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:

Токсичность интернета преувеличена 07.01.2026

Социальные сети нередко воспринимаются как арена постоянной агрессии, оскорблений и распространения фейковой информации. Новое исследование Стэнфордского университета показывает, что реальность значительно отличается от популярного представления: интернет гораздо менее токсичен, чем многие пользователи считают. Ученые опросили более тысячи американцев, попросив их оценить долю пользователей соцсетей, которые ведут себя агрессивно или распространяют ненависть. Оказалось, что впечатления людей сильно преувеличивают масштабы проблемы. Например, респонденты считали, что почти половина пользователей Reddit хотя бы раз оставляла оскорбительные комментарии, тогда как фактические данные платформы показывают, что таких людей не более 3%. Аналогичная ситуация наблюдается с дезинформацией. Опрос показал, что большинство участников считали почти половину аудитории Facebook распространителями фейковых новостей, однако статистика говорит об обратном: фактическая доля таких пользователей состав ...>>

Процессоры Ryzen AI 400 07.01.2026

Современные вычисления все больше ориентируются на интеграцию искусственного интеллекта и высокую производительность в компактных устройствах, таких как ноутбуки и мини-ПК. Новая линейка процессоров AMD Ryzen AI 400 демонстрирует, как разработчики объединяют мощные центральные ядра, графику и нейросетевые ускорители в одном чипе, чтобы удовлетворять растущие потребности пользователей в играх, контенте и ИИ-приложениях. AMD представила процессоры серии Gorgon Point, которые включают до 12 ядер Zen 5 и до 24 потоков вычислений. Чипы поддерживают интегрированную графику RDNA 3.5, обеспечивают максимальную тактовую частоту до 5,2 ГГц и имеют энергопотребление от 15 Вт до 54 Вт. Особое внимание уделено NPU, способному обрабатывать до 60 триллионов операций в секунду (TOPS), что делает эти процессоры эффективными для задач с искусственным интеллектом. Конструкция Ryzen AI 400 сочетает ядра Zen 5 и Zen 5c, обеспечивая высокую гибкость и производительность. Несмотря на то, что архитектур ...>>

Женщины лучше распознают признаки болезни по лицу 06.01.2026

Способность распознавать, что кто-то нездоров, часто проявляется интуитивно: бледная кожа, опущенные веки, уставшее выражение лица могут сигнализировать о недомогании. Новое исследование международной группы ученых показало, что женщины в среднем точнее мужчин улавливают такие тонкие невербальные признаки болезни, что может иметь эволюционные и социальные объяснения. В отличие от предыдущих работ, где использовались отредактированные фотографии или имитация больных лиц, ученые решили проверить, насколько люди способны распознавать естественные признаки недомогания. Такой подход позволил оценить реальную чувствительность к изменениям в лицах, возникающим при болезни. В исследовании приняли участие 280 студентов, поровну мужчин и женщин. Участникам предложили оценить 24 фотографии, на которых изображены люди как в здоровом состоянии, так и во время болезни. Это дало возможность сравнить восприятие естественных признаков недомогания в реальных лицах. Для анализа состояния каждого ...>>

Случайная новость из Архива Свинец прочнее, чем сталь 02.12.2019 В нормальных условиях свинец относительно мягкий, легко царапается ногтем. Но при сжатии при экстремальных давлениях он становится твердым и прочным - даже сильнее, чем сталь. Чтобы изучить, как сила свинца изменилась под давлением, исследователи быстро сжали образец свинца, взорвав его лазерами в Национальном центре зажигания в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса в Калифорнии. Давление в образце достигло около 400 гигапаскалей - аналогично давлению в ядре Земли. Прочность материала характеризует его реакцию на напряжение - силу, приложенную к данной области. Чем больше напряжение, которое может выдержать вещество до его деформации, тем оно сильнее. Физик Эндрю Кригье из Лоуренса Ливермор и его коллеги наблюдали, как пульсации в свинце росли и деформировались в условиях высокого давления. Рост был относительно медленным, указывая на то, что металл был в 250 раз прочнее свинца в нормальных условиях и примерно в 10 раз прочнее, чем высокопрочная сталь. Когда материалы сжаты, их свойства могут резко измениться. Например, водород - обычно газ - может превратиться в металл. Понимание того, как вещества изменяются в ответ на давление, может быть важно для улучшения конструкции защитного снаряжения, такого как пуленепробиваемые жилеты. Расчеты показывают, что давление изменяет кристаллическую структуру свинца, вызывая перестройку его решетки атомов. Исследователи пришли к выводу, что это структурное изменение приводит к более прочному металлу.

Другие интересные новости:

▪ Робот Emo улыбается одновременно с человеком

▪ Аспирин - виновник смерти

▪ Концептуальный автомобиль GM Precept

▪ Адаптивные фары следят за глазами водителя

▪ Мощный универсальный сверхбыстрый лазерный импульс

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Узлы радиолюбительской техники. Подборка статей

▪ статья Клод Леви-Стросс. Знаменитые афоризмы

▪ статья Слышат ли змеи? Подробный ответ

▪ статья Эксплуатация скважин, оборудованных установками бесштанговых насосов. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Измеритель напряжения и тока. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Стабильный генератор для УКВ передатчика. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026