Опубликовано

Из однофазного в трехфазный

Содержание

Вращающий момент, вполне достаточный для запуска указанных электродвигателей от однофазной сети 220 В/50 Гц, можно получить за счет сдвига токов по фазе в фазных обмотках ЭД, применив для этого двунаправленные электронные ключи, включение которых осуществляется в определенное время.
Исходя из этого, для пуска 3-фазных ЭД от однофазной сети автором были разработаны и отлажены две простые схемы. Обе схемы опробованы на ЭД мощностью 0,5. 2,2 кВт и показали очень хорошие результаты (время пуска не намного больше, чем в трехфазном режиме). В схемах применяются симисторы, управляемые импульсами разной полярности, и симметричный динистор, который формирует управляющие сигналы в течение каждого полупериода питающего напряжения.

Первая схема (рис.1) предназначена для пуска ЭД с номинальной частотой вращения, равной или меньше 1500 об/мин, обмотки которых соединены в треугольник. За основу этой схемы была взята схема , которая упрощена до предела. В этой схеме электронный ключ (симистор VS1) обеспечивает сдвиг тока в обмотке «С» на некоторый угол (50. 70°), что обеспечивает достаточный вращающий момент.

Фазосдвигающим устройством является RC-цепочка. Изменяя сопротивление R2, получают на конденсаторе С напряжение, сдвинутое относительно питающего напряжения на некоторый угол. В качестве ключевого элемента в схеме применен симметричный динистор VS2. В момент, когда напряжение на конденсаторе достигнет напряжения переключения динистора, он подключит заряженный конденсатор к управляющему выводу симистора VS1 i включит этот двунаправленный силовой ключ.

Вторая схема (рис.2) предназначена для пускс ЭД с номинальной частотой вращения равной 3000 об/мин, а также для электродвигателей, работающих на механизмы с большим моментом сопротивле ния при пуске. В этих случаях требуется значительно больший пусковой момент. Поэтому была применена схема соединения обмоток ЭД «разомкнутая звезда (, рис. 14,в), которая обеспечивает максимальный пусковой момент. В указанной схеме фазосдвигающие конденсаторы заменены двумя электронными ключами Один ключ включен последовательно с обмоткой фазы «А» и создает в ней «индуктивный» (отстающий)

Бесконденсаторный пуск трехфазных электродвигателей от однофазной сети Бесконденсаторный пуск трехфазных электродвигателей от однофазной сети
сдвиг тока, второй – включен параллельно обмотке фазы «В» и создает в ней «емкостной» (опережающий) сдвиг тока. Здесь учитывается то, что сами обмотки ЭД смещены в пространстве на 120 электрических градусов одна относительно другой.
Наладка заключается в подборе оптимального угла сдвига токов в фазных обмотках, при котором происходит надежный запуск ЭД. Это можно сделать без применения специальных приборов. Выполняется она следующим образом.
Подача напряжения на ЭД осуществляется пускателем нажимного «ручного» типа ПНВС-10, через средний полюс которого подключается фазосдвигающая цепочка. Контакты среднего полюса замкнуты только при нажатой кнопке «Пуск».
Нажав кнопку «Пуск», путем вращения движка подстроечного сопротивления R2 подбирают необходимый пусковой момент. Так поступают при наладке схемы, показанной на рис.2.
При наладке схемы рис.1 из-за прохождения больших пусковых токов некоторое время (до разворота) ЭД сильно гудит и вибрирует. В этом случае лучше изменять величину R2 ступенями при снятом напряжении, а затем, путем кратковременной подачи напряжения, проверять, как происходит запуск ЭД. Если при этом угол сдвига напряжения далек от оптимального, то ЭД гудит и вибрирует очень сильно. По мере приближения к оптимальному углу двигатель «пытается» вращаться в ту или другую сторону, а при оптимальном запускается достаточно хорошо.
Автор производил отладку схемы, показанной на рис.1, на ЭД 0,75 кВт 1500 об/мин и 2,2 кВт 1500 об/мин, а схемы, показанной на рис.2, на ЭД 2,2 кВт 3000 об/мин.
При этом опытным путем установлено, что подобрать значения R и С фазовращающей цепочки, соответствующие оптимальному углу, можно предварительно. Для этого нужно последовательно с ключом (симистором) соединить лампу накаливания 60 Вт и включить их в сеть

220 В. Изменяя величину R, надо установить напряжение на лампе 170 В (для схемы рис.1) и 100 В (для схемы рис.2). Эти напряжения замерялись стрелочным прибором магнитоэлектрической системы, хотя форма напряжения на нагрузке не синусоидальная.
Необходимо отметить, что добиться оптимальных углов сдвига токов можно при различных сочетаниях значений R и С фазосдвигающей цепочки, т.е. изменив номинал емкости конденсатора, придется подобрать и соответствующее ему значение сопротивления.
Эксперименты проводились с симисторами ТС-2-10 и ТС-2-25 без радиаторов. В этой схеме они работали очень хорошо. Можно применить и другие симисторы с двухполярным управлением на соответствующие рабочие токи и класса напряжения не ниже 7. При использовании импортных симисторов в пластмассовом корпусе их следует установить на радиаторы.
Симметричный динистор DB3 можно заменить отечественным КР1125. У него немного меньше напряжение переключения. Возможно, это и лучше, но этот динистор очень сложно найти в продаже.
tmp5A24-4
Конденсаторы С любые неполярные, рассчитанные на рабочее напряжение не менее 50 В (лучше – 100 В). Можно применить также два полярных конденсатора, включенных последовательно-встречно (в схеме рис.2 их номинал должен быть 3,3 мкФ каждый).
Внешний вид электропривода измельчителя травы с описанной схемой запуска и ЭД 2,2 кВт 3000 об/мин показан на фото 1.

В. В. Бурлоко, г. Мориуполь
Литература
1. // Сигнал. – 1999. – №4.

Устройство бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети

H02P1/26 – одиночных многофазных асинхронных двигателей

Владельцы патента RU 2370876:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» (АлтГТУ) (RU)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводе для питания асинхронных трехфазных электродвигателей. Техническим результатом является повышение надежности и экономичности и уменьшение габаритов. В устройстве запуска статорные обмотки асинхронного двигателя соединены по схеме «треугольник» и подключены к однофазной сети через полупроводниковый ключ. В качестве полупроводникового ключа, предназначенного для закорачивания одной из статорных обмоток двигателя при соединении статорных обмоток по схеме «треугольник», использованы встречно-параллельно соединенные динисторы. Один общий выход динисторов подключен к выходам обмоток электродвигателя, одна из которых одним выходом соединена с нулем однофазной сети, а другим выходом – с фазой однофазной сети, а другая обмотка соединена с нулем однофазной сети. Другой общий выход динисторов соединен с выходами обмоток, одна из которых соединена с нулем однофазной сети, а другая – с фазой однофазной сети. 3 ил.

Изобретение относится к устройствам запуска трехфазных асинхронных электродвигателей от однофазной сети и может быть использовано в электроприводе для питания асинхронных трехфазных электродвигателей, статорные обмотки которых соединены по схеме «треугольник».

Известно устройство конденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети, содержащее конденсатор и индуктивность. Конденсатор и индуктивность имеют общий выход, который предназначен для соединения с выходами обмоток, одна из которых соединена с нулем однофазной сети, а другая соединена с фазой однофазной сети. Другой выход конденсатора соединен с фазой однофазной сети и предназначен для соединения с выходами обмоток, одна из которых соединена с нулем однофазной сети. Другой выход индуктивности соединен с нулем однофазной сети и выходами обмоток, одна из которых соединена с фазой однофазной сети. Обмотки двигателя соединены по типу треугольник (Бирюков С. Три фазы – Без потери мощности / С.Бирюков // Радио. – М. 2000. – №7. – С.37, рис.1).

