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.
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. 1
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 | 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 |
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 рис. 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 |
| 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 |
В табл. 2 приведены значения токов IC1, IL1, протекающих через конденсатор С1 и дроссель L1 при различных величинах полной мощности нагрузки, имеющей указанное выше значение cosφ = √3/2.
Для такой фазосдвигающей цепи используют конденсаторы МБГО, МБГП, МБГТ, К42-4 на рабочее напряжение не менее 600 В или МБГЧ, К42-19 на напряжение не менее 250 В.
Дроссель проще всего изготовить из трансформатора питания стержневой конструкции от старого лампового телевизора. Ток холостого хода первичной обмотки такого трансформатора при напряжении 220 В обычно не превышает 100 мА и имеет нелинейную зависимость от приложенного напряжения.
Если же в магнитопровод ввести зазор порядка 0,2…1 мм, ток существенно возрастет, а зависимость его от напряжения станет линейной.
Сетевые обмотки трансформаторов ТС могут быть соединены так, что номинальное напряжение на них составит 220 В (перемычка между выводами 2 и 2′), 237 В (перемычка между выводами 2 и 3′) или 254 В (перемычка между выводами 3 и 3′). Сетевое напряжение чаще всего подают на выводы 1 и 1′. В зависимости от вида соединения меняются индуктивность и ток обмотки.
В табл. 3 приведены значения тока в первичной обмотке трансформатора ТС-200-2 при подаче на нее напряжения 220 В при различных зазорах в магнитопроводе и разном включении секций обмоток.
Сопоставление данных табл.
3 и 2 позволяет сделать вывод, что указанный трансформатор можно установить в фазосдвигающую цепь двигателя с мощностью примерно от 300 до 800 Вт и, подбирая зазор и схему включения обмоток, получить необходимую величину тока.
Индуктивность изменяется также в зависимости от синфазного или противофазного соединения сетевой и низковольтных (например, накальных) обмоток трансформатора.
Максимальный ток может несколько превышать номинальный ток в рабочем режиме. В этом случае для облегчения теплового режима целесообразно снять с трансформатора все вторичные обмотки, часть низковольтных обмоток можно использовать для питания цепей автоматики устройства, в котором работает электродвигатель.
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.
Оказываемые услуги: Новости: 18.04.2023 Нерабочий день Уважаемые клиенты! Сообщаем, что 28.04.2023 бухгалтерия не работает ( технический день).
06.02.2023 Срочно требуются слесари и электрообмотчики 25.07.2022 Важная информация Уважаемые клиенты и посетители сайта, информируем вас о том, что, к сожалению, производители DAB, LOWARA, EBARA не принимают заявки на запчасти и оборудование. 16.01.2020 Сервисный центр насосов SAER «ГРАНАТ-ЭнергоСервис» стал официальным Сервисным Центром насосного оборудования SAER! 08.06.2017 ГРАНАТ-ЭнергоСервис- Дилер и СервисЦентр PEDROLLO! Уважаемые друзья и коллеги! Рады сообщить, что ГРАНАТ-ЭнергоСервис является авторизованным СервисЦентром и Дилером PEDROLLO! Курс валют предоставлен сайтом old. | Применение конденсаторов в асинхронных двигателях
Существуют две основные области применения конденсаторов для асинхронных электродвигателей. 1) Трёхфазный асинхронный электродвигатель, включаемый через конденсатор в однофазную сеть В случае, когда трехфазный электродвигатель необходимо подключить к однофазной сети, существует два возможных варианта подключения: «звезда» или «треугольник», причем наиболее предпочтительным во многих случаях является вариант «треугольник». Приблизительный расчет для данного типа соединения производится по следующей формуле:
Сраб.=k*Iф/Uсети где: k – коэффициент, зависящий от соединения обмоток.
Для схемы соединения «Звезда» — k=2800 Для схемы соединения «Треугольник» — k=4800 Iф – номинальный фазный ток электродвигателя, А. Uсети – напряжение однофазной сети, В.
Для определения пусковой емкости Сп. Для получения пускового момента, близкого к номинальному, достаточно иметь пусковую емкость, определяемую соотношением Сп.=(2.5-3) Ср. Рабочее напряжение конденсаторов должно быть в 1,5 раза выше напряжения сети.
Схема подключения
2) Асинхронный электродвигатель, питаемый от однофазной сети и имеющий на статоре две обмотки, одна из которых включается в сеть непосредственно, а другая — последовательно с электрическим конденсатором для образования вращающегося магнитного поля. Конденсаторы создают сдвиг фаз между токами обмоток, оси которых сдвинуты в пространстве. Наибольший вращающий момент развивается, когда сдвиг фаз токов составляет 90°, а их амплитуды подобраны так, что вращающееся поле становится круговым. При пуске конденсаторного асинхронного двигателя оба конденсатора включены, а после его разгона один из конденсаторов отключают. Это обусловлено тем, что при номинальной частоте вращения требуется значительно меньшая емкость, чем при пуске.
