Фильтр для питания электродвигателя. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Электродвигатели

 Комментарии к статье

В быту нередко возникает необходимость питать электроприборы от аккумуляторной батареи через преобразователь постоянного напряжения в переменное. Большинство приборов, рассчитанных на напряжение синусоидальной формы, вполне нормально работает и от генерируемых подобными преобразователями прямоугольных импульсов. К сожалению, к их числу не относятся асинхронные электродвигатели, например, приводящие в действие циркуляционные насосы систем отопления. Значительная доля гармонических составляющих, которыми богато несинусоидальное напряжение, в подобных двигателях бесполезно превращается в тепло, остальные - нарушают равномерность вращения магнитного поля. Чтобы подавить гармоники, необходим фильтр, схему и методику расчета которого предлагает автор публикуемой статьи.

Для питания асинхронного электродвигателя от источника напряжения прямоугольной формы наилучшим образом подходит фильтр, схема которого показана на рис. 1. Он передает в нагрузку первую гармонику практически без ослабления, достаточно сильно ослабляя высшие.

Эквивалентная схема фильтра, нагруженного на электродвигатель, показана на рис. 2. Двигатель представлен параллельным соединением активного сопротивления Rд и собственной индуктивности Lд. Учтено также R1 - активное сопротивление катушки индуктивности (дросселя) L1. Оба колебательных контура - последовательный L1C1 и параллельный LДС2 - настроены на частоту повторения импульсов входного напряжения.

Рассчитаем элементы фильтра, предназначенного для асинхронного двигателя, на шильдике которого приведены следующие параметры: напряжение U - 220 В, частота F - 50 Гц, мощность Р - 75 Вт, cos<φ - 0,6. Для дальнейших расчетов потребуются также значение круговой частоты Ω = 2πF = 6,28·50 = 314с-1 и величина sinφ =√1- cos2φ = 0,8.

Активная составляющая потребляемого двигателем тока lR = P/U = = 75/220 = 0,341 А, реактивная - LL= IR(sinφ/соsφ) - 0,341· 0,8/0,6 = 0,454 А, откуда Rд = U/IR = 220/0,341 = 645 Ом; Xl= U/IL = 220/0,454 = 484 Ом; Lд = XL /φ = = 484/314 = 1,51 Гн. Чтобы резонансная частота контура LдС2 равнялась 50 Гц, необходим конденсатор емкостью С2 = = 106/(φ2Lд) = 106/(3142·1,51) = 6,58 мкФ.

Предположим, что в качестве L1 в фильтре установлен дроссель от светильника с лампами дневного света мощностью 80 Вт. На шильдике дросселя можно найти следующие данные: напряжение питания U - 220 В, частота F-50 Гц, номинальный рабочий ток IH - 0,84 А, соsφ - 0,5 (sinφ =√1-cos2φ= 0,866)

При резонансе в контуре ЦС2 реактивная составляющая тока двигателя скомпенсирована током конденсатора С2. Активная составляющая тока двигателя (0,341 А), протекающая через дроссель, значительно меньше 0,84 А, поэтому температурный режим дросселя не вызывает опасений

Мощность, потребляемая светильником от сети, равна РСв - UIн = 220 ·0,84 ·0,5 = 92,4 Вт, из которых 80 приходится на его лампу, а остальные 12,4 рассеивает R1 - активное сопротивление дросселя. Активное сопротивление всего светильника RCв = U/IH ·соsφ = = 220/(0,84·0,5) = 131 Ом распределяется между лампой и дросселем в той же пропорции, что и мощность, поэтому R1=RCB (12,4/92,4)=131-0,134= 17,60м.

Индуктивное сопротивление светильника Хсв = U/Iн·sinφ = (220/0,84)∙0,866 = = 227 Ом может быть полностью отнесено к дросселю, индуктивность которого L1 = Хсвφ = 227/314 = 0,723 Гн. Колебательный контур L1C1 будет настроен на частоту 50 Гц, если С1 = 106/( φ2·L1) = = 106/(3142 - 0,723) = 14 мкФ.

Учитывая равенство реактивных сопротивлений дросселя L1 и конденсатора С1 при резонансе, подсчитаем амплитуду напряжения на конденсаторе во время работы двигателя Umc1-1,41ХсвIн = 1,41∙227∙ 0,341 - 88 В. Однако в пусковом режиме потребляемый двигателем и протекающий через конденсатор С1 ток многократно возрастает. Пропорционально току растет и напряжение. Поэтому выбирать этот конденсатор следует с допустимым напряжением, превышающим рассчитанное выше в десять и более раз.

