Три фазы - без потери мощности. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Электроснабжение

 Комментарии к статье

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 lл в векторном виде равен разности токов l3 и I2, а по абсолютному значению соответствует величине Iф√3, где lф=l1=I2=l3=Un/R - фазный ток нагрузки. Un=U1=U2=U3=220 В - линейное напряжение сети.

К конденсатору С1 приложено напряжение UC1=U2, ток через него равен lc1 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 In. Сдвиг фаз между токами IС1 и IL1 составляет 60°, поэтому треугольник из векторов Iл, lC1 и IL1 - равносторонний, а их абсолютная величина составляет IC1=IL1=Iл=Iф√3

В свою очередь, фазный ток нагрузки Iф=P/3Uл. 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 lC1=IL1=P/(√3Uл)=P/380. показанная на рис. 1 цепь L1C1 обеспечит на нагрузке трехфазное напряжение с точным соблюдением сдвига фаз.

В табл. 1 приведены значения тока lC1=lL1 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 φ порядка 20...40°. На шильдиках электродвигателей обычно указывают не угол, а его косинус - широко известный cosφ, 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 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 Lн 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 Iлсosφ и реактивную lлsinφ. В результате решения системы уравнений для определения необходимых значений токов через конденсатор С1 и катушку L1

lС1sin30°+ILlsin30°=lлcosφ,

lС1sin30°-ILlsin30°=lлsinφ

получаем следующие значения этих токов:

lС1=2/√3·lлsin(φ+60°),

IL1=2/√3·lлcos(φ+30°),

При чисто активной нагрузке (φ=0) формулы дают ранее полученный результат: lС1=IL1=Iл. На рис. 5 приведены зависимости отношений токов lC1 и lL1 к IЛ от соsφ, рассчитанные по этим формулам. Для ф=30° (cosφ=√3/2=0,87) ток конденсатора С1 максимален и равен 2/√3Iл= 1,15Iл, а ток дросселя L1 вдвое меньше. Этими же соотношениями с хорошей степенью точности можно пользоваться для типовых значений соsφ, равных 0,85...0,9.

В табл. 2 приведены значения токов IC1, IL1 протекающих через конденсатор С1 и дроссель L1 при различных величинах полной мощности нагрузки, имеющей указанное выше значение cosφ=√3/2.

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 и 1*. 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 [1, 2] 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 [3]. 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.

Автор: С.Бирюков, г.Москва

Смотрите другие статьи раздела Электроснабжение.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Построен высокотемпературный сверхпроводящий токамак 16.06.2024 Термоядерная энергетика - одно из самых перспективных направлений современной науки, и китайская компания Energy Singularity сделала значительный шаг в этой области, создав первый высокотемпературный сверхпроводящий токамак HH70. Эта установка, расположенная в восточном районе Шанхая, стала первым в мире сверхпроводящим токамаком, построенным частной компанией, что является важным достижением как для Китая, так и для мировой науки. Токамак представляет собой сосуд в форме пончика, который использует магнитные поля для удержания плазмы. В таких условиях можно достичь необходимой температуры для термоядерного синтеза, при котором атомы водорода сливаются, образуя гелий и выделяя огромное количество энергии. Это явление лежит в основе солнечной энергии и может стать ключом к созданию практически неограниченного источника чистой энергии на Земле. Компания Energy Singularity стремится доказать, что токамаки не обязательно должны быть гигантскими и дорогостоящими. Согласно отчету CGTN, их установка HH70 меньше и дешевле существующих аналогов. Это стало возможным благодаря использованию высокотемпературного сверхпроводящего материала REBCO, который представляет собой тонкие ленты из оксида редкоземельного бария и меди. Эти ленты можно производить в больших масштабах, что снижает затраты на их закупку и использование. Уникальность токамака HH70 заключается в его способности работать при высоких температурах, используя инновационную магнитную систему на основе материала REBCO. Это позволяет создавать компактные и экономичные термоядерные установки. Energy Singularity утверждает, что их технологии позволят сократить объем термоядерных установок примерно в 50 раз по сравнению с существующими токамаками. Эффективность термоядерных реакторов измеряется с помощью коэффициента Q, который представляет собой отношение производимой энергии к энергии, необходимой для поддержания реакции. На данный момент наивысшее значение Q, достигнутое в токамаках, составляет 1,53. Однако Energy Singularity ставит перед собой амбициозную цель создать токамаки со значением Q, равным 10, что будет значительным прорывом в термоядерной энергетике. Планы компании включают строительство токамака следующего поколения к 2027 году и демонстрацию своей технологии к концу десятилетия. Это позволит не только подтвердить жизнеспособность их подхода, но и откроет путь к коммерческому использованию термоядерной энергии. Создание первого высокотемпературного сверхпроводящего токамака компанией Energy Singularity представляет собой значительный шаг вперед в области термоядерной энергетики. Инновационные материалы и компактный дизайн установки HH70 демонстрируют, что эффективные термоядерные реакторы могут быть доступными и масштабируемыми. Успешная реализация этих технологий может привести к революции в энергетике, предоставив человечеству почти неограниченный источник чистой энергии.

Другие интересные новости:

▪ Плутон излучает рентгеновское излучение

▪ Покрышки для планетоходов

▪ Влияние женского голоса на мужское поведение

▪ Отопление компьютерами

▪ Грибы - самые древние существа на Земле

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Автомобиль. Подборка статей

▪ статья Иоганн Гауг. Знаменитые афоризмы

▪ статья Кто приказал построить вокруг осаждаемого города еще одни стены для собственной защиты? Подробный ответ

▪ статья Машинист тракторного погрузчика. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Интерфейс RS-232C. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Кабели коаксиальные отечественные РК75-4-11 - РК75-7-22. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026