Конденсаторный асинхронный электродвигатель по пусковым и рабочим характеристикам близок к трехфазному асинхронному двигателю.
|
kurs.com.ru
исходят из пускового момента. В случае если пуск двигателя происходит без нагрузки, пусковая емкость не требуется.
Схема (а) и векторная диаграмма конденсаторного асинхронного двигателя:▷ Работа трехфазных электродвигателей на однофазном питании
Электродвигатели можно классифицировать по количеству фаз питания. Их можно разделить на однофазные, двухфазные и трехфазные.
Давайте прочитаем больше информации об этом благодаря новой статье Удо, которую он любезно прислал нам несколько дней назад.
Двухфазные двигатели больше не используются. Однофазный двигатель имеет два типа проводки; живые и нейтральные. Эти двигатели работают от однофазного источника питания и имеют одно переменное напряжение. Поскольку они генерируют только переменное, а не вращающееся магнитное поле, для запуска им требуется конденсатор. Однофазные двигатели обычно используются для маломощных приложений.
Для работы трехфазных двигателей требуется трехфазное питание. Эти двигатели приводятся в действие тремя отдельными переменными токами одинаковой частоты, которые достигают максимума в чередующиеся моменты времени. Трехфазный двигатель имеет три провода под напряжением и иногда нейтраль.
Рис. 1: Детали трехфазного двигателя | изображение: electricengineeringtoolbox
Трехфазные двигатели обычно имеют более чем на 150 % большую мощность, чем их однофазные аналоги. Они самозапускаются, поскольку генерируют вращающееся магнитное поле.
Эти двигатели не создают вибраций и менее шумны, чем однофазные двигатели. К сожалению, большинство сооружений подключено к однофазной сети.
Хотя здание часто снабжается более чем одной фазой, одновременно может использоваться только одна фаза. Это создает проблемы, когда для приложения требуется трехфазный двигатель или когда доступен только трехфазный двигатель. К счастью, есть способы «настроить» трехфазный двигатель для работы от однофазной сети.
Преобразователь частоты
Самый простой способ — использовать частотно-регулируемый привод (ЧРП). ЧРП — это электрическое устройство, которое управляет двигателями, работающими с регулируемой скоростью. Он состоит из выпрямителя, конденсатора звена постоянного тока и инвертора. ЧРП выполняет преобразование трехфазного двигателя в однофазную мощность путем выпрямления каждой пары фаз в постоянный ток, а затем инвертирования постоянного тока в трехфазную выходную мощность. Это не только устраняет бросок тока во время пуска двигателя, но и обеспечивает плавный переход двигателя от нулевой скорости к максимальной скорости.
Рис. 2: Преобразователь частоты | изображение: indiamart
ЧРП доступны с различной номинальной мощностью для разных двигателей. Все, что вам нужно сделать, это подключить источник питания к входу частотно-регулируемого привода и подключить трехфазный двигатель к его выходу.
Вращающийся фазовращатель
Еще один метод работы трехфазного двигателя от однофазной сети — использование вращательного преобразователя фаз (RPC). Вращающийся преобразователь фазы представляет собой электрическую машину, которая преобразует энергию из одной многофазной системы в другую.
Рис. 4: Подключение схемы преобразования вращающегося фазового преобразователя | изображение: plantengineering
Эти преобразователи генерируют чистые трехфазные сигналы от однофазного питания посредством вращательного движения. RPC намного дороже частотно-регулируемых приводов, поэтому их редко целесообразно использовать для преобразования фаз двигателя.
Рис. 5: Вращающийся фазовращатель | image: scosarg.com
Перемотка двигателя
Последний способ заставить трехфазный двигатель работать от однофазной сети — перемотать двигатель. Этот метод также известен как однофазный. Он предполагает перемотку электродвигателя с помощью конденсаторов. Трехфазная мощность поступает через три синусоиды, которые симметричны. Эти волны не совпадают по фазе друг с другом на 120 электрических градусов.
Для преобразования трехфазного двигателя две его фазы подключаются к питающей однофазной сети. Фантомная ветвь создается для третьей фазы с использованием конденсаторов. Конденсаторы обеспечивают смещение на 90 электрических градусов между вспомогательной и основной обмотками. Чтобы ток был сбалансирован, используемые конденсаторы должны иметь подходящую емкость для нагрузки. На рисунке ниже показана принципиальная схема преобразования трехфазного тока в двухфазный с использованием однофазного метода.
