Электропоезда переменного тока | Расщепитель фаз

Понижают трех фазное напряжение 380В до потребляемого однофазного 220 В. С помощью преобразователя разработанным автором можно из трех фазного получить одно фазное напряжения. С небольшими переделками преобразователь можно использовать для питания трёхфазных и двухфазных асинхронных электродвигателей мощностью до 1000 Вт как с постоянной, так и с регулируемой частотой вращения.

Регулирование частоты вращения асинхронных электродвигателей возможно только изменением частоты питающего напряжения. Но при снижении частоты необходимо пропорционально уменьшать питающее напряжение во избежание перегрева обмоток и, наоборот, с ростом частоты повышать напряжение для поддержания мощности на валу.

В устройстве применён регулируемый автотрансформатор (ЛАТР), с его помощью изменяется напряжение, от которого зависит амплитуда прямоугольных импульсов заданной частоты, подаваемых на обмотки двигателя. В устройстве амплитуда этих импульсов остаётся постоянной, но изменяется их скважность, что тоже приводит к нужному результату. Недостаток первого устройства — громоздкий автотрансформатор, а второго — слишком сложная схема.

В предлагаемом вниманию читателей преобразователе однофазного сетевого напряжения в трёхфазное, подаваемое на двигатель, указанные недостатки устранены. Он содержит регулируемый симистором выпрямитель и простую цифровую часть, вырабатывающую три последовательности симметричных прямоугольных импульсов, взаимно сдвинутых по фазе на 120°. Схема устройства изображена на рис. 1.

Регулируемый выпрямитель представляет собой, по существу, обычный симисторный регулятор, работающий на диодный выпрямительный мост со сглаживающим выпрямленное напряжение конденсатором. Он состоит из силового симистора VS2, симметричного динистора VS1 с пороговым напряжением 32 В, конденсаторов С2, С4, С6, С8. Переключателем SA1.2 выбирают один из трёх резисторов R7-R9, образующих с конденсатором С2 фазосдвигающую цепь, задерживающую момент открывания симистора относительно начала каждого полупериода.

Точный расчёт сопротивления этих резисторов затруднён, поэтому они подобраны экспериментально в процессе налаживания преобразователя. От задержки открывания симистора зависит напряжение, до которого заряжаются конденсаторы С4 и Сб. Этим напряжением питают мощные ключи на полевых транзисторах VT1-VT6, формирующие выходное трёхфазное напряжение.

Демпфирующая цепь C8R11 снижает коммутационные помехи. А для того чтобы помехи не проникали в питающую сеть, преобразователь подключён к ней через фильтр Z1 DL-6DX1. Он состоит из двух обмоточного дросселя, нескольких конденсаторов и резистора, через который конденсаторы разряжаются после отключения устройства от сети. Для правильной работы фильтра его корпус должен быть заземлён — соединён с третьим контактом сетевой розетки.

Резистор R6 предотвращает повреждение элементов выпрямителя в момент его включения в сеть. Дело в том, что в этот момент конденсаторы С4 и С6 ещё не заряжены. Импульс их зарядного тока, если его амплитуду ничем не ограничить, может вывести из строя либо диоды выпрямительного моста VD1, либо симистор VS2. Резистор R6 ограничивает амплитуду этого импульса приблизительно до 40 А, допустимых для диодного моста и симистора.

Конечно, для ограничения тока можно было применить терморезистор с большим отрицательным ТКС, но подходящих терморезисторов в продаже не нашлось, хотя в каталогах производителей они имеются. Поэтому в качестве R6 применён проволочный резистор С5-35В-7,5 Вт (ПЭВ-7,5). Не стоит заменять его импортным проволочным резистором. Например, резистор фирмы Uni-Ohm сопротивлением 5 Ом и мощностью 5 Вт при включении устройства в сеть мгновенно сгорает.

Разборка этого резистора показала, что в нём на керамический каркас размером с резистор МЛТ-0,5 намотан короткий отрезок чрезвычайно тонкого высокоомного провода, выдерживающего ток не более 2…3 А. Рассеивание постоянной мощности, равной номинальной, обеспечено хорошим отводом выделяемого проводом тепла через внешнюю керамическую оболочку резистора и её заполнитель. Но кратковременную перегрузку во много раз такой резистор выдержать не может.

Резистор R2 нужен для правильной работы симистора VS2. Как известно, чтобы симистор закрылся, разность потенциалов между его электродами 1 и 2 должна стать нулевой. Однако этого не происходит при работе симистора на выпрямительный мост со сглаживающим конденсатором большой ёмкости. Этот эффект и устраняет резистор R2. Его сопротивление может находиться в широких пределах, но при слишком большом его значении симистор перестаёт закрываться в конце каждого полупериода.

Цифровая часть устройства состоит из задающего генератора на микросхеме DA1, распределителя импульсов на счётчике Джонсона DD1, формирователя трёхфазной импульсной последовательности на элементах 3ИЛИ микросхемы DD2, трёх драйверов полумоста DA3-DA5 и шести ключей на полевых транзисторах VT1-VT6, образующих трёхфазный мост.

