Частотник 220 на 380: як підключити трифазний двигун, зірка чи трикутник

Запитом «частотник 220 на 380» шукають спосіб запустити трифазний асинхронний двигун від однофазної мережі 220 В: на верстаті, насосі, свердлильному чи токарному верстаті в майстерні. Частотний перетворювач справді робить з однієї фази три, але стандартна однофазна модель видає на виході три фази 220 В, а не 380 В. Від цього залежить, як з’єднати обмотки двигуна: зіркою чи трикутником. Далі розібрано, що видає однофазний частотник, як читати шильдик двигуна, як обрати схему й перевірити струм, які параметри ввести в перетворювач і чого не можна ставити між частотником і двигуном.

Що насправді видає частотник 220 на 380

Частотний перетворювач складається з трьох частин. Випрямляч перетворює змінну напругу мережі на постійну, ланка постійного струму її згладжує, а інвертор підключає кожну фазу двигуна то до плюса, то до мінуса цієї ланки в заданому порядку. Саме так будову приводу описує ABB у технічному посібнику No. 4. Інвертор формує три фази потрібної частоти, але напруги, вищої за ту, що є в ланці постійного струму, він не створить. Від однофазної мережі 220 В ланка заряджається до амплітуди напруги мережі: 220 × √2 = 311 В. Трифазна напруга 220 В між фазами має ту саму амплітуду 311 В, тому лінійна напруга на виході такого перетворювача не перевищує вхідну.

Однофазний частотник: на виході три фази 220 В

Це прямо зазначено в характеристиках виробників. У YINGSHIDA AE200 однофазні моделі живляться від 220 В ±15% і видають 3 фази 0-220 В, а трифазні живляться від 380 В і видають 3 фази 0-380 В (характеристики й клеми в інструкції з підключення AE200). У Delta VFD-M класу 230 В у рядку максимальної вихідної напруги написано «3-phase proportional to input voltage», тобто три фази пропорційно вхідній напрузі (інструкція Delta VFD-M). Однофазний вхід у цій серії мають моделі 0,4-2,2 кВт, а моделі 3,7 і 5,5 кВт класу 230 В живляться лише від трьох фаз.

Звідси відповідь на питання, чи може частотник зробити з 220 В 380 В: стандартний однофазний частотник робить з однієї фази 220 В три фази 220 В. Між будь-якими двома виходами U, V, W буде 220 В. Такій трифазній мережі відповідає менша з двох напруг на шильдику двигуна, тобто схема «трикутник».

Підвищувальні частотники 1×220 → 3×380

Існує окремий клас перетворювачів з однофазним входом 220-240 В і трифазним виходом 380 В. Підвищення напруги закладене в саму схему перетворювача. Приклад є в тій самій серії Delta VFD-M: моделі класу 115 В живляться від однофазної мережі 100-120 В, а в їхніх характеристиках записано «3-Phase proportion to twice the input voltage», тобто на виході три фази з подвоєною вхідною напругою.

Розпізнати підвищувальну модель можна лише за рядком вихідної напруги в паспорті чи інструкції:

• «вхід 1 фаза 220-240 В, вихід 3 фази 380 В» означає підвищувальний частотник;
• «3 фази 0-220 В», «від 0 до вхідної напруги» або «пропорційно вхідній напрузі» означають вихід 3 × 220 В;
• напис «220/380 В» у назві чи оголошенні сам по собі нічого не доводить: він може позначати серію з моделями обох класів або сумісність із двигуном 220/380 В.

З підвищувальним частотником двигун Δ/Y 220/380 В з’єднують зіркою, як у трифазній мережі 380 В, і в частотник вводять струм зірки.

Як читати шильдик двигуна: Δ/Y 220/380 і 380/660

Асинхронний двигун із шістьма виводами має на шильдику дві напруги й два струми. Наприклад, у паспорті двигуна Siemens SIMOTICS GP 1LE1003-0EB42-2AA4 (1,5 кВт, 4 полюси) записано: 230 В Δ, 5,50 А і 400 В Y, 3,15 А. На шильдику це має вигляд «Δ/Y 230/400 V, 5,50/3,15 A»: перша напруга й перший струм стосуються трикутника, другі стосуються зірки. Запис «Δ/Y 220/380 В» читають так само, він розрахований на мережу 220/380 В.

