Если снабдить статор двигателя только одной однофазной обмоткой (рис. 14.33), то переменный ток в ней будет возбуждать в машине, пока ее ротор неподвижен, переменное магнитное поле, ось которого тоже неподвижна. Это поле будет индуктировать в обмотке ротора ЭДС, под действием которой в ней возникнут токи. Взаимодействие токов ротора с магнитным полем статора создаст электромагнитные силы f противоположно направленные в правой и левой половинах ротора. Вследствие этого результирующий момент, действующий на ротор, окажется равен нулю. Следовательно, при наличии одной обмотки начальный пусковой момент однофазного двигателя равен нулю, т. е. такой двигатель сам с места тронуться не может.
Применяются два способа создания в двигателях, подключаемых к одной фазе сети, начального пускового момента, в соответствии с чем эти двигатели делятся на двухфазные и однофазные.
Однофазные асинхронные двигателине развивают начального пускового момента. Но если ротор однофазного двигателя раскрутить в любую сторону при помощи внешней силы, то в дальнейшем этот ротор будет вращаться самостоятельно и может развивать значительный вращающий момент.
Сходные условия создаются у трехфазного двигателя при перегорании предохранителя в одной из фаз. В таких условиях однофазного питания трехфазный двигатель будет продолжать работать. Только во избежание перегрева двух обмоток, остающихся включенными, необходимо, чтобы нагрузка двигателя не превышала 50—60 % номинальной.
Работу однофазного двигателя можно объяснить на основании того, что переменное магнитное поле можно рассматривать как результат наложения двух магнитных полей, вращающихся в противоположные стороны с постоянной угловой скоростью ю/р. Амплитудные значения магнитных потоков этих полейФ1mиФ11m одинаковы и равны половине амплитуды магнитного потока переменного поля машины: Ф1m=Ф11m =Фm /2
Простое графическое построение (рис, 14.36) показывает, как в результате сложения двух одинаковых магнитных потоков Ф1mиФ11m, вращающихся в противоположные стороны, получается магнитный поток, изменяющийся по синусоидальному закону: Ф =ФM sinωt,В однофазном двигателе это положение справедливо, только пока ротор неподвижен. Рассматривая в этих условиях переменное поле как складывающееся из двух вращающихся полей, можно заключить, что под действием обоих этих полей в обмотке ротора будут одинаковые токи. Токи ротора, взаимодействуя с вращающимися полями, создают два одинаковых вращающихся момента, направленных в противоположные стороны и уравновешивающих друг друга.
Это равенство двух моментов нарушается, если привести ротор во вращение в любом направлении. В этих условиях вращающий момент, создаваемый прямо вращающимся полем (короче, прямым полем), т. е. полем, вращающимся в ту же сторону, что и ротор, становится значительно больше момента, развиваемого обратно вращающимся полем (короче, обратным полем), благодаря чему ротор может не только самостоятельно вращаться, но и приводить во вращение какой-либо механизм.
Ослабление противодействующего момента при вращении ротора вызывается ослаблением обратного поля. Относительно этого поля, вращающегося против направления вращения ротора, скольжение ротора равно: 
, где
— скольжение ротора по отношению к прямому полю.
Это выражение показывает, что частота токов, индуктируемых в роторе обратным полем, относительно высока — близка к удвоенной частоте сети. Для токов такой повышенной частоты индуктивное сопротивление ротора во много раз больше его активного сопротивления, вследствие чего токи, индуктируемые обратным полем, становятся почти чисто реактивными. Поле этих токов оказывает сильное размагничивающее действие на поле, их индуктирующее, следовательно, на обратное поле двигателя. Благодаря этому при малых скольжениях s(результирующее магнитное поле машины становится почти круговым вращающимся полем, а противодействующий момент обратного поля в этих условиях мал.
Д
ля каждого из полей мы можем применить известные нам кривые зависимости момента от скольжения обычного трехфазного асинхронного двигателя и определить результирующий моментМ как разность прямогоМ1 и обратного М11моментов (рис. 14.37). Существенной особенностью однофазного двигателя является наличие небольшого отрицательного моментаМ0 при синхронной частоте вращения ротора по отношению к прямому полю.
Возрастание скольжения 
при увеличении нагрузки вызывает у однофазного двигателя не только увеличение тока
Задача пуска в ход однофазного двигателя решается посредством применения того или другого пускового устройства. Чаще всего это дополнительная обмотка, подобная второй обмотке двухфазного двигателя, но отключаемая по окончании пуска, так как она рассчитывается лишь на кратковременную нагрузку током. Последовательно с этой обмоткой включается то или иное фазосмещающее устройство.
studfiles.net
Работе в двигательном режиме соответствует скольжение s в пределах от 1 до 0, причем рабочим режимом является диапазон скоростей, при которых скольжение не превышает sк. В диапазоне скольжений от sк до 1 потери в роторе двигателя существенно возрастают, поэтому этот участок механической характеристики двигатель проходит только во время пуска. Проведем анализ распределения потоков электрической энергии при различных значениях скольжения асинхронного двигателя.
На рис.4.11 представлена энергетическая диаграмма асинхронного двигателя.
М
Рис.4.11. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя
ощностьРпотр, забираемая двигателем, за исключением потерь в обмотках и железе статора
преобразуется в мощность вращающегося магнитного поля – в электромагнитную мощностьРэм. Поскольку асинхронный двигатель работает одновременно как двигатель и как трансформатор, то электромагнитная мощность разделяется на два канала. Одна часть электромагнитной мощности преобразуется в механическую мощность Рмех, создаваемую на валу асинхронного двигателя. Эта мощность возникает как результат взаимодействия вращающегося электромагнитного поля с активной составляющей тока ротора. Другая часть электромагнитной мощности трансформируется в виде электрической мощности в обмотку ротора, как по вторичную обмотку трансформатора.Составим баланс мощностей
.
Электромагнитная мощность равна произведению скорости вращения поля статора 
на момент сил, которым обладает вращающееся магнитное поле и который развивается на валу асинхронного двигателя.
. (4.34)
Электромагнитная мощность разделяется на две составляющие:
(4.35)
(4.36)
и электрическую мощность PS, трансформируемую в обмотки ротора, которая, как следует из (4.34) и (4.35), будет равна:
. (4.37)
Отсюда следует, что мощность, выделяемая в обмотках ротора РS, пропорциональна моменту на валу двигателя и его скольжению.
Эта мощность выделяется в виде потерь в обмотках ротора двигателя (для фазных двигателей во время пуска – в пусковых сопротивлениях).
При проектировании и использовании асинхронных двигателей стремятся уменьшить мощность скольжения, чтобы уменьшить потери электроэнергии, снизить нагрев двигателя и повысить его кпд. Асинхронные двигатели конструируются таким образом, чтобы номинальное скольжение составляло всего несколько процентов. Для экономичной эксплуатации асинхронных электроприводов важным условием является работа с минимальным скольжением. Это правило должно выдерживаться и для регулируемых асинхронных электроприводов. Исключения составляют каскадные схемы включения асинхронного двигателя с фазным ротором, которые рассмотрены в главе 11.
Величина потока асинхронного двигателя пропорциональна напряжению питания U1, величина э.д.с. ротора, а, следовательно, и ток ротора I2 также пропорциональны напряжению статора. Поэтому момент асинхронного двигателя, в том числе критический момент, пропорциональны квадрату напряжения U1 (см.4.21, 4.24). Это обстоятельство определяет недопустимость значительного снижения напряжения питания при пуске и работе асинхронного двигателя. Так, при снижении питающего напряжения на 30% его максимальный момент уменьшится примерно в два раза и при значительном статическом моменте двигатель может «опрокинуться», т.е. остановиться, и оказаться под пусковым током. Этот режим является для двигателя аварийным. Такая же ситуация может сложиться, если напряжение питания снижено при пуске двигателя под нагрузкой. Указанные случаи имеют место в слабых электрических сетях, что обуславливает большую аварийность асинхронных короткозамкнутых двигателей. Во избежание этого должны предусматриваться необходимые защитные средства, предотвращающие длительное нахождение асинхронного двигателя под пусковым током.
В то же время преднамеренное снижение (регулирование) напряжения, подаваемого на статорные обмотки, иногда используется для регулирования скорости асинхронного двигателя и для обеспечения плавности пуска.
Регулирование скорости асинхронного двигателя путем изменения питающего напряжения сопряжено с возможностью перегрева его ротора и может производиться лишь при определенных условиях:
при малом диапазоне снижения скорости относительно номинальной;
при сниженном относительно номинального моменте сопротивления на валу двигателя;
использовании двигателя с повышенным скольжением.
Рассмотрим механические характеристики асинхронного короткозамкнутого двигателя с повышенным скольжением при регулировании напряжения статора (рис.4.12). При снижении напряжения U1 критическое скольжение двигателя и скорость идеального холостого хода 
. 
2
Рис.4.12. Механические характеристики асинхронного двигателя при регулировании напряжения питания
а) при постоянном моменте
б) при вентиляторном моменте нагрузки
Предположим, что момент сопротивления на валу двигателя остается постоянным и равным номинальному 
. При снижении напряжения до величиныU12 двигатель будет работать со скоростью, равной 
со скольжениемsр. Как следует из энергетической диаграммы асинхронного двигателя (4.36), мощность скольжения РS, выделяемая в виде потерь в роторе двигателя будет равна 
и пропорциональна заштрихованной площади прямоугольникаОавsр. Электромагнитная мощность 
пропорциональна площадиОаг1, полезная мощность на валу двигателя 
будет пропорциональна площадиsрв,г1.
Номинальная мощность скольжения, на рассеяние которой рассчитана конструкция двигателя, пропорциональна площади Оабsн. Сравним эту площадь с заштрихованной (Оавsр), которая отражает потери в роторе двигателя при работе в точке «в». Она в примерно в3 раза превосходит номинальные потери в роторе. Естественно, что при длительной работе в указанном режиме ротор двигателя будет перегреваться и двигатель выйдет из строя. Для того, чтобы можно было применить данный способ регулирования нужно установленную мощность двигателя завысить в 3 раза или применить специальную конструкцию интенсивного теплоотвода.