Основными недостатками описанного устройства конденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети являются повышенные габариты, вследствие необходимости использования бумажных конденсаторов большой емкости и индуктивностей, а также низкая надежность ввиду наличия в схеме конденсаторов, индуктивностей.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является устройство бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети, содержащее полупроводниковый ключ для закорачивания и систему управления этим ключом, при соединении статорных обмоток по схеме «треугольник», подключенный параллельно одной обмотке. Один выход полупроводникового ключа соединен с выходами обмоток, причем одна из обмоток соединена одним выходом с нулем однофазной сети, а другим выходом – с фазой однофазной сети, а другая обмотка соединена только с фазой однофазной сети. Второй выход полупроводникового ключа соединен с выходами обмоток, одна из которых соединена с нулем однофазной сети, а другая – с фазой однофазной сети. Система управления этим полупроводниковым ключом состоит из диодного моста и двух тиристоров, включенных катодами встречно в одну из диагоналей моста. Общая катодная точка этих тиристоров соединена с минусом другой диагонали моста. (Голик В. Устройство запуска трехфазных двигателей / В.Голик // Радио. – М. 1996. – №6. – С.39, рис.1, 3).

Основными недостатками этого устройства бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети являются пониженная надежность, большие габариты и высокая стоимость, обусловленные использованием сложной системы управления запуском и введением большого количества таких элементов, как диодный мост, стабилитрон, два транзистора, два тиристора.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности и экономичности, а также снижения габаритов устройства бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети.

Для решения поставленной задачи в устройстве бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети, содержащем полупроводниковый ключ, предназначенный для закорачивания одной из статорной обмотки двигателя при соединении статорных обмоток по схеме «треугольник», согласно изобретению в качестве полупроводникового ключа использованы встречно-параллельно соединенные динистoры, причем один общий выход динисторов предназначен для подключения к выходам обмоток электродвигателя, одна из которых одним выходом соединена с нулем однофазной сети, а другим выходом – с фазой однофазной сети, а другая обмотка соединена с нулем однофазной сети, другой общий выход динисторов предназначен для соединения с выходами обмоток, одна из которых соединена с нулем однофазной сети, а другая – с фазой однофазной сети.

Повышение надежности и экономичности, а также снижение габаритов устройства бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети обусловлено использованием в качестве полупроводникового ключа встречно-параллельно соединенных динисторов, не требующих дополнительной системы управления их открытием и закрытием.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети; на фиг.2 изображена векторная диаграмма вращения, состоящего из четырех фиксированных положений магнитного потока поля статора; на фиг.3 показано пофазное изменение магнитного потока в обмотках статора в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.2.

Кроме того, на чертежах изображено следующее:

– А, В, С – статорные обмотки электродвигателя;

– I, II, III, IV – последовательные фиксированные положения вектора магнитного потока кругового вращающегося поля статора асинхронного двигателя;

– дугообразные линии со стрелкой – направления вращения магнитного поля статора;

– Uсети=f(t) – изменение питающего напряжения во времени.

Устройство бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети содержит полупроводниковый ключ, в качестве которого использованы встречно-параллельно соединенные динисторы 1 (VT1) и 2 (VT2). Один общий выход динисторов 1 и 2 предназначен для подключения к выходам статорных обмоток электродвигателя, одна из которых, обмотка А, одним выходом соединена с нулем однофазной сети, а другим выходом – с фазой однофазной сети, а другая обмотка, обмотка В, соединена с нулем однофазной сети. Другой общий выход динисторов 1 и 2 предназначен для соединения с выходами обмоток, одна из которых, обмотка В, соединена с нулем однофазной сети, а другая, обмотка С, – с фазой однофазной сети. Статорные обмотки А, В, С электродвигателя соединены по схеме «треугольник».

Работа устройства бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети осуществляется следующим образом. При прохождении положительной полуволны питающего напряжения сначала ток проходит по всем трем обмоткам А, В, С электродвигателя (фиг.3). Образуется первое положение вектора магнитного поля статора. При достижении порогового значения питающего напряжения открывается динистор 1 (VT1). Происходит закорачивание обмотки В и образуется второе положение вектора магнитного поля статора. При прохождении отрицательной полуволны питающего напряжения, сначала ток проходит по всем трем обмоткам А, В, С электродвигателя. Образуется третье положение вектора магнитного поля статора. При достижении порогового значения питающего напряжения открывается динистор 2 (VT2). Образуется четвертое положение вектора магнитного поля статора. Поле статора получается эллипсоидным, пространственным, изменяющимся во времени.

Таким образом, увеличиваются надежность и экономичность, а также снижаются габариты устройства бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети при отсутствии использования сложной системы управления запуском трехфазного электродвигателя.

Устройство бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети, содержащее полупроводниковый ключ, предназначенный для закорачивания одной из статорных обмоток двигателя при соединении статорных обмоток по схеме «треугольник», отличающееся тем, что в качестве полупроводникового ключа использованы встречно-параллельно соединенные динисторы, причем один общий выход динисторов предназначен для подключения к выходам обмоток электродвигателя, одна из которых одним выходом соединена с нулем однофазной сети, а другим выходом – с фазой однофазной сети, а другая обмотка соединена с нулем однофазной сети, другой общий выход динисторов предназначен для соединения с выходами обмоток, одна из которых соединена с нулем однофазной сети, а другая – с фазой однофазной сети.

Подключение 3х фазного двигателя на 220 без конденсаторов

Как правило, схемы без конденсаторов применяются для запуска в однофазной сети трехфазных двигателей малой мощности – от 0,5 до 2,2 киловатта. Времени на запуск тратится примерно столько же, как и при работе в трехфазном режиме.

В этих схемах применяются симисторы. под управлением импульсов с различной полярностью. Здесь же присутствуют симметричные динисторы, подающие сигналы управления в поток всех полупериодов, имеющихся в питающем напряжении.

Существует два варианта подключения и запуска. Первый вариант используется для электродвигателей, с частотой оборотов менее чем 1500 в минуту. Соединение обмоток выполнено треугольником. В качестве фазосдвигающего устройства используется специальная цепочка. Путем изменения сопротивления, на конденсаторе образуется напряжение, сдвинутое на определенный угол относительно основного напряжения. При достижении в конденсаторе уровня напряжения необходимого для переключения, происходит срабатывание динистора и симистора, вызывающее активацию силового двунаправленного ключа.

Второй вариант используется при запуске двигателей, частота вращения которых составляет 3000 об/мин. В эту же категорию входят устройства, установленные на механизмах, требующих большого момента сопротивления во время запуска. В этом случае необходимо обеспечение большого пускового момента. С этой целью в предыдущую схему были внесены изменения, и конденсаторы, необходимые для сдвига фаз, были заменены двумя электронными ключами. Первый ключ последовательно соединяется с фазной обмоткой, приводя к индуктивному сдвигу тока в ней. Подключение второго ключа – параллельное фазной обмотке, что способствует образованию в ней опережающего емкостного сдвига тока.

Данная схема подключения учитывает обмотки двигателя, смещенные в пространстве между собой на 120 0 С. При настройке определяется оптимальный угол сдвига тока в обмотках фаз, обеспечивающий надежный пуск устройства. При выполнении этого действия вполне возможно обойтись без каких-либо специальных приборов.

Подключение электродвигателя 380в на 220в через конденсатор

Для нормального подключения следует знать принцип действия трехфазного двигателя. При включении в трехфазную сеть, по его обмоткам в разные моменты времени поочередно начинает идти ток. То есть в определенный отрезок времени ток проходит через полюса каждой фазы, создавая так же поочередно магнитное поле вращения. Он оказывает влияние на обмотку ротора, вызывая вращение путем подталкивания в разных плоскостях в определенные моменты времени.

При включении такого двигателя в однофазную сеть, в создании вращающегося момента будет участвовать только одна обмотка и воздействие на ротор в этом случае происходит только в одной плоскости. Такого усилия совершенно недостаточно для сдвига и вращения ротора. Поэтому для того чтобы сдвинуть фазу полюсного тока, необходимо воспользоваться фазосдвигающими конденсаторами. Нормальная работа трехфазного электродвигателя во многом зависит от правильного выбора конденсатора.