Менша напруга це трикутник, більша це зірка

WEG у посібнику з пуску двигунів формулює правило так: у двигуна з шістьма виводами менша напруга має дорівнювати напрузі мережі, а друга в 1,73 раза більша. У трикутнику кожна обмотка стоїть між двома фазами й отримує повну лінійну напругу. У зірці обмотка стоїть між фазою і спільною точкою й отримує в 1,73 раза менше. Тому двигун 220/380 В у трикутнику підключають до трифазної мережі 220 В, а в зірці до мережі 380 В, і в обох випадках на кожній обмотці ті самі 220 В. WEG наводить такі пари напруг: 220/380 В, 380/660 В, 440/760 В.

Співвідношення в таблиці випливають зі способу з’єднання обмоток: у зірці лінійна напруга в √3 раза більша за фазну, а струми однакові; у трикутнику однакові напруги, а струм у лінії складається зі струмів двох обмоток і в √3 раза більший за кожен із них. Перед підключенням WEG вимагає звірити напругу й частоту живлення з шильдиком і збирати схему за діаграмою на шильдику або на кришці клемної коробки.

Двигун 380/660 і частотник 220 В

Двигун із шильдиком Δ/Y 380/660 В розрахований на 380 В на обмотці. У мережі 380 В його з’єднують трикутником, а напруга 660 В, за WEG, лише показує, що двигун можна запускати перемиканням із зірки на трикутник. Від однофазного частотника з виходом 3 × 220 В обмотка такого двигуна в трикутнику отримає 220 В замість 380 В, це 220 / 380 = 0,58 номіналу. За тієї самої частоти момент асинхронного двигуна пропорційний квадрату напруги: 0,58² = 0,34, тож на 50 Гц номінального моменту не буде.

Частотник 220 В може тримати номінальний магнітний потік такого двигуна, лише поки відношення напруги до частоти дорівнює паспортному: 380 В / 50 Гц = 7,6 В/Гц, і 220 В вистачає до 220 / 7,6 = 29 Гц. Вище цієї частоти напруга вже не зростає, і момент падає. Потужність на виході обмежена добутком напруги на струм, тому за номінального струму двигун віддасть не більше 58% паспортної потужності. Для повної потужності потрібен частотник класу 380 В із трифазним живленням або підвищувальний частотник 1×220 → 3×380.

Маркування виводів U1-U2, V1-V2, W1-W2

За стандартом IEC 60034-8 початки обмоток позначають U1, V1, W1, а кінці U2, V2, W2. В американському стандарті NEMA MG 1 ті самі виводи називаються T1-T6, таблицю відповідності наведено в посібнику WEG. У клемній коробці шість шпильок стоять у два ряди: в одному U1, V1, W1, до них підключають живлення, в іншому W2, U2, V2 зі зсувом на одну позицію. Завдяки зсуву ті самі перемички збирають обидві схеми: уздовж ряду W2-U2-V2 вони дають зірку, поперек рядів (W2-U1, U2-V1, V2-W1) дають трикутник.

Якщо з двигуна виходять лише три дроти, обмотки вже з’єднані всередині зіркою чи трикутником, і змінити схему без розбирання двигуна не вийде. Для такого двигуна напруга на шильдику має збігатися з вихідною напругою частотника. WEG описує також двигуни з 9 і 12 виводами, у яких кожна обмотка розділена на дві половини. Їх збирають тільки за діаграмою на шильдику.

Зірка чи трикутник для частотника: як визначити

Схему обирають не за мережею в будинку, а за напругою на виході частотника. Послідовність така:

1. За паспортом частотника з’ясувати вихідну напругу: 3 × 220 В чи 3 × 380 В.
2. Знайти на шильдику двигуна напругу, що дорівнює вихідній напрузі частотника.
3. З’єднати обмотки за схемою, до якої належить ця напруга: менше значення це трикутник, більше це зірка.
4. Взяти струм, вказаний для цієї схеми, перевірити за ним номінальний вихідний струм частотника і ввести його в параметри.

Коротко на типові запитання: для однофазного частотника 220 В двигун 220/380 або 230/400 В з’єднують трикутником. На 380 В двигун 220/380 В з’єднують зіркою, а двигун 380/660 В трикутником.

Що потужніше: зірка чи трикутник

Жодна зі схем не потужніша, якщо кожна обмотка отримує свою номінальну напругу. Це видно з того самого паспорта Siemens 1LE1003-0EB42-2AA4: для 230 В у трикутнику і для 400 В у зірці вказано однакові 1,50 кВт, 1445 об/хв і 9,9 Н·м. Змінюється лише струм у дротах живлення.

Різниця з’являється, коли схему обрано неправильно:

• Зірка на виході 3 × 220 В. Двигун 220/380 В отримує на обмотку 220 / 1,73 = 127 В. Момент за тієї самої частоти падає пропорційно квадрату напруги, до третини. WEG наводить ту саму цифру для пуску зіркою: пусковий момент знижується до 1/3 номінального.
• Трикутник на виході 3 × 380 В. Обмотка на 220 В отримує 380 В, у 1,73 раза більше за номінал. Магнітопровід насичується, струм намагнічування різко зростає, двигун перегрівається, а частотник іде в захист за струмом.

Твердження «трикутник потужніший» походить від пуску двигунів 380/660 В від мережі 380 В: такий двигун працює в трикутнику, а на час пуску його перемикають у зірку, щоб зменшити пусковий струм. У зірці той самий двигун у тій самій мережі справді втричі слабший. З частотником цей прийом не потрібен: плавний розгін задається часом прискорення в параметрах перетворювача.

Струм двигуна і вибір частотника за струмом

За однакової потужності лінійний струм у трикутнику в 1,73 раза більший, ніж у зірці, бо напруга в 1,73 раза менша. У паспорті Siemens 1LE1003-0EB42-2AA4 це 5,50 А за 230 В у трикутнику і 3,15 А за 400 В у зірці: 5,50 / 3,15 = 1,75, а 400 / 230 = 1,74, розбіжність дають заокруглення в паспорті.

Від однофазного частотника 220 В двигун працює в трикутнику і споживає більший із двох струмів. Тому частотник підбирають за номінальним вихідним струмом, а не лише за кіловатами: номінальний вихідний струм має бути не меншим за струм трикутника. У Delta VFD-M класу 230 В номінальні вихідні струми такі: 0,4 кВт 2,5 А, 0,75 кВт 5,0 А, 1,5 кВт 7,0 А, 2,2 кВт 10 А, 3,7 кВт 17 А, 5,5 кВт 25 А.

Приклад помилки: для двигуна 1,5 кВт дивляться на струм зірки 3,15 А і вирішують, що вистачить частотника 0,75 кВт із вихідним струмом 5,0 А. У трикутнику двигун споживає 5,50 А, і такий частотник упиратиметься в обмеження струму. Частотник 1,5 кВт зі струмом 7,0 А покриває 5,50 А із запасом. А для двигуна 2,2 кВт зі струмом 7,80 А частотник 1,5 кВт на 7,0 А вже замалий, потрібен 2,2 кВт на 10 А.

Вхідний струм однофазного частотника більший за вихідний: у Delta VFD-M 1,5 кВт за однофазного живлення 15,7 А на вході проти 7,0 А на виході. За вхідним струмом обирають мережевий кабель і автоматичний вимикач, про це йдеться в статті які проводи потрібні для підключення частотника. Якщо живлення йде від генератора, вимоги до його потужності описано в статті про роботу частотника від генератора.