Поэтому регулирование скорости изменением напряжения питания возможно в том случае, если момент сопротивления МС при снижении скорости существенно меньше номинального. Такой способ регулирования применяется иногда для привода насосов и вентиляторов, у которых момент сопротивления на валу резко снижается при уменьшении скорости. Этот случай рассмотрен на рис.4.12б. Поскольку со снижением скорости МС уменьшается примерно в квадрате от величины снижения скорости, то мощность скольжения РS со снижением скорости существенно снижается. Если нагрузка на валу двигателя носит вентиляторный характер, то максимальная величина мощности скольжения составляет 15% от мощности на валу при номинальной скорости. Поэтому для привода вентиляторов и насосов достаточно увеличение установленной мощности двигателя с повышенным скольжением в 1,5-2 раза.
Снижение напряжения на статоре асинхронного двигателя иногда используется для уменьшения пусковых токов двигателя. Это возможно, если момент сопротивления на валу двигателя при пуске не превышает 0,3-0,4Мн (насосы, вентиляторы или другие рабочие машины, пуск которых производится вхолостую). В этом случае посредством тиристорного регулятора напряжения напряжение, подводимое к обмотке статора, снижается, а затем по мере разгона двигателя увеличивается до номинального значения. Этим обеспечивается «плавный пуск» двигателя с уменьшенными пусковыми токами и сниженными динамическими нагрузками на рабочую машину.
studfiles.net
Да, изначально Автор идеи "искал вечняк" - но в итоге он ПОЛУЧИЛ схему (по ссылке) которая на глазах изумленного народа раскручивала от 7Ач 12В аккума 3кВт асинхронный мотор.
Да, "вечняка не получилось". Зато получилась очень интересная схема "плавного пуска" асинхронниика, которая не дает всплесков в сеть (раз) и позволяет питать асинхронник 220В от 12В 
Таблица коммутации 3-х фазн.асинхр.мотора: 
Вот дальнейшие развития схемы:
1) управление на PIC контроллере: 
2) управление на микросхемах 561 серии: 
3) управление с конденсаторной развязкой: 
Коментарий: "...ваш вариант оптимизации оказался очень интересным. Без фазовых симистров в контуре конструкция действительно работает. Теоретически ей требуется довольно узкий диапазон временного отрезка в цикле, когда оптимально без потерь можно подзарядить фазовый конденсатор(примерно 60 град из 360). Но оказалось, что мотор со своей массой ротора умудряется САМОПОДСТРАИВАТЬСЯ под этот оптимальный режим попадания импульса подпитки конденсаторов, даже с немного заниженными емкостями. Получается что если скрости вращения запаздывает(относительно тактового генератора), то повышенный потребляемый ток только сильнее раскручивает мотор, а если мотор избыточно быстро вращается, то вырабатываемая энергия моторм отдается конденсаторам, в итоге он перестает потреблять от сети и он начинает притормаживать до оптимальной скорости сам.
Можно попробовать поэкспериментировать с новой сокращенной схемой с конденсаторной развязкой и совсем без согласующих трансформаторов:..."
4) "Компенсатор реактивки": 
Описание: "...Если имеется желание немного съэкономить электроэнергию и не хочется делать сложных схем, то есть старая простая схемка экономайзера (простого компенсатора реактивных токов). Это симистор который подключает каждый четверть периуда входного напряжения параллельно нагрузке большой конденсатор, а последовательный дроссель только улучшает характеристики, но не обязателен. Резистором настраивают оптимальный режим экономии (номиналы деталей очень приблизительны). Схема практически идентична регулятору мощности для лампы или паяльника, только изменена схема подключения нагрузки. Подключенные индуктивные нагрузки(моторы) после такой схемы экономят электроэнергию на 30%..50%. ..."
5) Управлени 2-х фазным мотором: 
6) Управление 3-хф.моторм от датчика холла и с рекуперацией: 
7) Питание 3-хф.мотора от 12В. (авиамодели?): 
для п.5-6-7 коммент: "...Был опробован мощные симистры(2У208Г, ТС161-200) в ручном режиме переключения в колебательном контуре, убедился что они действительно подходят для переключения в этой СХЕМЕ. Дело в том, что хоть симистр и включен в обе стороны, но ток в каждый полупериуд течет только в одном направлении, и при переходе "через нуль" он УВЕРЕННО УСПЕВАЕТ выключится, ведь у него такая же особенность как у тиристора ВЫКЛЮЧАТЬСЯ при нулевом токе, и далее будет ждать сдедующего такта, то есть синхронизация с генератором будет нормальной и симистр будет работать как одиночный тиристор в каждом полутакте, но только обладающий одним управлением на два полупериуда, и ему нужно только по другому логически скоммутировать управление. А обратное включение симистров, используемых для подзарядки конденсаторов, оказывется даже полезно для рекуперации энергии. В схеме с симистрами проявилась интересная особенность - безразличие к полярности запитки источника питания, лишь бы было ПОСТОЯННОЕ высокое напряжение...."
valvol.ru
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах с батарейным питанием или питанием от сети постоянного тока. Техническим результатом является упрощение схемы подключения асинхронного двигателя к источнику питания. Указанный технический результат достигают тем, что схема подключения многофазного асинхронного двигателя к источнику постоянного тока содержит параллельные резонансные LC-контуры по числу обмоток двигателя. Каждый контур образован конденсатором и первичной обмоткой двухобмоточного дросселя, ко вторичной обмотке которого, индуктивно связанной с первой, подключена соответствующая обмотка, двигателя. Первичные обмотки дросселей контуров последовательно подключены к источнику постоянного тока через управляемый ключ, размыкающий цепь с заданной периодичностью. Каждый резонансный контур с включенной в него обмоткой двигателя настроен на собственную резонансную частоту. Значение резонансной частоты от контура к контуру вдоль цепи изменяется последовательно. 2 ил. 
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в устройствах с батарейным питанием или питанием от сети постоянного тока.
Уровень техники
Асинхронный двигатель (АД) относится к электрическим машинам переменного тока. Принцип работы такого двигателя основан на использовании вращающегося магнитного поля, которое образуется в статоре после подключения его обмоток к трехфазной сети переменного тока (основная схема включения АД). Вращающееся магнитное поле статора, пересекая проводники обмотки ротора, индуцирует в них электродвижущую силу (ЭДС), создающую в обмотке ротора ток. Взаимодействие этого тока с вращающимся магнитным полем статора вызывает электромагнитный момент, приводящий ротор во вращение.
Для создания вращающегося магнитного поля статора необходимо выполнение двух условий, а именно: статорные обмотки должны быть смещены в пространстве друг относительно друга, что обычно обеспечивается конструкцией двигателя, и второе - токи в обмотках должны быть сдвинуты по фазе.
Известны решения, когда двух- или трехфазную обмотку статора включают в однофазную сеть переменного тока. В этом случае для создания начального (пускового) момента и приведения ротора во вращение используют фазосдвигающий элемент, преимущественно конденсатор, подключаемый к одной из обмоток статора, т.н. пусковой обмотке (например, см. кн. И.И.Алиев. Асинхронные двигатели в трехфазном и однофазном режимах. Изд-во: РадиоСофт, Москва, 2004 г., стр.83-87).
Для работы от сетей и источников постоянного тока обычно используют электродвигатели постоянного тока. Однако асинхронные двигатели более просты в обслуживании и надежны в эксплуатации, что объясняется отсутствием коллекторно-щеточного механизма, имеющего место в электродвигателях постоянного тока. Упомянутые качества делают привлекательным использование асинхронных двигателей в электроприводах с питанием от сетей постоянного тока.
Известен электропривод транспортного средства, содержащий асинхронный двигатель, подключенный к источнику постоянного напряжения через преобразователь постоянного напряжения в трехфазное напряжение с регулируемой амплитудой, частотой и изменяемым порядком чередования фаз (см. патент на полезную модель № 57990, МПК Н02К 17/34, опубл. 2006.10.27).
Известна схема подключения трехфазного асинхронного двигателя к источнику постоянного тока через трехфазный мостовой инвертор (см. патент SU № 1830178, МПК Н02Р 7/42, опубл. 23.07.93 г.).
Во всех известных заявителю решениях, в том числе вышеупомянутых, между асинхронным двигателем и источником постоянного тока непременно включается инвертор - преобразователь постоянного тока в m-фазный переменный либо коммутирующее вентильное устройство, поочередно подключающее фазы двигателя к источнику постоянной ЭДС. Однако все упомянутые схемы отличаются сложностью, наличием большого количества коммутирующих элементов, что отрицательно сказывается на надежности его работы.
В качестве ближайшего аналога для заявляемого решения принята схема включения асинхронного двигателя, примененная в приводе электроподвижного состава с питанием от тяговой сети (см. патент на полезную модель № 39763, МПК Н02Р 1/26, опубл. 2004.08.10). Схема содержит источник постоянного тока и соединенный с ним асинхронный двигатель с трехфазной обмоткой статора. Соединение АД с источником питания в упомянутом решении осуществлено через входные фильтры, однофазные инверторы, понижающие трансформаторы, мостовой выпрямитель с LC-фильтром и трехфазный коммутатор напряжения, к которому подключены статорные обмотки асинхронного двигателя. Трехфазный коммутатор напряжения выполнен на базе 6-ти электронных ключей. Недостатком известного решения является сложность схемы подключения, наличие большого числа коммутирующих элементов.
Раскрытие изобретения
Задачей заявляемого изобретения является разработка более простой схемы подключения асинхронного двигателя к источнику постоянного тока, использующей минимальное количество коммутирующих элементов.
Поставленная задача решена тем, что в схеме подключения многофазного асинхронного двигателя к источнику постоянного тока согласно заявляемому изобретению для каждой обмотки статора асинхронного двигателя сформирован параллельный резонансный LC-контур, образованный конденсатором и первичной обмоткой двухобмоточного дросселя, ко вторичной обмотке которого, индуктивно связанной с первой, подключена соответствующая обмотка двигателя, первичные обмотки дросселей контуров последовательно подключены к источнику постоянного тока через управляемый ключ, размыкающий цепь с заданной периодичностью, при этом каждый резонансный контур с включенной в него обмоткой двигателя настроен на собственную резонансную частоту с соблюдением условия последовательного изменения (возрастания или убывания) значения резонансной частоты от контура к контуру.