Расчет конденсатора для трехфазного двигателя в однофазной сети:

  • При мощности электродвигателя не более 1,5 кВт в схеме будет достаточно одного рабочего конденсатора.
  • Если же мощность двигателя свыше 1,5 кВт или он испытывает большие нагрузки во время запуска, в этом случае выполняется установка сразу двух конденсаторов – рабочего и пускового. Их подключение осуществляется параллельно, причем пусковой конденсатор нужен только для запуска, после чего происходит его автоматическое отключение.
  • Управление работой схемы производится кнопкой ПУСК и тумблером отключения питания. Для запуска двигателя нажимается пусковая кнопка и удерживается до тех пор, пока не произойдет полное включение.

В случае необходимости обеспечить вращение в разные стороны, выполняется установка дополнительного тумблера, переключающего направление вращения ротора. Первый основной выход тумблера подключается к конденсатору, второй – к нулевому, а третий – к фазному проводу. Если подобная схема способствует падению мощности или слабому набору оборотов, в этом случае может потребоваться установка дополнительного пускового конденсатора.

Подключение 3х фазного двигателя на 220 без потери мощности

Наиболее простым и эффективным способом считается подключение трехфазного двигателя в однофазную сеть путем подключения третьего контакта, соединенного с фазосдвигающим конденсатором.

Наибольшая выходная мощность, которую возможно получить в бытовых условиях, составляет до 70% от номинальной. Такие результаты получаются в случае использования схемы «треугольник». Два контакта в распределительной коробке напрямую соединяются с проводами однофазной сети. Соединение третьего контакта выполняется через рабочий конденсатор с любым из первых двух контактов или проводов сети.

При отсутствии нагрузок, трехфазный двигатель возможно запускать с помощью только рабочего конденсатора. Однако при наличии даже небольшой нагрузки, обороты будут набираться очень медленно, или двигатель вообще не запустится. В этом случае потребуется дополнительное подключение пускового конденсатора. Он включается буквально на 2-3 секунды, чтобы обороты двигателя могли достигнуть 70% от номинальных. После этого конденсатор сразу же отключается и разряжается.

Таким образом, при решении вопроса как подключить трехфазный двигатель к сети 220 вольт, необходимо учитывать все факторы. Особое внимание следует уделить конденсаторам, поскольку от их действия зависит работа всей системы.

Эффективный источник питания асинхронного двигателя

Эффективный источник питания асинхронного двигателя

Данное устройство предназначено для питания трехфазных асинхронных двигателей, серийно выпускаемых промышленностью от источника низкого напряжения 12V или от осветительной сети ~220V. В отличии от всех подобных устройств, схема исполузует рекурперацию энергии обратной ЭДС обмоток двигателя что позволяет в несколько раз снизить ток потребления двигателем, особенно на холостом ходу. Например, двигатель 0.6 кВт 1350 Об/мин на холостом ходу при номинальной частоте вращения потребляет всего 4.5А от источника 12V или около 300 мА от сети ~220V. Такого потребления невозможно добиться при всех существующих способах запитки подобных двигателей. Устройство формирует полноценные 3 фазы для обеспечения нормального вращения двигателя, что позволяет плавно регулировать частоту вращения двигателя в широких пределах. При питании устройства от сети с использованием умножителя напряжения (на каждую фазу двигателя подается в этом случае 400V) мощность двигателя становится близкой к номинальной. При дальнейшем увеличении напряжения питания мощность увеличится пропорционально (при этом, естественно, увеличится потребляемый ток). Фактически, предельная мощность двигателя зависит от параметров силовых элементов схемы (тиристоров и фазных конденсаторов), а таккже, от диэлектрической прочности изоляции обмоток двигателя, от способности обмотки выдерживать мощные импульсы тока, от механической прочности корпуса двигателя. При усовершенствовании схемы (замене деталей в силовой цепи на более высоковольтные) с двигателя можно снять мощности больше в несколько раз, чем позволяют его паспортные характеристики. Мощность можно увеличивать до тех пор, пока не расплавится обмотка в точках соединения или не разнесет корпус двигателя. Как уже отмечалось, при этом, естественно, вырастет ток потребления. Также замечу, что устройство не является «вечным двигателем» — при существущем дизайне асинхронного двигателя снять с него «лишнее» не получится. Однако, применение данной схемы позволяет легко повысить КПД двигателя от 0.6 до 0.9, что может быть важно для энергосберегающих проектов (примечаение: КПД маломощного до 3 Квт асинхронного двигателя не может быть больше 70%, более мощные двигатели с большим количеством полюсов имеют КПД около 90%).
Характерной особенностью схемы является полное отсутствие нагрева двигателя и элементов схемы. Обмотки двигателя запитыватся короткими и мощными высокоамперными импульсами, через обмотки не протекает постоянный ток. Это не позволяет обмоткам стать активной нагрузкой, что исключает их нагрев. Также, двигатель не грееется (соответственно, не перегорает) в случае заклинивания ротора. В некотром роде, двигатель их асинхронного превращается в синхронный. Если судить по потребляемому току, получается, что при нагрузке вала, начинает пропорционально расти ток, однако когда нагрузка стеновится критической, энергия МП не в состоянии преодолеть силы торможения ротора, обороты двигателя резко падают, вал останавливается. При этом, также, падает ток. Стоит отпустить ротор, он начинает раскручиваться и постепенно входит в режим синхронизации. После входа в этот режим можно снимать нагрузку с вала.
Главный недостаток схемы состоит в низком пусковом моменте двигателя. При напряжении питания 200V на каждую фазу и начальной частоте 25 Гц пуск и синхронизация наступает за 3 — 5 сек (при используемом двигателе), дальше, можно резко увеличить частоту до номинальной, при этом двигатель фактически мгновенно отрабатывает команду.
К преимуществам такой схемы запитки двигателя можно отнести низкий уровень шума при работающем двигателе, полное отсутствие характерного «гудения», вибрации и т.д. Ротор вращается очень мягко, что позволяет услышать механические деффекты двигателя. Например выяснилось, что в используемом двигателе оказался разбит передный подшипник — раньше, при нормальном включении за гулом и вибрацией этого не было слышно. Что касается современных т.н. «частотных преобразователей» используемых в металообрататывающих станках, последние, например, питают двигатель прямоугольными импульсами, что создает очень мощный шум — как будто работает не двигатель а сварочный трансформатор. При этом, двигатель, по прежнему остается асинхронным т.е. в нем присутствует эффект «проскальзывания» МП, что может приводить к плаванию оборотов под разной нагрузкой. Данная схема лишена подобного недостатка (см. выше), что делает ее привлекательной для подобных приложений.
Используемые в схеме детали доступны, практически, каждому радиолюбителю, что позволяет легко повторить или улучшить схему. Требуются дальнейшие иссследования данного способа включения двигателей, поэтому материал представляется в открытом виде. При повторении схемы, просьба сообщить об этом автору с целью обмена опытом.

