В электротехнике часто бывают варианты, когда подключается электрический мотор, собранный для пуска от сети 380 вольт к бытовой сети. Применяются накопители емкости для пуска электрических моторов.
Конденсаторы могут отличаться по виду исполнения и назначению, не каждый накопитель емкости применяется в стартовом пуске электрического мотора в сети 220. По этим причинам надо понимать, как сделать расчет пускового конденсатора, какой вид стартового накопителя надо выбрать, чем они отличаются в работе электрического мотора с сетью 220 вольт. Рассмотрим, что собой представляет емкостной накопитель.
Когда ставится вопрос, что такое пусковой конденсатор, рекомендуется рассмотреть принцип работы накопителя емкости, зачем нужны конденсаторы для запуска электродвигателя. В его конструкции применяется свойство проводников − поляризация, когда расположенные близко один от другого проводника заряжаются. Для снятия заряда в конструкции конденсатора применяются пластины, располагаются они напротив друг друга, между ними устанавливается диэлектрик.
Современные производители емкостных накопителей предлагают «condenser» разных модификаций, с разными значениями, для разного применения. Покупателю остается только выбрать накопитель для схемы.
В электрических моторах применяются конденсаторы пусковые для электродвигателей, которые работают от 220 вольт. Пусковой конденсатор нужен, чтобы раскрутить вал электрического двигателя, часто он находится под нагрузкой.
Конденсаторы в своей конструкции имеют особенности, это:
В системе пуска электрического мотора в сети на 220 применяется рабочий накопитель емкости и пусковой конденсатор, пусковой накопитель работает только в момент старта электродвигателя, пока ротор не наберет необходимых для работы оборотов. Пусковой элемент в цепи определяет следующие факторы:
Когда в штатном порядке предусматриваются пуск трехфазного двигателя от бытовой электросети и дальнейшая его эксплуатация, наличие емкости в цепи пуска продлевает длительность эффективного использования мотора, так как часто на валу находится рассчитанная нагрузка. Неполярные конденсаторы имеют большее рабочее напряжение.
Есть разные виды старта электромоторов промышленного применения в электросети 220 вольт, но чаще применяются пусковые конденсаторы для старта электродвигателя. Этот способ основывается на включении третьей статорной обмотки в цепь питания через condenser, сдвигающий фазу.
Важно! При использовании электромотора 3-х фазного исполнения в однофазной сети его мощность от номинальных параметров работы в сети 380 вольт понижается до 60%. Кроме этого не каждая марка электродвигателя удовлетворительно работает от 220 вольт – это движки марки МА. Рекомендуется для переключения работы электромоторов с сети 380 на 220 вольт использовать марки электромоторов: АПН, А, УАД и другие движки.
Для пуска двигателя с конденсаторным стартом необходимо, чтобы емкость накопителя могла меняться от оборотов двигателя, что реализовать практически невозможно. По этой причине специалисты рекомендуют управлять электрическим двигателем в две ступени: когда проводится старт электромотора, в работе используются два накопителя емкости, достигнув рабочих оборотов двигателя, пусковой накопитель отключается, остается только рабочий конденсатор.
Правильное применение включения указывается в паспортных данных электромотора. Если там показано, что двигатель может работать от сети питания 380/220в, тогда для 220 надо применить конденсатор для электродвигателя и подключить его по следующей схеме.
Работает схема следующим образом: включая выключатель П1, замыкаем его контакты П1.1, а также П1.2. В этот момент надо сразу нажать на кнопку «Разгон», когда электромотор наберет нужные обороты, ее отпускают. Реверс, или обратное вращение электродвигателя, в этом подключении можно реализовать при помощи переключателя SA1, но после полной остановки двигателя.
Различают подбор накопителя емкости Ср, когда обмотки электромотора соединены по схеме ∆ – треугольник, вычисляется формулой:
Расчет накопителя емкости Ср, когда обмотки электромотора соединены по схеме Y – звезда, вычисляется формулой:
Потребляемый ток электромотором вычисляется формулой:
По формуле:
Обратите внимание! Пусковой конденсатор надо подбирать в два или 2,5 раза выше по емкости накопителя рабочего, так как они рассчитываются не по напряжению сети, а в 1,5 раза выше него. Так для однофазной сети 220 вольт рекомендуется использовать емкостные накопители марки: МБГЧ или МБГО, у которых рабочим напряжением является 500 вольт. Ощутимой разницы, какой из этих конденсаторов выберете, не будет, они оба хорошо себя зарекомендовали.
Для кратковременного применения можно в качестве пусковых конденсаторов применять накопители электролитические, марки К50-3 или КЭ, напряжение рабочее больше 450 вольт.
Необходимо отметить, когда применяются электролитические накопители емкости, их рекомендуют соединять последовательно для надежности и использовать диодный шунт.
(С общ.)=С1+С2/2.
В действительности проще использовать таблицы выбора конденсаторов по мощности электродвигателя.
Важно! Выбирая «capacitors» электромотору, необходимо учесть, что при холостом ходе, накопитель емкости, включенный в обмотку, пропускает электрический ток до 30% выше номинального. Это надо учитывать, исходя из режима эксплуатации электродвигателя. Когда он часто работает без нагрузки или с неполной нагрузкой, емкость (Ср) подбирают с более низким номиналом, а когда происходит перегрузка и остановка двигателя, надо снова произвести пуск.
На практике часто применяется переносной блок для старта трехфазных электромоторов небольшой мощности в пределах 500 ватт, без условий реверса.
Работа переносного блока происходит следующим образом:
Реализовывается переносной блок и с автоматическим отключением пускового накопителя емкости, для этого надо в схему ввести дополнительное устройство, реле, которое заменит работу тумблера (SA1). Отличия в применении блока и схемы подключения одного двигателя в том, что с блоком легко работать с несколькими двигателями.
Необходимо отметить, что и для запуска однофазного двигателя применяется конденсаторный пуск. Отличие этого вида двигателей от трехфазных электромоторов в том, что они не теряют мощности, но так как пусковой момент низкий, нужен пусковой накопитель емкости.
Электродвигатели такого вида имеют в своей конструкции две статорные обмотки, для работы их применяется такая же схема запуска с использованием конденсатора для однофазного двигателя. В этом случае общий накопитель емкости можно рассчитать из простой пропорции. Если не знаете, как подобрать конденсатор, каждые 0,1 киловатта мощности двигателя – 1 микрофарада емкости.
Важно! В данном расчете, упрощенном расчете емкости старта однофазного электродвигателя, полученный результат надо принимать за общую емкость, которая складывается из пусковой и рабочей емкости накопителей.
Специалисты проанализировали много вариантов подключения асинхронных электродвигателей, имеющих штатное питание от сети 380 В и переключаемых в работу от сети 220 В, и сделали следующие выводы:
В домашних целях можно использовать трёхфазный электродвигатель, который применяется в промышленности, но учитывайте тот фактор, что будут потери в мощности. Среди любителей переделок популярностью пользуются следующие марки конденсаторов:
Встречаются случаи, когда не требуется пусковой конденсатор. Это возможно при запуске электромотора без нагрузки. Но если электромотор имеет большую мощность 3 квт и больше, конденсатор для старта движка необходим.
В статье собраны советы, как можно подключить такой электродвигатель в однофазную сеть без использования конденсаторной батареи или частотного преобразователя за счет импульса тока от электронного ключа. Они дополняются схемами и видеороликом.
Если собрать обмотки асинхронного электродвигателя по схеме треугольника и подключить к напряжению однофазной сети 220 вольт, то через них станут протекать одинаковые токи, как показано на графике ниже.
Угловое смещение любой обмотки относительно других составляет 120 градусов. Поэтому магнитные поля от каждой из них будут складываться, устранять взаимное влияние.
Создаваемое результирующее магнитное поле статора не будет оказывать влияние на ротор: он останется в состоянии покоя.