В отличие от прототипа и других известных решений, в заявляемом решении предложена принципиально новая схема питания асинхронного двигателя от источника постоянного тока, предполагающая последовательное подключение статорных обмоток двигателя к источнику постоянного тока с использованием одного ключа, размыкающего и замыкающего цепь с заданной периодичностью.
Для включения каждой обмотки двигателя использован обычный параллельный LC-контур, настроенный на собственную резонансную частоту. Собственная резонансная частота контуров и «разбег частот» между контурами во многом определяются конструктивным исполнением двигателя. Настройка контура на заданную частоту обеспечивается подбором номиналов индуктивности и емкости контура.
В качестве резонансных индуктивностей в заявляемой схеме использованы первичные обмотки двухобмоточных дросселей, которые обеспечивают накопление энергии с последующей отдачей ее в цепь без каких-либо преобразований. Ко вторичным обмоткам упомянутых дросселей в качестве нагрузки подключены соответствующие обмотки двигателя.
В замкнутом положении ключа в последовательной цепи через первичные обмотки дросселей протекает постоянный ток, происходит процесс насыщения резонансных индуктивностей и накопление энергии в магнитопроводах дросселей. В момент размыкания цепи на каждой резонансной индуктивности возникает импульс самоиндукции, и они начинают отдавать накопленную энергию через конденсатор. В каждом резонансном контуре возникает колебательный процесс, и в цепи контура начинает протекать переменный ток. Благодаря тому, что каждый контур настроен на индивидуальную резонансную частоту, возникшие в контурах токи изменяются с разной частотой, в результате чего между контурами образуется сдвиг фаз.
Переменный ток в первичных обмотках дросселей наводит переменный магнитный поток и переменную ЭДС во вторичных обмотках, в результате чего во вторичной цепи каждого контура возникает переменный ток, аналогичный протекающему в первичной обмотке. Через статорные обмотки, подключенные ко вторичным обмоткам дросселей в качестве нагрузки, также начинает протекать сдвинутый по фазе переменный ток. Таким образом, обеспечивается выполнение 2-го условия возникновения вращающегося магнитного поля: пропускание через обмотки асинхронного двигателя переменного тока, сдвинутого по фазе. Первое условие, как упоминалось выше, обеспечивается конструкцией двигателя, т.е. расположением статорных обмоток со смещением в пространстве. Выполнение обоих условий приводит к созданию в статоре асинхронного двигателя вращающегося магнитного поля, возникает вращающий момент, приводящий ротор двигателя во вращение.
Сдвиг фаз между контурами определяется значениями резонансных частот контуров и разбегом частот между ними. Следует отметить, что сдвиг фаз между токами контуров не имеет постоянной величины и увеличивается с течением времени, что объясняется затухающим характером колебательного процесса в контуре.
После затухания колебаний ключ замыкает цепь, и в контурах снова происходит накопление энергии. Процесс размыкания цепи и возникновение колебательных процессов повторяется периодически. По сути, в обмотках двигателя создается пульсирующее вращающееся магнитное поле, обеспечивающее раскрутку и вращение ротора.
Изменением периода времени, когда цепь разомкнута, можно влиять на скорость вращения двигателя.
Благодаря подключению статорных обмоток ко вторичным обмоткам дросселей практически полностью исключается прохождение через обмотки двигателя постоянной составляющей тока, вызывающей торможение ротора.
Таким образом, упомянутая выше совокупность существенных признаков заявляемого решения позволяет получить новый положительный технический результат, заключающийся в создании в обмотках асинхронного двигателя пульсирующих, т.е. периодически возникающих после размыкания цепи, переменных токов, сдвинутых по фазе друг относительно друга. Пока цепь замкнута, в последовательной цепи контуров течет постоянный ток, после размыкания цепи накопленная в контурах энергия преобразуется в переменный m-фазный (по числу фаз двигателя) ток.
Такое решение позволило исключить из схемы питания двигателя инвертор как самостоятельное устройство. В схеме использован всего один ключ на все фазы двигателя, что значительно упрощает схему питания, повышает надежность ее работы.
В известных решениях с автономными инверторами преобразованный из постоянного переменный m-фазный ток, имеющий фиксированный (неизменный) сдвиг между фазами, постоянно подается на обмотки двигателя. В заявляемом решении переменный ток проходит через обмотки двигателя периодически (импульсами) в период времени, когда цепь разомкнута, причем сдвиг между фазами - величина непостоянная.
В отличие от вентильного подключения, основанного на поочередном подключении обмоток асинхронного двигателя к питающей сети, в заявляемом решении подключение и отключение всех обмоток двигателя от сети питания осуществляется одновременно.
Предлагаемая схема подключения асинхронного двигателя к источнику постоянного тока может быть применена к любому многофазному двигателю: двух-, трех-, четырехфазному и т.д. Причем схема обеспечивает преобразование постоянного тока в переменный m-фазный, т.е. разделение тока происходит на столько фаз, сколько фаз имеет конкретный двигатель.
Краткое описание чертежей
Заявляемое решение поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображена схема устройства, общий вид;
на фиг.2 показаны временные графические зависимости тока на фазах двигателя.
Осуществление изобретения
Схема была реализована для подключения стандартного асинхронного двигателя, заводского изготовления, с 3-фазной статорной обмоткой LA LB LC.
Схема подключения АД, представленная на фиг.1, содержит последовательную цепь из m (по числу обмоток двигателя, в конкретном примере - трех) резонансных параллельных контуров, каждый из которых образован конденсатором С и первичной обмоткой дросселя D, ко вторичной обмотке которого подключена соответствующая обмотка двигателя. Первичные обмотки (L1, L2, L3 ) дросселей последовательно подключены к источнику постоянного тока через управляемый ключ К. Ключ может быть реализован на базе транзистора, коммутируемого блоком управления. В простейшем случае в качестве такого блока можно использовать независимый генератор частоты.
Каждый резонансный LC-контур настроен на свою частоту, определяемую параметрами емкости и индуктивности контура по формуле: 
=1/
LC.
Значения резонансных частот последовательно изменяются от контура к контуру вдоль цепи: A>B>C либо в обратном порядке: A<B<C. Направление изменения значений частот определяет направление вращения двигателя. Вращение двигателя осуществляется в направлении убывания частоты.
Схема работает следующим образом.
Ключ К замкнут. Под действием ЭДС источника в последовательно включенных индуктивностях контуров ток нарастает до определенного значения. Происходит процесс насыщения резонансных дросселей. До момента насыщения практически все питающее напряжение приложено к обмоткам. В момент насыщения происходит скачкообразный скачок (падение) напряжения, который может быть использован в качестве управляющего сигнала на размыкание цепи.
Ключ размыкают, при этом индуктивные выбросы тока резонансных дросселей L1, L2, и L3 приводят к возникновению в резонансных LC-контурах колебательных процессов.
Благодаря настройке контуров на разные частоты колебательный процесс в каждом контуре имеет собственную частоту, в результате чего токи изменяются с разной скоростью, что ведет к образованию между ними сдвига фаз.
Во вторых обмотках дросселей, индуктивно связанных с первыми, также наводятся переменные токи, и через обмотки статора L A, LB, и LC начинает протекать сдвинутый по фазе переменный ток.
Сдвиг фаз токов в обмотках статора, возникающий после размыкания цепи (момент T1 ), иллюстрирован на временной зависимости фиг.2. Ток i1 - соответствует току, протекающему через фазу А, токи i 2 и i3 соответствуют фазам В и С соответственно.
В статорных обмотках АД возникает вращающееся магнитное поле, индуцирующее в обмотке ротора ЭДС и обеспечивающее возникновение электромагнитного момента, приводящего ротор во вращение.
После затухания в контурах колебательных процессов электронный ключ К замыкает цепь. На графике этому моменту соответствует время Т2. Процесс накопления энергии повторяется.
Созданное в обмотках двигателя пульсирующее вращающееся магнитное поле обеспечивает вращение двигателя. Испытанный образец в течение нескольких секунд вышел на номинальную частоту вращения. Предлагаемое схемное решение отличается простотой реализации и экономичностью.
На базе предлагаемой схемы возможно изготовление электропривода вращательного и поступательного перемещения.
Схема подключения многофазного асинхронного двигателя к источнику постоянного тока, отличающаяся тем, что для каждой обмотки статора асинхронного двигателя сформирован параллельный резонансный LC-контур, образованный конденсатором и первичной обмоткой двухобмоточного дросселя, ко вторичной обмотке которого индуктивно связанной с первой подключена соответствующая обмотка двигателя, первичные обмотки дросселей контуров последовательно подключены к источнику постоянного тока через управляемый ключ, размыкающий цепь с заданной периодичностью, при этом каждый резонансный контур с включенной в него обмоткой настроен на собственную резонансную частоту с соблюдением условия последовательного изменения значения резонансной частоты от контура к контуру вдоль цепи.
www.freepatent.ru
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах с батарейным питанием или питанием от сети постоянного тока. Техническим результатом является упрощение схемы подключения асинхронного двигателя к источнику питания. Указанный технический результат достигают тем, что схема подключения многофазного асинхронного двигателя к источнику постоянного тока содержит параллельные резонансные LC-контуры по числу обмоток двигателя. Каждый контур образован конденсатором и первичной обмоткой двухобмоточного дросселя, ко вторичной обмотке которого, индуктивно связанной с первой, подключена соответствующая обмотка, двигателя. Первичные обмотки дросселей контуров последовательно подключены к источнику постоянного тока через управляемый ключ, размыкающий цепь с заданной периодичностью. Каждый резонансный контур с включенной в него обмоткой двигателя настроен на собственную резонансную частоту. Значение резонансной частоты от контура к контуру вдоль цепи изменяется последовательно. 2 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в устройствах с батарейным питанием или питанием от сети постоянного тока.