Описание схемы
Для начала следует вспомнить, как надо правильно питать подобные двигатели. В учебниках пишут, что асинхронные двигатели следует запитывать только синусодальным трехфазным переменным током частотой 50Гц. Однако это не совсем так. Питание двигателя допускается любой формой сигналов в т.ч. прямоугольными импульсами. Существующие частотные преобразователи ШИМ позволяют не только регулировать частоту вращения ротора (она зависит только от частоты) но и мощность — она регулируется шириной импульса. Поскольку такие устройства существуют и серийно выпускаются промышленностью, можно сделать вывод, что форма сигнала не важна. Гораздо важнее правильное фазирование обмоток двигателя — при нарушении этого условия двигатель не будет крутиться вообще или не будет набирать обороты. Для понимания процесса фазирования двигателя вспомним как выглядит 3х фазный переменный ток.
Глядя на график, можно сделать следующий простой вывод. Для обеспечения вращения двигателя надо подать на его фазные обмотки 6 импульсов, соответсвующие пикам каждой синусоды трехфазного тока. Соответсвенно, если использовать генератор импульсов имеющий 6 выходов последовательно выдающий импульс на каждый выход можно обеспечить создание вращающего магнитого поля внутри двигателя, что заставит последний вращаться. Если предствить, что каждая обмотка двигателя имеет точки начала и конца, то приложение напряжения к обмотке «А» в прямой полярности (т.е. на начало обмотки подводится «+») обозначить как «А» и в обратной полярности (на начало обмотки в этом случае подводится «-«) обозначить как «А'» то полная схема коммутации обмоток примет следующий вид:

1. «А»
2. «C'»
3. «B»
4. «А'»
5. «C»
6. «B'»
Подавая такую последовательность импульсов на обмотки двигатель придет в движение. Форма импульсов (сунус или меандр) при этом совершенно не важна. Перед подключением двигателя следует его сфазировать. Для этого, собираем цепь от низковольтного источника питания 12-24V в разрыв которой включаем лампу (чтобы не сжечь двигатель или блок питания) и последовательно касаемся щупами клемм колодки двигателя, согласно схеме преведенной выше. Двигатель в этом случае, начнет немного вращаться. После того, как фазы и начала обмоток точно определены их следует пометить. Это будет важно при подключении двигателя к собранному устройству.
Схема источника питания состоит из трех фукнциональных блоков. Общая или силовая часть. Генератор импульсов. Инвертор напряжения. В целях снижения трудоемкости при изготовлении, а также, снижения помех, силовую часть и генератор целесообразно выполнить на одной плате. Инвертор может быть отдельным устройством (при питании от батареи) или его может не быть вообще в случае питания от осветительной сети. Последний способ не рекомендуется по причине опасности — в этом случае, часть элементов схемы может оказаться под смертельно опысным относительно «земли» напряжением, поэтому для отладки устройства такой способ нежелателен.
Как отмечалось выше, генератор импульсов выдает последовательно 6 импульсов, необходимых для обеспечения создания вращающегося магнитного поля в двигателе. Между импульсами отсутствуют «мертвые» интервалы — в данной схеме смысл в них отсутствует. Частота импульсов задается частотой тактового генератора, для получения номинальной частоты 50 Гц необходима частота генератора 300 Гц. Генератор имеет воможность регулировки частоты с помощью переменного резистора. Каждый импульс на выходе генератора содержит пакет из серии импульсов частотой около 8 кГц, необходимый для управления тиристорами в силовой части схемы. Безусловно, тиристорами можно управлять постоянным током (токовым импульсом) однако такой способ нецелесообразен. Дело в том, что при таком способе управления потребуется применять другие способы «отвязки» генератора от силовой части — например использовать трансформаторы на «железе» или конденсаторы значительной емкости, что негативно скажется на надежности работы устройства. Также, управление тиристорами постоянным током энергозатратно — потребуются мощные ключи. Решение с развязывающими импульсными трансформаторами для данной схемы практически идеально т.к. такое управление решает сразу множетство проблем. Итак, каждый из выходов импульсного генератора связан с первичной обмоткой трансформатора. Когда транзистор в цепи выхода генератора открыт (при лог. 1 на соответсвующем выходе микросхемы счетчика) в первичную обмотку трансформатора поступает пачка импульсов частотой 8 кГц, которая возбуждает такие-же импульсы во вторичной обмотке, связанной с управляющим электродом тиристора т.е. образуется цепь: катод тиристора — обмотка трансформатора — управляющий электрод. Важно отметить, что в данном случае важно привильное фазирование обмотки трансформатора: на управляющий электрод должны приходить импульсы положительной полярности! Таким образом, схема коммутации обеспечивает создание вращающегося магнитного поля внутри двигателя. Ниже приводится сигналограмма на управляющем электроде любого из тиристоров.

несколько импульсов

Нет необходимости описывать коммутацию каждой обмотки, идея, надеюсь, понятна. Чтобы заработало нужно просто правильно собрать схему и сфазировать обмотки двигателя а также импульсные трансформаторы. Сейчас важно рассмотреть работу любой отдельной фазы для понимания механизма рекурперации энергии. Представим, что конденсатор, подключенный к обмотке фазы «А» полностью заряжен. В момент поступления на управляющий электрод тиристора сигнала, тиристор открывается. Ток начинает течь по цепи из конденсатора через обмотку и через открытый тиристор. В какой-то момент сила тока нарастает до такого состояния, что образованное вокруг катушки магнитное поле толкает ротор двигателя. Далее, энергия запасенная конденсатором начинает иссякать, его заряд постепенно истощается. В этот момент, энергия мигнитного поля внутри двигателя начинает наводить вокруг фазной обмотки ЭДС самоиндкукции, причем направление течения тока в цепи при этом не изменяется. Обмотка двигателя в этот момент сама становится источником энергии и начинается процесс заряда конденсатора напряжением с обратным знаком. Процесс продолжается до тех пор, пока энергия магнитного поля вокруг обмотки не иссякнет. В момент прекращения течения тока в цепи тиристор закрывается сам по себе. Поскольку открытый тиристор работает также как диод, в данной цепи не могут начаться гармонические затухающие колебания. Энергия, запасенная конденсатором (только с обратным знаком) в этот момент пригодна для последующего использования! Поскольку в схеме есть потери, требуется принятие специальных мер для постоянного пополнения запаса эненргии в фазных конденсаторах, рассмотрим этот важный процесс. В тот момент, когда конденсатор фазы «А» заряжен напряжением с обратным знаком, рано или поздно, потребуется пропустить этот заряд через обмотку двигателя. Когда этот момент наступает, просходит процесс, аналогичный тому, что описан выше. Разница состоит в том, что по завершению этого процесса, на конденсаторе теперь положительное напряжение, соответсвующее (по знаку) напряжению источника питания. Как отмечалось выше, в схеме всегда есть потери, поэтому напряжение на конденсаторе будет меньше исходного т.е. напряжения питания. Поскольку знак напряжения на конденсаторе совпадает со знаком напряжения источника питания, в этот благоприятный момент целесообразно выполнить регенерацию энергии, для чего по сигналу из соседней фазы, открывается соответсвующий тиристор и конденсатор пополняется энергией.
Требует поясненения цепь регенерации энергии. Известно, что имея заряженный конденсатор невозможно «напрямую» зарядить от него другой конденсатор так, чтобы напряжение на последнем было выше или равно исходному напряжению на первом конденсаторе. Поэтому, в цепи заряда применен дроссель. Однако, на самом деле, никакой это не дроссель, а часть контура, образованного с одной стороны конденсатром в инверторе большой емкости, катушкой дросселя, открытым тиристором и фазным конденсатором, заряд которого осуществляется в данный момент времени. Когда тиристор открывается, огромная энергия запасенная элекролитическим конденсатором большой емкости устремляется в обмотку дросселя, вокруг последней создается мощное магнитное поле. В какой-то момент, энергия магнитного поля начинает спадать и токи самоиндукции превращают дроссель в источник энергии. В итоге, фазный конденсатор заряжается несколько выше напряжения питания, а электролитический конденсатор немного разряжается, отчего создается разность потенциалов, которая не позволяет дальнейшее течение тока из источника питания в фазный конденсатор, тиристор в этот момент закрывается. Независимо от наличия или отсутствия на нем управляющих импульсов ток в этой цепи уже не потечет поскольку фазный конденсатор заряжен больше источника питания. Таким образом, полная таблица коммутации двигателя с учетом регенерации энергии принимает следующий вид:

1. «А»
2. «C'» — Rb
3. «B»
4. «А'» — Rc
5. «C»
6. «B'» — Ra
где Rx сигнал регенерации энергии в фазном конденсаторе соответсвующей фазы.
Именно поэтому 3 из 6 импульсных трансформаторов двухобмоточные: вторая обмотка управляет тиристором в цепи регенерации энергии. Сигнал на фазном конденсаторе при работающем двигателе представлен в следующей осцилограмме:

Более крупно:

Двойная линия внизу — это глюк фотоаппарата. Просто «синусоида» немного покачивается когда двигатель вращается.

