Стартиране на трифазен двигател без загуба на мощност
Електрическо оборудване - Пускане на трифазен двигател без загуба на мощност
В различни любителски електромеханични машини и устройства най-често се използват трифазни асинхронни двигатели с ротор с катерица. За съжаление, трифазна мрежа в ежедневието е изключително рядко явление, поради което аматьорите използват кондензатор с фазово изместване, за да ги захранват от конвенционална електрическа мрежа, което не позволява да се реализират напълно мощността и стартовите характеристики на двигателя. Съществуващите тринисторни "фазови" устройства допълнително намаляват мощността на вала на двигателя.
Вариант на схемата на устройство за стартиране на трифазен електродвигател без загуба на мощност е показан на фиг. 1. Намотките на двигателя 220/380 V са свързани в триъгълник, а кондензаторът C1 е свързан, както обикновено, паралелно с една от тях.Дроселът L1, свързан паралелно с друга намотка, "помага" на кондензатора.
При определено съотношение на капацитета на кондензатора C1, индуктивността на индуктора L1 и мощността на товара е възможно да се получи фазово изместване между напреженията на трите клона на товара, равно на точно 120 °. На фиг. 2 показва векторна диаграма на напрежението за устройството, показано на фиг. 1, с чисто резистивен товар R във всеки клон.
Линейният ток Il във векторна форма е равен на разликата между токовете Iz и Ia, а по абсолютна стойност съответства на стойността If, където If=I1=I2=I3=Ul/R е фазовият ток на натоварване, Ul=U1=U2=U3=220 V е линейното напрежение на мрежата.
Към кондензатора C1 се подава напрежение Uc1=U2, токът през него е равен на Ic1 и изпреварва напрежението с 90° по фаза. По същия начин напрежението UL1=U3 се прилага към индуктора L1, токът през него IL1 изостава от напрежението с 90°. Ако абсолютните стойности на токовете Ic1 и IL1 са равни, тяхната векторна разлика с правилния избор на капацитети индуктивността може да бъде равна на Il. Фазовото отместване между токовете Ic1 и IL1 е 60°, така че триъгълникът на векторите Il, Ic1 и IL1 е равностранен, а тяхната абсолютна стойност е Ic1=IL1=Il=If.
На свой ред фазовият ток на натоварване If \u003d P / ZUL, където P е общата мощност на натоварване. С други думи, ако капацитетът на кондензатора C1 и индуктивността на индуктора L1 са избрани така, че когато към тях се приложи напрежение от 220 V, токът през тях ще бъде равен на Ic1=IL1=P/(Ul)=P/380, показано на фиг. 1 верига L1C1 ще осигури трифазно напрежение на товара при точно спазване на фазовото изместване.
В табл. 1 показва стойностите на тока Ic1=IL1. капацитетът на кондензатора C1 и индуктивността на индуктора L1 за различни стойности на общата мощност на чисто активен товар.
Реалният товар под формата на електродвигател има значителна индуктивна компонента. В резултат на това линейният ток изостава във фаза с активния ток на натоварване с някакъв ъгъл φ от порядъка на 20,40°. На табелките на електрическите двигатели обикновено не е посочен ъгълът, а неговият косинус - широко известен, равен на съотношението на активния компонент на линейния ток към неговата пълна стойност.
Индуктивният компонент на тока, протичащ през товара на устройството, показано на фиг. 1, могат да бъдат представени като токове, преминаващи през някои индуктори Ln, свързани паралелно с активните съпротивления на товара (фиг. 3, а), или, еквивалентно, паралелно на C1, L1 и мрежови проводници.
От фиг. 3b може да се види, че тъй като токът през индуктивността е противофазен на тока през капацитета, индукторите LH намаляват тока през капацитивния клон на фазоизместващата верига и го увеличават през индуктивния. Следователно, за да се поддържа фазата на напрежението на изхода на веригата за фазово изместване, токът през кондензатора C1 трябва да се увеличи през намоткатанамаляване.
Векторната диаграма за товар с индуктивен компонент става по-сложна. Неговият фрагмент, който ви позволява да направите необходимите изчисления, е показан на фиг. 4.
Общият линеен ток Il се разлага тук на два компонента: активен и реактивен , В резултат на решаването на система от уравнения за определяне на необходимите стойности на токовете през кондензатора C1 и намотката L1, получаваме следните стойности на тези токове.
При чисто активно натоварване формулите дават предварително получения резултат Ic1=IL1=Il. На фиг. 5 показва зависимостите на съотношенията на токовете Ic1 и IL1 към Il от изчислените по тези формули За (/2 = 0,87), токът на кондензатора C1 е максимален и равен на и токът на индуктора L1 е наполовина по-малък. Същите съотношения могат да се използват с добра степен на точност за типични стойности, равни на 0,85 0,9.
