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:

Открыт обращаемый драйвер старения 04.10.2025

Недавняя работа ученых из Сямэньского университета в Китае показала, что в гипоталамусе, главном регуляторе внутренних функций организма, кроется один из ключей к продлению молодости. Команда под руководством Лиге Ленга обнаружила, что снижение уровня белка менина в гипоталамусе связано с ускорением процессов старения. Менин, как выяснилось, играет важную роль в предотвращении воспаления и поддержании нормальной работы нейронов. Когда его уровень снижается, в мозге возрастает активность воспалительных сигналов, что запускает цепную реакцию возрастных изменений во всем организме - от ослабления когнитивных функций до потери плотности костей и истончения кожи. Чтобы понять, как именно менин влияет на старение, ученые вывели генномодифицированных мышей, у которых этот белок можно было выборочно отключить. Даже у молодых животных такое вмешательство быстро привело к ухудшению памяти, снижению прочности костей и эластичности кожи, а также к укорочению жизни. Эти результаты убедительно ...>>

Твердотельные батареи Panasonic 04.10.2025

Твердотельные аккумуляторы считаются следующим шагом в эволюции энергосистем: в отличие от традиционных литиево-ионных, они не содержат жидкого электролита, что существенно снижает риск возгорания и утечки. Именно на это делает ставку Panasonic, намереваясь завершить подготовку первых образцов к марту 2027 года, то есть к концу 2027 финансового года. Как сообщил технический директор подразделения Panasonic Energy Сеичиро Ватанабе, после выпуска опытных моделей клиенты проведут тесты, которые могут занять около двух лет, прежде чем начнется полноценное серийное производство. Хотя основным направлением для компании по-прежнему остаются литиево-ионные аккумуляторы, Panasonic стремится использовать свой опыт в сфере электромобильных технологий, чтобы выйти на новые рынки - прежде всего в области роботов и промышленных систем. На этом направлении японская корпорация намерена соперничать с такими компаниями, как TDK, уже закрепившимися в сегменте твердотельных решений. Интерес к новой ...>>

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Случайная новость из Архива Икусственный аналог присоски рыбы-прилипалы 28.09.2017 Специалисты разработали новое присосное устройство, которое будет прикрепляться к акулам и дельфинам и должно выдерживать высокие скорости и резкие повороты животных. Интересно, что моделью для ее создания послужил орган-присоска рыбы-прилипалы. Отслеживать акул или дельфинов (с целью изучения их образа жизни) не так уж просто. Для этого требуется прикреплять к животным датчики, которые бы смогли работать под водой и выдерживать высокие скорости, резкие повороты и т. д. Чтобы решить эту проблему, исследователи из Китая и США разработали присоску, которая прикрепляется к гладкой коже, способна работать под водой и выдерживать резкие движения. При этом в качестве модели для устройства ученые использовали орган-присоку рыбы-прилипалы. Прилипалы - это рыбы, у которых вместо переднего спинного плавника - огромная присоска, которую они используют, чтобы цепляться за китов, акул и черепах. Рыбы-прилипалы могут выдерживать даже самые высокие скорости, резкие повороты и не отцепляться. Сконструированное по аналогу присоки прилипал, устройство имеет огромную мягкую резиновую присоску, а также сотни небольших жестких выступов, расположенных в ряд. Такие же есть и у прилипал - рыбы могут изменять их, чтобы достичь необходимого трения. В тестах устройство могло удерживаться на различных гладких и шероховатых поверхностях под водой, включая акулью кожу. Следующим шагом будет испытание устройства на реальных акулах и дельфинах.

Другие интересные новости:

▪ Съедобные покрытие для продления сроков годности продуктов

▪ Siemens представил мобильный телефон ST60

▪ Toshiba обещает выпустить батарею со сроком службы 10 лет

▪ Ключ к телефону

▪ Полупроводниковые материалы из канализации

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электробезопасность, пожаробезопасность. Подборка статей

▪ статья Чужими руками жар загребать. Крылатое выражение

▪ статья Что такое асбест? Подробный ответ

▪ статья Абельмош съедобный. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Два генератора на КМОП микросхеме. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Летающая спичка. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025