Чтобы электродвигатель начал вращение необходимо через его обмотки пропустить сдвинутые на 120° токи, как это делается в нормальной трехфазной системе питания или за счет . Тогда двигатель станет вырабатывать мощность с минимальными потерями, обладая наибольшим КПД.
Широко распространённые промышленные позволяет ему работать, но с меньшим КПД и большими потерями, что, чаще всего, вполне допустимо.
Альтернативными методами являются:
Поскольку первый способ «намотал и дернул» не вызывает трудностей, то сразу анализируем второй.
На верхней схеме показан подключенный параллельно обмотке B электронный ключ «k». Это довольно условное обозначение принято для объяснения принципа работы электродвигателя за счет формирования токового импульса.
Как запускается двигатель
Обмотки статора подключены по схеме треугольника. На одну из них (A) подается напряжение 220 вольт. Параллельно ей подключена еще одна цепочка из двух последовательных обмоток (B+C).
По закону Ома напряжение сети создает в них токи. Их величина зависит от сопротивления. Все обмотки одинаковы. Поэтому в (A) ток больше, а (B+C) в 2 раза меньше по величине. Причем по фазе они совпадают. При такой ситуации они не способны создать вращающееся магнитное поле, достаточное для запуска ротора.
Параллельно обмотке (B) подключена электронная схема, обозначенная как ключ K. Он находится в разомкнутом состоянии, но кратковременно замыкается в момент достижения максимального напряжения на обмотке С.
Электронный ключ закорачивает обмотку В и падение напряжения на обмотке С скачком возрастает в два раза, что в итоге и обеспечивает сдвиг фаз токов в обмотках А и С. Важно отметить, что ток в обмотках (А) и (В+С) в этот момент равен нулю.
Угол сдвига фаз φ, необходимый для запуска двигателя, достаточно выдержать в интервале 50÷70°, хотя идеальный вариант - 120.
Конструкция фазосдвигающего электронного ключа может собираться из разных деталей. Наиболее подходящие устройства для бытовых целей по мере их сложности представлены ниже.
Ее описание можно найти в №6 журнала Радио за 1996 год. Автор статьи В Голик предлагает конструкцию двунаправленного (положительной и отрицательной полугармоник) электронного ключа на двух диодах и тиристорах с управлением транзисторным блоком.
Силовые диоды VD1 и VD2 совместно с тиристорами VS1, VS2 образуют мост, который управляется прямым и обратным биполярными транзисторами. Положение подстроечного резистора R7 влияет на напряжение открытия VT1, VT2.
Срабатывание транзисторного ключа обеспечивает кратковременный сдвиг фаз токов в обмотках и создание вращающегося магнитногого поля, раскручивающего ротор.
Благодаря приложенному моменту магнитных сил к ротору, последний начинает вращение. Его энергия постоянно пополняется на каждой полуволне очередным импульсом.
Автор выполнил электронный ключ на стеклопластиковой плате и поместил его в изолированный корпус с возможностью подключения входных и выходных цепей через контактные выводы. Вариант исполнения схемы навесным монтажом тоже имеет право на реализацию.
Для работы электродвигателей небольших мощностей допустимо силовые диоды и тиристоры размещать без радиаторов. Но обеспечить хороший теплоотвод с них и надежную работу лучше заранее, включив эти элементы в конструкцию электронного ключа.
Номиналы электронных компонентов указаны прямо на схеме.
С целью обеспечения безопасности следует хорошо выполнить изоляцию корпуса электронного блока, исключить случайное прикосновение к его деталям во время работы: они все находятся под напряжением 220 вольт.
Ползунок резистора R7 «Режим» имеет два крайних положения:
В первом случае электронный ключ открыт и создает максимальный импульс сдвига тока в обмотке, а во втором - закрыт: вращение ротора исключено.
Запуск трехфазного двигателя осуществляют на максимально допустимом сдвиге фазы тока внутри обмотки. Затем положением R7 выставляют его рабочие обороты и мощность.
Результаты экспериментов его устроили.
Следующие 2 конструкции электронного ключа описал В Бурлако в 1999 году. Они опубликованы в журнале Сигнал №4.
Устройство разработано для двигателей с мощностью до 2,2 кВт, имеет минимальный набор электронных деталей.
Конденсатор С, обладая емкостным сопротивлением, под действием приложенного к его пластинам напряжения, сдвигает вектор тока вперед на 90 градусов, направляя его на управление динистором VS2.
Разность потенциалов на конденсаторе регулируется суммарным сопротивлением R1, R2. Импульс динистора поступает на управляющий электрод симистора VS1, который вбрасывает ток в обмотку электродвигателя.
Для станков и механизмов, создающих большое противодействие раскрутке ротора, можно порекомендовать переключить обмотки на схему разомкнутой звезды с созданием двух раскручивающих моментов.
Полярность обмоток двигателя указана точками на схеме. Фазосдвигающие цепочки импульсов тока работают по той же технологи, что и в предыдущих случаях. Номиналы электрических деталей проставлены рядом с их графическими обозначениями.
Все три контакта этого пускателя при нажатии на кнопку «Пуск» замыкаются одновременно, а при отпускании:
Через этот средний контакт в обеих схемах подается импульс тока. Схема работает только на время, необходимое для раскрутки двигателя, после чего выводится из работы, отключается от питающего напряжения.
Момент запуска двигателя в каждой схеме подбирают после подачи напряжения изменением сопротивления R2. При этом в треугольнике до момента раскрутки ротора проходят большие токи, вызывающие сильные вибрации конструкции. Для их уменьшения рекомендуется подбирать фазосдвигающий импульс ступенями, а не плавно.
При оптимальном положении R2 двигатель запускается без вибраций.
Для двигателей небольшой мощности можно осуществлять монтаж симисторов без радиаторов охлаждения, но последние все же повышают надежность схемы.
В трех рассмотренных схемах ток рабочего режима протекает по всем подключенным обмоткам. Полное расходование приложенной энергии тратится не рентабельно. Только около 30% ее мощности создает вращение ротора. Остальная часть порядка 70% - безвозвратные потери.
Если кого-то устраивает запуск трехфазного двигателя в однофазной сети по этой схеме, то это ваш выбор. Я же сделал обзор этих схем, чтобы показать их положительные и отрицательные стороны, не навязывая собственное мнение.
Этой темой стали массово пользоваться создатели видеороликов на Ютубе, набирая количество просмотров и подписчиков, как ЮКА ЛАХТ, в своем видео «Без конденсаторный запуск трехфазного двигателя».
Делайте выбор осознанно, а если остались вопросы по теме, то сейчас вам удобно задать их в комментариях.
Среди различных способов запуска трехфазных электродвигателей в однофазную сеть наиболее простой базируется на подключении третьей обмотки через фазосдвигающий конденсатор. Полезная мощность, развиваемая двигателем в этом случае, составляет 50...60% от его мощности в трехфазном включении.
Не все трехфазные электродвигатели, однако, хорошо работают при подключении к однофазной сети. Среди таких электродвигателей можно выделить, например, модель с двойной клеткой короткозамкнутого ротора серии МА.
В связи с этим при выборе трехфазных электродвигателей для работы в однофазной сети следует отдать предпочтение двигателям серий А, АО, АО2, АПН, УАД и др.
Для нормальной работы электродвигателя с конденсаторным пуском необходимо, чтобы емкость используемого конденсатора менялась в зависимости от числа оборотов. На практике это условие выполнить довольно сложно, поэтому используют двухступенчатое управление двигателем. При пуске двигателя подключают два конденсатора, а после разгона один конденсатор отключают и оставляют только рабочий конденсатор.
Если, например, в паспорте электродвигателя указано напряжение его питания 220/380 В, то двигатель включают в однофазную сеть по схеме, представленной на рис. 1.
После включения пакетного выключателя П1 замыкаются контакты П1.1 и П1.2, после этого необходимо сразу же нажать кнопку "Разгон".
