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:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Правила испытаний робомобилей 25.05.2014 Отдел транспортных средств Калифорнии (США) обнародовал свод правил, в соответствии с которыми должны осуществляться испытания автомобилей с системой автопилотирования на дорогах общего пользования. Исследования в области создания робомобилей, способных передвигаться без участия человека, ведут многие компании, в частности Google, Ford, Toyota и Volvo. К примеру, Google уже довольно давно тестирует машины с автопилотом на дорогах общего пользования некоторых американских штатов, а недавно такие транспортные средства благодаря усилиям Volvo появились в шведском городе Гетеборг. Принятые в Калифорнии правила вступят в силу 16 сентября 2014 года. Они содержат требования по регистрации роботизированных транспортных средств, страховке, тестированию и предоставлению информации регуляторам. Компаниям, занимающимся разработкой робомобилей, необходимо будет предоставлять положительные результаты их тестирования в контролируемой обстановке. Водителям, находящимся в салоне таких машин, придется проходить дополнительные курсы обучения, учитывающие особенности и специфику эксплуатации транспортных средств с автопилотом. Во время движения робомобилей по дорогам общего пользования за рулем должен всегда находиться человек, готовый в любой момент взять управление на себя. Страховка должна составлять $5 млн. О любых инцидентах, связанных с автомобилями с автопилотом, их разработчики обязаны в 10-дневный срок сообщать в Отдел транспортных средств Калифорнии. Туда же должна направляться информация о причинах, по которым водитель был вынужден отключить систему автопилотирования.

Другие интересные новости:

▪ Еще один барьер на пути к Марсу

▪ Спортивные пенсионеры реже умирают от инфарктов

▪ Объемный глаз микроскопа

▪ Доказана польза четырехдневной рабочей недели

▪ Мозг людей работает по-разному

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Студенту на заметку. Подборка статей

▪ статья Джошуа Рейнольдс. Знаменитые афоризмы

▪ статья Какая героиня русской литературы дала название принципу, объясняющему способность экономических систем к адаптации? Подробный ответ

▪ статья Машинист щебнераспределителя. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Конструкции громкоговорителей. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Чудо-пистолет. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026