Пуск трёхфазного двигателя без конденсаторов: 4 схемы
Асинхронные электродвигатели просты по конструкции, дешевы, массово применяются в различных производствах. Не обходятся без них домашние мастера, запитывая их от 220 вольт с пусковыми и рабочими емкостями.
Но, есть альтернативный вариант. Это — подключение трёхфазного двигателя к однофазной сети без конденсаторов, который тоже имеет право на существование.
Ниже я показываю 4 схемы реализации такого проекта. Вы можете выбрать для себя любой из них, более подходящий под ваши личные интересы и местные условия эксплуатации.
Содержание статьи
С этой темой я впервые столкнулся в конце 1998 года, когда к нам в электролабораторию РЗА пришел друг связист с журналом Радио за №6 от 1996 года и показал статью про безконденсаторный запуск.
Мы сразу решили испытать ее в деле, благо все детали, включая тиристоры и подходящий двигатель, у нас имелись. Как раз был перерыв на обед.
Для проверки спаяли электронный блок навесным монтажом.
Справились где-то меньше, чем за час. Схема заработала практически без наладки. Оставили ее для наждака.
Порадовали маленькие габариты блока и отсутствие необходимости подбирать конденсаторы. Особых отличий в потере мощности по сравнению с конденсаторным пуском замечено не было.
Принципы работы электронной схемы: запуск трехфазного асинхронного электродвигателя без конденсаторов
Для подключения в однофазную сеть по этому методу подойдет любой асинхронный движок типового исполнения.
Автор Голик обращает внимание, что обороты ротора в минуту должны составлять не 3000, а 1500. Связано это с конструкцией обмоток статора.
Мощность устройства ограничена электрическими характеристиками силовых диодов и тиристоров — 10 ампер с величиной обратного напряжения более 300 вольт.
Три обмотки статора необходимо подключать по схеме треугольника.
Их выводы собираются на клеммной колодке тремя последовательными перемычками.
Напряжение 220 вольт подключается через защитный автоматический выключатель параллельно одной обмотке, назовем ее «A».
Две другие оказываются последовательно соединенными между собой и параллельно — с ней.
Обозначим их «B» и «C». На выводы одной из них, например, «B» подключается электронный блок. Назовем его ключом «k».
Представим, что ее контакт всегда разомкнут, а напряжение подано. Тогда по цепочкам «A» и «B+C» станут протекать токи Ia и Ib+c. Мы знаем, что сопротивление всех обмоток статора (резистивно-индуктивное) одинаково.
Поэтому в цепи «A» ток станет в два раза превышать вектор Ib+c, а по фазе они будут совпадать.
Каждый из этих токов создаст вокруг себя магнитный поток. Но, они не смогут в этой ситуации привести во вращение ротор.
Чтобы электродвигатель стал работать, необходимо сдвинуть по углу два этих магнитных потока (или токи между собой). Эту функцию в нашем случае выполняет электронный ключ.
Его конструкция собрана так, что он кратковременно замыкается, а затем размыкается, шунтируя обмотку «B».
Для этого процесса выбирается момент времени, когда синусоида напряжения достигает максимального амплитудного значения, а сила тока в обмотке «C», ввиду ее индуктивного сопротивления, минимальна.
Резкое закорачивание сопротивления «B» в цепи «B+C» создает бросок тока через замкнутый электронный контакт по виткам обмотки «C», который быстро возрастает и затем снижается под влиянием уменьшения амплитуды напряжения до нуля.
Между токами в обмотках «A» и «C» образуется временной сдвиг, обозначенный буквой φ. За счет возникновения этого угла сдвига фаз создается суммирующий магнитный поток, начинающий раскрутку ротора двигателя.
Форма тока в обмотке «C» при работе электронного ключа отличается от гармоничной синусоиды, но она не мешает создать на валу ротора крутящий момент.
При переходе полуволны синусоиды напряжения в область отрицательных значений картина повторяется, а двигатель продолжает раскручиваться дальше.
Электронная схема В Голик: устройство запуска трехфазных электродвигателей на доступной элементной базе
Силовая выходная часть электронного ключа, осуществляющая коммутацию обмотки, выполнена на двух мощных диодах (VD1, VD2) и тиристорах (VS1, VS2), включенных по схеме обычного моста.