Фотогалерея устройства. Опытный асихронный двигатель 0.6 кВт 1350 об/мин R обмоток 12 Ом. пр-во ГДР, 1970 г.в.

Блок управления и силовая часть. Между электроникой и тиристорами импульные трансформаторы. Толстые провода к двигателю.

Банк фазных конденсаторов 3×10 мкф 250 в.. К одному из них через резистор на 10 мОм подключен щуп осциллографа.

Дроссель, через который осуществляется регенерация энергии. Рядом конденсатор 470 мкф и предохранитель. Опасные штучки 😉

Инвертор 12 -> 200

В завершение, несколько ведео работающего устройства:
Запуск асинхронного двигателя
Работа асинхронного двигателя
Налаживание устройства
Перед включением устройства следует проверить правильность монтажа. Особенно тщательно нужно проверить отсутствие межобмоточных замыканий импульсных трансформаторов. В случае замыкания, разнесет не только тиристоры но и низковольтную электронику. После выполнения проверок следует подать низковольтное питание на схему. Внимание! На данном этипа ни в коем случае не подавать на силовую часть никакое напряжение! Это можно сделать после того, как будет проверена и отлажена слаботочная часть схемы. Включив питание управления +12 V сразу проверяем ток. Он не должен превышать 70-100 мА, если ток значительно больше — где-то в схеме КЗ или дохлая(е) микросхемы и т.д. Если ток меньше 50 мА где-то в цепях обрыв. Проверьте еще раз монтаж схемы. Если ток в норме, первым делом следует проверить напряжение на выходе внутреннего стабилизатора +9 V.
Далее, проверяем работу генератора импульсов на микросхеме NE 555. К выходу микросхемы подключаем осциллограф и смотрим сигнал. Должны присутствовать короткие (около 20 мксек) импульсы с амплитудой близкой к напряжению источника питания. Частота импульсов должна быть около 8 кГц. Убедившись в работоспособности этого узла проверяем генератор на намкросхеме К561ЛА7. С выхода генератора должны поступать симетричные прямоугольные импульсы, чатота которых, в зависимости от положения движка переменного резистора «обороты» должна быть в пределах от 30 до 500 Гц.
Теперь разбираемся в микросхемой К561ИЕ8 — с ее помощью осуществляется формирование фазных управляющих импульсов. Данная микросхема представляет из себя десятичный счетчик, формирующий последовательно на каждом выходе сигнал логической «1» по спаду тактового импульса. Для проверки правильности работы этой микросхемы и монтажа, в задающем генераторе вместо конденсатора номиналом 10n временно устанавливаем конденсатор 1 мкф. Включаем устройство и смотрим на светодиоды, подключенные к выходам микросхемы К561ИЕ8. При исправной микросхеме должны последовательно зажигаться светодиоды с 1 по 6 и так по кругу. В работающем устройстве, естественно, все диоды будут просто светиться т.к. глаз человека не в состоянии видеть сигнал частотой выше 25 Гц. Все светодиоды должны светиться с одинаковой яркостью. В случае обрыва обмотки импульсного трансформатора, неисправности транзистора и т.д. диод светиться не будет или будет светиться в «пол накала». Именно поэтому в схеме вместо диодов используются светодиоды — для удобства отладки. Убедившись, что все в порядке, убираем конденсатор из генератора на 1 мкф. Включаем устройство и регулируем переменным резистором частоту тактового генератора. При наименьшей частоте светодиоды будут немного мерцать (особенно хорошо это видно боковым зрением) а при максимальной — светиться. При этом, работающая схема будет издавать характерный «писк», что свидетельсвует о том, что в первичные обмотки импульсных трансформаторов поступают управляющие импульсы.
Разбираемся с управляющими сигналами тиристоров. Еще раз проверяем разводку вторичных обмоток импульсных трансформаторов. Если все сделано правильно фазируем трансформаторы. Для этого «отвязываем» корпус осциллографа от земли и проверяем сигнал в цепи управляющего электрода каждого тиристора. Землю осциллографа «крокодилом» цепляем к катоду исследуемого тиристора, а щуп подключаем к управляющему электроду. На экране должны присутствовать пакеты импульсов ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ полярности (см. осцилограмму в начале файла) амплитудой не менее 5V. Так нужно последовательно проверить все теристоры с схеме. На всех должен присутствовать управляющий сигнал. Закончив с этим, можно начать подавать питание на силовую часть схемы.
Важное замечаение. Помните, что импульсная техника не прощает ошибок! Если что-то пойдет не так, огромная энергия запасенная электролитическим конденсатором большой емкости вынесет тиристоры — сразу несколько штук. Будет примерно следующее:

А всего-то делов: причина была в дребезге контактов в переменном резисторе подстройки оборотов. В какой-то момент цепь обрывалась, частота тут-же возрастала в несколько раз, схема тут-же захлебавалась. Сквозные токи от источника питания (электролитического конденсатора) перли через тиристоры. Неравный бой между тиристорами и электролитическим конденсатором большой емкости всегда заканчивался победой последнего, результат — на картинке. В догонку, вынесло еще TL 494 в инверторе и мосфет IRF 1010. Печально, такой ущерб из-за коппечной детали. И хороший урок.
Теперь переходим к самому интересному. Подаем на силовую часть сначала низковольтное питание от источника 12-24V через лампу на 5 Вт. Включаем сначала блок управления, ставим минимальную частоту оборотов. Далее, плавно поднимаем напряжение питания силовой части до 15-20 V. Смотрим на лампу. Светиться она не должна. Еще лучше, в разрыв питания силовой цепи включить амперметр: в случае нормальной работы устройства (работают контуры всех трех фаз) ток составит несколько миллиампер при таком напряжении питания и минимальной частоте. Если ток значительно больше (горит или светится в пол накала лампа) прут сквозные токи через схему. Если тока нет вообще — тиристоры не открываются. В случае нормального тока смотрим что происходит на конденсаторах. Сигнал должен быть примерно такой:

Так нужно проверить все 3 фазы. Наличие такого сигнала свидетельствует от том, что схема работает. Теперь искуственно вводим схему в режим захлебывания чтобы определить примерную максимальную чатоту тактового генератора. Для этого плавно увеличиваем частоту и смотрим на лампу. Как только лампа загорится — схема захлебнулась. При низком напряжении питания это не страшно — токи при таком напряжении не смертельны для тиристоров. Измеряем частоту генератора в этом случае. У меня получилось около 500 Гц т.е. 500/6=83 Гц на каждую фазу. Характерно, но в работающем двигателе значение частоты при которой наступает захлебывание несколько меньше. Определив предельную частоту можно начать подачу высокого напряжения на силовую часть.
Включаем генератор, ставим минимальную частоту. Включаем инвертор и плавно увеличиваем напряжение на его выходе. Следим за током потребляемым устройством. Он должен начать расти по мере увеличения напряжения на выходе инвертора. Одновременно, смотрим напряжение на выходе инвертора. Если все идет хорошо, при 50 V двигатель начнет гудеть, при 150 V вал тронется, при 200 V начнет уверенный набор оборотов. Далее, наступит вход в режим синхронизации, гул и гудение снизится, а ток в цепи батареи составит около 3А. Если схема все еще жива, увеличиваем обороты двигателя до номинальных. Это легко т.к. двигатель уже синхронизирован, набор оборотов пройдет очень быстро. Ток при этом подскочит (в момент раскрутки) до 7-10А и тут-же упадет до 4.5 А после набора оборотов. Наслаждайтесь работой устройства. В этот момент следует проверить отсутствие нагрева деталей схемы (аккуратно!), измерить обороты вала, попробовать притормозить вал рукой, следя за потребляемым током.
Для контроля оборотов и формы сигнала на фазе следует поключить к одному из фазных конденсаторов через резистор на 10 мОм щуп осциллографа и через резистор на 500 кОм частотомер (китайский мультиметр поддерживающий измерение частоты). Далее, следя за формой сигнала можно увеличить частоту до 100 Гц или выше, пока схема не захлебнется. Это нужно делать с осторожностью (см. выше) т.к. в этом случае сквозными токами вынесет тиристоры. Как показала практика, двигатель легко раскрутить до двойной частоты на каждой фезе, но делать этого все-же не стоит.
Вопросы, пожелания?