Уровень техники
Асинхронный двигатель (АД) относится к электрическим машинам переменного тока. Принцип работы такого двигателя основан на использовании вращающегося магнитного поля, которое образуется в статоре после подключения его обмоток к трехфазной сети переменного тока (основная схема включения АД). Вращающееся магнитное поле статора, пересекая проводники обмотки ротора, индуцирует в них электродвижущую силу (ЭДС), создающую в обмотке ротора ток. Взаимодействие этого тока с вращающимся магнитным полем статора вызывает электромагнитный момент, приводящий ротор во вращение.
Для создания вращающегося магнитного поля статора необходимо выполнение двух условий, а именно: статорные обмотки должны быть смещены в пространстве друг относительно друга, что обычно обеспечивается конструкцией двигателя, и второе - токи в обмотках должны быть сдвинуты по фазе.
Известны решения, когда двух- или трехфазную обмотку статора включают в однофазную сеть переменного тока. В этом случае для создания начального (пускового) момента и приведения ротора во вращение используют фазосдвигающий элемент, преимущественно конденсатор, подключаемый к одной из обмоток статора, т.н. пусковой обмотке (например, см. кн. И.И.Алиев. Асинхронные двигатели в трехфазном и однофазном режимах. Изд-во: РадиоСофт, Москва, 2004 г., стр.83-87).
Для работы от сетей и источников постоянного тока обычно используют электродвигатели постоянного тока. Однако асинхронные двигатели более просты в обслуживании и надежны в эксплуатации, что объясняется отсутствием коллекторно-щеточного механизма, имеющего место в электродвигателях постоянного тока. Упомянутые качества делают привлекательным использование асинхронных двигателей в электроприводах с питанием от сетей постоянного тока.
Известен электропривод транспортного средства, содержащий асинхронный двигатель, подключенный к источнику постоянного напряжения через преобразователь постоянного напряжения в трехфазное напряжение с регулируемой амплитудой, частотой и изменяемым порядком чередования фаз (см. патент на полезную модель № 57990, МПК Н02К 17/34, опубл. 2006.10.27).
Известна схема подключения трехфазного асинхронного двигателя к источнику постоянного тока через трехфазный мостовой инвертор (см. патент SU № 1830178, МПК Н02Р 7/42, опубл. 23.07.93 г.).
Во всех известных заявителю решениях, в том числе вышеупомянутых, между асинхронным двигателем и источником постоянного тока непременно включается инвертор - преобразователь постоянного тока в m-фазный переменный либо коммутирующее вентильное устройство, поочередно подключающее фазы двигателя к источнику постоянной ЭДС. Однако все упомянутые схемы отличаются сложностью, наличием большого количества коммутирующих элементов, что отрицательно сказывается на надежности его работы.
В качестве ближайшего аналога для заявляемого решения принята схема включения асинхронного двигателя, примененная в приводе электроподвижного состава с питанием от тяговой сети (см. патент на полезную модель № 39763, МПК Н02Р 1/26, опубл. 2004.08.10). Схема содержит источник постоянного тока и соединенный с ним асинхронный двигатель с трехфазной обмоткой статора. Соединение АД с источником питания в упомянутом решении осуществлено через входные фильтры, однофазные инверторы, понижающие трансформаторы, мостовой выпрямитель с LC-фильтром и трехфазный коммутатор напряжения, к которому подключены статорные обмотки асинхронного двигателя. Трехфазный коммутатор напряжения выполнен на базе 6-ти электронных ключей. Недостатком известного решения является сложность схемы подключения, наличие большого числа коммутирующих элементов.
Раскрытие изобретения
Задачей заявляемого изобретения является разработка более простой схемы подключения асинхронного двигателя к источнику постоянного тока, использующей минимальное количество коммутирующих элементов.
Поставленная задача решена тем, что в схеме подключения многофазного асинхронного двигателя к источнику постоянного тока согласно заявляемому изобретению для каждой обмотки статора асинхронного двигателя сформирован параллельный резонансный LC-контур, образованный конденсатором и первичной обмоткой двухобмоточного дросселя, ко вторичной обмотке которого, индуктивно связанной с первой, подключена соответствующая обмотка двигателя, первичные обмотки дросселей контуров последовательно подключены к источнику постоянного тока через управляемый ключ, размыкающий цепь с заданной периодичностью, при этом каждый резонансный контур с включенной в него обмоткой двигателя настроен на собственную резонансную частоту с соблюдением условия последовательного изменения (возрастания или убывания) значения резонансной частоты от контура к контуру.
В отличие от прототипа и других известных решений, в заявляемом решении предложена принципиально новая схема питания асинхронного двигателя от источника постоянного тока, предполагающая последовательное подключение статорных обмоток двигателя к источнику постоянного тока с использованием одного ключа, размыкающего и замыкающего цепь с заданной периодичностью.
Для включения каждой обмотки двигателя использован обычный параллельный LC-контур, настроенный на собственную резонансную частоту. Собственная резонансная частота контуров и «разбег частот» между контурами во многом определяются конструктивным исполнением двигателя. Настройка контура на заданную частоту обеспечивается подбором номиналов индуктивности и емкости контура.
В качестве резонансных индуктивностей в заявляемой схеме использованы первичные обмотки двухобмоточных дросселей, которые обеспечивают накопление энергии с последующей отдачей ее в цепь без каких-либо преобразований. Ко вторичным обмоткам упомянутых дросселей в качестве нагрузки подключены соответствующие обмотки двигателя.
В замкнутом положении ключа в последовательной цепи через первичные обмотки дросселей протекает постоянный ток, происходит процесс насыщения резонансных индуктивностей и накопление энергии в магнитопроводах дросселей. В момент размыкания цепи на каждой резонансной индуктивности возникает импульс самоиндукции, и они начинают отдавать накопленную энергию через конденсатор. В каждом резонансном контуре возникает колебательный процесс, и в цепи контура начинает протекать переменный ток. Благодаря тому, что каждый контур настроен на индивидуальную резонансную частоту, возникшие в контурах токи изменяются с разной частотой, в результате чего между контурами образуется сдвиг фаз.
Переменный ток в первичных обмотках дросселей наводит переменный магнитный поток и переменную ЭДС во вторичных обмотках, в результате чего во вторичной цепи каждого контура возникает переменный ток, аналогичный протекающему в первичной обмотке. Через статорные обмотки, подключенные ко вторичным обмоткам дросселей в качестве нагрузки, также начинает протекать сдвинутый по фазе переменный ток. Таким образом, обеспечивается выполнение 2-го условия возникновения вращающегося магнитного поля: пропускание через обмотки асинхронного двигателя переменного тока, сдвинутого по фазе. Первое условие, как упоминалось выше, обеспечивается конструкцией двигателя, т.е. расположением статорных обмоток со смещением в пространстве. Выполнение обоих условий приводит к созданию в статоре асинхронного двигателя вращающегося магнитного поля, возникает вращающий момент, приводящий ротор двигателя во вращение.
Сдвиг фаз между контурами определяется значениями резонансных частот контуров и разбегом частот между ними. Следует отметить, что сдвиг фаз между токами контуров не имеет постоянной величины и увеличивается с течением времени, что объясняется затухающим характером колебательного процесса в контуре.
После затухания колебаний ключ замыкает цепь, и в контурах снова происходит накопление энергии. Процесс размыкания цепи и возникновение колебательных процессов повторяется периодически. По сути, в обмотках двигателя создается пульсирующее вращающееся магнитное поле, обеспечивающее раскрутку и вращение ротора.
Изменением периода времени, когда цепь разомкнута, можно влиять на скорость вращения двигателя.
Благодаря подключению статорных обмоток ко вторичным обмоткам дросселей практически полностью исключается прохождение через обмотки двигателя постоянной составляющей тока, вызывающей торможение ротора.
Таким образом, упомянутая выше совокупность существенных признаков заявляемого решения позволяет получить новый положительный технический результат, заключающийся в создании в обмотках асинхронного двигателя пульсирующих, т.е. периодически возникающих после размыкания цепи, переменных токов, сдвинутых по фазе друг относительно друга. Пока цепь замкнута, в последовательной цепи контуров течет постоянный ток, после размыкания цепи накопленная в контурах энергия преобразуется в переменный m-фазный (по числу фаз двигателя) ток.
Такое решение позволило исключить из схемы питания двигателя инвертор как самостоятельное устройство. В схеме использован всего один ключ на все фазы двигателя, что значительно упрощает схему питания, повышает надежность ее работы.
В известных решениях с автономными инверторами преобразованный из постоянного переменный m-фазный ток, имеющий фиксированный (неизменный) сдвиг между фазами, постоянно подается на обмотки двигателя. В заявляемом решении переменный ток проходит через обмотки двигателя периодически (импульсами) в период времени, когда цепь разомкнута, причем сдвиг между фазами - величина непостоянная.
В отличие от вентильного подключения, основанного на поочередном подключении обмоток асинхронного двигателя к питающей сети, в заявляемом решении подключение и отключение всех обмоток двигателя от сети питания осуществляется одновременно.
Предлагаемая схема подключения асинхронного двигателя к источнику постоянного тока может быть применена к любому многофазному двигателю: двух-, трех-, четырехфазному и т.д. Причем схема обеспечивает преобразование постоянного тока в переменный m-фазный, т.е. разделение тока происходит на столько фаз, сколько фаз имеет конкретный двигатель.
Краткое описание чертежей
Заявляемое решение поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображена схема устройства, общий вид;
на фиг.2 показаны временные графические зависимости тока на фазах двигателя.
Осуществление изобретения
Схема была реализована для подключения стандартного асинхронного двигателя, заводского изготовления, с 3-фазной статорной обмоткой LA LB LC.
Схема подключения АД, представленная на фиг.1, содержит последовательную цепь из m (по числу обмоток двигателя, в конкретном примере - трех) резонансных параллельных контуров, каждый из которых образован конденсатором С и первичной обмоткой дросселя D, ко вторичной обмотке которого подключена соответствующая обмотка двигателя. Первичные обмотки (L1, L2, L3) дросселей последовательно подключены к источнику постоянного тока через управляемый ключ К. Ключ может быть реализован на базе транзистора, коммутируемого блоком управления. В простейшем случае в качестве такого блока можно использовать независимый генератор частоты.
