Свързване на трифазен двигател към еднофазна мрежа без загуба на мощност
Както знаете, когато трифазен асинхронен двигател е свързан към еднофазна мрежа, според обичайните кондензаторни схеми: "триъгълник" или "звезда", мощността на двигателя се използва само наполовина (в зависимост от използвания двигател).
Освен това е трудно да стартирате двигателя под товар.
Предложената статия описва метода за свързване на двигателя без загуба на мощност.
В различни любителски електромеханични машини и устройства най-често се използват трифазни асинхронни двигатели с ротор с катерица. За съжаление, трифазна мрежа в ежедневието е изключително рядко явление, поради което аматьорите използват кондензатор с фазово изместване, за да ги захранват от конвенционална електрическа мрежа, което не позволява да се реализират напълно мощността и стартовите характеристики на двигателя. Съществуващите тринисторни "фазови" устройства допълнително намаляват мощността на вала на двигателя.
Показан е вариант на схемата на устройство за стартиране на трифазен електродвигател без загуба на мощност ориз. един.
Намотките на двигателя 220/380 V са свързани в триъгълник, а кондензаторът C1 е свързан, както обикновено, паралелно с един от тях. Кондензаторът се "помага" от индуктивността L1, свързана паралелно на друга намотка. При определено съотношение на капацитета на кондензатора C1, индуктивността на индуктора L1 и мощността на товара е възможно да се получи фазово изместване между напреженията на трите клона на товара, равно на точно 120 °.
На ориз. 2векторната диаграма на напрежението за устройството, показано на фиг. 1, с чисто резистивен товар R във всеки клон. Линейният ток Il във векторна форма е равен на разликата между токовете Iz и Ia, а по абсолютна стойност съответства на стойността If√3, където If=I1=I2=I3=Ul/R е фазовият ток на натоварване, Ul=U1=U2=U3=220 V - линейно напрежение на мрежата. 
На кондензатора C1 се подава напрежение Uc1=U2, токът през него е равен на Ic1 и изпреварва напрежението с 90° по фаза.
По същия начин напрежението UL1=U3 се прилага към индуктора L1, токът през него IL1 изостава от напрежението с 90°.
Ако абсолютните стойности на токовете Ic1 и IL1 са равни, тяхната векторна разлика, с правилния избор на капацитет и индуктивност, може да бъде равна на Il.
Фазовото отместване между токовете Ic1 и IL1 е 60°, така че триъгълникът на векторите Il, Ic1 и IL1 е равностранен, а тяхната абсолютна стойност е Ic1=IL1=Il=If√3. На свой ред фазовият ток на натоварване If \u003d P / ZUL, където P е общата мощност на натоварване.
С други думи, ако капацитетът на кондензатора C1 и индуктивността на индуктора L1 са избрани така, че когато към тях се приложи напрежение от 220 V, токът през тях ще бъде равен на Ic1=IL1=P/(√3 ⋅Ul)=P/380, показано в ориз. единверигата L1C1 ще осигури трифазно напрежение на товара при точно спазване на фазовото изместване.
маса 1
| П, У | IC1=IL1, A | C1, uF | L1, H |
|---|---|---|---|
| 100 | 0.26 | 3.8 | 2.66 |
| 200 | 0.53 | 7.6 | 1.33 |
| 300 | 0.79 | 11.4 | 0.89 |
| 400 | 1.05 | 15.2 | 0.67 |
| 500 | 1.32 | 19.0 | 0.53 |
| 600 | 1.58 | 22.9 | 0.44 |
| 700 | 1.84 | 26.7 | 0.38 |
| 800 | 2.11 | 30.5 | 0.33 |
| 900 | 2.37 | 34.3 | 0.30 |
| 1000 | 2.63 | 38.1 | 0.27 |
| 1100 | 2.89 | 41.9 | 0.24 |
| 1200 | 3.16 | 45.7 | 0.22 |
| 1300 | 3.42 | 49.5 | 0.20 |
| 1400 | 3.68 | 53.3 | 0.19 |
| 1500 | 3.95 | 57.1 | 0.18 |
AT раздел. единдадени са текущи стойности Ic1=IL1. капацитетът на кондензатора C1 и индуктивността на индуктора L1 за различни стойности на общата мощност на чисто активен товар.
Реалният товар под формата на електродвигател има значителна индуктивна компонента. В резултат на това линейният ток изостава във фаза спрямо тока на активния товар с някакъв ъгъл φ от порядъка на 20...40°.
