С.БИРЮКОВ, г. Москва
В различных любительских электромеханических станках и приспособлениях чаще всего используются трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. К сожалению, трехфазная сеть в быту — явление крайне редкое, поэтому для их питания от обычной электрической сети любители применяют фазосдвигающий конденсатор, что не позволяет в полном объеме реализовать мощность и пусковые характеристики двигателя. Существующие же тринисторные "фазосдвигающие" устройства еще в большей степени снижают мощность на валу двигателей.Вариант схемы устройства запуска трехфазного электродвигателя без потери мощности приведен на рис. 1. Обмотки двигателя 220/380 В соединены треугольником, а конденсатор С1 включен, как обычно, параллельно одной из них. Конденсатору "помогает" дроссель L1, включенный параллельно другой обмотке.При определенном соотношении емкости конденсатора С1, индуктивности дросселя L1 и мощности нагрузки можно получить сдвиг фаз между напряжениями на трех ветвях нагрузки, равный точно 120°. На рис. 2 приведена векторная диаграмма напряжений для устройства, представленного на рис. 1, при чисто активной нагрузке R в каждой ветви.
Линейный ток Iл в векторном виде равен разности токов Iз и Ia, а по абсолютному значению соответствует величине Iф
, где Iф=I1=I2=I3=Uл/R — фазный ток нагрузки, Uл=U1=U2=U3=220 В — линейное напряжение сети.К конденсатору С1 приложено напряжение Uc1=U2, ток через него равен Ic1 и по фазе опережает напряжение на 90°. Аналогично к дросселю L1 приложено напряжение UL1=U3, ток через него IL1 отстает от напряжения на 90°. При равенстве абсолютных величин токов Ic1 и IL1 их векторная разность при правильном выборе емкости и индуктивности может быть равной Iл. Сдвиг фаз между токами Ic1 и IL1 составляет 60°, поэтому треугольник из векторов Iл, Iс1 и IL1 — равносторонний, а их абсолютная величина составляет Iс1=IL1=Iл=Iф
В свою очередь, фазный ток нагрузки Iф=Р/ЗUL, где Р — суммарная мощность нагрузки. Иными словами, если емкость конденсатора С1 и индуктивность дросселя L1 выбрать такими, чтобы при поступлении на них напряжения 220 В ток через них был бы равен Ic1=IL1=P/(
Uл)=P/380, показанная на рис. 1 цепь L1C1 обеспечит на нагрузке трехфазное напряжение с точным соблюдением сдвига фаз.
В табл. 1 приведены значения тока Ic1=IL1. емкости конденсатора С1 и индуктивности дросселя L1 для различных величин полной мощности чисто активной нагрузки.Реальная нагрузка в виде электродвигателя имеет значительную индуктивную составляющую. В результате линейный ток отстает по фазе от тока активной нагрузки на некоторый угол ф порядка 20...40°. На шильдиках электродвигателей обычно указывают не угол, а его косинус — широко известный 
Из рис. 3,б видно, что поскольку ток через индуктивность противофазен току через емкость, катушки индуктивности LH уменьшают ток через емкостную ветвь фазосдвигающей цепи и увеличивают через индуктивную. Поэтому для сохранения фазы напряжения на выходе фазосдвигающей цепи ток через конденсатор С1 необходимо увеличить и через катушку уменьшить.
Векторная диаграмма для нагрузки с индуктивной составляющей усложняется. Ее фрагмент, позволяющий произвести необходимые расчеты, приведен на рис 4.Полный линейный ток Iл разложен здесь на две составляющие: активную 
и реактивную 
. В результате решения системы уравнений для определения необходимых значений токов через конденсатор С1 и катушку L1 
получаем следующие значения этих токов 
При чисто активной нагрузке 
формулы дают ранее полученный результат Ic1=IL1=Iл. На рис. 5 приведены зависимости отношений токов Ic1 и IL1 к Iл от 
, рассчитанные по этим формулам Для(
/2=0,87) ток конденсатора С1 максимален и равен 
а ток дросселя L1 вдвое меньше. Этими же соотношениями с хорошей степенью точности можно пользоваться для типовых значений 
, равных 0,85 0,9.