После набора оборотов кнопка отпускается. Реверсирование электродвигателя осуществляется путем переключения фазы на его обмотке тумблером SA1.
Емкость рабочего конденсатора Ср в случае соединения обмоток двигателя в "треугольник" определяется по формуле:
А в случае соединения обмоток двигателя в "звезду" определяется по формуле:
Потребляемый электродвигателем ток в вышеприведенных формулах, при известной мощности электродвигателя, можно вычислить из следующего выражения:
Емкость пускового конденсатора Сп выбирают в 2...2,5 раза больше емкости рабочего конденсатора. Эти конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение в 1,5 раза больше напряжения сети.
Для сети 220 В лучше использовать конденсаторы типа МБГО, МБПГ, МБГЧ с рабочим напряжением 500 В и выше. При условии кратковременного включения в качестве пусковых конденсаторов можно использовать и электролитические конденсаторы типа К50-3, ЭГЦ-М, КЭ-2 с рабочим напряжением не менее 450 В.
Для большей надежности электролитические конденсаторы соединяют последовательно, соединяя между собой их минусовые выводы, и шунтируют диодами (рис. 2)
Общая емкость соединенных конденсаторов составит:
На практике величину емкостей рабочих и пусковых конденсаторов выбирают в зависимости от мощности двигателя. Значение емкостей рабочих и пусковых конденсаторов трехфазного электродвигателя в зависимости от его мощности при включении в сеть 220 В.
Мощность трехфазного
двигателя, кВт:
Минимальная емкость рабочего
конденсатора Ср, мкФ:
Минимальная емкость пускового
конденсатора Ср, мкФ:
Следует отметить, что у электродвигателя с конденсаторным пуском в режиме холостого хода по обмотке, питаемой через конденсатор, протекает ток, на 20...30 % превышающий номинальный. В связи с этим, если двигатель часто используется в недогруженном режиме или вхолостую, емкость конденсатора С р следует уменьшить. Может случиться, что во время перегрузки электродвигатель остановился, тогда для его запуска снова подключают пусковой конденсатор, сняв нагрузку вообще или снизив ее до минимума.
Емкость пускового конденсатора С п можно уменьшить при пуске электродвигателей на холостом ходу или с небольшой нагрузкой. Для включения, например, электродвигателя АО2 мощностью 2,2 кВт на 1420 об./мин можно использовать рабочий конденсатор емкостью 230 мкФ, а пусковой - 150 мкФ. В этом случае электродвигатель уверенно запускается при небольшой нагрузке на валу.
Для запуска электродвигателей различных серий мощностью около 0,5 кВт от однофазной сети без реверсирования можно собрать переносной универсальный пусковой блок (рис. 3).
При нажатии на кнопку SB1 срабатывает магнитный пускатель КМ1 (тумблер SA1 замкнут) и своей контактной системой КМ 1.1, КМ 1.2 подключает электродвигатель М1 к сети 220 В.
Одновременно с этим третья контактная группа КМ 1.3 замыкает кнопку SB1.
После полного разгона двигателя тумблером SA1 отключают пусковой конденсатор С1.
Остановка двигателя осуществляется нажатием на кнопку SB2.
В устройстве используется электродвигатель А471А4 (АО2-21-4) мощностью 0,55 кВт на 1420 об./мин и магнитный пускатель типа ПМЛ, рассчитанный на переменный ток напряжением 220 В. Кнопки SB1 и SB2 - спаренные типа ПКЕ612. В качестве переключателя SA1 используется тумблер Т2-1. В устройстве постоянный резистор R1 - проволочный, типа ПЭ-20, а резистор R2 типа МЛТ-2. Конденсаторы С1 и С2 типа МБГЧ на напряжение 400 В. Конденсатор С2 составлен из параллельно соединенных конденсаторов по 20 мкФ 400 В. Лампа HL1 типа КМ-24 и 100 мА.
Пусковое устройство смонтировано в металлическом корпусе размером 170х140х50 мм (рис. 4):
На верхней панели корпуса расположены кнопки "Пуск" и "Стоп" - сигнальная лампа и тумблер для отключения пускового конденсатора. На передней панели корпуса устройства находится разъем для .
Для отключения пускового конденсатора можно использовать дополнительное реле К1, тогда надобность в тумблере SA1 отпадает, а конденсатор будет отключаться автоматически (рис.5).
При нажатии на кнопку SB1 срабатывает реле К1 и контактной парой К1.1 включает магнитный пускатель КМ1, а К1.2 - пусковой конденсатор С п. КМ1 самоблокируется с помощью своей контактной пары КМ 1.1, а контакты КМ 1.2 и КМ 1.3 подсоединяют электродвигатель к сети.
Кнопку "Пуск" держат нажатой до полного разгона двигателя, а после отпускают. Реле К1 обесточивается и отключает пусковой конденсатор, который разряжается через резистор R2. В это же время магнитный пускатель КМ 1 остается включенным и обеспечивает питание электродвигателя в рабочем режиме.
Для остановки электродвигателя следует нажать кнопку "Стоп". В усовершенствованном пусковом устройстве по схеме рис.5 можно использовать реле типа МКУ-48 или ему подобное.
При включении трехфазных асинхронных электродвигателей в однофазную сеть, как правило, используют обычные бумажные конденсаторы. Практика показала, что вместо громоздких бумажных конденсаторов можно использовать оксидные (электролитические) конденсаторы, которые имеют меньшие габариты и более доступны в плане покупки.
Схема замены обычног бумажного конденсатора дана на рис. 6.
Положительная полуволна переменного тока проходит через цепочку VD1, С2, а отрицательная VD2, С2. Исходя из этого можно использовать оксидные конденсаторы с допустимым напряжением в два раза меньшим, чем для обычных конденсаторов той же емкости.
Например, если в схеме для однофазной сети напряжением 220 В используется бумажный конденсатор на напряжение 400 В, то при его замене по вышеприведенной схеме можно использовать электролитический конденсатор на напряжение 200 В. В приведенной схеме емкости обоих конденсаторов одинаковы и выбираются аналогично методике выбора бумажных конденсаторов для пускового устройства.
Схема включения трехфазного двигателя в однофазную сеть с использованием электролитических конденсаторов приведена на рис.7.
В приведенной схеме SA1 - переключатель направления вращения двигателя, SB1 - кнопка разгона двигателя, электролитические конденсаторы С1 и С3 используются для пуска двигателя, С2 и С4 - во время работы.
Подбор электролитических конденсаторов в схеме рис. 7 лучше производить с помощью токоизмерительных клещей. Измеряют токи в точках А, В, С и добиваются равенства токов в этих точках путем ступенчатого подбора емкостей конденсаторов. Замеры проводят при нагруженном двигателе в том режиме, в котором предполагается его эксплуатация.
Диоды VD1 и VD2 для сети 220 В выбираются с обратным максимально допустимым напряжением не менее 300 В. Максимальный прямой ток диода зависит от мощности двигателя. Для электродвигателей мощностью до 1 кВт подойдут диоды Д245, Д245А, Д246, Д246А, Д247 с прямым током 10 А.
При большей мощности двигателя от 1 кВт до 2 кВт нужно взять более мощные диоды с соответствующим прямым током или поставить несколько менее мощных диодов параллельно, установив их на радиаторы.
Следует обратить внимание на то, что при перегрузке диода может произойти его пробой и через электролитический конденсатор потечет переменный ток, что может привести к его нагреву и взрыву.
Конденсаторная схема включения трехфазных двигателей в однофазную сеть позволяет получить от двигателя не более 60% от номинальной мощности, в то время как предел мощности электрифицированного устройства ограничивается 1,2 кВт. Этого явно недостаточно для работы электрорубанка или электропилы, которые должны иметь мощность 1,5...2 кВт. Проблема в данном случае может быть решена использованием электродвигателя большей мощности, например 3...4 кВт. Такого типа двигатели рассчитаны на напряжение 380 В, их обмотки соединены «звездой», и в клеммной коробке содержится всего 3 вывода.
