Асинхронные двигатели широко распространены, так как имеют массу преимуществ перед устройствами иных типов. Но подключаются они разными способами. И не всегда сразу понятно, какая схема подключения целесообразна в том или ином случае.  

Из истории вопроса

Изначально асинхронный двигатель назывался асинхронной машиной. Такое название он получил по принципу своего действия:

• ток обмотки статора создает магнитное поле;
• его частота вращения отличается от частоты вращения ротора.

То есть, синхронность отсутствует.

При этом в генераторном режиме ротор вращается быстрее магнитного поля, в движении – меньше.

Впервые об асинхронном двигателе заговорили в конце 19 века. Его устройство и принцип действия были описаны и опубликованы в научном издании. Автор статьи - Галилео Феррарис, сделав точное описание двигателя, ошибся относительно его применения и возможностей.

Дело в том, что автор не учел реальный коэффициент полезного действия таких устройств – он представил его как предельно низкий. И дополнил это утверждение выводом о бесполезности применения моделей переменного тока.

Многие изобретатели и инженеры были не согласны с постановкой вопроса. И бросили все силы на то, чтобы создать усовершенствованные варианты двигателя. Огромный вклад в развитие асинхронных электродвигателей внес русский инженер Михаил Осипович Доливо-Добровольский. В год выхода статьи он ознакомился с ней и пришел к выводу, что устройство сильно недооценено. Около года он занимался разработками собственной модели и получил на нее патент. В двигателе использовался короткозамкнутый ротор по типу «беличье колесо». Еще через год изобретатель получил два новых патента. Теперь в электродвигателе применялся фазный ротор.

Можно сказать, что эти модели открыли эру асинхронных машин. Их стали повсеместно эксплуатировать на производстве. В начале 20 века под руководством Доливо-Добровольского был запущен полноценный производственный цех с трехфазной сетью переменного тока.

Особенности двигателя

Двигатели асинхронного типа обладают рядом безусловных достоинств, за которые их и выбирают:

• высокая производительность;
• доступная стоимость;
• надёжность;
• долговечность;
• ремонтопригодность;
• неприхотливость в эксплуатации;
• простота технического обслуживания.

Большая часть плюсов вытекает из конструктивных особенностей движка. Если не вдаваться в технические подробности, то нужно отметить одно – конструкция электродвигателя максимально проста, а значит поломки и сбои будут случаться редко по мере износа устройства.

Нельзя разговаривать о двигателе асинхронного типа, не упомянув о его недостатках:

• высокая чувствительность к параметрам и перепадам в сети;
• малый пусковой момент при большом пусковом токе;
• трудности с плавной регулировкой (для этих целей требуется установка отдельного преобразователя);
• в процессе эксплуатации могут наблюдаться снижение напряжения в сети.

Также нужно отметить, что устройство потребляет реактивную мощность. Поэтому имеет предел применения. Он измеряется мощностью конкретной системы электроснабжения и относится к индивидуальным показателям.

Одна из ключевых особенностей электродвигателей определяет условия его эксплуатации. Нормальная работа трехфазного устройства возможна только при:

• стабильности напряжения;
• стабильности тока в каждой из фаз электросети.

Поэтому двигатели очень «боятся» обрывов. Последствия подобных происшествий даже в случае с одной фазой могут быть очень плачевными для электродвигателя:

• мгновенная потеря большей части мощности;
• полная остановка и выход из строя.

Причем для поломки достаточно всего пятидесятипроцентной относительно нормы нагрузки на вал. А при более серьезной нагрузке вероятность успешного ремонта приближается к нулю.

Сложности подключения устройства связаны с тем, что при запуске оно потребляет ток минимум в 5 раз выше, чем номинальный уровень. И такое энергопотребление сохраняется вплоть до момента набора необходимых оборотов. Как только вращение ротора дойдет до нужной скорости, энергозатраты нормализуются.

С учетом описанной особенности подбираются и способы подключения двигателя.

Нюансы подключения

Для трехфазных двигателей мастера чаще всего выбирают один из двух следующих методов подключения (двухфазные устройства требуют иных схем):

• «звезда» (Y);
• «треугольник» (Δ).

В чем разница между ними? Если говорить простым языком, то различия заключаются в подсоединении обмотки к электросети.

Для «звезды» используется схема, при которой:

• одни концы соединяются вместе;
• другие подводятся к фазным проводам, таким образом встраиваясь в сеть.

Для «треугольника» предусмотрен иной алгоритм – последовательное соединение. То есть, три обмотки соединяются между собой. Конец одной подводится к началу другой. При этом напряжение подается не хаотично, а строго на соединяющую область.

Нередко на колодку выведено три пары обмотки, что соответствует шести проводам. Даже в такой комплектации порядок подключения не нарушается – практически будут использоваться только три провода.

На первый взгляд кажется, что схемы подключения просты – один из вариантов выбирается в зависимости от особенностей оборудования и мощности сети. Но на практике может понадобиться и комбинированный вариант, о котором многие даже не знают.

При установке двигателя в устройства повышенной мощности нельзя упускать ту самую ключевую особенность электродвигателей асинхронного типа – потребление при запуске тока в несколько раз больше, чем было запланировано изначально. Чтобы снизить нагрузку на систему, используется комбинированная схема подсоединения, отличающаяся большой сложностью. Она подразумевает следующее:

• при запуске подсоединение к источнику питания идет по схеме «звезда»;
• после набора оборотов происходит переключение на «треугольник».

Важно учитывать, что описанные типы соединений требуют разного напряжения для выдачи одинаковой мощности – «звезде» необходимо в 3 раза больше тока, чем «треугольнику».

Перед подсоединением электродвигателя нужно определиться, возможно ли произвольное переключение обмоток. Если такое допустимо, то информация будет нанесена на шильдик в определенном виде – в качестве обозначения рабочего напряжения. Значения читаются достаточно просто:

• «220/380» — эта цифровая комбинация считывается как «треугольник/звезда», т.е. при соединении обмоток по схеме «треугольник» необходимо подавать напряжение 220В, а при подключении «звезда» - напряжение 380В.

В целом с подключением к питанию может справиться даже новичок. Но некоторые тонкости в работе все же необходимо учитывать.

Схема «звезда»: что нужно знать

Главный существенный плюс этого варианта – незначительные пусковые токи. Этого удается добиться через особое соединение обмоток, при котором межфазное напряжение (380 В) распределяется по двум обмоткам.

Подобное соединение актуально для сети 220/380 В. Суть подведения к питанию заключается в следующем:

• каждая обмотка по отдельности получает 220 В;
• на соединенные последовательно 2 обмотки уходит 380 В.

Схема актуальна для производств, которые вынуждены экономить электричество. Связывают это с тем, что «звезда» существенно ограничивает мощность движка, а значит подходит только для слабых устройств.

«Треугольник»: ключевые моменты

Для этого алгоритма требуется последовательное соединение обмоток друг к другу – начало одной к концу другой.

Этот вариант чаще всего используют в сетях напряжением 220/380 В. Нужно учитывать, что на каждую обмотку будет уходить 380 В. За счет этого общая концентрация тока значительно выше, чем в «звезде». Поэтому в таком виде подключают к сети мощные устройства, предназначенные для больших нагрузок.

Также нужно сказать, что не всегда работа ведется в трехфазной сети 220В/380В. Кроме нее, существуют и иные разновидности сетей переменного тока:

• однофазная 220 В;
• трехфазная 220 В;
• трехфазная 380В/660В.

Второй вариант из списка применяется в основном на речных и морских судах. И имеет массу ограничений и особенностей.

Алгоритм действий при подключении

Чтобы по ошибке не вывести оборудование из строя и не обесточить всю сеть, при подключении двигателя важно действовать в строгом соответствии с традиционным алгоритмом:

1. Идентификация напряжения в сети. Сеть, к которой подключается устройство, может иметь разное напряжение. Этот фактор будет ключевым при определении схемы соединения.
2. Изучение шильдика на электродвигателе. Производитель указывает на табличке всю необходимую для мастера информацию. В первую очередь нужно отметить допустимые схемы соединения. Они отображаются следующим образом - треугольник Δ, звезда Y, треугольник Δ/ звезда Y. Ниже или рядом выбито оптимальное напряжение для каждой схемы - 110В, 220В, 380В, 660В.
3. Подключение асинхронного двигателя. Полученной информации достаточно для того, чтобы грамотно подключить устройство к сети.
4. Проверка. Делается она через включение электродвигателя, для чего напряжение подается на все фазы. Если все сделано правильно, то устройство включится и при необходимости выключится без каких-либо проблем.

Подобные неприятности случаются не всегда по вине мастера. Нередко такой эффект дает сломанный пускатель. Не стоит исключать и перекос фаз, когда в одной напряжение резко падает и становится значительно меньше, чем в других.

Какая схема лучше: выводы и тонкости

Так какой же вариант можно считать лучшим? Какую схему стоит рассматривать как оптимальную? Даже специалисты не дают на эти вопросы однозначного ответа. В каждом случае нужно рассматривать процедуру подсоединения в индивидуальном порядке, учитывая ряд особенностей.

«Звезда» дает эффект плавности работы двигателя. Он звучит и работает мягко, без лишних рывков и шумов. Но устройство не сможет эксплуатироваться с учетом заложенной максимальной мощности. Схема подключения будет ограничивать мощностный потенциал.

Обмотки, соединенные в «треугольнике», наоборот, сразу же дают электродвигателю подойти к максимальным мощностям. А значит коэффициент полезного действия от него гораздо выше. Но при этом пусковые токи будут очень большими. И для некоторых энергосистем такой расход оказывается недопустимым.

Резюмируя всю приведенную выше информацию, можно сказать, что обе схемы эффективны и используются одинаково часто. Но определяющим выбор фактором должны быть возможности сети и конструктивные особенности двигателя. Если следовать им, то устройство прослужит долго и с максимальным КПД.