Вы когда-нибудь запускали трехфазный двигатель? Как все прошло и есть ли у вас советы для нас?
фазопреобразователь однофазный силовой трехфазный двигатель
FacebookTwitterLinkedIn
Как правильно эксплуатировать трехфазный двигатель, используя однофазную мощность
Итак, вы сказали соседу, что работаете с электрооборудованием, и теперь он думает, что вы можете решить его проблему, потому что он купил трехфазный двигатель, который может t работают от однофазной сети.
Просьба переоборудовать этот мотор уже звучит как больше проблем, чем того стоит. Хотя это не совсем так. Есть несколько способов облегчить этот процесс.
Метод фантомной ноги
Трехфазное питание включает три симметричные синусоидальные волны, которые на 120 электрических градусов не совпадают по фазе друг с другом (см. рис. 1). Одним из методов преобразования однофазной мощности, который хорошо работал в течение десятилетий, было подключение двух фаз к входящей однофазной мощности 220 В и создание «фантомной ветви» для третьей фазы с использованием конденсаторов для принудительного смещения между основной и вспомогательной обмотками. . В этом случае смещение составляет 90 электрических градусов.
Для этого метода емкость конденсаторов должна соответствовать нагрузке. Ток будет несбалансированным, если это не так. В отличие от фазового сдвига на 120 градусов, показанного в нижней части рисунка 1, неправильное сопряжение конденсатора и нагрузки может привести к большому отклонению.
Чем больше несоответствие, тем ниже крутящий момент.
Метод с вращающимся преобразователем фаз
Другим жизнеспособным методом является использование вращающегося преобразователя фазы (см. рис. 2). Например, в деревообрабатывающем цехе может использоваться вращающийся фазовый преобразователь для работы нескольких трехфазных машин с однофазным входом питания. Одним из недостатков является то, что процесс может быть очень дорогим в течение всего времени преобразования вращательной фазы, независимо от того, используется ли какое-либо оборудование. Ток может быть уравновешен, когда работает определенное оборудование, но если работает несколько машин или все они сильно загружены, трехфазная мощность — ток и напряжение — резко неуравновешена.
«Стандарт NEMA. MG 1: Двигатели и генераторы» требует, чтобы двигатели работали от напряжения, сбалансированного в пределах 1%. Если применить правило 10x (процентная асимметрия тока может в 10 раз превышать процентную асимметрию напряжения) к двигателю, работающему с 1%-ной асимметрией напряжения, то асимметрия тока может составить 10%.
Это полезно, потому что большинство трехфазных двигателей, работающих в описанной выше системе, работают с асимметрией тока от 15% до 50%. Даже с учетом графика снижения номинальных характеристик NEMA MG 1 (см. рис. 3) ни один двигатель не должен работать с такой большой асимметрией тока.
Метод частотно-регулируемого привода
Преобразователь частоты (ЧРП) выпрямляет каждую пару фаз в постоянный ток и инвертирует постоянный ток в мощность для трехфазного выхода, что означает, что ЧРП может использоваться с однофазным входом для работы трехфазный двигатель. Поддержка производителя варьируется, и рекомендуется с осторожностью снижать номинальные характеристики диска на 1, деленное на квадратный корень из 3 (около 58%). Также обратите внимание, что номинал ЧРП в л.с./кВт указан для удобства определения размеров приводов, поскольку они рассчитаны по току. Например, двигатель мощностью 10 л.с. (7,5 кВт) будет использовать частотно-регулируемый привод мощностью 15 л.с. (11 кВт).
Пользователю настоятельно рекомендуется сотрудничать с производителем привода при выборе и определении размера частотно-регулируемого привода для такого использования.
Компрессоры, механическая мастерская и деревообрабатывающее оборудование, а также декоративные фонтаны являются хорошими кандидатами для этого метода. Вместо того, чтобы покупать дорогой однофазный двигатель, менять элементы управления и решать проблемы с регулированием скорости и пусковым моментом, лучше использовать частотно-регулируемый привод для управления существующим двигателем от однофазной мощности. Для многих приложений мощностью до 5 л.с. (4 кВт) подходящий частотно-регулируемый привод можно приобрести гораздо дешевле, чем стоимость перемотки трехфазного двигателя и обеспечения необходимых элементов управления для его работы.
Дополнительными преимуществами являются то, что купить трехфазный двигатель обычно дешевле, органы управления не требуют замены или модификации, а преобразователь частоты имеет дополнительное преимущество, заключающееся в обеспечении контроля скорости.