Частота генерируемых микросхемой XR2206CP (DA1) импульсов определяется простой зависимостью где R — сумма сопротивления постоянного резистора (одного из R3-R5, выбранного переключателем SА 1.1, спаренным с SA1.2) и введённого сопротивления переменного резистора R1. Следует иметь в виду, что эта частота должна в шесть раз превышать частоту выходного трёхфазного напряжения.

В рекордере для механической звукозаписи диск должен иметь три фиксированные скорости вращения — 78, 45 и 33 1/3 об/мин, а для этого с учётом передаточного числа механизма его двигатель нужно питать трёхфазным напряжением частотой соответственно 18,52, 10,68 и 7,917 Гц. Частота задающего генератора преобразователя должна быть в шесть раз выше этих значений — 111,2, 64,1 и 47,5 Гц.

Именно для этих частот на схеме указаны номиналы резисторов R3-R5 (из стандартного ряда Е96). При этом учтено, что последовательно с ними включается переменный резистор R1, сопротивление которого в среднем положении — 3,4 кОм. С его помощью точно устанавливают частоту вращения диска по стробоскопическим меткам на ободе.

Диоды VD3-VD5 совместно с конденсаторами СЮ-С12 образуют бутстрепные цепи для питания драйверов «верхних» ключевых полевых транзисторов трёхфазного моста, а резисторы R12-R17 ограничивают импульсный ток затворов транзисторов VT1-VT6. Дело в том, что мощные полевые транзисторы имеют входную ёмкость, исчисляемую тысячами пикофарад.

Для предотвращения очень большого тока перезарядки этой ёмкости и служат упомянутые резисторы. Для эффективного ограничения тока сопротивление этих резисторов должно быть, как можно больше, но чрезмерное увеличение затягивает процессы переключения транзисторов, что приводит к бесполезному расходу мощности на их нагрев.

Мощность, которую преобразователь может отдать в нагрузку, определяется мощностью выпрямителя и качеством отвода тепла от транзисторов VT1-VT6. В описываемой конструкции был применён теплоотвод от процессора «Пентиум», способный рассеять при обдуве мощность около 30 Вт. Это значит, что в нагрузку может быть передана мощность до 1000 Вт.

Подбирая номиналы элементов, от которых зависит частота задающего генератора, частоту генерируемого напряжения можно изменять в широких пределах, ограниченных только возможностями питаемого двигателя. Кроме того, для каждого значения частоты необходимо установить оптимальное напряжение питания двигателя, подбирая резистор фазосдвигающей цепи симисторного регулятора такого сопротивления, при котором двигатель работает не перегреваясь.

Человечество на полную катушку пользуется современными техническими изобретениями,обладающими принципиальной новизной. Жизнь порой заставляет изучать навороченные раскладки, поражаться уловкам доморощенных технарей. И даже не будучи фанатами, нам просто иногда хочется быть в теме. На самом деле для понимания вопроса, всего лишь надо идти от элементарного к сложному, от завязки к развязке. И начинать лучше с прояснения непонятных вещей.

Что такое трехфазная сеть?

Фаза означает изменение направления между величинами электросети в один и тот же момент времени. В случае 3-х ф. тока, используют три напряжения, ориентированных в 3-х различных направлениях. Таким образом, напряжение сети вычисляется сложением векторных величин, и не равняется алгебраической сумме всех напряжений.

Рассмотрим на примере того же двигателя. При подаче напряжения 380 В на катушку используются разные пары фаз в определенной последовательности для каждой обмотки. Собственно поэтому характеризуют цепь 380 Вольтами, а не скалярным сложением (220 + 220 + 220 = 660)В. Это объяснение очень упрощено и не совсем полно, но, надеемся, хорошо представлено. Да и написано так, чтобы было ясно, нам, электрическим«чайникам».

Излагая техническим слогом, в трехфазовой электросети, цепи проводников несут три переменных значений физических величин, которые достигают мгновенные пики в разное время. Принимая один проводник в качестве эталона, остальные два течения запаздывают во времени на одну треть и две трети от одного цикла тока. Эта задержка между фазами, имеет эффект передачи мощности в течение каждого цикла, а также позволяет производить вращающееся магнитное поле.

Что важно знать

В трёхфазной сети все три фазы имеют сдвиг равный 120 градусов. Если бы нужно было сделать преобразование трёхфазного 220 Вольт в 380В, или же однофазного 220 в такое же, но с величиной напряжения 380 В, то это выполняется очень просто за счёт обычного повышающего трансформатора. В данной проблеме необходимо не просто увеличение величины напряжения, а получение полноценной трёхфазной сети из однофазной.

Существует три основных способа, с помощью которых можно сделать эту манипуляцию:

  • с помощью электронного преобразователя (инвертора);
  • путём подключения двух дополнительных фаз;
  • за счёт применения трехфазного трансформатора, но при этом мощность всё равно снижается.

Перед тем как преобразовать сетевое напряжение нужно рассмотреть, а нет ли возможности подключить мотор к стандартной однофазной сети без потери мощности. Для начала нужно рассмотреть табличку на самом двигателе, некоторые из них предназначены на оба эти напряжения, как показано на первом фото. Только понадобится конденсатор для пуска.

Вторая табличка показывает, что машина рассчитана исключительно на соединение обмоток звездой и напряжение соответственно 380 Вольт:

Можно, конечно, разобрать двигатель и найти концы обмоток, но это уже проблематично. Остановимся более подробно на создании качественной трёхфазной сети 380 В из 220.