Каждый резонансный LC-контур настроен на свою частоту, определяемую параметрами емкости и индуктивности контура по формуле: ω=1/√LC.
Значения резонансных частот последовательно изменяются от контура к контуру вдоль цепи: ωA>ωB>ωC либо в обратном порядке: ωA<ωB<ωC. Направление изменения значений частот определяет направление вращения двигателя. Вращение двигателя осуществляется в направлении убывания частоты.
Схема работает следующим образом.
Ключ К замкнут. Под действием ЭДС источника в последовательно включенных индуктивностях контуров ток нарастает до определенного значения. Происходит процесс насыщения резонансных дросселей. До момента насыщения практически все питающее напряжение приложено к обмоткам. В момент насыщения происходит скачкообразный скачок (падение) напряжения, который может быть использован в качестве управляющего сигнала на размыкание цепи.
Ключ размыкают, при этом индуктивные выбросы тока резонансных дросселей L1, L2, и L3 приводят к возникновению в резонансных LC-контурах колебательных процессов.
Благодаря настройке контуров на разные частоты колебательный процесс в каждом контуре имеет собственную частоту, в результате чего токи изменяются с разной скоростью, что ведет к образованию между ними сдвига фаз.
Во вторых обмотках дросселей, индуктивно связанных с первыми, также наводятся переменные токи, и через обмотки статора LA, LB, и LC начинает протекать сдвинутый по фазе переменный ток.
Сдвиг фаз токов в обмотках статора, возникающий после размыкания цепи (момент T1), иллюстрирован на временной зависимости фиг.2. Ток i1 - соответствует току, протекающему через фазу А, токи i2 и i3 соответствуют фазам В и С соответственно.
В статорных обмотках АД возникает вращающееся магнитное поле, индуцирующее в обмотке ротора ЭДС и обеспечивающее возникновение электромагнитного момента, приводящего ротор во вращение.
После затухания в контурах колебательных процессов электронный ключ К замыкает цепь. На графике этому моменту соответствует время Т2. Процесс накопления энергии повторяется.
Созданное в обмотках двигателя пульсирующее вращающееся магнитное поле обеспечивает вращение двигателя. Испытанный образец в течение нескольких секунд вышел на номинальную частоту вращения. Предлагаемое схемное решение отличается простотой реализации и экономичностью.
На базе предлагаемой схемы возможно изготовление электропривода вращательного и поступательного перемещения.
Схема подключения многофазного асинхронного двигателя к источнику постоянного тока, отличающаяся тем, что для каждой обмотки статора асинхронного двигателя сформирован параллельный резонансный LC-контур, образованный конденсатором и первичной обмоткой двухобмоточного дросселя, ко вторичной обмотке которого индуктивно связанной с первой подключена соответствующая обмотка двигателя, первичные обмотки дросселей контуров последовательно подключены к источнику постоянного тока через управляемый ключ, размыкающий цепь с заданной периодичностью, при этом каждый резонансный контур с включенной в него обмоткой настроен на собственную резонансную частоту с соблюдением условия последовательного изменения значения резонансной частоты от контура к контуру вдоль цепи.
www.findpatent.ru
Электропитание
Главная 
Радиолюбителю Электропитание
Вразличных бытовых и промышленных устройствах находят применение не только трех-, но и двухфазные асинхронные двигатели. Для получения нужного для их работы переменного напряжения, сдвинутого по фазе на 90° относительно сетевого, обычно применяют простейшие конденсаторные фа-зосдвигающие цепи. Это, однако, не всегда оптимальное решение, особенно в тех случаях, когда требуется регулировать частоту вращения вала двигателя.
Рис. 1
Предлагаем использовать для питания двухфазного электродвигателя преобразователь, аналогичный описанному в [Л] В нем оставлены только два из трех узлов А2, к выходам которых обмотки двигателя подключены в соответствии с рис. 1. Максимальная мощность двигателя - 500 Вт. Узел А1 двухфазного преобразователя собран по схеме, изображенной на рис. 2. Он формирует последовательности импульсов, сдвинутые на четверть периода их следования.
Рис. 2
Частота колебаний задающего генератора на таймере DA1 регулируется переменным резистором R1.1 в пределах 32...832 Гц. Необходимые для управления двумя узлами А2 последовательности импульсов формируются с помощью триггеров микросхем DD1, DD3 и логических элементов микросхем DD2, DD4 на выходах В1, Н1, В2, Н2. Паузы между импульсами открывающими "верхние" и "нижние" ключи этих узлов, нужные для предотвращения протекания через них "сквозного" тока, образуются за счет задержки переключения триггеров микросхемы DD3 относительно триггеров микросхемы DD1 создаваемой путем инверсии элементом DD2.1 подаваемых на триггеры импульсов задающего генератора.В исходном варианте преобразователя [Л] эффективное значение прикладываемого к обмоткам электродвигателя напряжения изменялось в зависимости от частоты путем изменения длительности этой паузы. В рассматриваемом случае пауза остается неизменной но применена дополнительная модуляция управляющих импульсов сравнительно высокочастотными импульсами переменной скважности. Это дает возможность в более широких пределах изменять эффективное значение прикладываемого к обмоткам двигателя напряжения.Генератор модулирующих импульсов выполнен на микросхеме DA2. Их частота остается равной 3,5 кГц, а относительная длительность регулируется от 2 до 98 °ь периода повторения переменным резистором R1.2, спаренным с резистором R1.1, изменяющим частоту вращения. Эти импульсы поступают на один из входов каждого элемента микросхемы DD4 и элемента DD2.2, создавая в выходных сигналах преобразователя высокочастотные "врезки" нулевого уровня регулируемой скважности.
Таким образом, при номинальной или повышенной частоте вращения на двигатель поступает почти полное напряжение а с понижением частоты оно уменьшается. При налаживании преобразователя желательно проверить амперметром потребляемый двигателем ток и убедиться, что даже при самой низкой частоте он не превосходит номинального для данного двигателя значения. Такой же способ регулирования напряжения можно применить и в трехфазном преобразователе [Л], что позволит расширить интервал регулирования частоты вращения вала питаемого от него двигателя Для этого узел А1 (см. рис. 2 в [Л]) необходимо доработать по схеме, показанной на рис. 3
Рис . 3Часть этого узла, собранная на микросхемах DD2-DD4 и DD6, остается прежней. Микросхемы DD1 и DD5 (К561ЛА7), состоящие из элементов 2И-НЕ, заменяются на К561ЛА9 с элементами ЗИ-НЕ. Немного изменяется схема задающего генератора на таймере DA1 и добавляется еще один генератор на таймере DA2.
Литература
Калашник В., Черемисинова Н. Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное. - Радио, 2009, № 3, с. 31-34.
Автор: В. Калашник, Н. Черемисинова, В. Черников, г. Воронеж
Дата публикации: 23.05.2010
Мнения читателейНет комментариев. Ваш комментарий будет первый.
Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:
www.radioradar.net
| Эффективный источник питания трехфазного асинхронного двигателя Часть материала взята с сайта www.skif.biz и www.001-lab.com Данное устройство предназначено для питания трехфазных асинхронных двигателей, серийно выпускаемых промышленностью от источника низкого напряжения 12V или от осветительной сети ~220V. В отличие от всех подобных устройств, схема использует рекуперацию энергии обратной ЭДС обмоток двигателя, что позволяет в несколько раз снизить ток потребления двигателем, особенно на холостом ходу. Например, двигатель 0.6 кВт 1350 об/мин на холостом ходу при номинальной частоте вращения потребляет всего 4.5А от источника 12V или около 300 мА от сети ~220V. Такого потребления невозможно добиться при всех существующих способах запитки подобных двигателей. Устройство формирует полноценные 3 фазы для обеспечения нормального вращения двигателя, что позволяет плавно регулировать частоту вращения двигателя в широких пределах. При питании устройства от сети с использованием умножителя напряжения (на каждую фазу двигателя подается в этом случае 400V) мощность двигателя становится близкой к номинальной. При дальнейшем увеличении напряжения питания мощность увеличится пропорционально (при этом, естественно, увеличится потребляемый ток). Фактически, предельная мощность двигателя зависит от параметров силовых элементов схемы (тиристоров и фазных конденсаторов), а также, от диэлектрической прочности изоляции обмоток двигателя, от способности обмотки выдерживать мощные импульсы тока, от механической прочности корпуса двигателя. При усовершенствовании схемы (замене деталей в силовой цепи на более высоковольтные) с двигателя можно снять мощности больше в несколько раз, чем позволяют его паспортные характеристики. Мощность можно увеличивать до тех пор, пока не расплавится обмотка в точках соединения или не разнесет корпус двигателя. Как уже отмечалось, при этом, естественно, вырастет ток потребления. Также замечу, что устройство не является "вечным двигателем" — при существующем дизайне асинхронного двигателя снять с него "лишнее" не получится. Однако применение данной схемы позволяет легко повысить КПД двигателя от 0.6 до 0.9, что может быть важно для энергосберегающих проектов. КПД маломощного до 3 Квт асинхронного двигателя не может быть больше 70%, более мощные двигатели с большим количеством полюсов имеют КПД около 90%. Характерной особенностью схемы является полное отсутствие нагрева двигателя и элементов схемы. Обмотки двигателя питаются короткими и мощными высокоамперными импульсами, через обмотки не протекает постоянный ток. Это не позволяет обмоткам стать активной нагрузкой, что исключает их нагрев. Также, двигатель не греется (соответственно, не перегорает) в случае заклинивания ротора. В некотором роде, двигатель из асинхронного превращается в синхронный. Если судить по потребляемому току, получается, что при нагрузке вала, начинает пропорционально расти ток, однако когда нагрузка становится критической, энергия МП не в состоянии преодолеть силы торможения ротора, обороты двигателя резко падают, вал останавливается. При этом также, падает ток. Стоит отпустить ротор, он начинает раскручиваться и постепенно входит в режим синхронизации. После входа в этот режим можно снимать нагрузку с вала. Главный недостаток схемы состоит в низком пусковом моменте двигателя. При напряжении питания 200V на каждую фазу и начальной частоте 25 Гц пуск и синхронизация наступает за 3 - 5 сек (при используемом двигателе), дальше, можно резко увеличить частоту до номинального значения, при этом двигатель фактически мгновенно отрабатывает команду. К преимуществам такой схемы запитки двигателя можно отнести низкий уровень шума при работающем двигателе, полное отсутствие характерного "гудения", вибрации и т.д. Ротор вращается очень мягко, что позволяет услышать механические дефекты двигателя. Например, выяснилось, что в используемом двигателе был разбит передний подшипник — раньше, при нормальном включении за гулом и вибрацией этого не было слышно. Что касается современных т.н. "частотных преобразователей" используемых в металлообрабатывающих станках, последние например, питают двигатель прямоугольными импульсами, что создает очень мощный шум — как будто работает не двигатель, а сварочный трансформатор. При этом, двигатель, по прежнему остается асинхронным т.е. в нем присутствует эффект "проскальзывания" МП, что может приводить к плаванию оборотов под разной нагрузкой. Данная схема лишена подобного недостатка (см. выше), что делает ее привлекательной для подобных приложений. Используемые в схеме детали доступны, практически, каждому радиолюбителю, что позволяет легко повторить или улучшить схему. Требуются дальнейшие исследования данного способа включения двигателей, поэтому материал представляется в открытом виде. При повторении схемы, просьба сообщить об этом автору с целью обмена опытом.