Включение такого двигателя в сеть 220 В приводит к снижению номинальной мощности двигателя в 3 раза и на 40 % при работе в однофазной сети. Такое снижение мощности делает двигатель непригодным для работы, но может быть использовано для раскрутки ротора вхолостую или с минимальной нагрузкой. Практика показывает, что большая часть электродвигателей уверенно разгоняется до номинальных оборотов, и в этом случае пусковые токи не превышают 20 А.
Наиболее просто можно осуществить перевод мощного трехфазного двигателя в рабочий режим, если переделать его на однофазный режим работы, получая при этом 50 % номинальной мощности. Переключение двигателя в однофазный режим требует небольшой его доработки.
Вскрывают клеммную коробку и определяют, с какой стороны крышки корпуса двигателя подходят выводы обмоток. Отворачивают болты крепления крышки и вынимают ее из корпуса двигателя. Находят место соединения трех обмоток в общую точку и подпаивают к общей точке дополнительный проводник с сечением, соответствующим сечению провода обмотки. Скрутку с подпаянным проводником изолируют изолентой или поливинилхлоридной трубкой, а дополнительный вывод протягивают в клеммную коробку. После этого крышку корпуса устанавливают на место.
Схема коммутации электродвигателя в этом случае будет иметь вид, показанный на рис. 8.
Во время разгона двигателя используется соединение обмоток «звездой» с подключением фазосдвигающего конденсатора Сп. В рабочем режиме в сеть остается включенной только одна обмотка, и вращение ротора поддерживается пульсирующим магнитным полем. После переключения обмоток конденсатор Сп разряжается через резистор Rр. Работа представленной схемы была опробована с двигателем типа АИР-100S2Y3 (4 кВт, 2800 об./мин), установленном на самодельном деревообрабатывающем станке, и показала свою эффективность.
В схеме коммутации обмоток электродвигателя в качестве коммутационного устройства SA1 следует использовать пакетный переключатель на рабочий ток не менее 16 А, например переключатель типа ПП2-25/Н3 (двухполюсный с нейтралью, на ток 25 А). Переключатель SA2 может быть любого типа, но на ток не менее 16 А. Если реверс двигателя не требуется, то этот переключатель SA2 можно исключить из схемы.
Недостатком предложенной схемы включения мощного трехфазного электродвигателя в однофазную сеть можно считать чувствительность двигателя к перегрузкам. Если нагрузка на валу достигнет половины мощности двигателя, то может произойти снижение скорости вращения вала вплоть до полной его остановки. В этом случае снимается нагрузка с вала двигателя. Переключатель переводится сначала в положение «Разгон», а потом в положение «Работа», после чего продолжают дальнейшую работу.
Для того чтобы улучшить пусковые характеристики двигателей, кроме пускового и рабочего конденсатора можно использовать еще и индуктивность, что улучшает равномерность загрузки фаз.
Для работы разнообразных электрических устройств используются асинхронные двигатели, которые просты и надежны в работе и монтаже – их легко можно установить своими руками. Подключение трехфазного двигателя к однофазной и трехфазной сети осуществляется звездой и треугольником.
Асинхронный трехфазный двигатель состоит из следующих основных частей: обмоток, подвижного ротора и неподвижного статора. Обмотки могут быть соединены межу собой, а к их открытым контактам подключается основное питание сети или последовательно, т. е. конец одной обмотки соединен с началом следующей.
Фото — схема звезда наглядноПодключение может осуществляться к однофазной, двухфазной и трехфазной сети, при этом двигатели в основном рассчитаны на два напряжения – 220/380 В. Переключение типа соединения обмоток позволяет менять номинальное напряжение. Несмотря на то, что в принципе подключение двигателя возможно и к однофазной сети, оно редко используется, т. к. конденсатор снижает эффективность устройства. И от номинальной мощности потребитель получает приблизительно 60 %. Но если иного варианта нет, то нужно подключать схемой «треугольник», тогда перегрузка мотора будет меньшей, чем при звезде.
Перед подсоединением обмоток в однофазной сети нужно обязательно проверить емкость конденсатора, который будет использоваться. Для этого нужна формула:
C мкф = P Вт /10
Если исходные параметры конденсатора неизвестны, то рекомендуется использовать пусковую модель, которая может «подстроиться» под работу двигателя и контролировать его обороты. Также часто для работы устройства с короткозамкнутым ротором используют реле тока или стандартный магнитный пускатель. Эта деталь схемы позволяет обеспечить полную автоматизацию рабочего процесса. Причем для бытовых моделей (с мощностью от 500 в до 1 кВт) можно использовать пускатель от стиралки или холодильника, в дальнейшем увеличивая емкость конденсатора или изменяя обмотку реле.
Видео: как подключать трехфазный двигатель в 220В
При однофазной сети необходимо сдвигать фазу при помощи специальных деталей, чаще всего это конденсатор. Но в некоторых условиях его заменят тиристор. Если установить тиристорный ключ в корпус электродвигателя, то при закрытом положении он не только сдвигает фазы, но и значительно увеличивает пусковой момент. Это способствует повышению КПД до 70 %, что является прекрасным показателем для такого подсоединения. Используя только эту деталь можно отказаться от применения вентилятора и основных типов конденсаторов – пускового и рабочего.
Но и это подключение не является идеальным. При работе ЭД с тиристором потребляется на 30 % больше электрического тока, чем с конденсаторами. Поэтому такой вариант применяется только на производстве или при отсутствии выбора.
Рассмотрим, как производится подключение трехфазного асинхронного двигателя к трехфазной сети, если используется схема треугольник.
Фото — простой треугольник
На чертеже указаны два конденсатора – пусковой и рабочий, кнопка пуска, диод, сигнализирующий о начале работы и резисторная система торможения и полной остановки. Также в данном случае применяется переключатель, который имеет три позиции: «удержание», «старт», «стоп». При установке рукоятки в первом положении к контактам начинает поступать электрический ток. Здесь важно сразу же после того, как двигатель заведется перейти в режим «старт», иначе обмотки могут загореться из-за перегрузки. Во время окончания рабочего процесса рукоятка фиксируется в точке «стоп».
Фото — подключение при помощи конденсаторов электролитов
Иногда при подключении в фазу удобнее останавливать трехфазный двигатель за счет энергии, которая запасена в конденсаторе. Иногда вместо них используются электролиты, но это более сложный вариант установки устройства. В этом случае очень важны параметры конденсатора, в частности, его емкость – от неё зависит торможение и время полной остановки движущихся частей. Также в этой схеме используются выпрямляющие диоды и резисторы. Они помогут при необходимости ускорить остановку двигателя. Но их технические характеристики должны иметь следующий вид:
Имея под рукой схему с остановки мотора, при помощи конденсатора можно осуществить подключение с реверсом. Главным отличием от предыдущего чертежа является модернизация трехфазного двухскоростного двигателя за счет двойного переключателя и магнитного пускового реле. Переключатель также как и в предыдущих вариантах имеет несколько основных позиций, но фиксируется только на «старт» и «стоп» — это очень важно.
Фото — реверс при помощи пускателя
Реверсивное подключение двигателя возможно также через магнитный пускатель. В таком случае нужно изменить порядок очередности фаз статора, тогда можно будет обеспечить перемену направления вращения. Чтобы это сделать, нужно сразу после нажатия на кнопку пускателя «Вперед», нажать кнопку «Назад». После этого блокировочный контакт отключит катушку переднего хода и переведет питание на задний – направление вращения изменится. Но нужно быть внимательным при подключении пускателя – если перепутать местами контакты, то при переходе произойдет не реверсирование, а короткое замыкание.
Еще одним необычным способом, как можно подключить трехфазный двигатель, является вариант с использованием четырехполюсного УЗО. Её особенностью является возможность использования без нуля сети.