Способы подключения обмоток

Двигатели в быту и любительской практике приводят в действие самые различные механизмы — циркулярно работающую пилу, электрический рубанок, вентилятор, сверлильный станок, насосное оборудование. Не зная, как работают электродвигатели, лучше не лезть в дебри с частотниками. Двигатели бывают:

  • постоянного
  • и переменного тока (асинхронные и синхронные).

Механизм включает в себя ротор и статор. Изученный еще в школе принцип электромагнитной индукции лежит в основе принципа их работы. Большая часть производимых электродвигателей являются«асинхронными». Откуда взялось это слово? Частота вращения подвижной детали(ротора) всегда отстаёт от частоты вращения магнитного поля неподвижной (статора). Шкала частот на выходе варьируется – 1000, 1500, 3000… об./мин. И все потому, что ротор способен вращаться на валу с различной скоростью внутри сердечника.

По числу полюсов агрегаты бывают одно-, двух, трехполюсные. В сердечнике статора последних расположено по обмотке на каждую фазу, концы которых выведены к клеммной коробке. За счёт чего можно увеличить скорость асинхронного двигателя (АД) без потери мощности? За счет смены числа пар полюсов.

Для перехода к другим способам, а их существует еще два, нам не обойтись без условных обозначений «звезда» и«треугольник». Три обмотки катушки могут соединяться двумя способами: в точке или по кругу, отсюда произошли названия соединений «звезда», «треугольник».

Что будет, если трёхфазный движок, соединенный треугольником, включить в электросеть 380 В? Пусковые токовые значения в этом случае могут увеличиться в семь раз, что приведёт к сетевой перегрузке. Имея дело с двигателями, нужно, быть предельно внимательными. Покупая товар, непременно задумайтесь, если на шильдиках изображён значок треугольник/звезда (а не наоборот звезда/треугольник) при том же напряжении 220/380 В.

содержание .. 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 ..

8.8.

Электроцепи управления расщепителями фаз электровоза BЛ80C

Для запуска ФР необходимо (см. рис. 8.6, вкладка):

— включить ВА9 «Фазорасщепитель» на 215 щитке ведущей секции;

— проверить включенное состояние выключателя «Фазорасщепитель» на 227 щитке, каждой секции электровоза;

— включить выключатель «Вспомогательные машины» на 224 щитке пульта управления;

— включить выключатель с самовозвратом «Фазорасщепитель» на 224 щитке и держать его до запуска ФР, т.е. до погасания красной сигнальной лампы «ФР».

1. При включении выключателя «Вспомогательные машины» 224 — от провода НО через ВА9, по проводу Н09 через контакт выключателя получает питание провод Э18 на всех секциях, по которому подходит питание:

— к выключателю «Фазорасщепитель» 224;

— замыкающей блокировке контактора 125;

— замыкающей блокировке реле 431;

— замыкающей блокировке реле 249 на панели пуска расщепителя фаз и к выключателю «Без фазорасщепителя» 227.

2. При включении выключателя «Фазорасщепитель» 224 — от провода Э18 через контакт выключателя получает питание провод Э9 на всех секциях. Тогда на каждой секции от провода Э9 катушки контакторов 119 (панель № 1) получают питание по цепи:

«+»Э18 —» «Фазорасщепитель» 224 -4 Э9 -4 505 -4 Н199 —» ПР —» Н101 —» «Фазорасщепитель» 227 —> Н103 —» -»(8-9) 249 —> Н105 -> 119 «-».

Включившись, контактор 119 (3/0) своим главным контактом подключает пусковой резистор гб (0,75 Ом) к выводам С2 (от обмотки собственных нужд) и СЗ (от генераторной обмотки ФР) (см. рис. 8.3, вкладка), а своими блокировочными контактами выполняет следующие действия:

1) замыкающим контактом подключает первичную обмотку трансформатора Т панели ППРФ-300 к обмотке собственных нужд;

2) замыкающим контактом шунтирует токоограничивающие резисторы R3, R4 в цепи намагничивающей обмотки А двухобмоточного реяе 249;

3) замыкающим контактом создает цепь от провода Н103 на катушку контактора 125 (панель № 1) (см. рис. 8.6, вкладка), которая получит питание по цепи:

«+»Н103 -» 119 -» Н107 -4 139-137 -> Н413 -4 125 «-».

Включившись, контактор 125 своими двумя главными контактами подключает два вывода ФР к обмотке собственных нужд, а своими блокировочными контактами 125 (3/1) выполняет следующие действия:

1) замыкает контакт в цепи своей катушки 125 от провода Н103, шунтируя замыкающий контакт контактора 119 (при отключении контактора 119 после пуска ФР катушка 125 будет получать питание от провода Н103 через этот контакт 125);

2) замыкает контакт 125 в цепи питания своей катушки от провода Э18 (после отпуска выключателя «Фазорасщепитель» 224 провод Э9 питание теряет и катушка 125 будет получать питание от провода Э18);

3) замыкает контакт в цепи катушки реле 259 (панель № 8);

4) размыкает контакт в цепи сигнальной лампы «ФР» (но лампа продолжает получать питание через замкнутый контакт реле 260 (см. рис. 8.9, вкладка).