Як перемкнути зірку на трикутник у клемній коробці

1. Вимкніть живлення частотника й зачекайте 10 хвилин. Delta і YINGSHIDA вимагають витримати цей час, поки розрядяться конденсатори ланки постійного струму, а YINGSHIDA додатково вимагає перевірити напругу мультиметром. WEG попереджає, що на клемах двигуна, який працює від частотника, може бути небезпечна напруга навіть тоді, коли вал стоїть, тому зупинки кнопкою STOP недостатньо.
2. Відкрийте клемну коробку й знайдіть схему на шильдику або на кришці.
3. Для зірки перемички з’єднують між собою виводи W2, U2 і V2. Для трикутника три перемички ставлять поперек рядів: W2 з U1, U2 з V1, V2 з W1.
4. Виходи частотника U, V, W підключіть до U1, V1, W1. Корпус двигуна і клему заземлення частотника з’єднайте із захисним провідником: обидві інструкції вимагають заземлення.
5. Мережу підключайте лише до вхідних клем: в однофазного AE200 це R і T, в однофазного Delta VFD-M будь-які дві з R/L1, S/L2, T/L3. На вході ставлять автоматичний вимикач.
6. Напрямок обертання змінюють перестановкою будь-яких двох дротів двигуна або параметром. В AE200 це P-010 = 1, за інструкцією це рівнозначно перестановці дротів U, V, W.
7. Перед першим пуском введіть дані двигуна для обраної схеми, як описано нижче.

Які параметри частотника задати під схему підключення

Siemens в інструкції SINAMICS V20 до параметрів P0304 (номінальна напруга двигуна) і P0305 (номінальний струм двигуна) додає примітку: дані з шильдика вводять відповідно до схеми з’єднання двигуна, зіркою чи трикутником. Ця логіка однакова для будь-якого перетворювача: якщо двигун зібрано трикутником, вводять меншу напругу й більший струм.

Особливості Delta VFD-M за інструкцією виробника:

• Pr.05 має бути не більшим за номінальну напругу двигуна з шильдика; заводське значення для класу 230 В становить 220,0 В.
• Pr.04 (базову частоту) задають за номінальною частотою з шильдика. Заводське значення Pr.04 і Pr.03 (максимальна вихідна частота) становить 60,00 Гц, для двигуна на 50 Гц його змінюють.
• У Pr.52 вводять номінальний струм двигуна без перерахунку. Умова інструкції: струм холостого ходу менший за номінальний струм двигуна, а той менший за номінальний струм частотника. Параметр обмежує вихідний струм і захищає двигун від перегрівання.
• Електронний тепловий захист Pr.58 із заводу вимкнено (значення 02). Для стандартного двигуна з вентилятором на валу обирають 00, для двигуна з незалежним вентилятором 01. Pr.59 задає час спрацювання.

Особливості AE200 за списком функцій:

• P-029-P-033 заповнюють із шильдика до самонавчання: інструкція вимагає ввести їх перед запуском P-013.
• P-134 = 1 обирає захист стандартного двигуна з компенсацією низької швидкості: нижче 30 Гц поріг захисту знижується, бо власний вентилятор двигуна охолоджує гірше.
• P-135 задає струм захисту у відсотках від номінального струму частотника: (номінальний струм двигуна / номінальний струм частотника) × 100%.

WEG теж вимагає знижувати момент двигуна під час роботи від частотника на частотах, нижчих за номінальну, щоб він не перегрівався. Тому захист з урахуванням низької швидкості потрібен за тривалої роботи на малих обертах.

Окремий випадок описано в Siemens: двигун 230/400 В з’єднують трикутником на частотнику 400 В, якщо він має працювати до 87 Гц замість 50 Гц. Це спеціальний режим з роботою вище номінальної швидкості. У трикутнику двигун споживає більший струм, і частотник підбирають під нього. Для підключення за шильдиком цей режим не потрібен.

Чого не можна ставити між частотником і двигуном

• Конденсатори. Delta забороняє фазокомпенсувальні конденсатори й обмежувачі перенапруг на виході, YINGSHIDA забороняє силовий конденсатор на вихідних клемах. Якщо двигун раніше працював від однієї фази через пусковий і робочий конденсатори, їх прибирають і повертають трифазне з’єднання обмоток: із частотником конденсатори не потрібні.
• Фільтри L-C і R-C. Якщо на виході потрібен фільтр, Delta дозволяє лише індуктивний; L-C і R-C фільтри допустимі тільки зі схвалення виробника.
• Мережа на вихідні клеми. Подача напруги мережі на U, V, W пошкоджує частотник, про це пишуть обидві інструкції.
• Пуск і зупинка вимиканням живлення. Delta вимагає запускати й зупиняти привод командами RUN і STOP з панелі або клем. Якщо без цього не обійтися, вмикати й вимикати живлення рекомендовано не частіше ніж раз на годину.
• Трифазна модель на одну фазу. Delta прямо забороняє підключати трифазні моделі до однофазної мережі.
• Задовгий кабель. В AE200 за відстані до двигуна понад 50 м струм витоку через ємність кабелю спричиняє спрацювання захисту за струмом.