РАСЧЕТ КОНДЕНСАТОРА ДЛЯ ТРЕХФАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ
В.БАШКАТОВ, Украина, Донецкая обл., г. Горловка
Иногда в домашних условиях возникает необходимость подключения трехфазного электродвигателя переменного тока в однофазную сеть.
Возникла такая необходимость и у меня при подключении промышленной швейной машины. На швейной фабрике такие машины работают в цехе, имеющем трехфазную сеть, и проблем не возникает.
Первое, что пришлось сделать - это изменить схему подключения обмоток электродвигателя со "звезды" на "треугольник", соблюдая полярность соединения обмоток (начало - конец) (рис.1). Это переключение позволяет включать электродвигатель в однофазную сеть 220 В.
Мощность электродвигателя швейной машины по табличке - 0,4 кВт. Приобрести рабочие, а тем более пусковые металлобумажные конденсаторы типа МБГО, МБГП, МБГЧ емкостью соответственно 50 и 100 мкф на рабочее напряжение 450...600 В оказалось задачей непосильной из-за их высокой стоимости на "блошином рынке". Использование вместо металлобу-мажных полярных (электролитических) конденсаторов и мощных выпрямительных диодов Д242, Д246. положительного результата не дало. Электродвигатель упорно не запускался, по-видимому, из-за конечного сопротивления диодов в прямом направлении.
Поэтому в голову пришла абсурдная с первого взгляда идея запуска электродвигателя с помощью кратковременного подключения обычного электролитического конденсатора в сеть переменного тока (рис.2). После запуска (разгона) электродвигателя электролитический конденсатор отключается, и электродвигатель работает в двухфазном режиме, теряя при этом до 50% своей мощности. Но если заранее предусмотреть запас по мощности, или заведомо известно, что такой запас существует (как в моем случае), то с этим недостатком можно смириться. Между прочим, и при работе электродвигателя с рабочим фазосдвигающим конденсатором электродвигатель также теряет до 50% своей мощности.
Теперь о самом важном. Электролитический конденсатор, будучи включенным непосредственно в сеть переменного тока, быстро разогревается, электролит вскипает, и происходит его взрыв - это знают многие. Как показал эксперимент, на это уходит около 10... 15 с. Известно, что сопротивление конденсатора в цепи переменного тока промышленной частоты определяется по формуле.
где С - емкость конденсатора в микрофарадах.
Величина тока в цепи с конденсатором
Но если электролитический конденсатор включить через небольшое сопротивление (в моем случае это комплексное сопротивление фазы обмотки электродвигателя Z = r + jx), и к тому же кратковременно, на время разгона электродвигателя (где-то 1...1,5 с), то электролитический конденсатор не повреждается, так как не успевает разогреться.
Кратковременность включения может обеспечить кнопка ПНВС-10УХЛ2,
применяемая в домашних стиральных машинах. Кнопка имеет три контакта: два - с фиксацией (SB 1.1, SB1.3) и один - без фиксации (SB 1.2). Он и включает конденсатор, и при прекращении нажатия на кнопку возвращается в исходное отключенное положение.
Формулы для расчета пускового конденсатора неоднократно печатались, но тем не менее хочу повторить их для схемы соединения обмотки статора электродвигателя в "треугольник".
где U - напряжение сети; Iн - номинальный, ток потребляемый электродвигателем.
где Р - мощность электродвигателя, кВт; U - напряжение сети. В; n - коэффициент полезного действия электродвигателя (обычно 0,8...0,9); cosф - коэффициент мощности (обычно 0,85).
Электролитические конденсаторы должны быть на напряжение не менее 450 В. Желательно набирать емкость из нескольких конденсаторов (улучшается тепловой режим). Конденсаторы помещают в защитную коробку.
Четырехлетний опыт эксплуатации электродвигателя показал жизнеспособность указанной схемы его запуска. Данную схему повторили и некоторые мои знакомые, правда, эксперименты проводились с электродвигателями мощностью до 1 кВт. Для электродвигателей более 1 кВт на время пуска, как мне кажется, необходимо включение последовательно с конденсатором небольшого токоограничивающего резистора с соответствующей рассеиваемой мощностью.
Литература
1. Смирнов К.0. Работа трехфазного электродвигателя в однофазной сети. - Радиолюбитель, 1993, N6, С.27.
2. Кухаренко А. Трехфазный электродвигатель в однофазной сети. - Радиолюбитель, 1996, N2, С.28.
ПОДКЛЮЧЕНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
К ОДНОФАЗНОЙ СЕТИ 220В
С. РЫБАС, Моделист - Конструктор, 2/8
Многие любители мастерить нередко
пытаются приспособить трехфазные электродвигатели для различных
самодельных станков: заточных, сверлильных, деревообрабатывающих
и других. Но вот беда - не каждый знает, как питать такой
электродвигатель от однофазной сети.
Среди различных способов запуска трехфазных электродвигателей
наиболее простой и эффективный - с подключением третьей обмотки
через фазосдвигающий конденсатор. Полезная мощность, развиваемая
при этом электромотором, составляет 50-60 % его мощности в
трехфазном режиме. Однако не все трехфазные электродвигатели
хорошо работают от однофазной сети. К ним относятся, например,
электромоторы с двойной клеткой короткозамкнутого ротора серии
МА. Поэтому предпочтение следует отдать трехфазным электродвигателям
серий А, ДО, АО2, АОЛ, АПН, УАД идр.
Р и с. 1. Электрическая схема включения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть.
При соединении обмоток электродвигателя
в “треугольник” емкость рабочего конденсатора определяют по
формуле:где Ср - емкость конденсатора, мкФ; I - потребляемый электродвигателем
ток, A; U - напряжение сети, В.
Если мощность электродвигателя известна, потребляемый им ток
определяют по формуле:
где Р - мощность электродвигателя (указана в паспорте), Вт; U
- напряжение сети,В; n -
КПД; cosф -
коэффициент
мощности.
Емкость пускового конденсатора выбирают в 2-2,5 раза больше
рабочего, а их допустимые напряжения должны не менее чем в
1,5 раза превышать напряжение сети. Для сети 220 В лучше применить
конденсаторы марки МБГО, МБГП, МБГЧ с рабочим напряжением
500 В и выше. В качестве пусковых можно использовать и электролитические
конденсаторы К50-3, ЭГЦ-М, КЭ-2 с рабочим напряжением не менее
450 В (при условии кратковременного включения). Для большей
надежности их включают по схеме, показанной на рисунке 2.
Общая емкость при этом равна C/2. Пусковые конденсаторы зашунтируйте
резистором сопротивлением 200-500 кОм, через который будет
“стекать” оставшийся электрический заряд.
Рис. 2. Схема соединения электролитических конденсаторов.
Эксплуатация электродвигателя с конденсаторным пуском имеет некоторые особенности. При работе в режиме холостого хода по питаемой через конденсатор обмотке протекает ток, на 20-40 % превышающий номинальный. Поэтому, если электромотор будет часто использоваться в недогруженном режиме или вхолостую, емкость конденсатора Ср следует уменьшить. При перегрузке электродвигатель может остановиться, тогда для его запуска снова подключите пусковой конденсатор (сняв или снизив до минимума нагрузку на валу). На практике значения емкостей рабочих и пусковых конденсаторов в зависимости от мощности электродвигателя определяют из таблицы.
| Мощность трехфазного электродвигателя, кВт | ||||||
| Минимальная емкость конденсатора Ср, мкф | ||||||
| Емкость пускового конденсатора (Сп), мкф |
Для запуска электродвигателя на холостом ходу или с небольшой нагрузкой емкость конденсатора Сп можно уменьшить. Например, для включения электродвигателя АО2 мощностью 2,2 кВт на 1420 об/мин можно использовать в качестве рабочего конденсатор емкостью 230 мкф, пускового - 150 мкФ. При этом электродвигатель уверенно запускается при небольшой нагрузке на валу. Реверсирование электромотора осуществляют путем переключения фазы на его обмотке тумблером SA1 (рис. 1).