Однако здесь они выполняют другую задачу: своими плечами из одного тиристора и диода поочередно шунтируют обмотку подключенного электродвигателя при достижении амплитудного значения синусоиды напряжения на схеме.
За счет такого подключения создан электронный ключ двунаправленного действия, реагирующий на положительную и отрицательную полуволну гармоники.
Диодами VD3 и VD4 осуществляется двухполупериодное напряжение сигнала, поступающего на цепи управления. Оно ограничивается и стабилизируется резистором R1 и стабилитроном VD5.
Сигналы на открытие тиристоров электронного ключа поступают от биполярных транзисторов (VT1 и VT2).
Переменный резистор R7 с номиналом на 10 килоом предназначен для регулировки момента открытия силового тиристора. Когда его ползунок установлен в минимальное положение сопротивления, то электронный ключ срабатывает при наибольшем напряжении амплитуды на обмотке B.
Максимальное введение сопротивления резистора R7 закрывает электронный ключ.
Запуск схемы осуществляют при положении ползунка R7, соответствующем максимальному сдвигу фаз токов между обмотками. После этого его сдвигают, определяют наиболее устойчивый режим работы, который зависит от приложенной нагрузки и мощности двигателя.
Все электронные детали со своими номиналами приведены на схеме. Они не являются дефицитными. Их можно заменить любыми другими элементами, соответствующими по электрическим характеристикам.
Вариант их размещения на электронной печатной плате показан на картинке. Регулировочный резистор R7 показан справа двумя подключенными проводами, синим и коричневым. Сам он не виден на фото.
Силовая часть, созданная для работы с электродвигателями небольшой мощности, может выполняться без радиаторов охлаждения, как показано здесь. Если же диоды и тиристоры работают на пределе своих возможностей, то теплоотвод обязателен.
Электронный блок ключа работает под напряжением сети 220 вольт. Его детали должны быть надежно заизолированы и защищены от случайного прикосновения человеком.
Меры безопасности от поражения электрическим током необходимо соблюдать.
2 схемы подключения трехфазного двигателя к однофазной сети без конденсаторов автора В Бурлако: в чем отличия
Здесь я полагаюсь на информацию из интернета, ибо вижу, что в принципе конструкции рабочие, а принципы управления токами в обмотках те же, что предложил В Голик.
Кстати, авторы статей ссылаются на автомобильный украинский журнал «Сигнал» №4 за 1999 год. Пришлось поискать его в интернете. Однако разочаровался, там оказалась полностью перепечатанная статья из журнала Радио под авторством В Голик. Вот так…
Если знаете, где можно найти первоисточник на эту информацию, то сообщите в комментариях.
Электронные ключи, выполненные по технологии Бурлако, работают так же. Они просто выполнены из других, более усовершенствованных полупроводников, как и силовая часть.
Схема запуска асинхронного двигателя от симисторного электронного ключа: усовершенствование конструкции В Голик
Картинка подключения трехфазного электродвигателя упростилась.
Вместо двунаправленного силового блока из двух тиристоров и диодов здесь работает один симистор VS1 серии ТС-2-10.
Он также шунтирует одну обмотку «B» в момент достижения синусоидой напряжения амплитудного значения, когда ток параллельной цепочки минимален.
При этом создается сдвиг фаз токов в параллельных обмотках, как и в предыдущей схеме, порядка 50-80 угловых градусов, что достаточно для вращения ротора.
Работой симитора VS1 управляет ключ, выполненный на симметричном динисторе VS2 для каждого полупериода гармоники напряжения. Он получает команды от фазосдвигающей цепочки, выполненной из резистивно-емкостных элементов.
Сдвиг фазы сигнала конденсатором C дополняется общим сопротивлением R1+R2. Подстроечный резистор R2 на 68 кОм работает как R7 в предыдущей схеме, регулируя время заряда конденсатора и, соответственно, момент подключения VS2, а через него VS1 в работу.
Рекомендации автора по сборке и наладке
Схема испытывалась и предназначена для работы с электродвигателями, раскручивающими ротор до 1500 оборотов в минуту с электрической мощностью 0,5÷2,2 кВт.
На устройствах электронных ключей, работающих с мощными электродвигателями, необходимо обеспечивать теплоотвод с симистора VS1.
