2020年10月10日

抽水馬達(三相馬達)啟動與控制(Y-△啟動電路)

最近因為大樓抽水馬達配電盤出問題,正好學習了解,並嘗試用樹莓派自製控制器。
為了怕自己忘了,把已知的部份陸續紀錄。

抽水馬達(三相馬達)控制(Y-△啟動電路):
三相馬達又稱三相感應馬達,基本上比較大型的馬達都是三相馬達,小的包括冷氣、冰箱,大的包括抽水馬達、電梯、電動車、電聯車應該都是三相馬達。

馬達基本原理簡述:
馬達內部就磁鐵和電磁鐵,電磁鐵通電產生磁力,和磁鐵發生互吸互斥,產生旋轉,持續的改變電磁鐵狀態,就能產生持續的旋轉。
一般三相馬達都接交流電,因為上面提到,電磁鐵狀態持續改變,就能產生持續旋轉,交流電是有頻率的,台灣固定60Hz,這表示交流電會以60Hz的頻率自動改變狀態,就能讓馬達持續旋轉。
而三相馬達共6條線,2條1組,形成3個電磁鐵。

Y-△啟動電路用途:
因為馬達啟動會需要大電流,為了避免控制電路在啟動時燒毀,因此需要改變馬達接法,降低啟動電流。
參考:

方法是啟動時使用Y接法,啟動後△接法,透過Y接法降低馬達運轉的效率,降低啟動電流。

延伸,變頻器用途:
事實上,馬達正常運作就是用△接法,會用Y型接法就只是為了啟動降低啟動電流,最新的作法是直接用△接法接馬達,但透過控制頻率的方式,頻率由低而高線性的調整,控制馬達轉速,同時降低啟動電流和運轉速度。

這裡,我因為要用樹莓派控制,不打算做變頻器和用變頻器,因此使用傳統的Y-△啟動電路。

控制說明:
先看圖:

名詞說明:
三相電源:
習慣上會用R、S、T表示三相三條線,三相電源就是電源火線有3條,有三相3線式(3P3W),和三相4線式(3P4W),三相4線式第4條是接地線(水線)。
三相電源有分三相220v和3相380v。
三相3線式(3P3W)的任意2條火線,都會形成交流電,三相220v,R-S形成220v、S-T形成220v、R-T形成220v。

三相馬達(三相感應馬達):
習慣上會用U1(1)、V1(3)、W1(5)和U2(2)、V2(4)、W2(6)表示三相馬達的3組線,U1(1)-U2(2)形成1組電磁鐵、V1(3)-V2(4)形成1組電磁鐵、W1(5)-W2(6)形成1組電磁鐵,(數字)表示第幾條線。
U1(1) V1(3) W1(5)
U2(2) V2(4) W2(6)

接線:
先描述正常△接法:
R-U1(1)-W2(6)
S-V1(3)-U2(2)
T-W1(5)-V2(4)

Y接法:
R-U1(1)
S-V1(3)
T-W1(5)

U2(2)-V2(4)-W2(6)

樹莓派控制接法:
需要3顆3相固態繼電器(SSR),以上圖來說,為左一、右上、右下。
左一用60A的原因是,原先大樓的配電盤,左一電磁開關出現「咿-咿-咿-咿-咿-咿-咿」的聲音,因此換個大點的繼電器。

左一來源接R、S、T,輸出接U1(1)、V1(3)、W1(5)
右上(我俗稱小白兔),負責控制Y接法,來源接U2(2)、V2(4)、W2(6),輸出三條線接一起。
右下,負責控制△接法,來源接R、S、T,輸出接W2(6)、U2(2)、V2(4)。

樹莓派控制:
馬達停止時:
左一關閉、右上關閉、右下關閉。

馬達啟動時(低速運轉)(Y接法):
左一啟動、右上啟動、右下關閉。

馬達正常運轉(全速運轉)(△接法):
左一啟動、右上關閉,右下啟動。

在這裡,樹莓派的功能其實就是替代原先的時間繼電器,差別是
1. 導入樹莓派能做到全數位控制
2. 電磁開關和時間繼電器改用SSR,變成無接點控制,原先220v的控制都改為直流電控制,電磁開關改用SSR無接點無火花,能提高系統壽命

樹莓派內有PWM,SSR切換速度極快(ms等級)哪天想不開,說不定能魔改成變頻控制。

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