Рис. 3. Электрическая схема пускового устройства для трехфазного электродвигателя мощностью 0,5 кВт.
На рисунке 3 приведена электрическая схема переносного универсального блока для пуска трехфазных электродвигателей мощностью около 0,5 кВт от однофазной сети без реверсирования. При нажатии на кнопку SB1 срабатывает магнитный пускатель КМ1 (тумблер SA1 замкнут) и своей контактной системой КМ1.1, КМ1.2 подсоединяет электродвигатель M1 к сети 220 В. Одновременно третья контактная группа КМ1.3 блокирует кнопку SB1. После полного разгона электродвигателя пусковой конденсатор С1 отключают тумблером SA1. Останавливают электромотор нажатием на кнопку SB2. В устройстве применены магнитный пускатель типа ПМЛ, рассчитанный на переменный ток напряжением 220 В; SB1, SB2 - спаренные кнопки ПКЕ612, SA1-тумблер Т2-1; резисторы: R1 - проволочный ПЭ-20, R2 - МЛТ-2, С1, С2 - конденсаторы МБГЧ на напряжение 400 В (С2 составлен из двух параллельно соединенных конденсаторов по 20 мкФ X 400 В); HL1 - лампа КМ-24 (24 В, 100 мА). M1 - электродвигатель 4А71А4 (АО2-21-4) на 0,55 кВт, 1420 об/мин.
Р и с. 4. Внешний вид пускового устройства: 1 - корпус, 2 - ручка для переноски, 3 - сигнальная
лампа, 4 - тумблер отключения пускового конденсатора, 5 - кнопки “Пуск” и “Стоп”, 6 - доработанная электровилка,
7 - панель с гнездами разъема.
Пользоваться тумблером SA1 (рис. 3) не совсем удобно. Поэтому лучше, если пусковой конденсатор будет отключаться автоматически с помощью дополнительного реле К1 (рис. 5) типа МКУ-48. При нажатии на кнопку SB1 оно срабатывает и своей контактной парой К1.1 включает магнитный пускатель КМ1, а К1.2 - пусковой конденсатор Сп. В свою очередь, магнитный пускатель КМ1 самоблокируется с помощью своей контактной системы КМ1.1, а КМ1.2 и КМ1.3 подсоединяют электродвигатель к сети. Кнопку SB1 держат нажатой до полного разгона электромотора, а затем отпускают - реле К1 обесточивается и отключает пусковой конденсатор, который разряжается через резистор R2. В то же время магнитный пускатель КМ1 остается включенным, обеспечивая питание электродвигателя в рабочем режиме. Останавливают электромотор нажатием на кнопку SB2 “Стоп”.
Рис. 5. Электрическая схема пускового устройства с автоматическим отключением конденсатора Сп.
В заключение несколько слов об усовершенствованиях, расширяющих возможности пускового устройства. Конденсаторы Ср и Сп можно сделать составными со ступенями по 10-20 мкФ и подсоединять их многопозиционными переключателями (или двумя-четырьмя тумблерами) в зависимости от параметров запускаемых электродвигателей. Лампу накаливания HL1 с гасящим проволочным резистором рекомендуем заменить на неоновую с дополнительным резистором небольшой мощности; вместо спаренных кнопок ПКЕ612 применить две одиночные любого типа; плавкие предохранители можно заменить автоматическими на соответствующий ток отсечки.
ЗАПУСК ТРЕХФАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ ОТ ОДНОФАЗНОЙ СЕТИ
БЕЗ ПОТЕРИ МОЩНОСТИ
"Радио" №7, 2000г.
С.БИРЮКОВ, г. Москва
В различных любительских электромеханических
станках и приспособлениях чаще всего используются трехфазные
асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. К сожалению,
трехфазная сеть в быту - явление крайне редкое, поэтому для
их питания от обычной электрической сети любители применяют
фазосдвигающий конденсатор, что не позволяет в полном объеме
реализовать мощность и пусковые характеристики двигателя.
Существующие же тринисторные "фазосдвигающие" устройства еще
в большей степени снижают мощность на валу двигателей.
Вариант схемы устройства запуска трехфазного
электродвигателя без потери мощности приведен на рис.
1
. Обмотки двигателя 220/380 В соединены треугольником,
а конденсатор С1 включен, как обычно, параллельно одной из
них.Конденсатору"помогает" дроссель L1, включенный параллельно
другой обмотке.
При определенном соотношении емкости конденсатора
С1, индуктивности дросселя L1 и мощности нагрузки можно получить
сдвиг фаз между напряжениями на трех ветвях нагрузки, равный
точно 120°. На рис. 2
приведена векторная
диаграмма напряжений для устройства, представленного на рис.
1
, при чисто активной нагрузке R в каждой ветви.
Линейный ток Iл
в
векторном виде равен разности токов Iз и Ia, а по абсолютному
значению соответствует величине Iф
, где Iф
=I1
=I2
=I3
=Uл
/R - фазный ток нагрузки,
Uл
=U1
=U2
=U3
=220 В - линейное напряжение сети.
К конденсатору С1 приложено напряжение
Uc1
=U2
, ток через него равен Ic1
и по фазе опережает напряжение на 90°. Аналогично к дросселю
L1 приложено напряжение UL1
=U3
,
ток через него IL1
отстает от напряжения
на 90°. При равенстве абсолютных величин токов Ic1
и IL1
их векторная разность при правильном выборе емкости и индуктивности
может быть равной Iл
. Сдвиг фаз между
токами Ic1
и IL1
составляет
60°, поэтому треугольник из векторов Iл
,
Iс1
и IL1
- равносторонний, а их абсолютная величина составляет Iс1
=IL1
=Iл
=Iф
.
В свою очередь, фазный ток нагрузки Iф =Р/ЗUL , где Р - суммарная мощность нагрузки. Иными словами, если емкость конденсатора С1 и индуктивность дросселя L1 выбрать такими, чтобы при поступлении на них напряжения 220 В ток через них был бы равен Ic1=IL1=P/(Uл)=P/380, показанная на рис. 1 цепь L1C1 обеспечит на нагрузке трехфазное напряжение с точным соблюдением сдвига фаз.
В табл. 1
приведены значения
тока Ic1
=IL1
. емкости
конденсатора С1 и индуктивности дросселя L1 для различных
величин полной мощности чисто активной нагрузки.
Реальная нагрузка в виде электродвигателя
имеет значительную индуктивную составляющую. В результате
линейный ток отстает по фазе от тока активной нагрузки на
некоторый угол ф порядка 20...40°. На шильдиках электродвигателей
обычно указывают не угол, а его косинус - широко известный , равный отношению активной составляющей линейного тока к его полному
значению.
Индуктивную составляющую тока, протекающего
через нагрузку устройства, показанного на рис. 1
,
можно представить в виде токов, проходящих через некоторые
катушки индуктивности Lн, подключенные параллельно активным
сопротивлениям нагрузки (рис. 3,а)
, или,
что эквивалентно, параллельно С1, L1 и сетевым проводам.
Из рис. 3,б видно, что поскольку ток через индуктивность противофазен току через емкость, катушки индуктивности LH уменьшают ток через емкостную ветвь фазосдвигающей цепи и увеличивают через индуктивную. Поэтому для сохранения фазы напряжения на выходе фазосдвигающей цепи ток через конденсатор С1 необходимо увеличить и через катушку уменьшить.
Векторная диаграмма для нагрузки с индуктивной
составляющей усложняется. Ее фрагмент, позволяющий произвести
необходимые расчеты, приведен на рис 4
.
Полный линейный ток Iл разложен здесь на
две составляющие: активную и реактивную В результате решения системы уравнений для определения необходимых значений
токов через конденсатор С1 и катушку L1
получаем следующие значения этих токов.