При замыкании главных контактов контакторов 119 и 125 (см. рис. 8.3, вкладка), от обмотки собственных нужд трансформатора по двигательной и по генераторной обмоткам ФР пойдет переменный ток, сдвинутый по фазе за счет пускового сопротивления гб, в результате чего начинается вращение роторов ФР на каждой секции.

По мере увеличения оборотов ротора ФР увеличивается напряжение на генераторной обмотке и увеличивается ток в намагничивающей обмотке А реле 249. Как только частота вращения ротора ФР достигнет 1380 об/мин, то реле 249 (1/1) включается и своими контактами выполняет следующие действия:

1) размыкает контакты (8-9) 249 в цепи катушки 119 (см. рис. 8.6, вкладка), при этом контактор 119 отключается, но ФР продолжает работать как однофазный асинхронный двигатель;

2) замыкаются контакты (7-10) 249, при этом от провода Э18 через замыкающие контакты (7-10) 249 катушки промежуточных реле 259 и 260 на панели № 8 получат питание по цепи:

Включившись, реле 259 (4/0) замыкает по одному замыкающему контакту в цепи питания катушек контакторов 127-130 мотор вентиляторов МВ1-МВ4 (т.е. как бы дает «разрешение» на запуск MB после запуска ФР).

Включившись, реле 260 (2/1) своими контактами выполняет следующие действия:

1) замыкает контакт в цепи катушки контактора мотор-компрес-сора 124 (т.е. дает «разрешение» на запуск МК после запуска ФР);

2) замыкает контакт в цепи самопитания катушки 125 от провода Э18, создавая цепь самопитания;

3) размыкает контакт в цепи сигнальной лампы «ФР» и лампа гаснет, сигнализируя о запуске ФР (см. рис. 8.9, вкладка).

При нажатом выключателе «Фазорасщепитель» 224 от провода Э9, через диод 506, по проводу Н502, через контакты тепловых реле МК 154, 156, по проводу Н503 получает питание катушка реле 431 (панель № 7), которое контролирует состояние тепловой защиты МК. Реле 431 (2/0) одним замыкающим контактом создает цепь самопитания от провода Э18, а другим замыкающим контактом готовит цепь на катушку контактора 124 МК (см. рис. 8.6, вкладка).

Таким образом, при запуске ФР помимо контактора 125 включаются и остаются включенными следующие аппараты:

— реле 259 — готовит цепи запуска MB;

— реле 260 — контролирует работу ФР;

— реле 431 — контролирует состояние тепловых реле защиты МК.

содержание .. 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 ..

Как подключить трехфазный двигатель в сеть 220 В

Использование трёхполюсного АД в однофазной электросети интересует многих владельцев частных домов. Агрегаты пользуются всё большей востребованностью в домашнем хозяйстве. По своей конструкции они довольно просты и отличаются неприхотливостью в эксплуатации. Однако, в плане подключения двигателя к однофазной сети не все так просто.

Пульсирующее поле однофазного тока, не способно привести ротор электродвигателя во вращение – такой ток необходимо преобразовать в многофазный и после этого лишь подавать на агрегат.

На рационализаторские предложения с применением ЛАТр-ов и прочих самодельных конструкций не стоит обращать внимание. Областью запредельной НАНО технологии и научной фантастики не занимаемся, на гонорар за поддержку «нобелевских лауреатов» рассчитывать не приходится. На сегодня известно два толковых способа преобразования однофазного тока в многофазовый – это подключение агрегата через:

  1. фазосдвигающий конденсатор;
  2. частотный преобразователь.

Рассмотрим их по очередности.

  1. Сдвиг фаз при помощи конденсаторов

В трёхфазных цепях создать вращающееся магнитное поле не проблема, при энергетической генерации в обмотках статора наводится ЭДС благодаря вращению намагниченного ротора. Некоторые умудряются прибегать к незамысловатым «хитростям». Применяют различные схемы, для составителей которых, главный вопрос в том, чтобы обеспечить работу электрооборудования без потери мощности. Например, существует метод сдвига фаз в обмотках по отношению друг к другу.

Достаточно подключить конденсатор параллельно одной из обмоток, сначала подобрав номинал устройства таким образом, чтобы обеспечить необходимый сдвиг фаз. Этот вариант неплохой, если следовать старому правилу: чем меньше деталей и они проще, тем надежнее система в целом. Конденсатор, конечно, штука сравнительно копеечная, ставится за минуту, но требует особых навыков. А вот второй метод с преобразователем, хоть и дороговатый, но окупается удобством. Согласитесь, совсем немаловажный фактор.

  1. Частотники, работающие от однофазной сети

Частота в нашей сети постоянная и равна 50 Гц. Частотник служит для преобразования однофазного переменного тока 50 Гц в трёхфазный, частотой от 1 до 800 Гц. Вся технология процесса сводится к управлению скоростью вращения асинхронного электродвигателя. Подключить ПЧ – это значит, подобрать правильное сечение кабеля, типы проводов, и дополнительное оборудование. Не думайте, что открыв страницу в инструкции, вам сразу станет суть ясной. Вы можете даже не достигнуть результата, подсоединив провода по схеме, если не обратите внимание на некоторые нюансы. На что именно?