При наладке устройства обращают внимание на оптимальную подгонку угла сдвига фаз токов между обмотками, когда двигатель запускается и работает нормально: без шума, гула и вибраций. Для этого может потребоваться изменение номиналов у элементов фазосдвигающей цепочки.
Семисторы можно использовать другой марки. Важно, чтобы они соответствовали электрическим характеристикам. Вместо DB3 допустимо установить отечественный динистор KP1125.
Схема безконденсаторного запуска электродвигателей с большими пусковыми моментами
Она же хорошо подходит под управление двигателями, собранными для вращения со скоростью 3000 оборотов в минуту. С этой целью у нее изменена система подключения обмоток с треугольника на разомкнутую звезду.
На картинке ниже их полярность показана точками.
В этой ситуации создается больший крутящий момент для запуска ротора.
Рассматриваемая схема отличается от предыдущей дополнительным электронным ключом, подключенным к обмотке «A», создающим дополнительно сдвиг фазы тока. Он необходим для трудных условий работы.
Рекомендации автора по наладке и работе не изменились.
Преимущества схемы тиристорного преобразователя: автор В Соломыков
Эта разработка позволяет максимально эффективно сохранить мощность асинхронного двигателя при его подключении в однофазную сеть. Она является прообразом современных частотных преобразователей, но выполнена на старой и доступной элементной базе.
Тиристорный преобразователь позволяет сделать формы напряжений на каждой фазе очень похожими на идеальные, гармоничные синусоиды, под которые и создается асинхронный электродвигатель.
Питание от сети 220 вольт происходит через защиту — автоматический выключатель SF1 и диодный мост на базе Д233В.
Силовые выходные цепи образуются работой тиристорных ключей VS1-VS6.
Сдвиг фаз токов для питания каждой обмотки двигателя своим напряжением создается работой двух микросхем:
- DD1 — К176ЛЕ5;
- DD2 — К176 ИР2.
Они формируют такты сдвига напряжений сигналов в регистрах, а их сочетания подаются на входы управления тиристорами VS1÷VS6 через индивидуальные транзисторы VT1÷VT6 по запланированной временной диаграмме.
Логическая часть
Микросхема К176ИР2 вырабатывает по 2 раздельных 4-х разрядных регистра сдвига с четырьмя выходами Q от любого триггера. Каждый триггер двухступенчатый, типа D.
Ввод данных в регистр происходит через вход D. Также имеется вход для тактовых импульсов типа C. Они поступают через вход D 1-го триггера, а затем смещаются по ходу вправо на один такт.
Обнуление данных на выходе регистра Q происходит при поступлении на вход R (асинхронный сброс) напряжения логического уровня.
Таблица данных К176ИР2 и состояний регистров
Число разрядов | 4х2 | Входы | Выход | |||
Сторона сдвига | Направо | C | D | R | Q0 | Qn |
Тип ввода | Последовательно | ∫ | H | Н | H | Qn-1 |
Тип вывода | Параллельно | ∫ | B | H | B | Qn-1 |
Тактовая частота | 2,5MHz | ∫ | X | H | Q1 | Qn не меняется |
Рабочая температура | -45÷+85 | X | X | B | H | H |
Работой микросхемы К176ИР2 управляет элементы DD1 на сборке К176ЛЕ5.
Они обеспечивают подачу импульсов на управляющие электроды тиристоров по следующей временной диаграмме.
Силовая часть схемы, принципы ее управления и наладки
При подаче напряжения на схему обнуляется регистр сдвига микросхемы DD2 до окончания заряда емкости C2 по цепочке через R5. В момент заряда срабатывает логический элемент DD1.1, разрешающий сдвиг импульса регистру DD2.
При переходе регистра в положение «логической 1» подается сигнал на базу его биполярного транзистора (VT1÷VT6). Последний открывается и подает команду на управляющий электрод своего тиристора.
В результате работы этой цепочки между выходными силовыми клеммами создается трехфазное напряжение (довольно близкое к синусоидальной форме) со сдвигом векторов между собой на 120 градусов.
Асинхронный двигатель, работающий по этой схеме, развивает наибольшую мощность по сравнению с тремя предыдущими вариантами.
Частота коммутации тиристоров подбирается экспериментально при наладке за счет выбора номиналов емкостей С4, С5, С6.
Их номиналы зависят от мощности электродвигателя.
Емкость конденсаторов предварительно рассчитывают по формуле:
С = 0.01P (Вт) / n ∙ 1 / 30n (мкФ).