Описание схемы Для начала следует вспомнить, как надо правильно питать подобные двигатели. В учебниках пишут, что асинхронные двигатели следует запитывать только синусоидальным трехфазным переменным током частотой 50Гц. Однако это не совсем так. Питание двигателя допускается любой формой сигналов в т.ч. прямоугольными импульсами. Существующие частотные преобразователи ШИМ позволяют не только регулировать частоту вращения ротора (она зависит только от частоты) но и мощность — она регулируется шириной импульса. Поскольку такие устройства существуют и серийно выпускаются промышленностью, можно сделать вывод, что форма сигнала не важна. Гораздо важнее правильное фазирование обмоток двигателя — при нарушении этого условия двигатель не будет крутиться вообще или не будет набирать обороты. Для понимания процесса фазирования двигателя вспомним, как выглядит 3х фазный переменный ток. 1. «А»2. «C'»3. «B»4. «А'»5. «C»6. «B'» Подавая такую последовательность импульсов на обмотки, двигатель придет в движение. Форма импульсов (синус или меандр) при этом совершенно не важна. Перед подключением двигателя следует произвести фазирование. Для этого, собираем цепь от низковольтного источника питания 12-24V, в разрыв которой включаем лампу (чтобы не сжечь двигатель или блок питания) и последовательно касаемся щупами клемм колодки двигателя, согласно схеме приведённой выше. Двигатель в этом случае, начнет немного вращаться. После того, как фазы и начала обмоток точно определены, их следует пометить. Это будет важно при подключении двигателя к собранному устройству. Схема источника питания состоит из трех функциональных блоков. Общая или силовая часть, генератор импульсов, инвертор напряжения. В целях снижения трудоемкости при изготовлении, а также, снижения помех, силовую часть и генератор целесообразно выполнить на одной плате. Инвертор может быть отдельным устройством (при питании от батареи) или его может не быть вообще в случае питания от осветительной сети. Последний способ не рекомендуется по причине опасности — в этом случае, часть элементов схемы может оказаться под смертельно опасным относительно «земли» напряжением, поэтому для отладки устройства такой способ нежелателен. Как отмечалось выше, генератор импульсов выдает последовательно 6 импульсов, необходимых для обеспечения создания вращающегося магнитного поля в двигателе. Между импульсами отсутствуют «мертвые» интервалы — в данной схеме смысл в них отсутствует. Частота импульсов задается частотой тактового генератора, для получения номинальной частоты 50 Гц необходима частота генератора 300 Гц. Генератор имеет возможность регулировки частоты с помощью переменного резистора. Каждый импульс на выходе генератора содержит пакет из серии импульсов частотой около 8 кГц, необходимый для управления тиристорами в силовой части схемы. Безусловно, тиристорами можно управлять постоянным током (токовым импульсом) однако такой способ нецелесообразен. Дело в том, что при таком способе управления потребуется применять другие способы «развязки» генератора от силовой части — например, использовать трансформаторы на «железе» или конденсаторы значительной емкости, что негативно скажется на надежности работы устройства. Также, управление тиристорами постоянным током энергозатратно — потребуются мощные ключи. Решение с развязывающими импульсными трансформаторами для данной схемы практически идеально т.к. такое управление решает сразу множество проблем. Итак, каждый из выходов импульсного генератора связан с первичной обмоткой трансформатора. Когда транзистор в цепи выхода генератора открыт (при логической 1 на соответствующем выходе микросхемы счетчика) в первичную обмотку трансформатора поступает пачка импульсов частотой 8 кГц, которая возбуждает такие-же импульсы во вторичной обмотке, связанной с управляющим электродом тиристора, т.е. образуется цепь: катод тиристора - обмотка трансформатора - управляющий электрод. Важно отметить, что в данном случае важна правильная фазировка обмотки трансформатора: на управляющий электрод должны приходить импульсы положительной полярности! Таким образом, схема коммутации обеспечивает создание вращающегося магнитного поля внутри двигателя. Ниже приводится сигналограмма на управляющем электроде любого из тиристоров. Требует пояснения цепь регенерации энергии. Известно, что имея заряженный конденсатор невозможно «напрямую» зарядить от него другой конденсатор так, чтобы напряжение на последнем было выше или равно исходному напряжению на первом конденсаторе. Поэтому, в цепи заряда применен дроссель. Однако, на самом деле, никакой это не дроссель, а часть контура, образованного с одной стороны конденсатором в инверторе большой емкости, катушкой дросселя, открытым тиристором и фазным конденсатором, заряд которого осуществляется в данный момент времени. Когда тиристор открывается, огромная энергия, запасенная электролитическим конденсатором большой емкости, устремляется в обмотку дросселя, вокруг последней создается мощное магнитное поле. В какой-то момент, энергия магнитного поля начинает спадать, и токи самоиндукции превращают дроссель в источник энергии. В итоге, фазный конденсатор заряжается несколько выше напряжения питания, а электролитический конденсатор немного разряжается, отчего создается разность потенциалов, которая не позволяет дальнейшее течение тока из источника питания в фазный конденсатор, тиристор в этот момент закрывается. Независимо от наличия или отсутствия на нем управляющих импульсов ток в этой цепи уже не потечет, поскольку фазный конденсатор заряжен больше источника питания. Таким образом, полная таблица коммутации двигателя с учетом регенерации энергии принимает следующий вид: 1. «А»2. «C'» - Rb3. «B»4. «А'» - Rc5. «C»6. «B'» - Ra Где Rx сигнал регенерации энергии в фазном конденсаторе соответсвующей фазы. Именно поэтому 3 из 6 импульсных трансформаторов двух обмоточные: вторая обмотка управляет тиристором в цепи регенерации энергии. Сигнал на фазном конденсаторе при работающем двигателе представлен в следующей осциллограмме: Фотогалерея устройства. Опытный асинхронный двигатель 0.6 кВт 1350 об/мин R обмоток 12 Ом, пр-во ГДР, 1970 г. Запуск асинхронного двигателяРабота асинхронного двигателя Налаживание устройства Перед включением устройства следует проверить правильность монтажа. Особенно тщательно нужно проверить отсутствие межобмоточных замыканий импульсных трансформаторов. В случае замыкания, разнесет не только тиристоры, но и низковольтную электронику. После выполнения проверок следует подать низковольтное питание на схему. Внимание! На данном этапе ни в коем случае не подавать на силовую часть никакое напряжение! Это можно сделать после того, как будет проверена и отлажена слаботочная часть схемы. Включив питание управления +12 V, сразу проверяем ток. Он не должен превышать 70-100 мА, если ток значительно больше — где-то в схеме КЗ или дохлая(е) микросхемы и т.д. Если ток меньше 50 мА где-то в цепях обрыв. Проверьте еще раз монтаж схемы. Если ток в норме, первым делом следует проверить напряжение на выходе внутреннего стабилизатора +9 V. Далее, проверяем работу генератора импульсов на микросхеме NE 555. К выходу микросхемы подключаем осциллограф и смотрим сигнал. Должны присутствовать короткие (около 20 мксек.) импульсы с амплитудой близкой к напряжению источника питания. Частота импульсов должна быть около 8 кГц. Убедившись в работоспособности этого узла, проверяем генератор на микросхеме К561ЛА7. С выхода генератора должны поступать симметричные прямоугольные импульсы, частота которых, в зависимости от положения движка переменного резистора «обороты» должна быть в пределах от 30 до 500 Гц. Теперь разбираемся с микросхемой К561ИЕ8 — с ее помощью осуществляется формирование фазных управляющих импульсов. Данная микросхема представляет собой десятичный счетчик, формирующий последовательно на каждом выходе сигнал логической «1» по спаду тактового импульса. Для проверки правильности работы этой микросхемы и монтажа, в задающем генераторе вместо конденсатора номиналом 10n временно устанавливаем конденсатор 1 мкф. Включаем устройство и смотрим на светодиоды, подключенные к выходам микросхемы К561ИЕ8. При исправной микросхеме должны последовательно зажигаться светодиоды с 1 по 6 и так по кругу. В работающем устройстве, естественно, все диоды будут просто светиться т.к. глаз человека не в состоянии видеть сигнал частотой выше 25 Гц. Все светодиоды должны светиться с одинаковой яркостью. В случае обрыва обмотки импульсного трансформатора, неисправности транзистора и т.