На табелките на електродвигателите обикновено не е посочен ъгълът, а неговият косинус - добре познатият cosφ, равен на съотношението на активния компонент на линейния ток към неговата пълна стойност.
Индуктивният компонент на тока, протичащ през товара на устройството, показан в ориз. един, могат да бъдат представени като токове, преминаващи през някои индуктори Ln, свързани паралелно с активните съпротивления на товара (Фиг. 3а), или, еквивалентно, паралелно с C1, L1 и мрежовите проводници.
от ориз. 3бможе да се види, че тъй като токът през индуктора е противофазен на тока през капацитета, индукторите LH намаляват тока през капацитивния клон на веригата за фазово изместване и го увеличават през индуктивния. Следователно, за да се поддържа фазата на напрежението на изхода на веригата за фазово изместване, токът през кондензатора C1 трябва да се увеличи и намали през намотката
Векторната диаграма за товар с индуктивен компонент става по-сложна. Неговият фрагмент, който позволява да се направят необходимите изчисления, е даден в ориз. четири.
Общият линеен ток Il се разлага тук на два компонента: активен Ilcosφ и реактивен Ilsinφ.
В резултат на решаване на система от уравнения за определяне на необходимите стойности на токовете през кондензатора C1 и намотката L1:
IC1sin30° + IL1sin30° = Ilcosφ, IC1cos30° - IL1cos30° = Ilsinφ, 
получаваме следните стойности на тези токове:
IC1 = 2/√3⋅Ilsin(φ+60°), IL1 = 2/√3⋅Ilcos(φ+30°).
При чисто активен товар (φ=0) формулите дават предварително получения резултат Ic1=IL1=Il.
На ориз. 5дадени са зависимостите на съотношенията на токовете Ic1 и IL1 към Il от cosφ, изчислени по тези формули
Същите съотношения могат да се използват с добра степен на точност за типични стойности на cosφ, равни на 0,85...0,9.
таблица 2
| П, У | IC1, A | IL1,A | C1, uF | L1, H |
|---|---|---|---|---|
| 100 | 0.35 | 0.18 | 5.1 | 3.99 |
| 200 | 0.70 | 0.35 | 10.2 | 2.00 |
| 300 | 1.05 | 0.53 | 15.2 | 1.33 |
| 400 | 1.40 | 0.70 | 20.3 | 1.00 |
| 500 | 1.75 | 0.88 | 25.4 | 0.80 |
| 600 | 2.11 | 1.05 | 30.5 | 0.67 |
| 700 | 2.46 | 1.23 | 35.6 | 0.57 |
| 800 | 2.81 | 1.40 | 40.6 | 0.50 |
| 900 | 3.16 | 1.58 | 45.7 | 0.44 |
| 1000 | 3.51 | 1.75 | 50.8 | 0.40 |
| 1100 | 3.86 | 1.93 | 55.9 | 0.36 |
| 1200 | 4.21 | 2.11 | 61.0 | 0.33 |
| 1300 | 4.56 | 2.28 | 66.0 | 0.31 |
| 1400 | 4.91 | 2.46 | 71.1 | 0.29 |
| 1500 | 5.26 | 2.63 | 76.2 | 0.27 |
AT раздел. 2стойностите на токовете IC1, IL1, протичащи през кондензатора C1 и индуктора L1, са дадени при различни стойности на общата мощност на товара, която има горната стойност cosφ = √3/2.
За такава схема за фазово изместване се използват кондензатори MBGO, MBGP, MBGT, K42-4 за работно напрежение най-малко 600 V или MBGCH, K42-19 за напрежение най-малко 250 V.
Дроселът е най-лесно да се направи от пръчков трансформатор от стар тръбен телевизор. Токът на празен ход на първичната намотка на такъв трансформатор при напрежение 220 V обикновено не надвишава 100 mA и има нелинейна зависимост от приложеното напрежение.
Ако в магнитната верига се въведе празнина от порядъка на 0,2 ... 1 mm, токът ще се увеличи значително и зависимостта му от напрежението ще стане линейна.
Мрежовите намотки на TC трансформаторите могат да бъдат свързани така, че номиналното напрежение върху тях да е 220 V (джъмпер между щифтове 2 и 2"), 237 V (джъмпер между щифтове 2 и 3") или 254 V (джъмпер между щифтове 3 и 3 ") . Мрежовото напрежение най-често се прилага към щифтове 1 и 1". В зависимост от вида на връзката, индуктивността и токът на намотката се променят.