В табл. 2 показва стойностите на токовете Ie1, IL1, протичащи през кондензатора C1 и индуктора L1 при различни стойности на общата мощност на натоварване с посочената по-горе стойност
За такава верига за фазово изместване се използват кондензатори MBGO, MBGP, MBGT, K42-4 за работно напрежение от най-малко 600 V или MBGCH, K42-19 за напрежение от най-малко 250 V. Най-лесният начин да направите дросел е от силов трансформатор тип прът от стар тръбен телевизор. Токът на празен ход на първичната намотка на такъв трансформатор при напрежение 220 V обикновено не надвишава 100 mA и има нелинейна зависимост от приложеното напрежение.Ако обаче в магнитната верига се въведе празнина от порядъка на 0,2-1 mm, токът ще се увеличи значително и зависимостта му от напрежението ще стане линейна.
Мрежовите намотки на TC трансформаторите могат да бъдат свързани така, че номиналното напрежение върху тях да е 220 V (джъмпер между щифтове 2 и 2'), 237 V (джъмпер между щифтове 2 и 3') или 254 V(джъмпер между клеми 3 и 3') Мрежовото напрежение най-често се подава към клеми 1 и 1'. В зависимост от вида на връзката, индуктивността и токът на намотката се променят. Таблица 3 показва стойностите на тока в първичната намотка на трансформатора TS-200-2, когато към него се прилага напрежение от 220 V при различни пропуски в магнитната верига и различно включване на секциите на намотката.Сравнението на данните в таблици 3 и 2 ни позволява да заключим, че посоченият трансформатор може да бъде монтиран във веригата за фазово изместване на двигателя с мощност от приблизително 300 до 800 W и, като изберете празнината и веригата за превключване на намотката, получавате необходимата стойност на тока. Индуктивността също варира в зависимост от синфазното или антифазното свързване на мрежата и нисковолтовите (например нажежаеми) намотки на трансформатора. Максималният ток може леко да надвишава номиналния ток при работа. В този случай, за да се улесни термичният режим, е препоръчително да се премахнат всички вторични намотки от трансформатора, част от намотките с ниско напрежение могат да се използват за захранване на веригите за автоматизация на устройството, в което работи електродвигателят.
В табл. 4 показва номиналните стойности на токовете на първичните намотки на трансформаторите на различни телевизори [1, 2] и приблизителните стойности на мощността на двигателя, с които е препоръчително да се използва LC верига с фазово изместване, трябва да се изчисли за максималното възможно натоварване на електродвигателя.
При по-малък товар необходимото фазово изместване вече няма да се поддържа, но стартовата производителност ще се подобри в сравнение с използването на един кондензатор. Експерименталната проверка беше извършена както с чисто активен товар, така и с електрически двигател. Функциите на активния товар се изпълняват от две паралелно свързани лампи с нажежаема жичка с мощност 60 и 75 W, включени във всяка верига на натоварване.устройство (виж фиг. 1), което съответства на обща мощност от 400 W. В съответствие с таблица 1, капацитетът на кондензатора C1 е 15 микрофарада. Пролуката в магнитната верига на трансформатора TS-200-2 (0,5 mm) и схемата за свързване на намотките (за 237 V) са избрани, за да осигурят необходимия ток от 1,05 A. Напреженията U1, U2, U3, измерени на веригите на натоварване се различават една от друга с 2 .. 3 V, което потвърждава високата симетрия на трифазното напрежение.
Проведени са и експерименти с трифазен асинхронен двигател с короткозатворен ротор AOL22-43F с мощност 400 W [Z]. Той работеше с кондензатор C1 с капацитет 20 микрофарада (между другото, същият, както когато двигателят работеше само с един кондензатор за фазово изместване) и с трансформатор, чието разстояние и свързване на намотките бяха избрани от условието за получаване на ток от 0,7 A. В резултат на това беше възможно бързо да се стартира двигателят без стартов кондензатор и значително да се увеличи въртящият момент, когато шайбата се спира на вала на двигателя. За съжаление е трудно да се извърши по-обективна проверка, тъй като в аматьорски условия е почти невъзможно да се осигури нормализирано механично натоварване на двигателя.
Трябва да се помни, че схемата за фазово изместване е последователна осцилаторна верига, настроена на честота от 50 Hz (за опцията за чисто активно натоварване) и тази верига не може да бъде свързана към мрежата без товар.