Коэффициенты подавления фильтром гармоник входного импульсного напряжения можно подсчитать по формуле, полученной из приведенной в [1]:

dn = 1 - L1/Lд(1 - 1/n2)2, где n - номер гармоники.

При найденных выше значениях L1 и Lд третья гармоника (частота 150 Гц) будет подавлена в 3,4, пятая (250 Гц) - в 11, седьмая (350 Гц) - в 22,5 и девятая (450 Гц) - в 37,8 раза. Гармоники с четными номерами во входном напряжении формы, показанной на рис. 3 (кривая 1), отсутствуют, и рассчитывать коэффициенты их подавления нет смысла.

Амплитуда первой гармоники входного напряжения (кривая 2 на рис. 3) - Um1 = 1,27Um,, где Um - амплитуда импульсов. Коэффициент 1,27 для импульсов другой формы будет иным, его значения можно найти, например, в [2]. Действующее напряжение первой гармоники U1 = 0,707Um1 = 0,9Um, откуда Um = 1.1U1 Напряжение на выходе фильтра меньше на величину падения на активном сопротивлении дросселя, поэтому для работы двигателя в номинальном режиме преобразователь должен генерировать прямоугольные импульсы ("меандр") амплитудой Um=1,1·U1·Rд/(Rд+R1)=1,1·220·645/(645+ 17,6) = 236 В.

Правильность расчетов проверена компьютерным моделированием разработанного фильтра с помощью программы Electronics Workbench. Полученный на модели график выходного напряжения (см. кривую 3 на рис. 3) из-за присутствия в нем не до конца подавленных высших гармоник отличается от синусоиды и соответствует реально наблюдаемому на экране осциллографа при работе электродвигателя с фильтром.

В изготовленном фильтре в качестве С1 и С2 были применены группы соединенных параллельно для получения нужной емкости конденсаторов КБГ-МН, МБГЧ, МБГП, МБМ на напряжение не менее 1000 В (С1) и не менее 400 В (С2). Дроссель от люминесцентного светильника можно заменить любым другим близкой индуктивности, способным выдержать без перегрева потребляемый двигателем ток. Самодельный дроссель мотают на стальном магнитопроводе УШ 16x30. Его обмотка - 870 витков провода ПЭВ-2 0,3.

Практика показала, что фильтр требует настройки, причем его последовательную и параллельную ветви лучше настраивать независимо. Для этого потребуются лампа накаливания 220 В, 75 Вт и вольтметр переменного тока. В качестве "источника сигнала", соблюдая все необходимые меры предосторожности, можно воспользоваться электросетью.

Последовательный контур L1C1 настраивают по схеме, показанной на рис. 4. Лампа EL1 служит эквивалентом нагрузки и одновременно - индикатором настройки. Исходную емкость конденсатора С1 берут немного меньше расчетной. Ее постепенно увеличивают, подключая параллельно основному дополнительные конденсаторы меньшей емкости. Цель - добиться наибольшей яркости свечения лампы или минимальных показаний вольтметра.

Параллельный контур настраивают по схеме, показанной на рис. 5, добиваясь наименьшей яркости свечения лампы или максимальных показаний вольтметра.

Во время настройки вал двигателя должен вращаться без механической нагрузки.

Литература

1. Чаки Ф. и др. Силовая электроника. - М.: Энергоиздат, 1982.
2. Бессонов Л. Теоретические основы электротехники. - М.: Высшая школа, 1973.

Автор: В.Володин, г.Одесса, Украина

Смотрите другие статьи раздела Радиолюбителю-конструктору.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Власть является ключевым фактором счастья в отношениях 11.03.2026

Исследования семейных и романтических отношений показывают, что длительное счастье пары зависит не только от привычных факторов, таких как доверие, уважение и преданность, но и от более тонких психологических аспектов. Современные ученые ищут закономерности, которые отличают действительно счастливые пары от остальных, чтобы понять, какие механизмы поддерживают гармонию в отношениях. Группа исследователей из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге и Бамбергского университета провела опрос среди 181 пары, которые состояли в совместных отношениях более восьми лет и прожили вместе хотя бы месяц. Участники заполняли анкету, описывая различные аспекты своих отношений, включая распределение обязанностей, эмоциональную поддержку и степень вовлеченности в совместные решения. Анализ данных показал интересный паттерн: пары, где оба партнера ощущали высокий уровень личной власти, оказывались наиболее счастливыми и удовлетворенными. В данном контексте под властью понимается способност ...>>