Как преобразовать однофазную сеть в трехфазную для подключения двигателя

Трехфазные электродвигатели в быту и любительской практике приводят в действие самые различные механизмы — циркулярную пилу, электрорубанок, вентилятор, сверлильный станок, насос. Чаще всего используются трехфазные асинхронные двигатели с коротко- замкнутым 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;

♦ тринисторные «фазосдвигающие» устройства, которые еще в большей степени снижают мощность на валу двигателей;

♦ другие различные емкостные или индуктивно-емкостные фазо­сдвигающие цепи.

Но лучше всего — получить трехфазное напряжение из однофаз­ного с помощью электродвигателя, выполняющего функции генера­тора. Рассмотрим схемы, позволяющие, имея однофазное переменное напряжение, получить две недостающие фазы.

Примечание.

Любая электрическая машина обратима: генератор может слу­жить двигателем, и наоборот.

Ротор обычного асинхронного электродвигателя после случайного отключения одной из обмоток продолжает вращаться, причем между выводами отключенной обмотки имеется ЭДС. Это явление дает воз­можность использовать трехфазный асинхронный электродвигатель для преобразования однофазного напряжения в трехфазное.

Схема № 1. Например, обычный трехфазный асинхронный элек­тродвигатель с короткозамкнутым ротором для этого применил С. Гуров (с. Ильинка Ростовской обл.). У этого двигателя так же, как и у генератора, имеются: ротор; три статорные обмотки, сдвинутые в про­странстве на угол 120°.

Подадим на одну из обмоток однофазное напряжение. Ротор дви­гателя не сможет самостоятельно начать вращение. Ему необходимо каким-либо способом дать начальный толчок. Далее он будет вращаться за счет взаимодействия с магнитным полем одной обмотки статора.

Вывод.

Магнитный поток вращающегося ротора наведет ЭДС индукции в двух других статорных обмотках, т. е. недостающие фазы будут восстановлены.

Ротор можно заставить вращаться, например, при помощи устрой­ства с пусковым конденсатором. Кстати, его емкость не обязательно должна быть большой, так как ротор асинхронного преобразователя приводится в движение без механической нагрузки на валу.

Один из недостатков такого преоб­разователя — неодинаковые фазные напряжения, что приводит к сниже­нию КПД самого преобразователя и двигателя-нагрузки.

Если дополнить устройство авто­трансформатором соответствующей мощности, включив его, как показано на рис. 1, можно добиться приблизи­тельного равенства фазных напряжений, переключая отводы. В качестве магнитопровода автотрансформатора был использован статор неисправного электродвигателя мощностью 17 кВт. Обмотка — 400 витков эмалирован­ного провода сечением 4-6 мм2 с отводами после каждых 40 витков.

Рис. 1. Принципиальная схема преобразователя

В качестве электродвигателей преобразователей лучше использо­вать «тихоходные» двигатели (до 1000 об/мин.).

Они очень легко запускаются, отношение пускового тока к рабо­чему у них гораздо меньше, чем у двигателей с частотой вращения 3000 об/мин., а следовательно, «мягче» нагрузка на сеть.

Правило.

Мощность двигателя, используемого в качестве преобразователя, должна быть больше, чем подключаемого к нему электропривода. Первым всегда следует запускать преобразователь, а затем под­ключать к нему потребители трехфазного тока. Выключают установку в обратной последовательности.

Например, если преобразователем служит двигатель на 4 кВт, мощ­ность нагрузки не должна превышать 3 кВт. Преобразователь мощно­стью 4 кВт, рассмотренный выше и изготовленный С. Гуровым, исполь­зуется в его личном хозяйстве уже несколько лет. От него работают пилорама, крупорушка, точильный станок.

Схемы № 2-4. Под действием магнитного поля статора в короткозамкнутой обмотке ротора асинхронного двигателя протекают токи, превращающие ротор в электромагнит с явно выраженными полю­сами, индуктирующий напряжение синусоидальной формы в обмот­ках статора, в том числе не подключенных к сети.

Сдвиг фаз между синусоидами в разных обмотках зависит только от расположения последних на статоре и в трехфазном двигателе в точности равен 120°.

Примечание.

Основное условие превращения асинхронного электродвигателя в преобразователь числа фаз — вращающийся ротор.

Поэтому его следует предварительно раскрутить, например, с помо­щью обычного фазосдвигающего конденсатора.

Емкость конденсатора рассчитывают по формуле:

C=k*Iф/Uсети

где к = 2800, если обмотки двигателя соединены звездой; к = 4800, если обмотки двигателя соединены треугольником; Iф — номинальный фазный ток электродвигателя, А; Uceти — напряжение однофазной сети, В.

Можно применять конденсаторы МБГО, МБГП, МБГТ К42-4 на рабочее напряжение не менее 600 В или МБГЧ К42-19 на напряжение не менее 250 В.

Примечание.

Конденсатор нужен только для пуска двигателя-генератора, затем его цепь разрывают, а ротор продолжает вращаться, поэтому емкость фазосдвигающего конденсатора не влияет на качество генерируемого трехфазного напряжения.

К обмоткам статора можно подключить трехфазную нагрузку. Если ее нет, энергия питающей сети расходуется лишь на преодоление трения в подшипниках ротора (не считая обычных потерь в меди и железе), поэтому КПД преобра­зователя довольно велик.

В качестве преобразовате­лей числа фаз автором схем Клейменовым В. было испытано несколько различных электро­двигателей. Те из них, обмотки которых соединены звездой, с выводом от общей точки (ней­тралью) подключали по схеме, показанной на рис. 2. В случае соединения обмоток звездой без нейтрали или треугольником применяли схемы, показанные, соответственно, на рис. 3 и рис. 4.

Рис. 2. Схема преобразователя, обмотки двигателя в котором соединены звездой, с выводом от общей точки (нейтралью)

Рис. 3. Схема преобразователя обмотки двигателя в котором соединены звездой без нейтрали

Рис. 4. Схема преобразователя; обмотки двигателя в котором соединены треугольником

Во всех случаях двигатель, запускали, нажав на кнопку SB1 и удерживая ее в течении 15 С, пока частота вращения ротора не достигнет номинальной. Затем замы­кали выключатель SA1, а кнопку отпу­скали.

Схемы № 5. Обычно концы обмо­ток асинхронного трехфазного элек­тродвигателя выведены на трех- или шестиклеммную колодку. Если колодка трехклеммная, значит, фазные статорные обмотки соединены звездой или треугольником. Если же она шестиклеммная, фазные обмотки не подключены друг к другу (Я. Шаталов, п. Ирба Красноярского края).

В последнем случае важно правильно их соединить. При включе­нии звездой одноименные выводы обмоток (начало или конец) сле­дует объединить в нулевую точку. Для того чтобы соединить обмотки треугольником, необходимо:

♦ конец первой обмотки соединить с началом второй;

♦ конец второй — с началом третьей;

♦ конец третьей — с началом первой.

А как быть, если выводы обмоток электродвигателя не маркиро­ваны?

Тогда поступают следующим образом. Омметром определяют три обмотки, условно обозначив их I, II и III. Чтобы найти начало и конец каждой из них, две любые соединяют последовательно и подают на них переменное напряжение 6-36 В. К третьей обмотке подключают вольтметр переменного тока (рис. 5).