д. диод светиться не будет или будет светиться в «пол накала». Именно поэтому в схеме вместо диодов используются светодиоды — для удобства отладки. Убедившись, что все в порядке, убираем конденсатор из генератора на 1 мкф. Включаем устройство и регулируем переменным резистором частоту тактового генератора. При наименьшей частоте светодиоды будут немного мерцать (особенно хорошо это видно боковым зрением) а при максимальной — светиться. При этом, работающая схема будет издавать характерный «писк», что свидетельствует о том, что в первичные обмотки импульсных трансформаторов поступают управляющие импульсы. Разбираемся с управляющими сигналами тиристоров. Еще раз проверяем разводку вторичных обмоток импульсных трансформаторов. Если все сделано правильно фазируем трансформаторы. Для этого «отвязываем» корпус осциллографа от земли и проверяем сигнал в цепи управляющего электрода каждого тиристора. Землю осциллографа «крокодилом» цепляем к катоду исследуемого тиристора, а щуп подключаем к управляющему электроду. На экране должны присутствовать пакеты импульсов ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ полярности (см. осциллограмму в начале файла) амплитудой не менее 5V. Так нужно последовательно проверить все тиристоры в схеме. На всех должен присутствовать управляющий сигнал. Закончив с этим, можно начать подавать питание на силовую часть схемы. Важное замечание. Помните, что импульсная техника не прощает ошибок! Если что-то пойдет не так, огромная энергия, запасенная электролитическим конденсатором большой емкости, вынесет тиристоры — сразу несколько штук. Будет примерно следующее: А всего-то дел: причина была в дребезге контактов в переменном резисторе подстройки оборотов. В какой-то момент цепь обрывалась, частота тут же возрастала в несколько раз, схема тут же захлёбывалась. Сквозные токи от источника питания (электролитического конденсатора) текли через тиристоры. Неравный бой между тиристорами и электролитическим конденсатором большой емкости всегда заканчивался победой последнего, результат — на картинке. Вдогонку, вынесло еще TL 494 в инверторе и мосфет IRF 1010. Печально, такой ущерб из-за копеечной детали. И хороший урок. Теперь переходим к самому интересному. Подаем на силовую часть сначала низковольтное питание от источника 12-24V через лампу на 5 Вт. Включаем сначала блок управления, ставим минимальную частоту оборотов. Далее, плавно поднимаем напряжение питания силовой части до 15-20 V. Смотрим на лампу. Светиться она не должна. Еще лучше, в разрыв питания силовой цепи включить амперметр: в случае нормальной работы устройства (работают контуры всех трех фаз) ток составит несколько миллиампер при таком напряжении питания и минимальной частоте. Если ток значительно больше (горит или светится в пол накала лампа) прут сквозные токи через схему. Если тока нет вообще — тиристоры не открываются. В случае нормального тока смотрим, что происходит на конденсаторах. Сигнал должен быть примерно такой: У меня получилось около 500 Гц, т.е. 500/6=83 Гц на каждую фазу. Характерно, но в работающем двигателе значение частоты, при которой наступает захлебывание несколько меньше. Определив предельную частоту можно начать подачу высокого напряжения на силовую часть. Включаем генератор, ставим минимальную частоту. Включаем инвертор и плавно увеличиваем напряжение на его выходе. Следим за током потребляемым устройством. Он должен начать расти по мере увеличения напряжения на выходе инвертора. Одновременно, смотрим напряжение на выходе инвертора. Если все идет хорошо, при 50 V двигатель начнет гудеть, при 150 V вал тронется, при 200 V начнет уверенный набор оборотов. Далее, наступит вход в режим синхронизации, гул и гудение снизится, а ток в цепи батареи составит около 3А. Если схема все еще жива, увеличиваем обороты двигателя до номинальных. Это легко т.к. двигатель уже синхронизирован, набор оборотов пройдет очень быстро. Ток при этом подскочит (в момент раскрутки) до 7-10А и тут-же упадет до 4.5 А после набора оборотов. Наслаждайтесь работой устройства. В этот момент следует проверить отсутствие нагрева деталей схемы (аккуратно!), измерить обороты вала, попробовать притормозить вал рукой, следя за потребляемым током. Для контроля оборотов и формы сигнала на фазе следует подключить к одному из фазных конденсаторов через резистор на 10 мОм щуп осциллографа и через резистор на 500 кОм частотомер (китайский мультиметр поддерживающий измерение частоты). Далее, следя за формой сигнала можно увеличить частоту до 100 Гц или выше, пока схема не захлебнется. Это нужно делать с осторожностью (см. выше) т.к. в этом случае сквозными токами вынесет тиристоры. Как показала практика, двигатель легко раскрутить до двойной частоты на каждой фазе, но делать этого все же не стоит. Вопросы, пожелания? Пишите: [email protected] Страница с материалом: http://83.142.8.22/lite/load_async.html Переделал схему в связи с недостатками о которых писал раньше. Теперь для формирования импульсов используется 18 разрядный десятичный счетчик, образованный последовательным соединением 2х микросхем К561ИЕ8. Таким образом, импульс регенерации заряда конденсатора подается в самом конце периода, что не мешает сбору контр ЭДС с обмотки в широком диапазоне нагрузок вала. Можно считать, что такое решение с таймингом почти идеально. Ток потребления на ХХ остался прежним, равно, как и все прочие параметры устройства, однако, удалось добиться ГЛАВНОГО. При торможении вала двигателя рукой перестал лавинообразно расти ток! Если до переделки при легком торможении ток подскакивал до 6А, а при торможении плоскогубцами до 10-15А, теперь ток не поднимается не при каких условиях выше 9А, дальше ротор просто останавливается и ток падает. Более точные результаты измерений под нагрузкой будут после того, как доделаю стенд. Подходящий генератор нашелся, правда он требует ремонта замены щеток... Да, чуть не забыл. Потребовалось уменьшить индуктивность зарядного дросселя т.к. в отличии от первого варианта, заряд должен осуществиться быстрее. Теперь дроссель 1 Мг 0.9 Ом. Без сердечника.
Выкладываю сигналограммы новой схемы устройства. Как видите, добротность обмоток моторчика крайне низка. От ИП требуется довольно много тока для компенсации потерь. Если найти подходящий двиг (2-3 кВт год выпуска чем раньше тем лучше) можно получить довольно интересные результаты.
На фазе. Частота 20 Гц.
Частота 30 Гц.
50 Гц. Больше не раскручиваю. Берегу тиристоры ;-)
Фазовый управляющий импульс в большом увеличении.
Импульс регенерации в большом увеличении.
4 импульса регенерации. Дополнения от Fema (Skif.biz): Если в вашей силовой части перевернуть полярность подпитывающих тиристоров, и поменять полярность подключения источника питания, то целых три тиристора будут катодом сидеть на земле - а это даст возможность удалить три трансформатора, так как они уже не нужны, и напрямую (через огр.резистор) подключить транзисторы к трем тиристорам. При этом правда придется в генераторе подкорректировать разводку фаз к счетчику, что бы все приходило в нужное время (так как полярность подпитки конденсаторов изменилась) Это незначительное изменение в схеме дало резкое уменьшения количества деталей в силовой части.
Дополнения от Fema (Skif.biz): По сути, там колебательный контур который после каждого полутакта заклинивается диодом-тиристором и ждет подходящего времени чтобы сделать следующий полупериод через другой тиристор в обратном направлении. Дополнения от asidalv (автор) (Skif.biz): Добротность на ХХ зависит главным образом от сопротивления обмотки, правильно? В моем варианте это 12.6 Ом, посему добротность никакая. Но взяв более мощный движок (2-3 кВт, 4х полюсный) у него будет ~ 3-5 Ом. Добротность на ХХ ожидается в районе 10, что уже неплохо. Допустим, R=5 Ом L=100 Мг С=10 Мкф тогда Q = (1 / 5) * ((100 / 1000) / (10 / 1000000)) ^ 0.5 = аж 20! частота при этом F = 1 / (6.2831 * Sqr((10 / 1000000) * (100 / 1000))) = 159 Гц Собственная частота резонанса обмоток при вращении естественно упадет и будет около 100 Гц, соответственно, коммутировать можно на близкой к этой частоте т.е. на валу получим около 3000 об/мин и приемлимый ток на ХХ. Теоретически, может быть закольцуется, это будет фантастика! Дополнения от asidalv (автор) (Skif.biz): Господа, внимание! Воистину, правильно заданный вопрос есть гарантия правильного ответа. Я невкурил до конца, мне с этого надо было тут начинать крик, а не со схемы источника питания индуктивной нагрузки. ИТАК, ПОЧЕМУ КОЛЛЕКТОРНЫЕ ДВИЖКИ ЖРУТ МНОГО ТОКА? ОТВЕТ. Для начала проведем два простых опыта с движком джефферсона-якоби образца 1837 года. Первый опыт - движок работает в холостую. Второй под нагрузкой, причем обороты движка под нагрузкой составляют 1/2 от оборотов холостого хода. Почему во втором случае он больше жрет? Коллекторный двигатель, какой бы конструкции он не был, имеет набор полюсных катушек ротора, подключаемых в процессе вращения с помощью щеточно-коллекторного узла к источнику питания. Каждая катушка, состоит из н-ного количества витков проволоки т.е. имеет ИНДУКТИВНОСТЬ. Из курса школьной физики вспоминаем, что ток в индуктивности, подключенной к источнику постоянного тока нарастает ПОСТЕПЕННО, а не сразу. В какой-то момент, рост тока прекращается и катушка индуктивности становится обычным РЕЗИСТОРОМ т.е. становится АКТИВНОЙ нагрузкой. Пока наш допотопный двигаль крутится в холостую и весело искрит щетками коммутация секций обмоток происходит БЫСТРО т.е. индуктивность обмоток не успевает насытится током, цепь питания разрывается коллектором и процесс повторяется. Ток при этом соответсвут паспортному току холостого хода. Теперь мы нагрузим двигатель. Затавим его, например, поднимать груз на высоту h так, чтобы его обороты упали от оборотов холостого хода в 2 раза. Каждая секция обмотки теперь находится под током, также, ровно в 2 раза ДОЛЬШЕ, чем на холостом ходу при этом, только половину этого времени катушка обмотки является индуктивностью а все остальное время -- РЕЗИСТОРОМ. От этого получаем дикий нагрев движка, выгорание обмоток и... быстрое наполнение зеленью карманов Чубайса. Ситуация становится наиболее тяжелой в момент ПУСКА двигателя (трогания авто с места) или ЗАКЛИНИВАНИЯ ротора. В таком тяжелом режиме обмотки двигателя становится проволочными резисторами... Которые перегреваясь убивают движок и сажают аккумулятор. Прочтите эти абзацы несколько раз. Вдумайтесь. Когда я ПОНЯЛ это я почувствовал себя самым счастливым (и одновременно грустным) человеком на всей земле. Я пытаюсь докричаться до людей, но меня никто не хочет слушать... Устройство, которое делал Эд Грей, Тесла, ну еще и я немного руку приложил имеет фишку не в рекурперации (это вторично) а в том, что: ОНО НЕ ДАЕТ НЕ ПРИ КАКИХ ОСТОЯТЕЛЬСТВАХ ИНДУКТИВНОСТИ СТАТЬ РЕЗИСТОРОМ, И ПРИ ЭТОМ ПОДДЕРЖИВАЕТ НУЖНУЮ НАПРЯЖЕННОСТЬ МАГНИТНОГО ПОЛЯ, ЧТО ОБЕСПЕЧИТ ПОСТОЯННЫЙ ТЯГОВОЙ МОМЕНТ НАШЕГО ДВИГАТЕЛЯ! ТАКИМ ОБРАЗОМ СИЛЫ ТОРМОЖЕНИЯ РОТОРА НИКАК (практически) НЕ ВЛИЯЮТ НА ПОТРЕБЛЯЕМЫЙ УСТРОЙСТВОМ ТОК. Читать последний абзац несколько раз до полного понимания сути. Просто большиство из Вас, видимо, было не готово принять эту правду, после правильного вопроса, заданного MSN (skif.biz), я выдал такой вот ответ. И теперь этот путь доступен и Вам. Дополнения от MSN (Skif.biz): В идеале, такой двигатель должен потреблять всегда P=R*I^2, где: I-рабочий ток, а R-сопротивление обмоток, ключей и источника, пусть это будет ионистор... . Ну конечно же потери в стали никто не отменял, и потери в преобразователе который будет подпитывать ионистор компенсируя омические потери, тоже Поэтому есть перспектива уйти от очень емкой батареи. Один из смыслов нового дизайна - избавиться от двигательной ЭДС которая пожирает до 90% энергии источника. При этом прийдется вопреки дизайну ДПТ, где стремятся уменьшить индуктивность обмоток, - наоборт их увеличить. Это потребует увеличит напряжение источника, чтобы обеспечить рабочий ток. Но в такой схеме вся энергия использовавшаяся для создания тока в обмотках по окончании цикла опять вернется в источник, двигатель потребит только потреи что я описал выше, создав номинальный момент. И это не сказки. Такой двигатель был создан в штатах в 74 году Эдвином Греем, и чуть было не дошел до серийного производства. НО не дошел... Изобретателя предупредили, а когда тот не внял, его нашли мертвым .Знакомые и родственники отмечали его отменное здоровье на тот момент... Дополнения от asidalv (автор) (Skif.biz): Поздравляю! Как говорится эффект на лицо. А если дуть в обмоточку 2-3 кВ короткими импульсами частотой 50-70 Гц, при этом аккуратно собирая КЭДС в другой конденсатор получится искомый девайс товарища, который не дожил до наших светлых дней (сорри, дома клава барахлит). А сложность с резонансом - Вы сами правильно заметили, ИНДУКТИВНОСТЬ. Увеличив индуктивность, для создания нужной (прежней) энергии МП потребуется увеличить напругу, но это не проблема. зато резонанс появится во всей красе, причем в широком диапазоне нагрузок. Это нужно будет делать в случае увеличения индуктивности обмоток, т.к. при этом еще увеличится их сопротивление для создания прежней энергии МП (как было до перемотки). Потребуется поднять рабоее напряжение питания двигателя. Но зато появится возможность собирать КЭДС (т.е. теперь ваш двигатель сможет работать в резонансе). Если все сделать правильно, получится, собственно, девайс Грея, о котором я давно уже говорю. Еще много моментов, но путь выбран правильный. Дополнения от asidalv (автор) (Skif.biz): Чтобы создать примерно одинаковую энергию МП в жвигателе нужно: 1В 100А == 100B 1A == 1000В 0,1А С этим, надеюсь, все тут согласны? Понятно, что в третьем случае, потребуется делать инвертор DC-DC, за счет потерь в котором вы потеряете 10-20% в тепло и магнитные потери в трансформаторе. Однако, при питании двигателя ТАКИМ напряжением каждая полюсная обмотка будет состоять из большого количества витков, что даст возможность собирать с обмоток контрЭДС при каждом размыкании цепи и использовать эту КЭДС повторно т.е. осуществить рекурперацию энергии в процессе движения автомобиля, а не при торможении, как это вы тут делаете. В этом есть центральная идея и смысл девайсов Грея. Просто в его движках делается это настолько изящно что силы торможения ротора слабо влияют на потребляемый устройством ток. Насколько слабо -- точно не известно, но (сужу по дискуссиям Хакенбергера) влияют весьма ощутимо. Эта область практически не изучена, во всяком случае я НЕ ЗНАЮ ни одного примера серийно выпускаемого электродвигателя где это явление используется с пользой. Рекурперация торможением -- это понятно, это давно есть. А ЭТОГО -- увы, НЕТ. И еще по поводу ВД. Нет достоверных сведений о том (опять-же, сужу по первоисточникам) что девайсы Грея были вечняками. Неизвестно, пытался ли он их "закольцевать". Поэтому вести на эту тему дискуссию, по крайней мере, на данном этапе бессмысленно. Измышления г-на Пети Лиденмана, который считал, что эти движки были вечняками не стоят гроша, брать оттуда информацию -- себя не уважать. Даже беглый анализ патентов (а это почти все, что нам осталось от Грея) показывает что Лиденман лгал, причем, скорее всего, умышленно и весьма успешно. Настолько успешно, что буржуйские альтернативщики уже лет 10 искрят своими установками, получая мифическую радиантную энергию... К пониманию принципов работы этих устройств от не продвинулись не на шаг. Исключение -- Бедини, ну может быть, еще пара человек. Но у них тоже не работает... Энергия не может принадлежать кому-то одному, потому что мы, и все вокруг нас - Энергия! Сайт: www.001-lab.at.ua |
www.te.zavantag.com
Глядя на график, можно сделать следующий простой вывод. Для обеспечения вращения двигателя надо подать на его фазные обмотки 6 импульсов, соответствующие пикам каждой синусоиды трехфазного тока. Соответственно, если использовать генератор импульсов, имеющий 6 выходов последовательно выдающий импульс на каждый выход можно обеспечить создание вращающего магнитного поля внутри двигателя, что заставит последний вращаться. Если представить, что каждая обмотка двигателя имеет точки начала и конца, то приложение напряжения к обмотке «А» в прямой полярности (т.е. на начало обмотки подводится «+») обозначить как «А» и в обратной полярности (на начало обмотки в этом случае подводится «-») обозначить как «А'» то полная схема коммутации обмоток примет следующий вид:
Несколько импульсов.
Нет необходимости описывать коммутацию каждой обмотки, идея, надеюсь, понятна. Чтобы заработало нужно просто правильно собрать схему и фазировать обмотки двигателя, а также импульсные трансформаторы. Сейчас важно рассмотреть работу любой отдельной фазы для понимания механизма рекуперации энергии. Представим, что конденсатор, подключенный к обмотке фазы «А» полностью заряжен. В момент поступления на управляющий электрод тиристора сигнала, тиристор открывается. Ток начинает течь по цепи из конденсатора через обмотку и через открытый тиристор. В какой-то момент сила тока нарастает до такого состояния, что образованное вокруг катушки магнитное поле толкает ротор двигателя. Далее, энергия запасенная конденсатором начинает иссякать, его заряд постепенно истощается. В этот момент, энергия магнитного поля внутри двигателя начинает наводить вокруг фазной обмотки ЭДС самоиндукции, причем направление течения тока в цепи при этом не изменяется. Обмотка двигателя в этот момент сама становится источником энергии и начинается процесс заряда конденсатора напряжением с обратным знаком. Процесс продолжается до тех пор, пока энергия магнитного поля вокруг обмотки не иссякнет. В момент прекращения течения тока в цепи тиристор закрывается сам по себе. Поскольку открытый тиристор работает также как диод, в данной цепи не могут начаться гармонические затухающие колебания. Энергия, запасенная конденсатором (только с обратным знаком) в этот момент пригодна для последующего использования! Поскольку в схеме есть потери, требуется принятие специальных мер для постоянного пополнения запаса энергии в фазных конденсаторах, рассмотрим этот важный процесс. В тот момент, когда конденсатор фазы «А» заряжен напряжением с обратным знаком, рано или поздно, потребуется пропустить этот заряд через обмотку двигателя. Когда этот момент наступает, происходит процесс, аналогичный тому, что описан выше. Разница состоит в том, что по завершению этого процесса, на конденсаторе теперь положительное напряжение, соответствующее (по знаку) напряжению источника питания. Как отмечалось выше, в схеме всегда есть потери, поэтому напряжение на конденсаторе будет меньше исходного, т.е. напряжения питания. Поскольку знак напряжения на конденсаторе совпадает со знаком напряжения источника питания, в этот благоприятный момент целесообразно выполнить регенерацию энергии, для чего по сигналу из соседней фазы, открывается соответствующий тиристор и конденсатор пополняется энергией. 
Более крупно:
Двойная линия внизу - это глюк фотоаппарата. Просто "синусоида" немного покачивается, когда двигатель вращается.
Блок управления и силовая часть. Между электроникой и тиристорами импульсные трансформаторы. Толстые провода к двигателю.
Банк фазных конденсаторов 3x10 мкф 250 в. К одному из них через резистор на 10 мОм подключен щуп осциллографа.
Дроссель, через который осуществляется регенерация энергии. Рядом конденсатор 470 мкф и предохранитель. Опасные штучки!
Инвертор 12 -> 200.
В завершение, несколько видео работающего устройства:
