三相380伏电机能接单相220伏运行吗?

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三相380伏电机能接单相220伏运行吗?

很多人不相信三相380V电机经过简单改装,就可以在单相220伏电源供电条件下使用。我开始一度也以为要重新换绕组才能解决问题,实际上是完全不需要的,这个要从一个抠门小气的老板说起了,他让我改变了这个观念,并让我掌握了这个简单的改装方法,下边分享一下。

1/ 一个故事引起的改装

几个月前,一位在消防器材公司打工的朋友找到我,说他们公司买了一台给灭火器试压的机器,但是自打买回来以后好几个月都没有使用过。那两天安监部门要来检查,于是他们就把那台试压机安装到位,准备接受上面的检查。但是那台试压机配套的电机是三相的,功率1.5KW,4极,而他们那里没有三相电,老板要他找个人给看看,他也就找到我了。

我说,这个不是太现实的吧,直接换电机不就得了,老板说换电机要考虑尺寸问题,另外更换了配件万一被消防部门查到了更加麻烦。我又提建议,叫他单独敷设一条三相线路,大约二三十米电线就够了。老板舍不得花那钱,老板嫌拉三相电太费事,就要求利用现有的条件和资源来解决问题。他告诉我有人成功改装过的,就是用单相220V运行三相380伏电机,一点问题都没有,我只好硬着头皮钻研了。

首先我想到的是加装变频器,但是变频器本身不能升压,那怎么办呢,回想以往自己修理三相380伏变频器的时候,都是先加装一个单相220伏变单相380伏的变压器,这样变成了单相380伏电源,然后另外找一个三相380伏的变频器,接入这个单相380伏电源,三相380伏的变频器输出电压直接控制3相380伏电机,基本接线图如下:

有人会问,三相变频器,用单相380伏供电没有问题吗?大部分变频器不会有报警,少部分有报警但是可以通过软件设置关闭,其实变频器输入部分,就是一个全部整流电路,单相输入没有问题,只是功率没有那么大而已,完全可以用,用2.2KW的变频器带1.5KW电机,也就是1000元不到的成本,加上一个变压器,大概就是1000多元了,不算贵,只是那个抠门的老板摇摇头,说太贵了,而且他那个地方空间小,不好摆放变频器和变压器,我只有另外想办法了,后来查到原来可以加电容改变相位来形成旋转磁场,这种方法比较适合小功率电机了,而且价格便宜,安装上不需要很大空间。

2/ 改接原理

三相异步电机是利用三相互隔120°角度的平衡电流,通过定子绕组时产生一个随时间变化的旋转磁场,以驱使电动机运转工作的。在谈到三相异步电机改单相使用之前,先要说明单相异步电动机旋转磁场建立问题,单相电动机只有在建立旋转磁场后才能够起动。它之所以没有初始起动转距,是因为在单相绕组中建立起的磁场不是旋转的,而是脉动的,换句话说,它对定子来讲是不动的。在这种情况下,定子的脉动磁场与转子导体内的电流相互作用是不能产生转矩的,因为没有旋转磁场,所以就不能使电机起动运转。但是电动机内部两个绕组的位置有空间角度差,若设法再产生一不同相的电流,使两相电流在时间上有一定的相位差,才能产生旋转磁场,使电机起动。因此单相电动机的定子除了有工作绕组外,还必须有起动绕组。根据此原理,可利用三相异步电机定子的三相绕组,将其中一相绕组线圈采用电容或电感移相的方法,使两相通过不同的电流,这样就能建立旋转磁场,使电动机起动运转。当三相异步电机改为单相电源使用时,其功率仅是原来的2/3。

3/ 改装方法

要把三相电机使用在单相电源上,可将三相异步电动机定子绕组中的任意二相绕组线圈首先串联,再与另一相绕组并联接入电源。这时,两个绕组里的磁通量在空间上虽然有相位差,但因工作绕组和起动绕组都是接在同一电源上,如按时间来讲,电流是相同的。因此,只有在起动绕组上串联一只电容器、电感线圈或电阻,才能使电流有相位差。在接法上为了增大起动转矩,可用一台自耦变压器将单相电源的电压由220V升到380V,示意图如图1所示。

般小型电动机均为Y接,对Y 接的三相异步电动机用此种方法接线,应将串入电容C的绕组接线端子接在自耦变压器起头端子上,如需改变转轴转动方向,可按图2接线:

果不升高电压,接在220V的电源也可用此图示。因为原来接三相380V电源电压的绕组,现在用于220V电源,电压太低了,所以转矩太低。

图3接线转矩太低,若增大力矩可将移相电容串入二相绕组连在一起的线圈中,用此绕组为起动绕组,单只线圈直接接在220V电源上,见图4。图3、图4如果需要改变转轴转动方向,可将起动绕组或运转绕组的头尾换一下就可。

两个绕组串联后的磁矩(其中一相反串)是由两个夹角互为60°磁矩合成的(如图5),其磁矩远远大于由两个夹角互为120°合成的磁矩(如图6两绕组顺串), 所以图5接线的起动转矩远远大于图6接线的起动转矩。

起动绕组上接入电阻R(图7)的数值应当与定子绕组相电阻接近,并且应当能够承受起动电流,这种接法起动转矩为额定转矩的0.1~0.12倍。

4/ 移相电容的选择

工作电容C=1950×Ie/Ue×cosφ(微法),Ie、Ue、cosφ是电动机原来的额定电流、额定电压及功率因数。

一般工作电容用在单相电源上的三相异步电机时(220V),每100W用4~6微法电容即可。

起动电容可根据起动的负载大小而选择。通常是工作电容的1~4倍。当电动机达到额定转速的75%~80%时,应当断开起动电容,否则电动机易烧坏。

正确选择电容的容量使二相绕组的电流I1、I2相等,且等于额定电流Ie,即I1=I2=Ie。若要求起动力矩大些,可增加一个起动电容,并接在运转电容上,当起动正常时,断开起动电容。

三相异步电动机用于单相电源的改接意义较大,方便易行,但由于单相电源一般容量较小,所以适用于1kW以下小电机。

5/ 给抠门老板设计的方案

考虑到启动问题,另外加了一个启动电容,这样需要考虑切换电路。电机启动以后必须要在最短的时间内切断启动电容的线路,否则启动电容运行时间长了不仅对电机不好,对启动电容也不好。

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我计划了两个方案,第一个方案是加装一个小型的单相刀闸,当电机启动以后用刀闸迅速切断启动电容的电路。但是这样搞风险较大,如果操作人员疏忽忘记或者反应太慢就会导致电机长时间带着启动电容运行,所以这个方案可行性不高。

我的第二个方案是通过对原有的电控箱内的控制线路稍稍做一些改动,并加装一个时间继电器,利用时间继电器来实现完全自动的切断启动电容,这样就能有效的消除了可能由于人为的因素造成的电机损坏,安全系数也大大增加。

经过一番努力,线路改动完毕,我把时间继电器通电延时时间设为1秒,经实验成功。

该方案所需材料清单:
小型断路器(2P)1个
熔断器2个
接触器(线圈电压220V)1个
中间继电器(线圈电压220V)1个(给仪表供电)
时间继电器(线圈电压220V)1个

本文转自:三相380伏电机能接单相220伏运行吗?

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