Рис. 5. Схема подключения вольтметра для определения обмоток

Наличие переменного напряжения свидетельствует о том, что обмотки I и II включены согласно, а отсутствие напряжения — встречно. В последнем случае выводы одной из обмоток следует поменять местами. После этого отмечают начало и конец обмоток I и II (одноименные выводы обмоток I и II на рис. 5 отмечены точками). Чтобы определить начало и конец обмотки III, меняют местами обмотки, например, II и III, и по описанной выше методике повторяют измерения.

Включение 3 фазного двигателя в бытовую сеть

28 ноября 2005 г.
http://www.elremont.ru

1. Простой способ включения трехфазного двигателя

1.1. Выбор трехфазного двигателя для подключения в однофазную сеть

1.2. Расчет параметров и элементов электродвигателя

1.3. Переносной универсальный блок для пуска трехфазных электродвигателей

1.3.1. Детали универсального блока

2. Использование электролитических конденсаторов в схемах запуска электродвигателей

2.1. Включение трехфазного двигателя в однофазную сеть с использованием электролитических конденсаторов

3. Включение мощных трехфазных двигателей в однофазную сеть

3.1. Доработка трехфазного двигателя

3.1.1. Детали

1. Простой способ включения трехфазного двигателя.

1.1. Выбор трехфазного двигателя для подключения в однофазную сеть.

Среди различных способов запуска трехфазных электродвигателей в однофазную сеть, наиболее простой базируется на подключении третьей обмотки через фазосдвигающий конденсатор. Полезная мощность развиваемая двигателем в этом случае составляет 50…60% от его мощности в трехфазном включении. Не все трехфазные электродвигатели, однако, хорошо работают при подключении к однофазной сети. Среди таких электродвигателей можно выделить, например, с двойной клеткой короткозамкнутого ротора серии МА. В связи с этим при выборе трехфазных электродвигателей для работы в однофазной сети следует отдать предпочтение двигателям серий А, АО, АО2, АПН, УАД и др.

Для нормальной работы электродвигателя с конденсаторным пуском необходимо, чтобы емкость используемого конденсатора менялась в зависимости от числа оборотов. На практике это условие выполнить довольно сложно, поэтому используют двухступенчатое управление двигателем. При пуске двигателя подключают два конденсатора, а после разгона один конденсатор отключают и оставляют только рабочий конденсатор.

1.2. Расчет параметров и элементов электродвигателя.

Если, например, в паспорте электродвигателя указано напряжение его питания 220/380, то двигатель включают в однофазную сеть по схеме, представленной на рис. 1

Рис. 1 Принципиальная схема включения трехфазного электродвигателя в сеть 220 В:

С р — рабочий конденсатор;

С п — пусковой конденсатор;

П1 — пакетный выключатель

После включения пакетного выключателя П1 замыкаются контакты П1.1 и П1.2, после этого необходимо сразу же нажать кнопку «Разгон». После набора оборотов кнопка отпускается. Реверсирование электродвигателя осуществляется путем переключения фазы на его обмотке тумблером SA1.

Емкость рабочего конденсатора Ср в случае соединения обмоток двигателя в «треугольник» определяется по формуле:

, где Ср — емкость рабочего конденсатора в мкФ;
I — потребляемый электродвигателем ток в А;
U -напряжение в сети, В

А в случае соединения обмоток двигателя в «звезду» определяется по формуле:

, где Ср — емкость рабочего конденсатора в мкФ;
I — потребляемый электродвигателем ток в А;
U -напряжение в сети, В

Потребляемый электродвигателем ток в выше приведенных формулах, при известной мощности электродвигателя, можно вычислить из следующего выражения:

, где Р — мощность двигателя в Вт, указанная в его паспорте;
h — кпд;
cos j — коэффициент мощности;
U -напряжение в сети, В

Емкость пускового конденсатора Сп выбирают в 2..2,5 раза больше емкости рабочего конденсатора. Эти конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение в 1,5 раза больше напряжения сети. Для сети 220 В лучше использовать конденсаторы типа МБГО, МБПГ, МБГЧ с рабочим напряжением 500 В и выше. При условии кратковременного включения в качестве пусковых конденсаторов можно использовать и электролитические конденсаторы типа К50-3, ЭГЦ-М, КЭ-2 с рабочим напряжением не менее 450 В. Для большей надежности электролитические конденсаторы соединяют последовательно, соединяя между собой их минусовые выводы, и шунтируют диодами (рис. 2)

Рис. 2 Принципиальная схема соединения электролитических конденсаторов для использования их в качестве пусковых конденсаторов.

Общая емкость соединенных конденсаторов составит (С1+С2)/2.

На практике величину емкостей рабочих и пусковых конденсаторов выбирают в зависимости от мощности двигателя по табл. 1

Таблица 1. Значение емкостей рабочих и пусковых конденсаторов трехфазного электродвигателя в зависимости от его мощности при включении в сеть 220 В.
Мощность трехфазного двигателя, кВт 0,4 0,6 0,8 1,1 1,5 2,2
Минимальная емкость рабочего конденсатора Ср, мкФ 40 60 80 100 150 230
Минимальная емкость пускового конденсатора Ср, мкФ 80 120 160 200 250 300

Следует отметить, что у электродвигателя с конденсаторным пуском в режиме холостого хода по обмотке, питаемой через конденсатор, протекает ток на 20…30 % превышающий номинальный. В связи с этим, если двигатель часто используется в недогруженном режиме или вхолостую, то в этом случае емкость конденсатора Ср следует уменьшить. Может случиться, что во время перегрузки электродвигатель остановился, тогда для его запуска снова подключают пусковой конденсатор, сняв нагрузку вообще или снизив ее до минимума.

Емкость пускового конденсатора Сп можно уменьшить при пуске электродвигателей на холостом ходу или с небольшой нагрузкой. Для включения, например, электродвигателя АО2 мощностью 2,2 кВт на 1420 об/мин можно использовать рабочий конденсатор емкостью 230 мкФ, а пусковой — 150 мкФ. В этом случае электродвигатель уверенно запускается при небольшой нагрузке на валу.

1.3. Переносной универсальный блок для пуска трехфазных электродвигателей мощностью около 0,5 кВт от сети 220 В.

Для запуска электродвигателей различных серий, мощностью около 0,5 кВт, от однофазной сети без реверсирования, можно собрать переносной универсальный пусковой блок (рис. 3)

Рис. 3 Принципиальная схема переносного универсального блока для пуска трехфазных электродвигателей мощностью около 0,5 кВт от сети 220 В без реверса.

При нажатии на кнопку SB1 срабатывает магнитный пускатель КМ1 (тумблер SA1 замкнут) и своей контактной системой КМ 1.1, КМ 1.2 подключает электродвигатель М1 к сети 220 В. Одновременно с этим третья контактная группа КМ 1.3 замыкает кнопку SB1. После полного разгона двигателя тумблером SA1 отключают пусковой конденсатор С1. Остановка двигателя осуществляется нажатием на кнопку SB2.

1.3.1. Детали.

В устройстве используется электродвигатель А471А4 (АО2-21-4) мощностью 0,55 кВт на 1420 об/мин и магнитный пускатель типа ПМЛ, рассчитанный на переменный ток напряжением 220 В. Кнопки SB1 и SB2 — спаренные типа ПКЕ612. В качестве переключателя SA1 используется тумблер Т2-1. В устройстве постоянный резистор R1 — проволочный, типа ПЭ-20, а резистор R2 типа МЛТ-2. Конденсаторы С1 и С2 типа МБГЧ на напряжение 400 В. Конденсатор С2 составлен из параллельно соединенных конденсаторов по 20 мкФ 400 В. Лампа HL1 типа КМ-24 и 100 мА.

Пусковое устройство смонтировано в металлическом корпусе размером 170х140х50 мм (рис. 4)

Рис. 4 Внешний вид пускового устройства и чертеж панели поз.7.