При номинальной частоте вращения ротора выставляют n=1.
Резисторы R3 и R4 после окончания настройки устройства демонтируют, а вместо R4 запаивают конденсатор с емкостью 0,68 микрофарад.
Затем к точкам A и B припаивают регулировочный резистор на 15 килоом. Его назначение — точное выставление частоты вращения ротора у двигателя.
Схема Соломыкова приведена из журнала Радиолюбитель №1 за 2000 год, страница №17. Я ее не проверял, посчитав, что информация будет полезна моим читателям. Но уже у двоих человек не получается ее реализовать. Смотрите комментарии внизу статьи. Возникла проблема, которая требует разрешения.
Все четыре схемы, которые я привел, не содержат дефицитных деталей и могут быть собраны в домашних условиях людьми с начальным уровнем навыков электрика.
Для продвинутых мастеров могу порекомендовать схему, по которой выполнил подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без конденсаторов на современной электронной базе владелец сайта Радиокот.
Он фактически собрал частотный преобразователь, которому отдал много времени. К тому же простым паяльником и обычным цифровым мультиметром там отделаться не получится. Нужны практические навыки, специальный инструмент, осциллограф для наладки.
Все это я написал, чтобы подвести вас к выводу: запустить асинхронный двигатель на 3 фазы в сеть 220 вольт без потерь мощности можно только через промышленный частотный преобразователь.
Рекомендую посмотреть два коротких видеоролика по этой теме и сравнить результат.
Видео владельца Kick Ass с самодельным регулятором по схеме В Голик.
Видео владельца Capricorn WorkShop о самом простом частотном преобразователе.
youtube.com/embed/1Q_Xa59Pzb4?feature=oembed» frameborder=»0″ allow=»accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture» allowfullscreen=»»> Выводы сделайте сами. А если остались еще вопросы и неясности, или заметили случайную ошибку, то воспользуйтесь разделом комментариев. Обязательно обсудим.
Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности
Главная > Энергетика > Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности
Как известно, при включении трёхфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть, по распространенным конденсаторным схемам: «треугольник», или «звезда», мощность двигателя используется только наполовину (в зависимости от применяемого двигателя).
Кроме того, затруднён запуск двигателя под нагрузкой.
В предлагаемой статье описан метод подключения двигателя без потери мощности.
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 Iл в векторном виде равен разности токов Iз и Ia, а по абсолютному значению соответствует величине Iф√3, где Iф=I1=I2=I3=Uл/R — фазный ток нагрузки, Uл=U1=U2=U3=220 В — линейное напряжение сети.
К конденсатору С1 приложено напряжение Uc1=U2, ток через него равен Ic1 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 Iл.
Сдвиг фаз между токами Ic1 и IL1 составляет 60°, поэтому треугольник из векторов Iл, Iс1 и IL1 — равносторонний, а их абсолютная величина составляет Iс1=IL1=Iл=Iф√3. В свою очередь, фазный ток нагрузки Iф=Р/ЗUL, 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 Ic1=IL1=P/(√3⋅Uл)=P/380, показанная на рис.
Таблица 1
| P, Вт | IC1=IL1, A | C1, мкФ | L1, Гн |
|---|---|---|---|
| 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 | |
| 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 |
В табл. 1 приведены значения тока Ic1=IL1. 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 ф 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 
1, можно представить в виде токов, проходящих через некоторые катушки индуктивности Lн, 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 LH 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 Iлcosφ и реактивную Iлsinφ.
В результате решения системы уравнений для определения необходимых значений токов через конденсатор С1 и катушку L1:
IC1sin30° + IL1sin30° = Iлcosφ, IC1cos30° — IL1cos30° = Iлsinφ,
получаем следующие значения этих токов:
IC1 = 2/√3⋅Iлsin(φ+60°), IL1 = 2/√3⋅Iлcos(φ+30°).
При чисто активной нагрузке (φ=0) формулы дают ранее полученный результат Ic1=IL1=Iл.
На рис. 5 приведены зависимости отношений токов Ic1 и IL1 к Iл от cosφ, рассчитанные по этим формулам Для (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 cosφ, равных 0,85…0,9.