Delta також рекомендує використовувати двигун із доброю ізоляцією, розрахований на роботу від частотного перетворювача.

А якщо це шпиндель ЧПУ

Шпиндель верстата ЧПУ теж трифазний асинхронний двигун, але його виводи йдуть на роз’єм U, V, W і PE, а обмотки з’єднані всередині. Змінити схему неможливо, тому все вирішує напруга на шильдику: шпиндель на 220 В підключають до частотника класу 220 В, зокрема з однофазним живленням, а шпиндель на 380 В до частотника класу 380 В. Про це, а також про переріз кабелю й роз’єми докладно йдеться в тій самій статті про проводи для шпинделя.

Параметри вводять за тією самою логікою, що й для двигуна: номінальний струм шпинделя з шильдика в P-033 або Pr.52, номінальну напругу й номінальну частоту шпинделя замість заводських 50 чи 60 Гц. Як виставити робочу частоту на AE200, описано в згаданій вище інструкції із запуску AE200, для Delta VFD-M в інструкції до цієї серії.

Поширені запитання

Чи можна частотником отримати 380 В із 220 В?

Стандартний однофазний частотник видає три фази 220 В: вихідна напруга пропорційна вхідній. Три фази 380 В від однофазної мережі дають лише підвищувальні моделі, у паспорті яких прямо вказано вихід 3 × 380 В.

Зірка чи трикутник на 220?

Для двигуна 220/380 або 230/400 В на однофазному частотнику 220 В потрібен трикутник. Тоді кожна обмотка отримує номінальні 220 В.

Що буде, якщо залишити зірку на однофазному частотнику?

Двигун закрутиться, але на обмотці буде 127 В замість 220 В, і момент упаде до третини. Під навантаженням він тягтиме великий струм і вимикатиметься захистом.

Який частотник потрібен для двигуна 1,5 кВт 220/380?

Однофазний класу 220 В із номінальним вихідним струмом, не меншим за струм трикутника з шильдика. Для двигуна Siemens 1,5 кВт зі струмом 5,50 А в трикутнику підходить, наприклад, Delta VFD-M 1,5 кВт із вихідним струмом 7,0 А.

Як підключити трифазний двигун через конденсатор, якщо є частотник?

Із частотником конденсатори не потрібні взагалі. Конденсатори між частотником і двигуном заборонені інструкціями Delta і YINGSHIDA, пускові й робочі конденсатори від однофазної схеми знімають.

Чи можна підключити двигун 380/660 до однофазної мережі?

Через частотник 220 В лише із втратою потужності: у трикутнику обмотка отримає 220 В замість 380 В, повний магнітний потік збережеться тільки до 29 Гц, а потужність не перевищить 58% паспортної. Для повної потужності потрібен підвищувальний частотник 1×220 → 3×380 або трифазна мережа 380 В.

Скільки дротів іде від частотника до двигуна?

Три фазні дроти U, V, W і захисний провідник PE. Нульовий дріт до двигуна не підключають.

Підсумки

Однофазний частотник 220 В видає три фази 220 В, тому двигун Δ/Y 220/380 В підключають до нього трикутником, а в параметри вводять меншу напругу й більший струм із шильдика. Зірка потрібна за виходу 3 × 380 В: від трифазного частотника або від підвищувальної моделі 1×220 → 3×380. Частотник обирають за номінальним вихідним струмом, не меншим за струм трикутника, конденсатори й мережу на вихідні клеми не підключають, а після перестановки перемичок перевіряють, що дані двигуна в частотнику відповідають новій схемі.