Защищенная колонка-повербанк Anker Soundcore Boom Go 3i 11.03.2026

Компания Anker представила новую модель линейки Soundcore - колонку Soundcore Boom Go 3i, ориентированную на активное использование на улице. Новинка отличается высокой степенью защиты: корпус соответствует стандарту IP68, что обеспечивает водо- и пыленепроницаемость, а ударопрочный дизайн выдерживает падение с высоты до одного метра. За качество звука отвечает 15-ваттный драйвер, обеспечивающий пик громкости до 92 дБ, а технология BassUp 2.0 усиливает низкие частоты, делая звучание более насыщенным. Колонка обладает автономностью до 24 часов, а LED-индикатор позволяет контролировать уровень заряда батареи. Кроме того, Soundcore Boom Go 3i может выполнять функцию павербанка: согласно внутренним тестам, устройство способно зарядить iPhone 17 с нуля до 40% за один час, что делает его полезным аксессуаром в походах и поездках. Среди функциональных особенностей модели стоит выделить технологию Auracast, которая улучшает подключение и позволяет создавать стереопару из двух колонок ...>>

Раннее воздержание от алкоголя перестраивает мозг и иммунитет 10.03.2026

Алкогольная зависимость - хроническое расстройство с компульсивным употреблением спиртного, которое влияет не только на поведение, но и на функционирование мозга и иммунной системы. Недавние исследования показали, что даже на ранних этапах воздержания организм начинает перестраиваться, открывая новые возможности для терапии зависимости. Ученые сосредоточились на пациентах, находящихся в первые недели абстиненции, и зафиксировали значительные изменения в мозговой активности. С помощью функциональной магнитно-резонансной томографии они выявили перестройку сетей нейронных связей, отвечающих за контроль импульсов и принятие решений. Эти изменения могут быть ключевыми для восстановления самоконтроля и снижения риска рецидива. Одновременно с нейронной перестройкой исследователи наблюдали колебания иммунной системы. В крови повышался уровень цитокинов - сигнальных белков, регулирующих воспалительные процессы. Эти данные свидетельствуют о существовании нейроиммунного взаимодействия, при ...>>

Случайная новость из Архива Гренландия катастрофически теряет лед 24.08.2020 Ледовый щит Гренландии, который является вторым по величине, в 2019 году потерял рекордные 532 миллиарда тонн льда. Только в июле растаяло 223 миллиарда тонн льда. Для сравнения, в 2003-2016 годах Гренландия теряла по 255 миллиардов тонн льда в год. В прошлом году ледник потерял на 15% льда, чем в 2012 году, когда тоже растаяла большая часть щита. По словам ученых, вода, которая растаяла в Гренландии в 2019 году, может затопить всю территорию Великобритании на 2,5 метра. Таяние льда связывают с изменениями климата. 2019 год был третьим самым жарким с 1880-х годов, температура воздуха в Арктике тоже поднялась до рекордных значений. Ученые считают, что к рекордному таянию привели постоянный рост температуры, небольшое количество снегопадов, а также безоблачное небо. Из-за этого большее количество солнечных лучей попали на ледник. В 2017-2018 годах в Гренландии выпало рекордное количество снега, а лето было аномально холодным. Но временное похолодание не уберегло от рекордного таяния в 2019. До конца столетия только из-за таяния ледников Гренландии уровень моря поднимется на 10 сантиметров, в общем же ожидается, что к 2100 году уровень воды поднимается на метр. Это значит, что под водой могут оказаться Лондон, Шанхай, Гонконг и острова в Тихом океане. Пострадать могут 300 миллионов человек по всему миру. Ранее международная группа ученых заявила о том, что с 2000 года скорость таяния ледяного щита Гренландии резко подскочила и снег, который выпадает, не успевает компенсировать потери. Исследователи утверждают, что этот процесс уже нельзя остановить.

Другие интересные новости:

▪ Пища из насекомых создаст безотходное сельское хозяйство

▪ Система распознавания жестов на базе 60-ГГц радиоволн

▪ Интерфейс my Home Screen 2.0 в телевизорах Panasonic VIERA

▪ История африканской пыли

▪ Разблокировка Knock смартфонов LG

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Инструменты и механизмы для сельского хозяйства. Подборка статей

▪ статья Привычка - вторая натура. Крылатое выражение

▪ статья Чем объясняется различие берегов рек, текущих в направлении меридиана? Подробный ответ

▪ статья Гломерулонефрит. Медицинская помощь

▪ статья Фронтальная акустика: подиумы под 6х9. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Не спешите выбрасывать энергосберегающую лампу. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026