Своими руками преобразователь из одной в три фазы.

Так как трёхполюсный движок нужно запитать через ЧП от однофазной сети, то и кабелей нужно два: до частотника двужильный (до 50 м можно использовать лишь неэкранированный кабель, экранированный — до 15 м), от – только трехжильный. Одна из жил проводов заземляющая, остальные фазные. Сечение выбирается по техническому паспорту на частотник. Требуемое напряжение в проводах, как раз,получается по току и сопротивлению (согласно сечению) кабеля по знакомой формуле: U = R*I. Расчётные данные следует принимать по ПУЭ.

Частотник советуют покупать с удвоенным запасом, не менее чем на 2 кВ. Его номинальное значение рассчитано лишь на мощность машины, а значит, в лучшем случае он отключится по теплу, в худшем – задымится. Все они собраны по одинаковой схеме, на двух тиристорах управляемых мультивибратором. Схема несложная. Лучше выбрать простой и по мощней. Покупать там, где есть выбор и обязательно с гарантией.

Трехфазное напряжение из однофазного за 5 минут

Вам может понравиться:

  • Вязаные коврики крючком: интересные модели, схемы и…
  • Вязаные коврики крючком: интересные модели, схемы и…
  • Из всего этого, девушка создала невероятной красоты…
  • Блок питания на стабилитроне и транзисторе
  • Красивые и оригинальные новогодние поделки 2018
  • Как получить три фазы из одной
  • ОНИ КУПИЛИ ПОЛУРАЗВАЛИВШИЙСЯ ДОМ В ДЕРЕВНИ И…
  • Бюджетный ленточный шлифовальный станок
  • LED светильники своими руками
  • Качественные кухонные ножи своими руками
  • Высокоэффективный солнечный коллектор своими руками
  • Автономная gsm сигнализация из мобильного телефона…

Частотный преобразователь 220-380, чьей фирмы лучше?

Ответим на вопрос по существу. Азиатских производителей на рынке продаж подобной техники – бесчисленное множество. Устанем перечислять. Отечественный сборщик ЧП – это своего рода лотерея (иногда зависит от того, в какой день недели устройство собрано).

Частотники фирмы Siemens обычно полностью соответствуют предъявляемым требованиям. Достаточно проста в наладке ЧП продукция производства АВВ или Danfoss. Она по цене и качеству, лучше других. Покупайте, не задумываясь. Судя по отзывам, имеют весьма достойный девайс. Динамические характеристики повышенные благодаря векторному управлению, которое также обеспечивает высокий момент на низких частотах во время пуска и работы.

Универсальные компактные модели ЧП отлично справляются с задачей преобразования сетевых параметров,их очевидные преимущества выражаются в следующем:

  • способность выработки «полноценного» трёхфазного тока;
  • отсутствие потерь в мощности движка;
  • пригодность для любой конструкции электродвигателя;
  • конструктивность очень простая.
  • собственнаяэнергопотребляемостьминимальная.

Где применяются преобразователи частоты однофазный вход-выход 1 ф. 220 В

Асинхронные двигатели (АД) чаще применяются в быту, нежели в промышленности, в частности в системе однополюсных канальных вентиляторов и водяных насосов. Не секрет, что возникают затруднения, связанные с регулировкой скорости вращения АД. В чем и состоит задача однополюсных преобразователей частоты вход-выход 220-220.

Неравномерность крутящего момента может привести к аномальному шуму и вибрации в агрегате. Для регулировки скорости трехфазных электродвигателей применяются однополюсные частотники 220/380 В(вход/выход), иногда со специальным контроллером, служащим для управления устройством.

Такие виды преобразователей предназначаются для работы в технологическом (насосы и вентиляторы, транспортирующие механизмы, экструдеры, миксеры и т.п.) и энергосберегающем оборудовании (станции управления насосами, системы климата и кондиционирования и т.п.). Модели выпускаются с возможностью крепления на ДИН-рейку. Имеют широкий на выходе. Умный пульт управления обеспечивает комфортные условия рабочей обстановки.

Дабы избежать осложнений, с которыми часто встречаются в процессе эксплуатации 3-х полюсных электродвигателей в однофазных сетях, следует придерживаться правил:

  1. мощность двигателя, применяемого в качестве ЧП, выбирается большей, чем мощность подсоединяемого к нему электропривода;
  2. на практике преобразователи мощностью 4 кВт способны решать все существующие хозяйственные проблемы в частном доме. Можно ориентироваться на нагрузку 2-3 кВт, что приемлемо для энергосети;
  3. рабочий ток преобразователя в обычном режиме должен быть больше, чем указанно его значение в паспорте данного типа электродвигателей (иначе ЧП просто сгорит);
  4. осуществляется в строгой последовательности: первым запускается ЧП, затем 3-х полюсные потребители. Выключается оборудование в обратной последовательности.

ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР

Показана возможность использования серийного трехфазного асинхронного электродвигателя при питании от однофазной сети в качестве трехфазного источника электроэнергии. Установлена удовлетворительная работа асинхронных электродвигателей при питании от такого источника.