AT раздел. 3стойностите на тока в първичната намотка на трансформатора TC-200-2 са дадени, когато към него се прилага напрежение от 220 V при различни пропуски в магнитната верига и различно включване на секциите на намотката.
Картографиране на данни раздел. 3 и 2ни позволява да заключим, че посоченият трансформатор може да бъде монтиран във верига на фазово изместване на двигателя с мощност от приблизително 300 до 800 W и, като изберете междината и веригата за превключване на намотката, да получите необходимата стойност на тока.
Индуктивността също варира в зависимост от синфазното или антифазното свързване на мрежата и нисковолтовите (например нажежаеми) намотки на трансформатора.
Максималният ток може леко да надвишава номиналния ток при работа. В този случай, за да се улесни термичният режим, е препоръчително да се премахнат всички вторични намотки от трансформатора, част от намотките с ниско напрежение могат да се използват за захранване на веригите за автоматизация на устройството, в което работи електродвигателят.
Таблица 3
| Пролука в магнитна верига, мм |
Ток в мрежовата намотка, A, при свързване на проводници към напрежение, V |
||
|---|---|---|---|
| 220 | 237 | 254 | |
| 0.2 | 0.63 | 0.54 | 0.46 |
| 0.5 | 1.26 | 1.06 | 0.93 |
| 1 | - | 2.05 | 1.75 |
AT раздел. четириноминалните стойности на токовете на първичните намотки на трансформаторите на различни телевизори и приблизителните стойности на мощността на двигателя, с които е препоръчително да се използва LC верига с фазово изместване, трябва да се изчислят за максималното възможно натоварване на електрическия мотор.
Таблица 4
| Трансформатор | Номинална ток, А |
Мощност двигател, W |
|---|---|---|
| TS-360M | 1.8 | 600...1500 |
| TS-330K-1 | 1.6 | 500...1350 |
| ST-320 | 1.6 | 500...1350 |
| ST-310 | 1.5 | 470...1250 |
| TSA-270-1, TSA-270-2, TSA-270-3 |
1.25 | 400...1250 |
| TS-250, TS-250-1, TS-250-2, TS-250-2M, TS-250-2P |
1.1 | 350...900 |
| TS-200K | 1 | 330...850 |
| TS-200-2 | 0.95 | 300...800 |
| TS-180, TS-180-2, TS-180-4, TS-180-2V |
0.87 | 275...700 |
При по-малък товар необходимото фазово изместване вече няма да се поддържа, но стартовата производителност ще се подобри в сравнение с използването на един кондензатор.
Експерименталната проверка беше извършена както с чисто активен товар, така и с електрически двигател.
Функциите на активния товар се изпълняват от две паралелно свързани лампи с нажежаема жичка с мощност 60 и 75 W, включени във всяка верига на натоварване на устройството. (виж фиг. 1), което съответства на обща мощност от 400 W В съответствие с раздел. единкапацитетът на кондензатора C1 беше 15 микрофарада.Пропастта в магнитната верига на трансформатора TS-200-2 (0,5 mm) и схемата за свързване на намотките (за 237 V) бяха избрани от съображения за осигуряване на необходимия ток от 1,05 A.
Напреженията U1, U2, U3, измерени на товарните вериги, се различават едно от друго с 2...3 V, което потвърждава високата симетрия на трифазното напрежение.
Проведени са и експерименти с трифазен асинхронен двигател с короткозатворен ротор AOL22-43F с мощност 400 W. Той работеше с кондензатор C1 с капацитет 20 микрофарада (между другото, същият, както когато двигателят работеше само с един кондензатор за изместване на фазата) и с трансформатор, чиято празнина и връзка на намотките бяха избрани от условието за получаване на ток от 0,7 A.
В резултат на това беше възможно бързо стартиране на двигателя без стартов кондензатор и значително увеличаване на въртящия момент при спиране на шайбата на вала на двигателя.
За съжаление е трудно да се извърши по-обективна проверка, тъй като в аматьорски условия е почти невъзможно да се осигури нормализирано механично натоварване на двигателя.
Трябва да се помни, че схемата за фазово изместване е последователна осцилаторна верига, настроена на честота от 50 Hz (за опцията за чисто активно натоварване) и тази верига не може да бъде свързана към мрежата без товар. 