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:

Не вся растительная пища полезна для психики 10.09.2026

Растительная пища традиционно считается одной из основ здорового рациона, поэтому специалисты по питанию обычно рекомендуют чаще включать в меню овощи, фрукты, цельнозерновые продукты и другие продукты растительного происхождения. Однако важна не только принадлежность пищи к растительной категории, но и способ ее обработки, количество сахара и другие характеристики рациона. Исследование иранских ученых показывает, что разные варианты растительного питания могут по-разному отражаться на психологическом состоянии человека. К такому выводу пришли исследователи из Исфаханского университета медицинских наук. Они изучали взаимосвязь между характером питания и эмоциональным состоянием взрослых людей, уделяя особое внимание симптомам депрессии и тревожности. Результаты работы были опубликованы в научном журнале PLOS One. При этом специалисты не утверждали, что отдельные продукты непосредственно вызывают депрессию: речь шла о статистической связи между определенными пищевыми привычками и сос ...>>

Подвесной робот Stringman для уборки комнаты 10.09.2026

Домашняя робототехника в основном развивается вокруг двух привычных направлений: роботов-пылесосов и многофункциональных гуманоидных машин. Но далеко не все задачи требуют колесной платформы или сложного человекоподобного механизма. Инженер Натаниэль Нифонг (Nathaniel Nifong), основатель стартапа Newfangled, предложил необычную альтернативу - подвесного робота Stringman, способного перемещаться над полом и самостоятельно собирать разбросанные предметы. Вместо того чтобы передвигаться по поверхности помещения, Stringman использует принцип, знакомый по тросовым системам камер Spidercam, применяемым на стадионах. В четырех верхних углах комнаты устанавливаются натяжные блоки, от которых к центральному рабочему модулю идут тонкие, но прочные тросы. Изменяя их натяжение, система может перемещать манипулятор практически в любую точку обслуживаемого пространства. Такое решение позволяет обойти некоторые ограничения традиционных роботов на колесах. Подвесной механизм не сталкивается с пр ...>>

Микрогравитация не ослабляет сердечные клетки 09.09.2026

Продолжительное пребывание в космосе подвергает человеческий организм воздействию условий, с которыми он никогда не сталкивается на Земле. Микрогравитация изменяет распределение жидкостей, способствует потере костной и мышечной массы, а космическое излучение способно повреждать ДНК. Особое значение для будущих длительных экспедиций имеет состояние сердечно-сосудистой системы. Новый эксперимент с мышами на борту Международной космической станции показал, что клетки сердечной мышцы могут сохранять силу сокращения даже после нескольких недель пребывания в микрогравитации. Исследователи давно наблюдают за тем, каким образом отсутствие привычной земной гравитационной нагрузки отражается на организме. В космосе жидкости перераспределяются в сторону верхней части тела, позвоночник немного растягивается, из-за чего рост временно увеличивается, а скелетные мышцы постепенно теряют массу и силу. Однако сердечная мышца работает в несколько иных условиях, поэтому специалисты Чикагского университ ...>>

Случайная новость из Архива Пиксели, которые звучат 05.06.2025 Исследователи из Пхоханского университета науки и технологии (POSTECH) в Южной Корее представили революционную разработку - OLED-дисплей, каждый пиксель которого способен воспроизводить звук. Иными словами, сам экран становится многоканальным звуковым массивом, не нуждающимся в традиционных внешних динамиках. Размер первого прототипа - 13 дюймов, что делает его сравнимым с дисплеями, используемыми в планшетах и ноутбуках. Главная инновация состоит в размещении внутри панели сверхтонких пьезоэлектрических преобразователей. Они встраиваются под светодиодные слои и способны создавать локальные вибрации, тем самым генерируя звук именно в той области экрана, где это необходимо. Эта технология получила название "локальный звук на основе пикселей". Руководил проектом профессор Су Сок Чхве, а одним из ключевых участников стал аспирант Инпе Хонг. Команда провела тонкую настройку конструкции панели: вокруг вибрационных модулей были размещены специальные рамки, позволяющие контролировать распространение акустических волн. Эти рамки формируют четкие границы звуковых зон и минимизируют искажения, возникающие при работе устройства. Это особенно важно для воспроизведения чистого звука в широком частотном диапазоне. Тестирование прототипа показало, что дисплей сохраняет стабильный уровень звукового давления даже при изменениях напряжения на входе или расстояния до слушателя. Звук из одной зоны не "переливается" в другую, что было давней проблемой других технологий, пытавшихся интегрировать звук в панель. Благодаря изоляции между источниками удается избежать перекрестных помех и добиться точной локализации звука. В отличие от прежних попыток соединить дисплей и звук в гибридных системах, где качество страдало ради компактности, разработка POSTECH предлагает оптимальный баланс. Панель остается тонкой, а акустическая составляющая - мощной и четкой. Уже на этапе прототипа стало ясно, что технология может быть внедрена в современные производственные процессы OLED-панелей, в том числе тех, что используются в ноутбуках, мобильных устройствах и автомобильной электронике. Несмотря на техническую готовность, команда пока не раскрывает коммерческих планов. Неясно, когда технология может попасть на рынок и будет ли она вообще принята производителями массово. Однако уже сейчас ясно, что разработка открывает новые горизонты для мультимедийных интерфейсов.

Другие интересные новости:

▪ Термоустойчивый биопластик

▪ Panasonic Lumix S5

▪ Кошачья ненависть к закрытым дверям

▪ Новые 16-разрядные цифровые сигнальные процессоры

▪ Емкость жестких дисков кардинально увеличится

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Домашняя мастерская. Подборка статей

▪ статья Мизинца не стоит. Крылатое выражение

▪ статья Каким было первое шоссе? Подробный ответ

▪ статья Монтажник связи-линейщик. Должностная инструкция

▪ статья Дробный квантовый эффект Холла. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Универсальное зарядное устройство для аккумуляторов СЦ-21, СЦ-32, Д-0,06, Д-0,1, Д-0,25, Д-0,55, 7Д-0,115, 316, 332, 3336. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026