На электровозах железнодорожного транспорта, питающихся от контактной сети однофазного переменного тока, в качестве преобразователя числа фаз получил применение расщепитель фаз, который представляет собой вращающийся трехфазный асинхронный двигатель со специально выпускаемой несимметрической обмоткой статора. Асинхронный расщепитель фаз по сути является асинхронной машиной, выполняющей одновременно функции однофазного двигателя и трехфазного генератора. Электрическая схема асинхронного расщепителя фаз представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 — Электрическая схема асинхронного расщепителя фаз

Нами исследована принципиальная возможность использования серийного трехфазного асинхронного двигателя при его питании от однофазной сети в качестве трехфазного генератора.

При работе трехфазного асинхронного двигателя в однофазной сети на его статоре создается вращающееся (в общем случае эллиптическое) магнитное поле. Вращающееся магнитное поле, пересекая трехфазную обмотку статора, индуцирует в ней трехфазную систему ЭДС, которая будет несимметричной.

В сельской местности к индивидуальным владениям (дома, садово-огородные участки, гаражи и т.п.) обычно подводятся фазный и нейтральный провода сети 380/220 В, т.е. 220 В. Поэтому, серийные трехфазные асинхронные двигатели в таком случае можно использовать при соединении обмоток статора «треугольником». Исследования преобразователя числа фаз проводились по схеме рисунка 2.

Рисунок 2 — Электрическая схема экспериментального преобразователя числа фаз

Зависимости напряжений и токов от емкости батареи статических конденсаторов в режиме холостого хода установлены для асинхронного двигателя мощностью 2,8 кВт с номинальным током фазы 6,7 А.

Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1 — Параметры преобразователя числа фаз на базе машины 2,8 кВт

nn п/п Емкость, мкФ Напряжение, В Токи, А
u12 u13 u 23 в фазах конденсаторы из сети
i1 i2 i3
1 100 260 ,228 246 5,4 2,6 3,2 8,6 2,0
2 60 234 228 220 3,6 3,6 1,8 4,2 4,2
3 40 226 228 212 2,95 4,0 1,75 2,6 5,3

Из данных таблицы 1 видно, что напряжения и токи в схеме существенно зависят от емкости конденсатора. Основное назначение конденсатора — запуск асинхронного двигателя в однофазной сети. Вместо конденсатора может быть использован резистор, который после разбега двигателя отключается. Поэтому в дальнейшем исследования преобразователя числа фаз приводились при отключенном после разбега конденсаторе.

Экспериментальные исследования возможности работы асинхронного двигателя в качестве преобразователя числа фаз проведены при использовании асинхронного двигателя 11 кВт с номинальным фазным током 23 А в качестве источника, двигателя 2,8 кВт с номинальным током 6,7 А и двигателя 1,1 кВт с номинальным током 2,8 А в качестве потребителей.

Анализ экспериментальных данных показал, что частота вращения преобразователя мало зависит от нагрузки, а напряжение на выходе преобразователя с ростом нагрузки несколько снижается. Мощность потребителей (асинхронных двигателей 2,8 и 1,1 кВт) при питании от преобразователя числа фаз достигает до 2/3 номинальной мощности при условии, что ток в наиболее загруженной фазе потребителя не превышает номинального значения.

Дополнительно, от преобразователя числа фаз с номинальным током в наиболее загруженной фазе осуществляется успешный запуск двигателя 4,5 кВт. Поэтому мощность в режиме преобразователя числа фаз может достигать до 35% от номинальной асинхронного двигателя без перегрузки по току наиболее загруженной фазы преобразователя.

Такие преобразователи могут использоваться для питания трехфазных асинхронных двигателей, если сеть электроснабжения является однофазной (двухпроводной).

Вывод

Сегодня не «вчерашний день», но если случится, что вам потребуется подключить трёхполюсный двигатель на 230 В, мы думаем, вы справитесь. Ведь на самом деле – все должно быть понятно. Вам понадобится обычный 1-полюсный частотный преобразователь 220-380 В.

Этот преобразователь разработан автором для питания маломощного трёхфазного электродвигателя в приводе диска рекордера механической звукозаписи. Он обеспечивает три фиксированные частоты вращения диска — 33 1/3, 45 и 78 об/мин. С небольшими переделками преобразователь можно использовать для питания трёхфазных и двухфазных асинхронных электродвигателей мощностью до 1000 Вт как с постоянной, так и с регулируемой частотой вращения.

Регулирование частоты вращения асинхронных электродвигателей возможно только изменением частоты питающего напряжения. Но при снижении частоты необходимо пропорционально уменьшать питающее напряжение во избежание перегрева обмоток и, наоборот, с ростом частоты повышать напряжение для поддержания мощности на валу.

В устройстве применён регулируемый автотрансформатор (ЛАТР), с его помощью изменяется напряжение, от которого зависит амплитуда прямоугольных импульсов заданной частоты, подаваемых на обмотки двигателя. В устройстве амплитуда этих импульсов остаётся постоянной, но изменяется их скважность, что тоже приводит к нужному результату. Недостаток первого устройства — громоздкий автотрансформатор, а второго — слишком сложная схема.

В предлагаемом вниманию читателей преобразователе однофазного сетевого напряжения в трёхфазное, подаваемое на двигатель, указанные недостатки устранены. Он содержит регулируемый симистором выпрямитель и простую цифровую часть, вырабатывающую три последовательности симметричных прямоугольных импульсов, взаимно сдвинутых по фазе на 120 о. Схема устройства изображена на рис. 1.