1- корпус 2 — ручка для переноски 3 — сигнальная лампа 4 — тумблер отключения пускового конденсатора
5 -кнопки «Пуск» и «Стоп» 6 — доработанная электровилка 7- панель с гнездами разъема

На верхней панели корпуса расположены кнопки «Пуск» и «Стоп» — сигнальная лампа и тумблер для отключения пускового конденсатора. На передней панели корпуса устройства находится разъем для подключения электродвигателя.

Для отключения пускового конденсатора можно использовать дополнительное реле К1, тогда надобность в тумблере SA1 отпадает, а конденсатор будет отключаться автоматически (рис.5)

Рис. 5 Принципиальная схема пускового устройства с автоматическим отключением пускового конденсатора.

При нажатии на кнопку SB1 срабатывает реле К1 и контактной парой К1.1 включает магнитный пускатель КМ1, а К1.2 — пусковой конденсатор Сп. Магнитный пускатель КМ1 самоблокируется с помощью своей контактной пары КМ 1.1, а контакты КМ 1.2 и КМ 1.3 подсоединяют электродвигатель к сети. Кнопку «Пуск» держат нажатой до полного разгона двигателя, а после отпускают. Реле К1 обесточивается и отключает пусковой конденсатор, который разряжается через резистор R2. В это же время магнитный пускатель КМ 1 остается включенным и обеспечивает питание электродвигателя в рабочем режиме. Для остановки электродвигателя следует нажать кнопку «Стоп». В усовершенствованном пусковом устройстве по схеме рис.5, можно использовать реле типа МКУ-48 или ему подобное.

2. Использование электролитических конденсаторов в схемах запуска электродвигателей.

При включении трехфазных асинхронных электродвигателей в однофазную сеть, как правило, используют обычные бумажные конденсаторы. Практика показала, что вместо громоздких бумажных конденсаторов можно использовать оксидные (электролитические) конденсаторы, которые имеют меньшие габариты и более доступны в плане покупки. Схема эквивалентной замены обычного бумажного дана на рис. 6

Рис. 6 Принципиальная схема замены бумажного конденсатора (а) электролитическим (б, в).

Положительная полуволна переменного тока проходит через цепочку VD1, С2, а отрицательная VD2, С2. Исходя из этого можно использовать оксидные конденсаторы с допустимым напряжением в два раза меньшим, чем для обычных конденсаторов той же емкости. Например, если в схеме для однофазно сети напряжением 220 В используется бумажный конденсатор на напряжение 400 В, то при его замене, по вышеприведенной схеме, можно использовать электролитический конденсатор на напряжение 200 В. В приведенной схеме емкости обоих конденсаторов одинаковы и выбираются аналогично методике выбора бумажных конденсаторов для пускового устройства.

2.1. Включение трехфазного двигателя в однофазную сеть с использованием электролитических конденсаторов.

Схема включения трехфазного двигателя в однофазную сеть с использованием электролитических конденсаторов приведена на рис.7.

Рис. 7 Принципиальная схема включения трехфазного двигателя в однофазную сеть при помощи электролитических конденсаторов.

В приведенной схеме, SA1 — переключатель направления вращения двигателя, SB1 — кнопка разгона двигателя, электролитические конденсаторы С1 и С3 используются для пуска двигателя, С2 и С4 — во время работы.

Подбор электролитических конденсаторов в схеме рис. 7 лучше производить с помощью токоизмерительных клещей. Измеряют токи в точках А, В, С и добивается равенства токов в этих точках путем ступенчатого подбора емкостей конденсаторов. Замеры проводят при нагруженном двигателе в том режиме, в котором предполагается его эксплуатация. Диоды VD1 и VD2 для сети 220 В выбираются с обратным максимально допустимым напряжением не менее 300 В. Максимальный прямой ток диода зависит от мощности двигателя. Для электродвигателей мощностью до 1 кВт подойдут диоды Д245, Д245А, Д246, Д246А, Д247 с прямым током 10 А. При большей мощности двигателя от 1 кВт до 2 кВт нужно взять более мощные диоды с соответствующим прямым током, или поставить несколько менее мощных диодов параллельно, установив их на радиаторы.

Следует обратить ВНИМАНИЕ на то, что при перегрузке диода может произойти его пробой и через электролитический конденсатор потечет переменный ток, что может привести к его нагреву и взрыву.

3. Включение мощных трехфазных двигателей в однофазную сеть.

Конденсаторная схема включения трехфазных двигателей в однофазную сеть позволяет получить от двигателя не более 60% от номинальной мощности, в то время как предел мощности эликтрифицированного устройства ограничивается 1,2 кВт. Этого явно недостаточно для работы электрорубанка или электропилы, которые должны иметь мощность 1,5…2 кВт. Проблема в данном случае может быть решена использованием электродвигателя большей мощности, например, с мощностью 3…4 кВт. Такого типа двигатели рассчитаны на напряжение 380 В, их обмотки соединены «звездой» и в клеммной коробке содержится всего 3 вывода. Включение такого двигателя в сеть 220 В приводит к снижению номинальной мощности двигателя в 3 раза и на 40 % при работе в однофазной сети. Такое снижение мощности делает двигатель непригодным для работы, но может быть использовано для раскрутки ротора вхолостую или с минимальной нагрузкой. Практика показывает, что большая часть электродвигателей уверенно разгоняется до номинальных оборотов, и в этом случае пусковые токи не превышают 20 А.

3.1. Доработка трехфазного двигателя.

Наиболее просто можно осуществить перевод мощного трехфазного двигателя в рабочий режим, если переделать его на однофазный режим работы, получая при этом 50 % номинальной мощности. Переключение двигателя в однофазный режим требует небольшой его доработки. Вскрывают клеммную коробку и определяют, с какой стороны крышки корпуса двигателя подходят выводы обмоток. Отворачивают болты крепления крышки и вынимают ее из корпуса двигателя. Находят место соединения трех обмоток в общую точку и подпаивают к общей точке дополнительный проводник с сечением, соответствующим сечению провода обмотки. Скрутку с подпаянным проводником изолируют изолентой или поливинилхлоридной трубкой, а дополнительный вывод протягивают в клеммную коробку. После этого крышку корпуса устанавливают на место.

Схема коммутации электродвигателя в этом случае будет иметь вид, показанный на рис. 8.

Рис. 8 Принципиальная схема коммутации обмоток трехфазного электродвигателя для включения в однофазную сеть.

Во время разгона двигателя используется соединение обмоток «звездой» с подключением фазосдвигающего конденсатора Сп. В рабочем режиме в сеть остается включенной только одна обмотка, и вращение ротора поддерживается пульсирующим магнитным полем. После переключения обмоток конденсатор Сп разряжается через резистор Rр. Работа представленной схемы была опробована с двигателем типа АИР-100S2Y3 (4 кВт, 2800 об/мин), установленном на самодельном деревообрабатывающем станке и показала свою эффективность.

3.1.1. Детали.

В схеме коммутации обмоток электродвигателя, в качестве коммутационного устройства SA1 следует использовать пакетный переключатель на рабочий ток не менее 16 А, например, переключатель типа ПП2-25/Н3 (двухполюсный с нейтралью, на ток 25 А). Переключатель SA2 может быть любого типа, но на ток не менее 16 А. Если реверс двигателя не требуется, то этот переключатель SA2 можно исключить из схемы.

Недостатком предложенной схемы включения мощного трехфазного электродвигателя в однофазную сеть можно считать чувствительность двигателя к перегрузкам. Если нагрузка на валу достигнет половины мощности двигателя, то может произойти снижение скорости вращения вала вплоть до полной его остановки. В этом случае снимается нагрузка с вала двигателя. Переключатель переводится сначала в положение «Разгон», а потом в положение «Работа» и продолжают дальнейшую работу.

Для того, чтобы улучшить пусковые характеристики двигателей кроме пускового и рабочего конденсатора можно использовать еще и индуктивность, что улучшает равномерность загрузки фаз. Обо всем этом написано в статье Устройства запуска трехфазного электродвигателя с малыми потерями мощности

При написании статьи использовалась часть материалов из книги Пестрикова В.М. «Домашний электрик и не только…»

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *