ТРЕХФАЗНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ В ОДНОФАЗНОЙ СЕТИ

ТРЕХФАЗНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ В ОДНОФАЗНОЙ СЕТИ
А.КУХАРЕНКО,
230008, Беларусь, г.Гродно, ул.Брикеля, 21/2 — 57.
Трехфазные двигатели необходимы для различных самоделок: циркулярок,
деревообрабатывающих, заточных и сверлильных станков.
Среди различных способов запуска трехфазных электродвигателей самый простой и
эффективный — с подключением третьей обмотки через фазосдвигающий
конденсатор. Учитывая, что конденсатор сдвигает фазу третьей обмотки на 90°С, а
между первой и второй фазами сдвиг незначителен, электромотор теряет мощность
примерно на 40...50% при включении обмоток по схеме треугольника.
Чтобы электромотор с конденсаторным пуском работал нормально, емкость
конденсатора должна меняться в зависимости от числа оборотов. На практике это
условие выполнить трудно, двигателем обычно управляют двухступенчато: сначала
включают с пусковым конденсатором (ввиду больших пусковых токов), а после
разгона его отсоединяют, оставляя только рабочий (рис.1).
При нажатии на кнопку SB1 (можно использовать кнопку от стиральной машины —
пускатель ПНВС-10 УХЛ2) электродвигатель М начинает разгоняться, а когда он
наберет обороты, кнопку отпускают. SB 1.2 размыкается, a SBl.l и SB1.3 остаются
замкнутыми. Их размыкают для остановки электродвигателя. Если SB1.2 в кнопке
не отходит, под него следует подложить шайбу так, чтобы он отходил. При
соединении обмоток двигателя по схеме "треугольник" емкость рабочего
конденсатора С2 определяется по формуле:
С2=4800 I/U
где I — ток, потребляемый мотором, А;
U — напряжение сети, В.
Ток, потребляемый электродвигателем, можно измерить амперметром или же
рассчитать по формуле:
I=P/ l,73Ucos 
где Р — мощность двигателя, Вт;
U — напряжение сети. В;
 — КПД;
cos — коэффициент мощности.
Мощность
04,
электродвигателя, кВт
0.6
0,8
1,1
1,5
2,2
Емкость конденсатора
С2 в номинальном
40
режиме, мкФ
60
80
100
150
230
Емкость конденсатора
С2 в недогруженном
25
режиме, мкФ
40
60
80
130
200
Емкость пускового
конденсатора С1 в
80
номинальном режиме,
мкФ
120
160
200
250
300
Емкость конденсатора
С1 в недогруженном
20
режиме, мкФ
35
45
60
80
100
Емкость пускового конденсатора С1 выбирают в 2...2,5 раза больше рабочего при
большой нагрузке на вал, а их допустимые напряжения должны превышать в 1,5
раза напряжение сети. Лучше всего применять конденсаторы марки МГБО, МБГП,
МБГЧ с рабочим напряжением 500 В и выше. Пусковые конденсаторы необходимо
зашунтировать резистором R1 сопротивлением 200...500 кОм, через который
"стекает" оставшийся электрический заряд.
Реверсирование электромотора осуществляется путем переключения фазы на его
обмотке тумблером SA1 (рис.1) типа ТВ1...4 и т.п.
При работе в режиме холостого хода по питаемой через конденсаторы обмотке
протекает ток, на 20...40% превышающий номинальный. Поэтому если
электромотор будет часто использоваться в недогруженном режиме или вхолостую,
емкость конденсатора С2 следует уменьшить. Например для включения двигателя
мощностью 1,5 кВт можно использовать в качестве рабочего конденсатор емкостью
100 мкФ, пускового — 60 мкФ. Значения емкостей рабочих и пусковых
конденсаторов в зависимости от мощности двигателя приведены в таблице.
Если нет возможности приобрести бумажные конденсаторы, можно использовать
оксидные (электролитические) в качестве пусковых. На рис.2 приведена схема
замены бумажных конденсаторов на электролитические. Положительная полуволна
переменного тока проходит через цепочку VD1C1, а отрицательная — через VD2C2,
поэтому электолиты можно использовать с меньшим допустимым напряжением, чем
для обычных бумажных конденсаторов. Так, если для бумажных конденсаторов
необходимо напряжение 400 В и выше, то для электролита достаточно 300...350 В,
потому что он пропускает только одну полуволну переменного тока, и
следовательно, к нему прикладывается лишь половина действующего напряжения, а
для надежности он должен выдержать амплитудное напряжение однофазной сети,
т.е. примерно 300 В. Их расчет аналогичен расчету бумажных.
Схема включения двигателя с помощью электролитических конденсаторов
приведена на рис.3. Подобрать нужное значение емкости бумажных и оксидных
конденсаторов проще всего измерив ток в точках а, в, с — токи должны быть равны
при оптимальной нагрузке на вал двигателя. Диоды VD1, VD2 выбираются с
обратным напряжением не менее 300 В и In р. мах=10А. При большей мощности
двигателя диоды устачавливаются на теплоотводы по два в плече, иначе может
произойти пробой диодов и через оксидный конденсатор потечет переменный ток, в
результате чего спустя некоторое время электролит может нагреться и разорваться.
Электролитические конденсаторы в качестве рабочих применять нежелательно,
поскольку длительное протекание через них больших токов приводит к их
разогреванию и взрыву. Их лучше всего использовать в ка честве пусковых.
Если электродвигатель используется при динамических (больших) нагрузках на вал,
можно использовать схему подключения пусковых конденсаторов с помощью
токового реле, которое позволяет в момент больших нагрузок на вал автоматически
подключать и отключать пусковые конденсаторы (рис.3).
При подключении обмоток двигателя по схеме, приведённой на рис.4, мощность
электродвигателя составляет 75% от номинальной мощности в трехфазном режиме,
т.е. потери составляют примерно 25%, поскольку обмотки А и В включены
противофазно на полное напряжение 220 В, а напряжение вращения определяется
включением обмотки С. Фазирование обмоток показано точками.
Более практичны и удобны в работе с трехфазными двигателями реэисторноиндуктивно-емкостные преобразователи однофазной сети 220 В в трехфазную, с
токами в фазах до 4А и сдвигом напряжений в фазах около 120°. Такие устройства
универсальны, монтируются в жестяном корпусе и позволяют подключать
трехфазные электродвигатели мощностью до 2,5 кВт в однофазную сеть 220 В
практически без потери мощности.В преобразователе используется дроссель с
воздушным зазором. Устройство дросселя показано на рис.6. При правильном
подборе R, С и соотношения витков в секциях обмотки дросселя такой
преобразователь обеспечивает нормальную длительную работу электродвигателей
независимо от их характеристик и степени нагрузки на вал. Вместо индуктивности
дано индуктивное сопротивление Х, так как его проще измерить: обмотка дросселя
крайними выводами через амперметр подключается к напряжению 100...220 В
частотой 50 Гц параллельно с вольтметром. Индуктивное сопротивление (активным
можно пренебречь) практически определяется как отношение напряжения в вольтах
к току в амперах X,=U/J.
Конденсатор С1 должен выдерживать напряжение не менее 250 В, С2 не менее 350 В.
Если использовать конденсаторы КБГ, МБГЧ, то напряжение соответствует
номиналу, указанному на маркировке, а конденсаторы МБГП, МВГО при
включении в цепь переменного тока должны иметь примерно двукратный запас по
напряжению. Резистор R1 должен быть рассчитан на ток до 3А, т.е. на мощность
около 700 Вт (наматывается ннкелево-хромовой проволокой диаметром 1,3...1,5 мм
на фарфоровой трубке с передвигающейся скобой, позволяющей получать нужное
сопротивление для разных мощностей двигателя). Резистор должен быть защищен
от перегрева, огражден от других элементов. токоведущих частей, от прикосновения
людей. Металлическое шасси корпуса необходимо заземлить.
Сечение магнитопровода дросселя S=16...18cм2.
диаметр провода d=l,3...1,5 мм, общее число витков W=600...700. Форма магнитопровода и марка стали любые, главное —
предусмотреть воздушный зазор (а следовательно, возможность менять индуктивное сопротивление), которое устанавливается
винтами (рис.6). Для устранения сильного дребезжания дросселя между Ш-об-разными половинами магнитопровода
прокладывается деревянный брусок и зажимается винтами. В ка честве дросселя подходят силовые трансформаторы от
ламповых цветных телевизоров мощностью 270...450 Вт. Вся обмотка дросселя выполняется в виде одной катушки с тремя
секциями и четырьмя выводами. Если использовать сердечник с постоянным воздушным зазором, придется изготовить
пробную катушку без промежуточных отводов, собрать дроссель с примерным зазором, включить в сеть и измерить X,. Затем
для подгонки полученного значения к требуемому XL нужно отмотать или домотать несколько витков. Выяснив необходимое
число витков, мотают необходимую катушку, разделив каркас на секции в отношении W1:W2:W3= 1:1:2. Так, если общее
число витков равно 600, то Wl =W2= 150, a W3=300. Чтобы увеличить выходную мощность преобразователя и избежать при
этом несимметрии напряжений, нужно изменить значения Х, R 1, С 1, С2, которые рассчитываются из тех соображений, что
токи в фазах А, В и С должны быть равны при номинальной нагрузке на вал двигателя. В режимах недогрузки двигателя
несимметрия напряжений фаз не опасна, если наибольший из токов фаз не превышает номинальный ток двигателя. Пересчет
параметров преобразователя на другую мощность производится по формулам:
С1=80Р;
С2=40Р;
R1=140/P:
Х=110/Р,
W=600/ Р,
S=16P,
d=l,4P;
где Р - - мощность преобразователя в киловаттах, в то время как паспортная
мощность двигателя — это его мощность на валу. Если коэффициент полезного
действия двигателя неизвестен, его можно брать в среднем 75...80%.