тока и момента двигателя.
Пуск звезда-треугольник
Прямой пуск асинхронного двигателя сопровождается броском тока в 5–7 раз больше номинального. Чтобы его снизить, двигатели, которые работают треугольником при сетевом напряжении, запускают звездой, а после разгона переключают на треугольник.
В звезде на обмотке в √3 раза меньше напряжения. Пусковой ток и пусковой момент при этом уменьшаются в 3 раза. Поэтому такой пуск подходит только для механизмов, которые разгоняются почти без нагрузки: вентиляторов, насосов с закрытой задвижкой, станков на холостом ходу. Конвейер под грузом звездой может просто не стронуться.
Для пуска звезда-треугольник нужен двигатель, у которого треугольник рассчитан на напряжение сети: для сети 400 В — двигатель 400/690 В. Двигатель 230/400 В так запускать нельзя.
Двигатель и преобразователь частоты
ПЧ выдаёт трёхфазное напряжение, поэтому схему выбирают так же, как для сети, — по выходному напряжению ПЧ:
- ПЧ с питанием 3×400 В выдаёт 3×400 В: двигатель 230/400 В — звездой, 400/690 В — треугольником.
- ПЧ с питанием от однофазной сети 230 В выдаёт 3×230 В: двигатель 230/400 В — треугольником.
- Схема «87 Гц»: двигатель 230/400 В треугольником от ПЧ на 400 В. До 87 Гц он сохраняет полный момент, а мощность вырастает в √3 раза. Но и ток будет как у треугольника — ПЧ нужен на этот ток, а двигатель и механика должны выдерживать повышенную скорость.
Как проверить обмотки
- Отключите питание и снимите перемычки в клеммной коробке — тогда каждую обмотку можно проверить отдельно. Если двигатель работал от ПЧ, сначала дождитесь разряда конденсаторов — см. «Почему важно ждать 10 минут».
- Измерьте сопротивление каждой обмотки (U1–U2, V1–V2, W1–W2). У исправного двигателя значения совпадают в пределах нескольких процентов. Для двигателей средней мощности это доли ома, поэтому нужен миллиомметр или мультиметр с точным пределом — см. «Как пользоваться мультиметром».
- Проверьте, что между разными обмотками нет замыкания: сопротивление между ними — обрыв.
- Проверьте изоляцию обмоток на корпус мегаомметром на 500 или 1000 В — см. «Как пользоваться мегаомметром». Кабель от ПЧ при этом отсоединяют: испытательное напряжение не должно попасть на выход ПЧ.
- Верните перемычки по схеме с шильдика и затяните клеммы.
Важно. Статья носит информационный характер и не заменяет документацию производителя. Работы в электроустановках выполняет только персонал с группой по электробезопасности, после снятия напряжения, проверки его отсутствия и разряда конденсаторов звена постоянного тока. Названия и товарные знаки производителей приведены только для обозначения оборудования.
Остались вопросы по вашему приводу? Инженер ответит в рабочее время.
Задать вопрос инженеру