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:

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 Искусственные мускулы из натуральных белков 15.02.2022 Группе исследователей из Фрайбургского университета удалось разработать искусственные мышцы, которые используют естественные процессы в организме. Ученые продемонстрировали автономную сгибающуюся мышцу, которая движется, потребляя химическое топливо, подобно аналогам у людей или у животных. Наша искусственная мышца все еще является прототипом. Однако высокая биосовместимость материала и возможность корректировки его состава для соответствия конкретным тканям и технологическим применениям могут проложить путь для будущих применений в реконструктивной медицине, протезировании, фармацевтике или мягкой робототехнике, - рассказывает Стивен Шиллер. В прошлом ученые применяли натуральные белки для создания искусственных мышечных систем, встраивая их в крошечные молекулярные машины или полимеры. Однако им не удавалось разработать полностью биологические синтетические мышцы. Натуральный белок, используемый командой из Фрайбурга, основан на природном волокнистом белке, называемом эластином. Исследователи разработали два синтетических эластиноподобных белка, один из которых реагирует на колебания кислотности среды, а другой - на изменения температуры. Ученые объединили два белка с помощью фотохимического перекрестного связывания, чтобы сформировать слоистый материал, которому можно легко придать форму, чтобы задать направление его движения. Затем им удалось вызвать ритмичные сокращения с помощью химического источника топлива, сульфита натрия. В колебательной химической реакции, в которой кислотность меняется циклами из-за особой связи нескольких реакций, добавленная энергия превращалась в механическую энергию. Таким образом, исследователи заставили материал циклически сокращаться автономно. Они также могли включать и выключать сокращения с помощью изменения температуры. При этом можно было запрограммировать определенные состояния материала, и снова сбросить их с помощью другого стимула. Таким образом, ученые создали простую систему реализации "заучивания и забывания" на материальном уровне. Поскольку он получен из встречающегося в природе белка эластина и производится с помощью биотехнологических средств, наш материал отличается высокой устойчивостью, которая также актуальна для технических применений, - поясняет Шиллер. В будущем материал может быть доработан для реагирования на другие раздражители, такие как электричество, концентрация соли в окружающей среде, и для потребления других источников энергии, например, полученной из биомассы. Мы находимся в состоянии, когда мы можем разрабатывать концепции белкового материала, имитирующие сложные биологические функции, даже в отношении памяти и обучения, - подвел итог Шиллер. В будущем специалисты предполагают создавать белковые материалы, которые используют АТФ, "валюту", которой обмениваются клетки, чтобы использовать новые подходы в биомедицинских приложениях, таких как регенерация тканей и новое поколение нанотехнологических роботов для доставки лекарств в человеческие органы.

Другие интересные новости:

▪ Laptop за 100$

▪ Влияние перца на сон

▪ Новый импульсный регулятор

▪ Наушники Studio Pro

▪ Рестораны завтрашнего дня от Burger King

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Опыты по физике. Подборка статей

▪ статья Клод Адриан Гельвеций. Знаменитые афоризмы

▪ статья За что московский князь Иван I Данилович получил прозвище Калита? Подробный ответ

▪ статья Гравитаскоп. Детская научная лаборатория

▪ статья Автомат - выключатель освещения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Питание люминесцентной лампы от аккумуляторной батареи. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026