Таблица 2
| P, Вт | IC1, A | IL1, A | C1, мкФ | L1, Гн |
|---|---|---|---|---|
| 100 | 0.35 | 0.18 | 5.1 | 3.99 |
| 200 | 0.70 | 0.35 | 10.2 | 2.00 |
| 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 | |
| 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 |
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′).
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.
Таблица 3
| Зазор в магнитопроводе, мм | Ток в сетевой обмотке, A, при соединении выводов на напряжение, В | ||
|---|---|---|---|
| 220 | 237 | 254 | |
| 0.2 | 0.63 | 0.54 | 0.46 |
| 0.5 | 1.26 | 1.06 | 0.93 |
| 1 | — | 2.05 | 1.75 |
В табл. 4 приведены номинальные величины токов первичных обмоток трансформаторов различных телевизоров и ориентировочные значения мощности двигателя, с которыми их целесообразно использовать фазосдвигающую LC-цепь следует рассчитывать для максимально возможной нагрузки электродвигателя.
Таблица 4
| Трансформатор | Номинальный ток, A | Мощность двигателя, Вт |
|---|---|---|
| ТС-360М | 1.8 | 600…1500 |
| ТС-330К-1 | 1. 6 | 500…1350 |
| СТ-320 | 1.6 | 500…1350 |
| СТ-310 | 1.5 | 470…1250 |
| ТСА-270-1, ТСА-270-2, ТСА-270-3 | 1.25 | 400…1250 |
| ТС-250, ТС-250-1, ТС-250-2, ТС-250-2М, ТС-250-2П | 1.1 | 350…900 |
| ТС-200К | 1 | 330…850 |
| ТС-200-2 | 0.95 | 300…800 |
| ТС-180, ТС-180-2, ТС-180-4, ТС-180-2В | 0.87 | 275…700 |
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. 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.
Как запустить трехфазный двигатель от однофазного источника питания?
В зависимости от типа источника питания переменного тока асинхронные двигатели делятся на два типа; трехфазный асинхронный двигатель и однофазный асинхронный двигатель. В большинстве промышленных и сельскохозяйственных приложений трехфазный асинхронный двигатель широко используется по сравнению с однофазным асинхронным двигателем.
Из-за нехватки электроэнергии трехфазное питание не всегда доступно в сельском хозяйстве. При этом одна фаза отключается от группового оперативного выключателя (ГОС). Таким образом, в большинстве случаев доступны две из трех фаз. Но при любом особом расположении невозможна работа трехфазного двигателя от однофазного источника питания.
Как известно, трехфазный асинхронный двигатель является двигателем с самозапуском. Так как обмотка статора трехфазного асинхронного двигателя создает вращающееся магнитное поле. Это создаст фазовый сдвиг на 120˚. Но в случае однофазного асинхронного двигателя индуцируется пульсирующее магнитное поле. Следовательно, однофазный асинхронный двигатель не является самозапускающимся двигателем. Для старта требуется дополнительное вспомогательное оборудование.
- Связанный пост: Что произойдет, если вы подключите 3-Φ асинхронный двигатель к однофазной сети?
То же самое здесь, нам нужно сделать некоторые дополнительные меры, чтобы привести трехфазный асинхронный двигатель в однофазную сеть. Есть три метода;
- Использование статического конденсатора (метод фазового сдвига)
- Использование VFD (преобразователь частоты)
- Использование поворотного преобразователя
В этой статье мы кратко обсудим каждый метод.
При подаче трехфазного переменного тока на статор трехфазного асинхронного двигателя создается сбалансированное вращающееся магнитное поле, изменяющееся во времени на 120° друг от друга. Но в случае однофазного асинхронного двигателя индуцируется пульсирующее магнитное поле. И в этом случае начальный крутящий момент (пусковой момент) не создается. В однофазном асинхронном двигателе дополнительная обмотка используется для создания фазового сдвига. Вместо пусковой обмотки также используется конденсатор или дроссель для создания смещения фаз.
Аналогично этому принципу можно использовать трехфазную обмотку трехфазного асинхронного двигателя и сдвинуть одну обмотку с помощью конденсатора или индуктора. После запуска трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети он постоянно работает с пониженной мощностью. Полезная мощность или КПД двигателя снижается на 2/3 rd от его номинальной мощности.
Этот метод также известен как метод статического преобразователя фазы или метод фазового сдвига или метод перемотки .
