Podłączenie silnika trójfazowego do sieci jednofazowej bez utraty mocy

Jak wiadomo, gdy trójfazowy silnik asynchroniczny jest podłączony do sieci jednofazowej, zgodnie z powszechnymi obwodami kondensatorów: „trójkąt” lub „gwiazda”, moc silnika jest zużywana tylko w połowie (w zależności od zastosowanego silnika).

Ponadto trudno jest uruchomić silnik pod obciążeniem.

Proponowany artykuł opisuje sposób podłączenia silnika bez strat mocy.

W różnych amatorskich maszynach i urządzeniach elektromechanicznych najczęściej stosuje się trójfazowe silniki asynchroniczne z wirnikiem klatkowym. Niestety sieć trójfazowa w życiu codziennym jest zjawiskiem niezwykle rzadkim, dlatego amatorzy używają kondensatora przesuwającego fazę do zasilania ich z konwencjonalnej sieci elektrycznej, co nie pozwala im w pełni zrealizować mocy i charakterystyk rozruchowych silnika . Istniejące trinistorowe urządzenia „przesuwające fazę” dodatkowo zmniejszają moc na wale silnika.

Wariant schematu urządzenia do rozruchu trójfazowego silnika elektrycznego bez strat mocy pokazano na Ryż. jeden.

Uzwojenia silnika 220/380 V są połączone w trójkąt, a kondensator C1 jest jak zwykle połączony równolegle z jednym z nich. Kondensatorowi „pomaga” cewka indukcyjna L1, połączona równolegle z innym uzwojeniem. Przy pewnym stosunku pojemności kondensatora C1, indukcyjności cewki indukcyjnej L1 i mocy obciążenia, można uzyskać przesunięcie fazowe między napięciami na trzech gałęziach obciążenia, równe dokładnie 120 °.

Na Ryż. 2 wykres wektorowy napięcia dla urządzenia pokazanego na ryc. 1, z czysto rezystancyjnym obciążeniem R w każdej gałęzi. Prąd liniowy Il w postaci wektorowej jest równy różnicy prądów Iz i Ia, a w wartości bezwzględnej odpowiada wartości If√3, gdzie If=I1=I2=I3=Ul/R jest prądem obciążenia fazowego, Ul=U1=U2=U3=220 V - napięcie sieciowe sieci.

Napięcie Uc1=U2 jest przyłożone do kondensatora C1, prąd płynący przez niego jest równy Ic1 i wyprzedza napięcie o 90° w fazie.

Podobnie napięcie UL1=U3 jest przykładane do cewki indukcyjnej L1, przepływający przez nią prąd IL1 jest opóźniony w stosunku do napięcia o 90°.

Jeżeli wartości bezwzględne prądów Ic1 i IL1 są równe, ich różnica wektorów, przy odpowiednim doborze pojemności i indukcyjności, może być równa Il.

Przesunięcie fazowe między prądami Ic1 i IL1 wynosi 60°, więc trójkąt wektorów Il, Ic1 i IL1 jest równoboczny, a ich wartość bezwzględna to Ic1=IL1=Il=If√3. Z kolei prąd obciążenia fazowego Jeśli \u003d P / ZUL, gdzie P jest całkowitą mocą obciążenia.

Innymi słowy, jeśli pojemność kondensatora C1 i indukcyjność cewki indukcyjnej L1 są dobrane tak, że po przyłożeniu do nich napięcia 220 V przepływający przez nie prąd będzie równy Ic1=IL1=P/(√3 ⋅Ul)=P/380, pokazane w Ryż. jeden obwód L1C1 zapewni napięcie trójfazowe do obciążenia z dokładnym zachowaniem przesunięcia fazowego.

Tabela 1

W patka. jeden podane są aktualne wartości Ic1=IL1. pojemność kondensatora C1 i indukcyjność cewki indukcyjnej L1 dla różnych wartości całkowitej mocy czysto czynnego obciążenia.

Rzeczywiste obciążenie w postaci silnika elektrycznego ma znaczną składową indukcyjną. W rezultacie prąd liniowy opóźnia się w fazie z prądem obciążenia czynnego o pewien kąt φ rzędu 20...40°.

Na tabliczkach znamionowych silników elektrycznych zwykle nie jest wskazywany kąt, ale jego cosinus - dobrze znany cosφ, równy stosunkowi aktywnego składnika prądu liniowego do jego pełnej wartości.

Składowa indukcyjna prądu przepływającego przez obciążenie urządzenia pokazanego na Ryż. jeden, można przedstawić jako prądy przechodzące przez niektóre cewki indukcyjne Ln połączone równolegle z aktywnymi rezystancjami obciążenia (rys. 3a), lub równoważnie równolegle z przewodami C1, L1 i sieciowymi.

Z Ryż. 3b widać, że ponieważ prąd płynący przez cewkę jest w przeciwfazie do prądu płynącego przez pojemność, cewki indukcyjne LH zmniejszają prąd płynący przez gałąź pojemnościową obwodu przesunięcia fazowego i zwiększają go przez gałąź indukcyjną. Dlatego, aby utrzymać fazę napięcia na wyjściu obwodu przesunięcia fazowego, prąd płynący przez kondensator C1 musi zostać zwiększony i zmniejszony przez cewkę

Schemat wektorowy obciążenia ze składową indukcyjną staje się bardziej skomplikowany. Jego fragment, który pozwala na wykonanie niezbędnych obliczeń, podano w Ryż. cztery.

Całkowity prąd liniowy Il jest tu rozłożony na dwie składowe: aktywną Ilcosφ i reaktywną Ilsinφ.

W wyniku rozwiązania układu równań w celu określenia wymaganych wartości prądów przez kondensator C1 i cewkę L1:

IC1sin30° + IL1sin30° = Ilcosφ, IC1cos30° - IL1cos30° = Ilsinφ,

otrzymujemy następujące wartości tych prądów:

IC1 = 2/√3⋅Ilsin(φ+60°), IL1 = 2/√3⋅Ilcos(φ+30°).

Przy obciążeniu czysto czynnym (φ=0) wzory dają otrzymany wcześniej wynik Ic1=IL1=Il.

Na Ryż. 5 podane są zależności stosunków prądów Ic1 i IL1 do Il od cosφ, obliczone za pomocą tych wzorów

Te same proporcje można stosować z dobrym stopniem dokładności dla typowych wartości cosφ równych 0,85...0,9.

Tabela 2

W patka. 2 wartości prądów IC1, IL1 płynących przez kondensator C1 i cewkę L1 podane są przy różnych wartościach całkowitej mocy obciążenia, która ma powyższą wartość cosφ = √3/2.

W przypadku takiego obwodu przesunięcia fazowego stosuje się kondensatory MBGO, MBGP, MBGT, K42-4 dla napięcia roboczego co najmniej 600 V lub MBGCH, K42-19 dla napięcia co najmniej 250 V.

Dławik jest najłatwiejszy do wykonania z transformatora mocy w kształcie pręta ze starego telewizora lampowego. Prąd jałowy uzwojenia pierwotnego takiego transformatora przy napięciu 220 V zwykle nie przekracza 100 mA i ma nieliniową zależność od przyłożonego napięcia.

Jeśli do obwodu magnetycznego zostanie wprowadzona szczelina rzędu 0,2 ... 1 mm, prąd znacznie wzrośnie, a jego zależność od napięcia stanie się liniowa.

Uzwojenia sieciowe transformatorów TC można podłączyć tak, aby napięcie znamionowe na nich wynosiło 220 V (zworka między pinami 2 i 2"), 237 V (zworka między pinami 2 i 3") lub 254 V (zworka między pinami 3 i 3 "). Napięcie sieciowe jest najczęściej podawane na piny 1 i 1". W zależności od rodzaju połączenia zmienia się indukcyjność i prąd uzwojenia.

W patka. 3 wartości prądu w uzwojeniu pierwotnym transformatora TC-200-2 są podawane, gdy przyłożone jest do niego napięcie 220 V w różnych szczelinach w obwodzie magnetycznym i różne włączanie sekcji uzwojenia.

Mapowanie danych patka. 3 i 2 pozwala stwierdzić, że określony transformator może być zainstalowany w obwodzie silnika z przesunięciem fazowym o mocy około 300 do 800 W i poprzez dobór szczeliny i obwodu przełączającego uzwojenia uzyskać wymaganą wartość prądu.

Indukcyjność zmienia się również w zależności od połączenia w fazie lub przeciwfazie sieci i uzwojeń niskonapięciowych (na przykład żarowych) transformatora.

Maksymalny prąd może nieznacznie przekroczyć prąd znamionowy podczas pracy. W tym przypadku, dla ułatwienia reżimu cieplnego, wskazane jest usunięcie wszystkich uzwojeń wtórnych z transformatora, część uzwojeń niskiego napięcia można wykorzystać do zasilania obwodów automatyki urządzenia, w którym pracuje silnik elektryczny.

Tabela 3

W patka. cztery wartości nominalne prądów uzwojeń pierwotnych transformatorów różnych telewizorów i przybliżone wartości mocy silnika, przy których zaleca się stosowanie obwodu LC z przesunięciem fazowym, należy obliczyć dla maksymalnego możliwego obciążenia silnik elektryczny.

Tabela 4

Przy mniejszym obciążeniu niezbędne przesunięcie fazowe nie będzie już utrzymywane, ale wydajność rozruchowa poprawi się w porównaniu z zastosowaniem pojedynczego kondensatora.

Weryfikację eksperymentalną przeprowadzono zarówno z obciążeniem czysto czynnym, jak iz silnikiem elektrycznym.

Funkcje obciążenia czynnego realizowały dwie równolegle połączone żarówki o mocy 60 i 75 W, zawarte w każdym obwodzie obciążenia urządzenia. (patrz rys. 1), co odpowiadało łącznej mocy 400 W Zgodnie z patka. jeden pojemność kondensatora C1 wynosiła 15 mikrofaradów.Szczelina w obwodzie magnetycznym transformatora TS-200-2 (0,5 mm) i schemat połączenia uzwojenia (dla 237 V) zostały wybrane ze względu na zapewnienie wymaganego prądu 1,05 A.

Napięcia U1, U2, U3 mierzone na obwodach obciążenia różniły się od siebie o 2...3 V, co potwierdziło wysoką symetrię napięcia trójfazowego.

Eksperymenty przeprowadzono również z trójfazowym silnikiem asynchronicznym z wirnikiem klatkowym AOL22-43F o mocy 400 W. Pracował z kondensatorem C1 o pojemności 20 mikrofaradów (nawiasem mówiąc, tak samo jak wtedy, gdy silnik pracował tylko z jednym kondensatorem przesuwającym fazę) oraz z transformatorem, którego szczelinę i połączenie uzwojeń wybrano spośród warunek uzyskania prądu 0,7 A.

Dzięki temu możliwe było szybkie uruchomienie silnika bez kondensatora rozruchowego i znaczne zwiększenie momentu obrotowego odczuwanego podczas hamowania koła pasowego na wale silnika.

Niestety trudno jest przeprowadzić bardziej obiektywną kontrolę, ponieważ w warunkach amatorskich prawie niemożliwe jest zapewnienie znormalizowanego obciążenia mechanicznego silnika.

Należy pamiętać, że obwód przesunięcia fazowego jest szeregowym obwodem oscylacyjnym dostrojonym do częstotliwości 50 Hz (dla opcji czysto czynnego obciążenia), a obwód ten nie może być podłączony do sieci bez obciążenia.

Polecamy lekturę

silnik elektryczny

Łagodny rozrusznik do silników elektrycznych

silnik elektryczny

Zasilacz do majsterkowania

Gniazda i przełączniki

Na jakiej wysokości należy zamontować gniazda od podłogi?

Antena

6 sposobów na wykonanie anteny telewizyjnej DIY

silnik elektryczny

Elektromagnetyczny generator prądu stałego

silnik elektryczny

Silnik prądu stałego