В табл. 2 приведены значения токов Ie1, IL1, протекающих через конденсатор С1 и дроссель L1 при различных величинах полной мощности нагрузки, имеющей указанное выше значение 
.Для такой фазосдвигающей цепи используют конденсаторы МБГО, МБГП, МБГТ, К42-4 на рабочее напряжение не менее 600 В или МБГЧ, К42-19 на напряжение не менее 250 В Дроссель проще всего изготовить из трансформатора питания стержневой конструкции от старого лампового телевизора. Ток холостого хода первичной обмотки такого трансформатора при напряжении 220 В обычно не превышает 100 мА и имеет нелинейную зависимость от приложенного напряжения Если же в магнитопровод ввести зазор порядка 0,2 1 мм, ток существенно возрастет, а зависимость его от напряжения станет линейной.Сетевые обмотки трансформаторов ТС могут быть соединены так, что номинальное напряжение на них составит 220 В (перемычка между выводами 2 и 2'), 237 В (перемычка между выводами 2 и 3') или 254 В (перемычка между выводами 3 и 3') Сетевое напряжение чаще всего подают на выводы 1 и1'. В зависимости от вида соединения меняются индуктивность и ток обмотки В табл. 3 приведены значения тока в первичной обмотке трансформатора ТС-200-2 при подаче на нее напряжения 220 В при различных зазорах в магнитопроводе и разном включении секций обмоток Сопоставление данных табл 3 и 2 позволяет сделать вывод, что указанный трансформатор можно установить в фазосдвигающую цепь двигателя с мощностью примерно от 300 до 800 Вт и, подбирая зазор и схему включения обмоток, получить необходимую величину тока. Индуктивность изменяется также в зависимости от синфазного или противофазного соединения сетевой и низковольтных (например, накальных) обмоток трансформатора. Максимальный ток может несколько превышать номинальный ток в рабочем режиме. В этом случае для облегчения теплового режима целесообразно снять с трансформатора все вторичные обмотки, часть низковольтных обмоток можно использовать для питания цепей автоматики устройства, в котором работает электродвигатель.
В табл. 4 приведены номинальные величины токов первичных обмоток трансформаторов различных телевизоров [1, 2] и ориентировочные значения мощности двигателя, с которыми их целесообразно использовать фазосдвигающую LC-цепь следует рассчитывать для максимально возможной нагрузки электродвигателя.
При меньшей нагрузке необходимый сдвиг фаз уже не будет выдерживаться, но пусковые характеристики по сравнению с использованием одного конденсатора улучшатся. Экспериментальная проверка проводилась как с чисто активной нагрузкой, так и с электродвигателем. Функции активной нагрузки выполняли по две параллельно соединенных лампы накаливания мощностью 60 и 75 Вт, включенные в каждую нагрузочную цепь устройства (см рис 1), что соответствовало общей мощности 400 Вт В соответствии с табл 1 емкость конденсатора С1 составляла 15 мкф Зазор в магнитопроводе трансформатора ТС-200-2 (0,5 мм) и схема соединения обмоток (на 237 В) были выбраны из соображений обеспечения необходимого тока 1,05 А. Измеренные на нагрузочных цепях напряжения U1, U2, U3 отличались друг от друга на 2.. 3 В, что подтверждало высокую симметрию трехфазного напряжения.
Эксперименты проводились также с трехфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором АОЛ22-43Ф мощностью 400 Вт [З]. Он работал с конденсатором С1 емкостью 20 мкф (кстати, такой же, как и при работе двигателя только с одним фазосдвигающим конденсатором) и с трансформатором, зазор и соединение обмоток которого выбраны из условия получения тока 0,7 А В результате удалось быстро запустить двигатель без пускового конденсатора и заметно увеличить крутящий момент, ощущаемый при торможении шкива на валу двигателя. К сожалению, провести более объективную проверку затруднительно, поскольку в любительских условиях практически невозможно обеспечить нормированную механическую нагрузку на двигатель.
Следует помнить, что фазосдвигающая цепь — это последовательный колебательный контур, настроенный на частоту 50 Гц (для варианта чисто активной нагрузки), и без нагрузки подключать к сети эту цепь нельзя.
Сам делал для движка на 1 квт. все отлично работает, никаких проблем. Дерзайте.
(прислал Н.Куц)
nice.artip.ru
Читать все новости ➔
Этот преобразователь разработан автором для питания маломощного трёхфазного электродвигателя в приводе диска рекордера механической звукозаписи. Он обеспечивает три фиксированные частоты вращения диска — 33 1/3, 45 и 78 об/мин. С небольшими переделками преобразователь можно использовать для питания трёхфазных и двухфазных асинхронных электродвигателей мощностью до 1000 Вт как с постоянной, так и с регулируемой частотой вращения.
Регулирование частоты вращения асинхронных электродвигателей возможно только изменением частоты питающего напряжения. Но при снижении частоты необходимо пропорционально уменьшать питающее напряжение во избежание перегрева обмоток и, наоборот, с ростом частоты повышать напряжение для поддержания мощности на валу.
В устройстве [1] применён регулируемый автотрансформатор (ЛАТР), с его помощью изменяется напряжение, от которого зависит амплитуда прямоугольных импульсов заданной частоты, подаваемых на обмотки двигателя. В устройстве [2] амплитуда этих импульсов остаётся постоянной, но изменяется их скважность, что тоже приводит к нужному результату. Недостаток первого устройства — громоздкий автотрансформатор, а второго — слишком сложная схема.
В предлагаемом вниманию читателей преобразователе однофазного сетевого напряжения в трёхфазное, подаваемое на двигатель, указанные недо статки устранены. Он содержит регулируемый симистором выпрямитель и простую цифровую часть, вырабатывающую три последовательности симметричных прямоугольных импульсов, взаимно сдвинутых по фазе на 120°. Схема устройства изображена на рис. 1.
Рис. 1
Регулируемый выпрямитель представляет собой, по существу, обычный симисторный регулятор, работающий на диодный выпрямительный мост со сглаживающим выпрямленное напряжение конденсатором. Он состоит из силового симистора VS2, симметричного динистора VS1 с пороговым напряжением 32 В, конденсаторов С2, С4, С6, С8. Переключателем SA1.2 выбирают один из трёх резисторов R7—R9, образующих с конденсатором С2 фазосдвигающую цепь, задерживающую момент открывания симистора относительно начала каждого полупериода. Точный расчёт сопротивления этих резисторов затруднён, поэтому они подобраны экспериментально в процессе налаживания преобразователя. От задержки открывания симистора зависит напряжение, до которого заряжаются конденсаторы С4 и С6. Этим напряжением питают мощные ключи на полевых транзисторах VT1—VT6, формирующие выходное трёхфазное напряжение.
Демпфирующая цепь C8R11 снижает коммутационные помехи. А для того чтобы помехи не проникали в питающую сеть, преобразователь подключён к ней через фильтр Z1 DL-6DX1. Он состоит из двухобмоточного дросселя, нескольких конденсаторов и резистора, через который конденсаторы разряжаются после отключения устройства от сети. Для правильной работы фильтра его корпус должен быть заземлён — соединён с третьим контактом сетевой розетки.
Резистор R6 предотвращает повреждение элементов выпрямителя в момент его включения в сеть. Дело в том, что в этот момент конденсаторы C4 и С6 ещё не заряжены. Импульс их зарядного тока, если его амплитуду ничем не ограничить, может вывести из строя либо диоды выпрямительного моста VD1, либо симистор VS2. Резистор R6 ограничивает амплитуду этого импульса приблизительно до 40 А, допустимых для диодного моста и симистора.
Конечно, для ограничения тока можно было применить терморезистор с большим отрицательным ТКС, но подходящих терморезисторов в продаже не нашлось, хотя в каталогах производителей они имеются. Поэтому в качестве R6 применён проволочный резистор С5-35В-7,5 Вт (ПЭВ-7,5). Не стоит заменять его импортным проволочным резистором. Например, резистор фирмы Uni-Ohm сопротивлением 5 Ом и мощностью 5 Вт при включении устройства в сеть мгновенно сгорает.
Разборка этого резистора показала, что в нём на керамический каркас размером с резистор МЛТ-0,5 намотан короткий отрезок чрезвычайно тонкого высокоомного провода, выдерживающего ток не более 2...3 А. Рассеивание постоянной мощности, равной номинальной, обеспечено хорошим отводом выделяемого проводом тепла через внешнюю керамическую оболочку резистора и её заполнитель. Но кратковременную перегрузку во много раз такой резистор выдержать не может.
Резистор R2 нужен для правильной работы симистора VS2. Как известно, чтобы симистор закрылся, разность потенциалов между его электродами 1 и 2 должна стать нулевой. Однако этого не происходит при работе симистора на выпрямительный мост со сглаживающим конденсатором большой ёмкости. Этот эффект и устраняет резистор R2. Его сопротивление может находиться в широких пределах, но при слишком большом его значении симистор перестаёт закрываться в конце каждого полупериода.
Цифровая часть устройства состоит из задающего генератора на микросхеме DA1, распределителя импульсов на счётчике Джонсона DD1, формирователя трёхфазной импульсной последовательности на элементах ЗИЛИ микросхемы DD2, трёх драйверов полумоста DA3—DA5 и шести ключей на полевых транзисторах VT1—VT6, образующих трёхфазный мост.
Частота генерируемых микросхемой XR2206CP (DA1) импульсов определяется простой зависимостью:
где R — сумма сопротивления постоянного резистора (одного из R3—R5, выбранного переключателем SA1.1, спаренным с SA1.2) и введённого сопротивления переменного резистора R1. Следует иметь в виду, что эта частота должна в шесть раз превышать частоту выходного трёхфазного напряжения.
В рекордере для механической звукозаписи диск должен иметь три фиксированные скорости вращения — 78, 45 и 33 1/3 об/мин, а для этого с учётом передаточного числа механизма его двигатель нужно питать трёхфазным напряжением частотой соответственно 18,52, 10,68 и 7,917 Гц. Частота задающего генератора преобразователя должна быть в шесть раз выше этих значений — 111,2, 64,1 и 47,5 Гц. Именно для этих частот на схеме указаны номиналы резисторов R3—R5 (из стандартного ряда Е96). При этом учтено, что последовательно с ними включается переменный резистор R1, сопротивление которого в среднем положении — 3,4 кОм. С его помощью точно устанавливают частоту вращения диска по стробоскопическим меткам на ободе.
Диоды VD3—VD5 совместно с конденсаторами С10—С12 образуют бутстрепные цепи для питания драйверов "верхних" ключевых полевых транзисторов трёхфазного моста, а резисторы R12—R17 ограничивают импульсный ток затворов транзисторов VT1—VT6. Дело в том, что мощные полевые транзисторы имеют входную ёмкость, исчисляемую тысячами пикофарад. Для предотвращения очень большого тока перезарядки этой ёмкости и служат упомянутые резисторы. Для эффективного ограничения тока сопротивление этих резисторов должно быть как можно больше, но чрезмерное увеличение затягивает процессы переключения транзисторов, что приводит к бесполезному расходу мощности на их нагрев.
Мощность, которую преобразователь может отдать в нагрузку, определяется мощностью выпрямителя и качеством отвода тепла от транзисторов VT1—VT6. В описываемой конструкции был применён теплоотвод от процессора "Пентиум", способный рассеять при обдуве мощность около 30 Вт. Это значит, что в нагрузку может быть передана мощность до 1000 Вт.
Подбирая номиналы элементов, от которых зависит частота задающего генератора, частоту генерируемого напряжения можно изменять в широких пределах, ограниченных только возможностями питаемого двигателя. Кроме того, для каждого значения частоты необходимо установить оптимальное напряжение питания двигателя, подбирая резистор фазосдвигающей цепи симисторного регулятора такого сопротивления, при котором двигатель работает не перегреваясь.
Внешний вид собранного преобразователя показан на рис. 2. Так как элементы преобразователя гальванически связаны с сетью 230 В, при работе с ним следует соблюдать меры электробезопасности, прочитать о которых можно в [3].
Рис. 2
При отсутствии микросхемы функционального генератора XR2206CP задающий генератор можно построить по типовой схеме на интегральном таймере NE555 или его отечественном аналоге КР1006ВИ1. Вместо микросхемы CD4075BE можно установить К561ЛЕ10 (три элемента 3ИЛИ-НЕ). К сожалению, отечественного аналога драйвера IR2111 не существует.
По описанному принципу несложно построить не только трёхфазный, но и двухфазный преобразователь. Достаточно изменить схему формирователя импульсных последовательностей согласно рис. 3. Элемент микросхемы DD2.3, микросхема DA5, транзисторы VT5 и VT6 и связанные с ними компоненты в этом случае не используются.
Рис. 3
ЛИТЕРАТУРА
Автор: В. ХИЦЕНКО, г. Санкт-Петербург
meandr.org
С полным правом можно сказать, что электрические двигатели являются основой современной цивилизации. При существующем уровне прогресса они представляют собой один из наиболее эффективных решений для преобразования одного вида энергии в другой. 
Электродвигатели настолько широко распространены, что иногда, глядя на то или иное устройство, невозможно даже предположить, что в нем используется какая-либо разновидность электромотора. Например, мало кто знает, что в некоторых мобильных телефонах режим вибрации реализуется благодаря вращению вала компактного двигателя с установленным на нем эксцентриком. Неудивительно, что еще меньшее число людей знает, как выполняется подключение электродвигателя. Хотя, откровенно говоря, ничего сложного в этом нет. Чтобы разобраться, как производится подключение электродвигателя, нет необходимости оканчивать электротехнические курсы или вникать в особенности взаимодействия магнитных полей внутри корпуса устройства.
Засучим рукава…
Подключение электродвигателя начинается вовсе не с подачи напряжения на выводы, а с осмотра спецификации устройства. На любом электромоторе (если, конечно, он не побывал в руках вандалов и не эксплуатировался в агрессивной среде) всегда присутствует небольшая табличка, в которой указаны тип, КПД, величина напряжения и тока, номинальная скорость вращения вала и пр. 
Если проигнорировать эти данные и выполнить подключение электродвигателя, то вполне возможно повреждение источника питания, проводников или самого мотора.
Один из ключевых моментов – мощность (в киловаттах). Ее величина влияет на сечение жилы провода, которым будет подводиться напряжение. Зависимость сечения проводника от тока и мощности приводится в специальной таблице (можно найти в ПУЭ).
Решения для переменного тока
Так как более широко распространены асинхронные двигатели, то дальше мы рассмотрим именно их. Открыв крышку борна (клеммная коробка), можно увидеть диэлектрическую колодку с рядом выводов. У двигателей, рассчитанных на трехфазные сети, контактов может быть 3 или 6. В первом случае подключение простое: на каждый вывод подводится фаза (380 В), а при необходимости изменить вращение две любые из них нужно поменять местами.
Схема электродвигателя с 6 выводами более гибкая. Обычно на табличке в колонке «Напряжение» указано сразу два значения: 220 и 380 Вольт (или 380 и 660). Это означает, что в зависимости от способа подвода питания потенциал на обмотках будет различным. Их существует два варианта: «треугольником» и «звездой». Внутри двигателя три обмотки, начала и концы которых, соответственно, обозначаются С1-с4, С2-с5, С3-с6. На табличке всегда указано соответствие подключения напряжению, то есть, 220/380 при «треугольник/звезда» означает, что схема соединения внутренних обмоток, например, в звезду, применяется для сети 380 В. Путать это не следует, если, конечно, не хочется проводить внеплановый ремонт электродвигателя.
Соединяем выводы
Предположим, что нужное напряжение выбрано. По табличке определяем схему соединения. Остается правильно установить перемычки между выводами и подвести напряжение. Для звезды следует установить мостики между контактами С4-С5-С6, а к С1, С2 и С3 подключить разноименные фазы. Для треугольника схема иная: перемычки ставятся между С3-С5, С2-С4 и С1-С6. В двухпроводной сети третью «фазу» можно получить с помощью включения вспомогательного конденсатора. Эта схема широкодоступна, поэтому здесь не рассматривается.
Каждый из способов соединение внутренних обмоток обладает своими особенностями: на одной большие токи и мощность, а на другой плавная работа. Выбирать нужную схему следует, исходя из возможностей сети и задач, решаемых с помощью электропривода.
fb.ru