При чисто активной нагрузкеформулы
дают ранее полученный результат Ic1
=IL1
=Iл
. На рис. 5
приведены
зависимости отношений токов Ic1
и IL1
к Iл от , рассчитанные по этим формулам Для(
/2=0,87) ток конденсатора С1 максимален и равен а ток дросселя L1 вдвое меньше. Этими же соотношениями с хорошей степенью
точности можно пользоваться для типовых значений , равных 0,85 0,9.
В табл. 2
приведены значения токов
Ie1
, IL1
, протекающих
через конденсатор С1 и дроссель L1 при различных величинах
полной мощности нагрузки, имеющей указанное выше значение
Для такой фазосдвигающей цепи используют
конденсаторы МБГО, МБГП, МБГТ, К42-4 на рабочее напряжение
не менее 600 В или МБГЧ, К42-19 на напряжение не менее 250
В Дроссель проще всего изготовить из трансформатора питания
стержневой конструкции от старого лампового телевизора. Ток
холостого хода первичной обмотки такого трансформатора при
напряжении 220 В обычно не превышает 100 мА и имеет нелинейную
зависимость от приложенного напряжения Если же в магнитопровод
ввести зазор порядка 0,2 1 мм, ток существенно возрастет,
а зависимость его от напряжения станет линейной.
Сетевые обмотки трансформаторов ТС могут
быть соединены так, что номинальное напряжение на них составит
220 В (перемычка между выводами 2 и 2"), 237 В (перемычка
между выводами 2 и 3") или 254 В (перемычка между выводами
3 и 3") Сетевое напряжение чаще всего подают на выводы 1 и1".
В зависимости от вида соединения меняются индуктивность и
ток обмотки В табл. 3 приведены значения тока в первичной
обмотке трансформатора ТС-200-2 при подаче на нее напряжения
220 В при различных зазорах в магнитопроводе и разном включении
секций обмоток Сопоставление данных табл 3 и 2 позволяет сделать
вывод, что указанный трансформатор можно установить в фазосдвигающую
цепь двигателя с мощностью примерно от 300 до 800 Вт и, подбирая
зазор и схему включения обмоток, получить необходимую величину
тока. Индуктивность изменяется также в зависимости от синфазного
или противофазного соединения сетевой и низковольтных (например,
накальных) обмоток трансформатора. Максимальный ток может
несколько превышать номинальный ток в рабочем режиме. В этом
случае для облегчения теплового режима целесообразно снять
с трансформатора все вторичные обмотки, часть низковольтных
обмоток можно использовать для питания цепей автоматики устройства,
в котором работает электродвигатель.
В табл. 4 приведены номинальные величины токов первичных обмоток трансформаторов различных телевизоров и ориентировочные значения мощности двигателя, с которыми их целесообразно использовать фазосдвигающую LC-цепь следует рассчитывать для максимально возможной нагрузки электродвигателя.
При меньшей нагрузке необходимый сдвиг
фаз уже не будет выдерживаться, но пусковые характеристики
по сравнению с использованием одного конденсатора улучшатся.
Экспериментальная проверка проводилась как с чисто активной
нагрузкой, так и с электродвигателем. Функции активной нагрузки
выполняли по две параллельно соединенных лампы накаливания
мощностью 60 и 75 Вт, включенные в каждую нагрузочную цепь
устройства (см рис 1)
, что соответствовало
общей мощности 400 Вт В соответствии с табл 1
емкость конденсатора С1 составляла 15 мкф Зазор в магнитопроводе
трансформатора ТС-200-2 (0,5 мм) и схема соединения обмоток
(на 237 В) были выбраны из соображений обеспечения необходимого
тока 1,05 А. Измеренные на нагрузочных цепях напряжения U1
,
U2
, U3
отличались
друг от друга на 2.. 3 В, что подтверждало высокую симметрию
трехфазного напряжения.
Эксперименты проводились также с трехфазным
асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором АОЛ22-43Ф
мощностью 400 Вт [З]. Он работал с конденсатором С1 емкостью
20 мкф (кстати, такой же, как и при работе двигателя только
с одним фазосдвигающим конденсатором) и с трансформатором,
зазор и соединение обмоток которого выбраны из условия получения
тока 0,7 А В результате удалось быстро запустить двигатель
без пускового конденсатора и заметно увеличить крутящий момент,
ощущаемый при торможении шкива на валу двигателя. К сожалению,
провести более объективную проверку затруднительно, поскольку
в любительских условиях практически невозможно обеспечить
нормированную механическую нагрузку на двигатель.
Следует помнить, что фазосдвигающая цепь
- это последовательный колебательный контур, настроенный на
частоту 50 Гц (для варианта чисто активной нагрузки), и без
нагрузки подключать к сети эту цепь нельзя.
ЛИТЕРАТУРА
1 Кузинец Л. М., Соколов В. С. Узлы телевизионных приемников
- М Радио и связь 1987
2 Сидоров И. Н., Биннатов М. Ф., Васильев Е. А. Устройства
электропитания бытовой РЭА - М Радио и связь, 1991
3 Бирюков С. Автоматическая водокачка. - Радио,1998,№ 5,с.45,46.
ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАПУСК ТРЕХФАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ
ОТ ОДНОФАЗНОЙ СЕТИ
А. ДУБРОВСКИЙ, г. Новополоцк Витебской обл., Белоруссия
В домашних "мастерских" радиолюбителей
встречаются электромеханические станки и различные приспособления
с приводом от трехфазных асинхронных двигателей. Однако
в быту трехфазная сеть нередко отсутствует, поэтому для
их питания часто применяют фазосдвигающий конденсатор.
К сожалению, это приводит к снижению необходимой мощности
на валу электро-двигателя и к тому же исключается возможность
регулирования частоты вращения. Используя предлагаемое
устройство, можно не только питать трехфазный асинхронный
электродвигатель от однофазной сети, но и плавно регулировать
частоту его вращения.
Регулятор
частоты вращения существенно улучшает характеристики трехфазного
асинхронного двигателя (ТАД). Описываемое устройство позволяет
питать ТАД от однофазной сети практически без потери мощности,
регулировать пусковой момент, регулировать в широких пределах
частоту вращения как на холостом ходу, так и при нагрузке,
а также главное - увеличивать максимальную частоту вращения
больше номинальной.
Предлагаемое устройство эксплуатируется
с ТАД мощностью 120 Вт и номинальной частотой вращения
3000 об/мин.
Как
известно, существует несколько способов регулирования
частоты вращения ТАД - изменением питающего напряжения,
нагрузки на валу, применением специальной обмотки ротора
с регулируемым сопротивлением. Однако наиболее эффективным
является частотное регулирование, поскольку оно позволяет
сохранить энергетические характеристики и применить наиболее
дешевые и надежные электродвигатели с короткозамкнутой
обмоткой ротора - "беличьей клеткой".
РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Принципиальная схема регулятора вращения трехфазного асинхронного двигателя
приведена на рис. 1. На элементах DD1.1-DD1.3 собран задающий
генератор с изменяемой в пределах 30...800 Гц частотой.
Регулируют частоту переменным резистором R3. Счетчик DD2,
элемент И-НЕ DD1.4 и четыре элемента Исключающее ИЛИ DD3.1-DD3.4
входят в состав формирователя импульсов трехфазной последовательности
(ФИТ), который преобразует постоянное напряжение в сигналы
прямоугольной формы, сдвинутые по фазе на 120 град. На
рис. 2 приведены эпюры напряжения в характерных точках.
На транзисторах 1VT1-1VT6, 2VT1- 2VT6, 3VT1-3VT6
собраны три одинаковых усилителя, по одному на каждую
фазу ТАД. На рис. 1 приведена схема только одного усилителя.
