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:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Обновлена спецификация NFC 17.05.2020 Организация NFC Forum объявила об обновлении беспроводной технологии ближнего действия, которая добавляет беспроводную зарядку к стандарту. Таким образом, будущие устройства с NFC смогут предлагать функции беспроводной зарядки. Хотя их возможности будут более ограничены по сравнению с популярным стандартом Qi, используемым практически на всех других устройствах. Новый стандарт NFC обеспечивает значительно меньшую мощность, передаваемую беспроводным способом - всего 1 Вт по сравнению с базовой мощностью стандарта Qi в 5 Вт. (Быстрая зарядка Qi может достигать мощности 10 Вт и более на стандартном оборудовании.) И для этого потребуется использовать новые аппаратные компоненты. Потому не получится добавить беспроводную зарядку на существующие устройства с поддержкой NFC простым обновлением прошивки. Учитывая ограничение по мощности, новый стандарт не позиционируется в качестве замены беспроводной зарядки Qi в энергоемких смартфонах, а скорее призван дополнить ее. В отличие от стандарта Qi, которому требуются физически большие катушки для передачи энергии между устройствами, новая спецификация стандарта беспроводной зарядки WLC для NFC позволяет использовать одну антенну как для передачи данных, так и для зарядки. Идея состоит в том, что небольшие устройства, такие как наушники, фитнес-трекеры или умные часы, могут использовать новый стандарт на основе NFC для зарядки на ходу. В таком случае аналогичным образом оборудованные модулем NFC смартфоны смогут выполнять роль зарядных устройств. Стандарт WLC только сейчас был добавлен к спецификации NFC, так что потребуется некоторое время, прежде чем производители оборудования начнут использовать его в своих продуктах.

Другие интересные новости:

▪ Вьючный робот

▪ Каменная батарея

▪ Снижение негативного воздействия телевидения на мозг

▪ Оптопары для высокоскоростного обмена данными

▪ Вирусы помогают иммунитету

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы. Подборка статей

▪ статья Мы с вами где-то встречались! Крылатое выражение

▪ статья Когда в зоопарках было модно наряду с животными показывать негров? Подробный ответ

▪ статья Рукола. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Указатели угла поворота антенны. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Микросхемы флэш памяти SАMSUNG. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025