Рис. 1. Схема устройства

Регулируемый выпрямитель представляет собой, по существу, обычный симисторный регулятор, работающий на диодный выпрямительный мост со сглаживающим выпрямленное напряжение конденсатором. Он состоит из силового симистора VS2, симметричного динистора VS1 с пороговым напряжением 32 В, конденсаторов C2, C4, C6, C8. Переключателем SA1.2 выбирают один из трёх резисторов R7-R9, образующих с конденсатором C2 фазосдвигающую цепь, задерживающую момент открывания симистора относительно начала каждого полупериода. Точный расчёт сопротивления этих резисторов затруднён, поэтому они подобраны экспериментально в процессе налаживания преобразователя. От задержки открывания симистора зависит напряжение, до которого заряжаются конденсаторы C4 и C6. Этим напряжением питают мощные ключи на полевых транзисторах VT1-VT6, формирующие выходное трёхфазное напряжение.

Демпфирующая цепь C8R11 снижает коммутационные помехи. А для того чтобы помехи не проникали в питающую сеть, преобразователь подключён к ней через фильтр Z1 DL-6DX1. Он состоит из двухобмоточного дросселя, нескольких конденсаторов и резистора, через который конденсаторы разряжаются после отключения устройства от сети. Для правильной работы фильтра его корпус должен быть заземлён — соединён с третьим контактом сетевой розетки.

Резистор R6 предотвращает повреждение элементов выпрямителя в момент его включения в сеть. Дело в том, что в этот момент конденсаторы C4 и C6 ещё не заряжены. Импульс их зарядного тока, если его амплитуду ничем не ограничить, может вывести из строя либо диоды выпрямительного моста VD1, либо симистор VS2. Резистор R6 ограничивает амплитуду этого импульса приблизительно до 40 А, допустимых для диодного моста и симистора.

Конечно, для ограничения тока можно было применить терморезистор с большим отрицательным ТКС, но подходящих терморезисторов в продаже не нашлось, хотя в каталогах производителей они имеются. Поэтому в качестве R6 применён проволочный резистор С5-35В-7,5 Вт (ПЭВ-7,5). Не стоит заменять его импортным проволочным резистором. Например, резистор фирмы Uni-Ohm сопротивлением 5 Ом и мощностью 5 Вт при включении устройства в сеть мгновенно сгорает.

Разборка этого резистора показала, что в нём на керамический каркас размером с резистор МЛТ-0,5 намотан короткий отрезок чрезвычайно тонкого высокоомного провода, выдерживающего ток не более 2…3 А. Рассеивание постоянной мощности, равной номинальной, обеспечено хорошим отводом выделяемого проводом тепла через внешнюю керамическую оболочку резистора и её заполнитель. Но кратковременную перегрузку во много раз такой резистор выдержать не может.

Резистор R2 нужен для правильной работы симистора VS2. Как известно, чтобы симистор закрылся, разность потенциалов между его электродами 1 и 2 должна стать нулевой. Однако этого не происходит при работе симистора на выпрямительный мост со сглаживающим конденсатором большой ёмкости. Этот эффект и устраняет резистор R2. Его сопротивление может находиться в широких пределах, но при слишком большом его значении симистор перестаёт закрываться в конце каждого полупериода.

Цифровая часть устройства состоит из задающего генератора на микросхеме DA1, распределителя импульсов на счётчике Джонсона DD1, формирователя трёхфазной импульсной последовательности на элементах 3ИЛИ микросхемы DD2, трёх драйверов полумоста DA3-DA5 и шести ключей на полевых транзисторах VT1-VT6, образующих трёхфазный мост.

Частота генерируемых микросхемой XR2206CP (DA1) импульсов определяется простой зависимостью

где R — сумма сопротивления постоянного резистора (одного из R3-R5, выбранного переключателем SA1.1, спаренным с SA1.2) и введённого сопротивления переменного резистора R1. Следует иметь в виду, что эта частота должна в шесть раз превышать частоту выходного трёхфазного напряжения.

В рекордере для механической звукозаписи диск должен иметь три фиксированные скорости вращения — 78, 45 и 33 1/3 об/мин, а для этого с учётом передаточного числа механизма его двигатель нужно питать трёхфазным напряжением частотой соответственно 18,52, 10,68 и 7,917 Гц. Частота задающего генератора преобразователя должна быть в шесть раз выше этих значений — 111,2, 64,1 и 47,5 Гц. Именно для этих частот на схеме указаны номиналы резисторов R3-R5 (из стандартного ряда E96). При этом учтено, что последовательно с ними включается переменный резистор R1, сопротивление которого в среднем положении — 3,4 кОм. С его помощью точно устанавливают частоту вращения диска по стробоскопическим меткам на ободе.