В некоторых схемах используются два конденсатора; один для запуска, второй для работы. Емкость пускового конденсатора в 4-5 раз выше по сравнению с рабочим конденсатором. Принципиальная схема такого устройства показана на рисунке ниже.
Пусковой конденсатор используется только для запуска. Он отключится от цепи после запуска. Рабочий конденсатор всегда остается в цепи. Здесь, как показано на рисунке, двигатель соединен звездой. И оба конденсатора подключены между двумя фазами обмотки.
Однофазное питание имеет две клеммы. Одна клемма соединена с последовательной комбинацией обмотки, а вторая клемма соединена с оставшейся клеммой трехфазной обмотки. Иногда используется только один конденсатор. Такой тип расположения показан на рисунке ниже.
В большинстве случаев небольшие асинхронные двигатели подключаются по схеме «звезда». Здесь мы взяли трехфазный асинхронный двигатель, соединенный звездой. Для повышения уровня напряжения используется автотрансформатор. Потому что уровень напряжения трехфазного питания составляет 400-440 В, а уровень напряжения однофазного питания составляет 200-230 В для 50 Гц питания.
Мы можем использовать эту схему без использования автотрансформатора. В этом случае уровень напряжения остается на уровне однофазного питания (200-230 В). В этом состоянии двигатель также будет работать. Но поскольку напряжение низкое, крутящий момент, создаваемый двигателем, низкий. Эту проблему можно решить, подключив дополнительный пусковой конденсатор (рис. 1). Этот конденсатор известен как пусковой конденсатор или конденсатор фазовой синхронизации.
Если вам нужно изменить направление вращения двигателя, измените схему подключения, как показано на рисунке ниже.
Ограничения:
Ограничения метода статического конденсатора перечислены ниже.
- Выходная мощность трехфазного асинхронного двигателя уменьшена на 2/3 rd от полной мощности нагрузки.
- Этот метод можно использовать для временных целей. Он не подходит для непрерывно работающих приложений.
- В этом методе эффект загрузки постоянно состоит из двух фаз. Это сократит срок службы двигателя.
Похожие сообщения:
- Что происходит с трехфазным двигателем, когда 1 из 3 фаз теряется?
- Что происходит с трехфазным двигателем при потере двух из трех фаз?
ЧРП означает частотно-регулируемый привод . Это устройство, которое используется для управления двигателем (регулируемая скорость при работе). ЧРП регулирует входной ток двигателя в соответствии с потребностью (нагрузкой). Это устройство позволяет двигателю эффективно работать при различных условиях нагрузки.
Этот метод лучше всего подходит для работы трехфазного асинхронного двигателя с однофазным питанием. В этом случае доступное однофазное питание подается на вход частотно-регулируемого привода. VFD преобразует однофазное питание в постоянный ток путем выпрямления. Опять же, он преобразует источник постоянного тока в трехфазный источник переменного тока. А частота трехфазного выхода регулируется частотно-регулируемым приводом.
Таким образом, доступная мощность (однофазная) подается на ЧРП, а выходная мощность (трехфазная) ЧРП используется в качестве входа трехфазного двигателя. Это также устраняет бросок тока во время запуска двигателя. Он также обеспечивает плавный пуск двигателя от состояния покоя до полной скорости. Существуют различные типы и характеристики ЧРП для различных применений и двигателей. Вам нужно всего лишь выбрать подходящий частотно-регулируемый привод для ваших приложений.
Стоимость частотно-регулируемого привода превышает стоимость статического конденсатора. Но это дает лучшую производительность двигателя. Стоимость частотно-регулируемого привода меньше, чем у преобразователя с вращающейся фазой. Таким образом, в большинстве приложений частотно-регулируемый привод используется вместо вращающихся преобразователей фазы.
Преимущества ЧРП:
Преимущества использования ЧРП для работы трехфазного асинхронного двигателя от однофазного источника питания.
- Регулируя параметр частотно-регулируемого привода, мы можем добиться плавного пуска двигателя.
- Легко работать с максимальной производительностью и большей эффективностью.
- Имеет функцию самодиагностики, которая используется для защиты двигателя от перенапряжения, перегрузки, перегрева и т.д.
- Запрограммирован на автоматическое управление двигателем.
Другой используемый метод заключается в работе трехфазного асинхронного двигателя от однофазного источника питания с использованием вращательного преобразователя фаз (RPC). Этот процесс очень дорогой. Это даст наилучшую производительность по сравнению со всеми другими методами. Потому что поворотный фазоинвертор выдает на выходе идеальный трехфазный сигнал. Кроме того, он не используется широко, поскольку стоимость вращающегося преобразователя очень высока.
Схема подключения поворотного преобразователя фаз показана на рисунке ниже.
Похожие сообщения:
- Разница между однофазным и трехфазным асинхронным двигателем
- Разница между однофазным и трехфазным источником питания
- Почему трехфазное питание? Почему не 6, 12 или больше для силовой передачи?
- Если 1-фазное питание 230 В, почему 3-фазное 400 В, а не 690 В?
- Преимущества трехфазной системы по сравнению с однофазной системой
- Значения трехфазного тока в трехфазной системе
- Соединение звездой (Y): значения трехфазной мощности, напряжения и тока
- Соединение треугольником (Δ): 3-фазная мощность, значения напряжения и тока
Показать полную статью
Связанные статьи
Кнопка «Вернуться к началу»
Трехфазный двигатель, работающий от однофазного источника питания
Трехфазный асинхронный двигатель переменного тока широко используется в промышленном и сельскохозяйственном производстве благодаря своей простой конструкции, низкой стоимости, простоте обслуживания и эксплуатации. 3-фазный двигатель переменного тока использует 3-фазный источник питания (3 фазы 220 В, 380 В, 400 В, 415 В, 480 В и т. д.), но в некоторых реальных приложениях у нас есть только однофазные источники питания (1 фаза 110 В, 220 В, 230 В, 240 В и т. д.). .), особенно в бытовой технике. В случае запуска трехфазных машин от однофазных источников питания, есть 3 способа сделать это:
- Перемотка двигателя
- Купить частотно-регулируемый привод GoHz
- Купить преобразователь частоты/фазы
I: Перемотка двигателя
Необходимо выполнить некоторые работы по преобразованию работы трехфазного двигателя на однофазное питание. Здесь показано, как преобразовать 3-фазный двигатель 380 В для работы от однофазного источника питания 220 В.
Принцип перемотки
Трехфазный асинхронный двигатель использует три взаимно разделенных угла 120° сбалансированного тока через обмотку статора для создания изменяющегося во времени вращающегося магнитного поля для привода двигателя. Прежде чем говорить об использовании трехфазного асинхронного двигателя, перестраиваемого для работы от однофазного источника питания, следует пояснить вопрос создания вращающегося магнитного поля однофазного асинхронного двигателя, так как запуск однофазного двигателя возможен только после установления вращающегося магнитного поля. . Причина, по которой он не имеет начального пускового момента, заключается в том, что однофазная обмотка в магнитном поле не вращается, а пульсирует. Другими словами, он закреплен относительно статора. В этом случае пульсирующее магнитное поле статора взаимодействует с током в проводнике ротора и не может создавать крутящий момент, поскольку вращающееся магнитное поле отсутствует, поэтому двигатель не может быть запущен. Однако положение двух обмоток внутри двигателя имеет разный пространственный угол. Если он пытается создать другой фазный ток, двухфазный ток имеет определенную разницу фаз во времени для создания вращающегося магнитного поля. Так статор однофазного двигателя должен иметь не только рабочую обмотку, но и обязательно иметь пусковую обмотку. В соответствии с этим принципом мы можем использовать трехфазную обмотку трехфазного асинхронного двигателя и сместить одну из катушек обмотки с помощью конденсатора или индуктивности, чтобы две фазы могли проходить через другой ток, чтобы создать вращающееся магнитное поле для управлять двигателем. Когда трехфазный асинхронный двигатель использует однофазное питание, мощность составляет всего 2/3 от первоначальной.
Метод перемотки
Чтобы использовать 3-фазный двигатель с 1-фазным источником питания, мы можем соединить любые 2-фазные катушки обмотки последовательно, а затем подключить к другой фазе. В это время магнитный поток в двух обмотках имеет разность фаз, но рабочая обмотка и пусковая обмотка подключены к одному и тому же источнику питания, поэтому ток одинаков. Поэтому подключите конденсатор, катушку индуктивности или резистор к пусковой обмотке последовательно, чтобы ток имел разность фаз. Для увеличения пускового момента на соединении можно использовать автотрансформатор для повышения напряжения однофазной сети с 220 В до 380 В, как показано на рисунке 1. 9.0189
Небольшие двигатели общего назначения имеют Y-образное соединение. Для трехфазного асинхронного двигателя Y-типа клемма обмотки конденсатора C подключается к пусковой клемме автотрансформатора. Если вы хотите изменить направление вращения вала, подключите его, как показано на рисунке 2.
Если вы не хотите повышать напряжение, источник питания 220 В также может использовать это. Поскольку исходная трехфазная обмотка напряжения питания 380 В теперь используется для питания 220 В, напряжение слишком низкое, поэтому крутящий момент слишком низкий.
Рис. 3 крутящий момент проводки слишком мал. Если вы хотите увеличить крутящий момент, вы можете подключить фазовый конденсатор к двухфазной обмотке вместе в катушке и использовать ее в качестве пусковой обмотки. Одиночная катушка, подключенная напрямую к источнику питания 220 В, см. рис. 4.
На рис. 3 и 4, если вам нужно изменить направление вращения вала, вы можете просто изменить сквозное направление пусковой обмотки или рабочей обмотки. .
Магнитный момент после последовательного соединения двух обмоток (одна из которых обратная) складывается из двух углов магнитного момента 60° (рис. 5). Магнитный момент намного выше, чем у магнитного момента 120° (показан на рис. 6), поэтому пусковой момент проводки на рис. 5 больше, чем у проводки на рис. 6.
Величина входного резистора R (рисунок 7) на обмотке пускателя должна быть замкнута на сопротивление фазы обмотки статора и должна выдерживать пусковой ток, в 0,1-0,12 раза превышающий пусковой момент.
Выбор фазовращающего конденсатора
Рабочий конденсатор c=1950×Ie/Ue×cosφ (микрозакон), Ie, ue, cosφ – исходный номинальный ток двигателя, номинальное напряжение и мощность.
Общий рабочий конденсатор, используемый в однофазном источнике питания трехфазного асинхронного двигателя (220 В): каждые 100 Вт используют от 4 до 6 микроконденсаторов. Пусковой конденсатор можно выбрать в зависимости от пусковой нагрузки, обычно в 1-4 раза превышающей рабочий конденсатор. Когда двигатель достигает 75%~80% номинальной скорости, пусковой конденсатор должен быть отключен, иначе двигатель сгорит.
Емкость конденсатора должна быть правильно подобрана, чтобы токи 11, 12 двух фазных обмоток были равны и равны номинальному току Ie, значит 11=12=Ie. Если требуется высокий пусковой момент, можно добавить пусковой конденсатор и подключить его к рабочему конденсатору. Когда пуск нормальный, отсоедините пусковой конденсатор.
Работа трехфазного двигателя от однофазного источника питания дает много преимуществ, перемотка упрощается. Однако общая мощность однофазного источника питания слишком мала, он должен выдерживать высокий пусковой ток, поэтому этот метод можно применять только к двигателю мощностью 1 кВт или менее.
II: Купите частотно-регулируемый привод (ГГц)
ЧРП, сокращение от Variable Frequency Drive, это устройство для управления двигателем, работающим на регулируемых скоростях. Однофазный на 3-фазный ЧРП является лучшим вариантом для трехфазного двигателя, работающего от однофазного источника питания (1 фаза 220 В, 230 В, 240 В), он устранит пусковой ток во время запуска двигателя, заставит двигатель работать с нулевой скорости до полной. скорость плавная, плюс, цена абсолютно доступная. Доступны частотно-регулируемые приводы GoHz мощностью от 1/2 л.с. до 7,5 л.с., частотно-регулируемые приводы большей мощности могут быть настроены в соответствии с фактическими двигателями.
Преимущества использования GoHz VFD для трехфазного двигателя:
- Плавный пуск может быть достигнут путем настройки параметров VFD, время пуска может быть установлено на несколько секунд или даже десятков.
- Функция бесступенчатой регулировки скорости, обеспечивающая оптимальную работу двигателя.
- Превратите двигатель с индуктивной нагрузкой в емкостную нагрузку, что может увеличить коэффициент мощности.
- VFD имеет функцию самодиагностики, а также защиту от перегрузки, перенапряжения, низкого давления, перегрева и более 10 функций защиты.
- Можно легко запрограммировать с помощью клавиатуры для достижения автоматического управления.