Схемы остальных точно такие же. Рассмотрим работу одного
из них (верхнего по схеме). Когда на выходе элемента DD3.2
появляется высокий уровень, открывается составной транзистор
1VT4, 1VT5, а выходной транзистор 1VT6 закрывается. Кроме
того, высокий уровень поступает на вход транзисторной
оптопары 1U1, в результате чего на ее выходе устанавливается
низкий уровень, который закрывает составной транзистор
1VT1, 1VT2. Выходной транзистор 1VT3 открыт. Для развязки
по напряжению транзисторы 1VT1, 1VT2 и 1VT4, 1VT5 питают
от разных источников напряжением +10 В, а транзисторы
1VT3, 1VT6 - от источника напряжением +300 В. Диоды 1VD3,
1VD4, 1VD6, 1VD7 служат для более надежного закрывания
выходных транзисторов.
Одно из главных
условий нормальной работы транзисторов 1VT3 и 1VT6 - они
не должны быть одновременно открыты. Для этого на вход
составного транзистора 1VT1, 1VT2 управляющее напряжение
поступает с выхода оптопары 1U1, что обеспечивает некоторую
задержку его переключения (приблизительно 40 мкс). При
появлении на входе оптопары высокого уровня начинает заряжаться
конденсатор 1С2. Сигнал низкого уровня на входе оптопары
не может мгновенно закрыть составной транзистор 1VT4,
1VT5, поскольку конденсатор 1С2, разряжаясь по цепи 1R3,
эмиттерные переходы транзисторов, поддерживает его в течение
около 140 мкс в открытом состоянии, а транзистор 1VT6
- в закрытом. Время выключения оптопары составляет примерно
100 мкс, поэтому транзистор 1VT3 закрывается раныие, чем
транзистор 1VT6 открывается.
Диоды 1VD5, 1VD8 защищают выходные транзисторы
от повышения напряжения при коммутации индуктивной нагрузки
- обмоток ТАД, а также замыкают ток обмоток, когда напряжение
на них изменяет свою полярность (при переключении транзисторов
1VT3, 1VT6). Например, после закрывания транзисторов 1VT3
и 2VT6 ток некоторое время проходит в прежнем направлении
- от фазы А к фазе В, замыкаясь через диод 2VD5, источник
питания, диод 1VD8, пока не уменьшится до нуля.
Рассмотрим последовательность переключения
выходных транзисторов на примере фаз А и В. Когда транзисторы
1VT3 и 2VT6 открыты, ток протекает по цепи: источник
+300 В, участок коллектор-эмиттер транзистора 1VT3,
обмотки фазы А и фазы В, участок коллектор-эмиттер транзистора
2VT6. Когда эти транзисторы закрываются, a 1VT6 и 2VT3
открываются, ток протекает в противоположном направлении.
Таким образом, на фазы А, В и С подаются импульсы напряжения
прямоугольной формы со сдвигом по фазе 120 град. (рис.
2). Частота питающего ТАД напряжения определяется частотой
переключения этих транзисторов. Благодаря поочередному
открыванию транзисторов ток последовательно проходит
по обмоткам статора АВ-АС-ВС-ВА-СА-СВ-АВ, что и создает
вращающееся магнитное поле. Описанная выше схема построения
выходных ступеней - трехфазная мостовая . Ее достоинство
заключается в том, что в фазном токе отсутствуют третьи
гармонические составляющие.
Блок питания регулятора вырабатывает напряжения
+5, +10 и +300 В. Напряжение +5 В, вырабатываемое стабилизатором
на стабилитроне VD3 и транзисторе VT1, используется
для питания микросхем DD1-DD3. Верхний по схеме составной
транзистор каждого усилителя питается от отдельной обмотки
сетевого трансформатора Т1 и отдельного мостового выпрямителя
(WD1, 2VD1, 3VD1). Нижний составной транзистор всех
усилителей - от обмотки II и диодного моста VD2. Для
питания выходных транзисторов применен мост VD1 и LC-фильтр
C2L1C3. Емкость конденсаторов С2 и СЗ выбирают исходя
из мощности ТАД. Она должна быть не менее 20 мкФ при
индуктивности дросселя 0,1 Гн.
В регуляторе можно применить постоянные
резисторы МЛТ, ОМЛТ, ВС. Конденсатор С1 - любой, например,
керамический К10-17-26, С2-С5, 1С1, 2С1, ЗС1 - любые
оксидные. Дроссель L1 - самодельный. Его наматывают
на Ш-образном магнито-проводе площадью поперечного сечения
4 см2. Обмотка содержит 120 витков провода ПЭВ 0,35.
Дроссель можно исключить, но при этом придется увеличить
емкость конденсаторов С2 и СЗ до 50 мкФ. Оптопары 1U1,
2U1, 3U1 можно использовать и другие, у которых время
задержки включения не более 100 мкс, а напряжение изоляции
не менее 400 В.
Основное требование к транзисторам - высокий
и примерно одинаковый у всех коэффициент передачи тока
(не менее 50). Транзисторы КТ315А могут быть заменимы
на транзисторы серий КТ315, КТ312, КТ3102 с любыми буквенными
индексами, а транзисторы КТ817А (VT1, 1VT2, 1VT5, 2VT2,
2VT5, 3VT2. 3VT5) - на КТ817 или КТ815 с любыми буквенными
индексами. Вместо транзисторов КТ858А можно применить
любые мощные с допустимым напряжением коллектор-эмиттер
не менее 350 В и коэффициентом передачи тока не менее
50. Их следует установить на теплоот-воды площадью не
менее 10 см2 каждый.
Однако при использовании электродвигателей
мощностью более 200 Вт потребуются теплоотводы с большей
площадью. Если мощность ТАД превышает 300 Вт, вместо
выпрямителя КЦ409А необходимо собрать мост из отдельных
диодов, рассчитанных на обратное напряжение более 400
В и соответствующий ток. Диоды 1VD5, 1VD8 подойдут любые
с допустимым прямым импульсным током не менее 5 А и
обратным напряжением не менее 400 В, например, КД226В
или КД226Г. Трансформатор - любой мощностью не менее
15 Вт, имеющий четыре раздельные вторичные обмотки по
8...9 В каждая.
При налаживании устройства сначала отключают
напряжение +300 В и проверяют наличие всех сигналов
в соответствии с рис. 2. Если необходимо, подборкой
конденсатора С1 или резистора R2 добиваются изменения
частоты на коллекторе транзистора 1VT2 (1VT5) в пределах
5...130 Гц. Затем при отключенном ТАД вместо +300 В
подают от внешнего источника напряжение +100... 150
В, замыкают коллектор и эмиттер транзистора 1VT2, коллектор
и эмиттер транзистора 1VT5 (чтобы закрыть транзисторы
1VT3 и 1VT6) и измеряют ток в цепи коллектора транзистора
1VT3, который должен быть не более нескольких миллиампер
- ток утечки выходных транзисторов.
Далее размыкают коллекторы и эмиттеры
вышеуказанных транзисторов и устанавливают резистором
R2 максимальную частоту. Подбором конденсатора 1С2 {в
сторону увеличения емкости) добиваются минимального
значения тока в цепи коллектора транзистора 1VT3. Аналогично
налаживают и остальные усилители. После этого подключают
к выходу регулятора электродвигатель, обмотки которого
соединены звездой. Вместо +300 В подают от внешнего
источника напряжение впределах +100... 150 В. Ротор
электродвигателя должен начать вращаться. Когда необходимо
изменить направление вращения, меняют местами любые
две фазы ТАД. Если выходные транзисторы работают в правильном
режиме, они остаются длительное время чуть теплыми,
в противном случае подбирают сопротивление резисторов
1R6, 1R8, 2R6, 2R8, 3R6, 3R8.
Литература
1. Радин В. И. Электрические машины: Асинхронные
машины. - М.: Высшая школа. 1988.
2. Краачик А. Э. Выбор и применение асинхронных
двигателей. - М.: Энергоатом издат. 1987.
3. Лопухина Е. М. Асинхронные исполнительные
микродвигатели для систем автоматики. - М.: Высшая школа,
1988.