Диоды VD3-VD5 совместно с конденсаторами C10-C12 образуют бутстрепные цепи для питания драйверов «верхних» ключевых полевых транзисторов трёхфазного моста, а резисторы R12-R17 ограничивают импульсный ток затворов транзисторов VT1-VT6. Дело в том, что мощные полевые транзисторы имеют входную ёмкость, исчисляемую тысячами пикофарад. Для предотвращения очень большого тока перезарядки этой ёмкости и служат упомянутые резисторы. Для эффективного ограничения тока сопротивление этих резисторов должно быть как можно больше, но чрезмерное увеличение затягивает процессы переключения транзисторов, что приводит к бесполезному расходу мощности на их нагрев.

Мощность, которую преобразователь может отдать в нагрузку, определяется мощностью выпрямителя и качеством отвода тепла от транзисторов VT1-VT6. В описываемой конструкции был применён теплоотвод от процессора «Пентиум», способный рассеять при обдуве мощность около 30 Вт. Это значит, что в нагрузку может быть передана мощность до 1000 Вт.

Подбирая номиналы элементов, от которых зависит частота задающего генератора, частоту генерируемого напряжения можно изменять в широких пределах, ограниченных только возможностями питаемого двигателя. Кроме того, для каждого значения частоты необходимо установить оптимальное напряжение питания двигателя, подбирая резистор фазосдвигающей цепи симисторного регулятора такого сопротивления, при котором двигатель работает не перегреваясь.

Внешний вид собранного преобразователя показан на рис. 2. Так как элементы преобразователя гальванически связаны с сетью 230 В, при работе с ним следует соблюдать меры электробезопасности, прочитать о которых можно в .

Рис. 2. Внешний вид собранного преобразователя

При отсутствии микросхемы функционального генератора XR2206CP задающий генератор можно построить по типовой схеме на интегральном таймере NE555 или его отечественном аналоге КР1006ВИ1. Вместо микросхемы CD4075BE можно установить К561ЛЕ10 (три элемента 3ИЛИ-НЕ). К сожалению, отечественного аналога драйвера IR2111 не существует.

По описанному принципу несложно построить не только трёхфазный, но и двухфазный преобразователь. Достаточно изменить схему формирователя импульсных последовательностей согласно рис. 3. Элемент микросхемы DD2.3, микросхема DA5, транзисторы VT5 и VT6 и связанные с ними компоненты в этом случае не используются.

Рис. 3. Изменённая схема формирователя импульсных последовательностей

Примечание. Подборку резисторов R7-R9 в симисторном регуляторе удобно производить, включив амперметр постоянного тока в цепь нагрузки регулируемого выпрямителя. Ток, потребляемый от выпрямителя, при любой частоте вращения вала двигателя не должен отличаться более чем на 10 % от его значения при номинальном по частоте и напряжению режиме работы двигателя.

Литература

1. Мурадханян Э. Управляемый инвертор для питания трёхфазного двигателя. — Радио, 2004, № 12, с. 37, 38.

2. Калашник В., Черемисинова Н. Преобразователь однофазного напряжения в трёхфазное. — Радио, 2009, № 3, с. 31-34.

3. Осторожно! Электрический ток! — Радио, 2020, № 5, с. 54.

Дата публикации: 28.11.2015

Когда 380, а когда 220?

Так почему же в квартирах у нас напряжение 220 В, а не 380? Дело в том, что к потребителям мощностью менее 10 кВт, как правило, подключают одну фазу. А это значит, что в дом вводится одна фаза и нейтральный (нулевой) проводник. В 99% квартир и домов именно так и происходит.

Однофазный электрощиток в доме. Правый автомат – вводной, далее – по комнатам. Кто найдёт ошибки на фото? Хотя, этот щиток – одна сплошная ошибка…

Однако, если планируется потреблять мощность более 10 кВт, то лучше – трехфазный ввод. А если имеется оборудование с трехфазным питанием (содержащее ), то я категорически рекомендую заводить в дом трехфазный ввод с линейным напряжением 380 В. Это позволит сэкономить на сечении проводов, на безопасности, и на электроэнергии.

Не смотря на то, что есть способы включения трехфазной нагрузки в однофазную сеть, такие переделки резко снижают КПД двигателей, и иногда при прочих равных условиях можно за 220 В заплатить в 2 раза больше, чем за 380.

Однофазное напряжение применяется в частном секторе, где потребляемая мощность, как правило, не превышает 10 кВт. При этом на вводе применяют кабель с проводами сечением 4-6 мм². Потребляемый ток ограничивается вводным автоматическим выключателем, номинальный ток защиты которого – не более 40 А.

Про выбор защитного автомата я уже . А про выбор сечения провода – . Там же – жаркие обсуждения вопросов.

Но если мощность потребителя – 15 кВт и выше, то тут обязательно нужно использовать трехфазное питание. Даже, если в данном здании нет трехфазных потребителей, например, электродвигателей. В таком случае мощность разделяется по фазам, и на электрооборудование (вводной кабель, коммутация) ложится не такая нагрузка, как если бы ту же мощность брали от одной фазы.

Например, 15 кВт – это для одной фазы около 70А, нужен медный провод сечением не менее 10 мм². Стоить кабель с такими жилами будет существенно. А автоматов на одну фазу (однополюсных) на ток больше 63 А на ДИН-рейку я не встречал.

Поэтому в офисах, магазинах, и тем более на предприятиях применяют только трёхфазное питание. И, соответственно, трёхфазные счетчики, которые бывают прямого включения и трансформаторного включения (с трансформаторами тока).

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: