Электродвигатели асинхронного типа отличатся от всех других подобных конструкций значительными преимуществами.
Они имеют самое простое устройство, не используют при работе сложный узел коллекторно-щеточного механизма и за счет этого обладают меньшим весом, габаритами.
Благодаря этим качествам они не теряют свою работоспособность даже после отработки всего моторесурса промышленными станками и механизмами, а после их списания на производстве попадают в частные руки умельцев.
В статье мы кратко объясняем принцип работы асинхронного двигателя, даем советы домашнему мастеру по оптимальному подключению его в однофазную сеть своими руками за счет использования бюджетного частотного преобразователя напряжения.
Другие методы включения электродвигателя, основанные на способах использования фазосдвигающих цепочек тока за счет применения конденсаторов, здесь не указываем. Они уже описаны отдельной статьей, рассматривающей схемы включения обмоток по принципам звезды и треугольника.
Содержание статьи
На статоре электродвигателя размещены три отдельных обмотки с изолированным проводом, уложенные в специальные пазы. Их выводы могут быть собраны по схеме звезды или треугольника. Более подробно этот вопрос описан в статье о возможных способах подключения в однофазную сеть 220.
Однако, рассмотренные там методы основаны на сдвиге вектора питающего напряжения однофазной сети для каждой фазы двигателя на угол 90 градусов. А в реальной трехфазной схеме вектора токов отстоят между собой на 120 градусов. Таким же образом формируются рабочие токи.
Показанные на картинке синусоидальные величины принято представлять векторной формой. Она более наглядно показывает симметричное приложение напряжений и создаваемые ими токи внутри каждой рабочей обмотке.
Использование же емкостных нагрузок или индуктивностей не обеспечивает симметричный сдвиг между питающим напряжением сети 220 и током в соседней обмотке. Угол недобора поворота вектора тока достигает 30 градусов или одну четвертую часть от требуемого значения.
За счет этого двигатель не может развить номинальную мощность, для которой он создан в трёхфазной схеме и потребляет дополнительную энергию, расходуемую на торможение. Недостатки такого подключения очевидны:
Принцип создания синусоидальной гармоничной формы тока основан на использовании широтно-импульсной модуляции (ШИМ) пакетов напряжения. Для этого на вход обмотки подаются высокочастотные импульсы постоянного тока строго определенной протяженности, оформленные пакетами противоположной полярности от частотного преобразователя.
Ширина (длительность протекания) каждого импульса различна. Она больше в центре полугармоники и уменьшается к ее краям. Такое пилообразное, зубчатое напряжение подается на обмотку электродвигателя, которая, как известно, обладает активно-индуктивным сопротивлением и создает индуктивную нагрузку и ЭДС.
Характеристики чередования импульсов и пауз между ними обеспечиваются работой электронной схемы управления. Она занимается всем процессом преобразования по заданному алгоритму, учитывает условия технологии.
Всем циклом управления частотного преобразователя занимается микропроцессорное устройство, которое может иметь разные настройки и способы построения.
Принцип работы схемы частотного преобразователя демонстрирует рисунок.
Двухфазное напряжение сети 220 вольт или трехфазное 380, как показано на картинке, выпрямляется мощным диодным мостом и поступает на блок стабилизации, где производится сглаживание пульсаций мощными конденсаторами.
Это стабилизированное напряжение поступает на инвертор, где работают мощные биполярные IGBT транзисторы с изолированным затвором. Они для каждой обмотки двигателя создают поток импульсов напряжения по строго заданному блоком управления закону.
В очень сложных промышленных преобразователях частоты, когда мощности транзисторов недостаточно для работы инвертора, устанавливают специальные тиристоры.
В схемах преобразователей, работающих по принципу ШИМ модулирования напряжения, создаются наиболее благоприятные условия для управлением электродвигателем.
При запуске любого асинхронного двигателя обычным методом возникают апериодические составляющие токов, которые перегружают бытовую сеть и создают сверх нагрузку для электропроводки, влияют на работу точной электронной аппаратуры домашней сети.
Запуск двигателя с помощью частотного преобразователя может избавить домашнего мастера от подобных неприятностей. В большинстве их моделей специально реализована такая функция.
За счет функций микропроцессорного управления можно не только влиять на характеристики запуска и останова, но изменять направление вращения двигателя.
В обычных моделях приводов для этих целей используются целые блоки на магнитных пускателях и реле с блок-контактами и концевыми выключателями, которые потребляют часть электрической энергии сети питания.
Это основное преимущество частотного преобразователя позволяет значительно экономить электрическую энергию, забирая ее столько, сколько необходимо потребить для обеспечения усилия крутящего момента на валу.
Устройство управления отслеживает его величину по току нагрузки и в результате этой обратной связи управляет работой транзисторов инвертора.
Поэтому рекомендуем обратить внимание на работу частотных преобразователей, использовать их для подключения трехфазных асинхронных двигателей в однофазную сеть и обращать внимание на выходные характеристики и способы регулирования. Они у каждой модели могут иметь значительные отличия.
В заключение рекомендуем посмотреть видеоролик владельца Николая Черняк «Частотный преобразователь». Только критически отнеситесь к его информации о защитах.
Сейчас вам удобно задать вопрос в комментариях или поделиться материалом статьи с друзьями в соц сетях.
Полезные товарыhousediz.ru
Трехфазный асинхронный двигатель может быть использован для работы от однофазной сети. В этом случае такой двигатель включают как конденсаторный по одной из схем рис. 16.9.
Значение рабочей емкости Сраб (мкФ) при частоте переменного тока 50 Гц можно ориентировочно определить по одной из формул: для схемы, изображенной на рис. 16.9 а,
Cpa6 ≈ 2700 I1/ Uc; (16.6)
на рис. 16.9, б
Cpa6 ≈ 2800 I1/ Uc; (16.7)
на рис. 16.9, в
Cpa6 ≈ 4800 I1/ Uc; (16.8)
Здесь I1 — номинальный (фазный) ток в обмотке статора, А; Uс — напряжение однофазной сети, В.
При подборе рабочей емкости необходимо следить за тем, чтобы ток в фазных обмотках статора при установившемся режиме работы не превышал номинального значения.
Рис 16.9. Схемы соединения обмотки статора трехфазного асинхронного двигателя при включении его в однофазную сеть
Если пуск двигателя происходит при значительной нагрузке на валу, то паралелльно рабочей емкости Сраб следует включить пусковую емкость
Сп = (2,5÷З,0)Сра6. (16.9)
В этом случае пусковой момент становится равным номинальному. При необходимости дальнейшего увеличения пускового момента следует принять еще большее значение пусковой емкости (Сп ≤ 8Сра6).
Большое значение для надежной работы асинхронного двигателя в качестве конденсаторного имеет правильный выбор конденсатора по напряжению. Следует иметь в виду, что габариты и стоимость конденсаторов определяются не только их емкостью, но и рабочим напряжением. Поэтому выбор конденсатора с большим “запасом” по напряжению ведет к неоправданному увеличению габаритов и стоимости установки, а включение конденсаторов на напряжение, превышающее допустимое рабочее напряжение, приводит к преждевременному выходу из строя конденсаторов, а следовательно, и всей установки.
При определении напряжения на конденсаторе при включении двигателя по одной из рассмотренных схем необходимо иметь в виду следующее: при включении двигателя по схеме рис. 16.9, а напряжение на конденсаторе равно UK ≈ 1,3 UС, а при включении двигателя по схемам рис. 16.9, б и в это напряжение равно Uк ≈ 1,15 Uc.
В схемах конденсаторных двигателей обычно применяют бумажные конденсаторы в металлическом герметичном корпусе прямоугольной формы типов КБГ — МН или БГТ (термостойкие). На корпусе конденсатора указаны емкость и рабочее напряжение постоянного тока. При включении такого конденсатора в сеть переменного тока следует уменьшить примерно в два раза допустимое рабочее напряжение. Например, если на конденсаторе указано напряжение 600 В, то рабочее напряжение переменного тока следует считать 300 В.
Пример 16.1. Определить значение рабочей емкости Сраб, необходимой для работы трехфазного асинхронного двигателя типа АВ052-4 от однофазной сети напряжением Uc = 220 В. Номинальные данные двигателя: Рном = 80 Вт, напряжение 220/380 В, ток сети I1ном = 0,56/0,32 А.
Решение. Напряжение сети 220 В соответствует соединению обмотки статора в треугольник, поэтому принимаем схему включения двигателя в однофазную сеть по рис. 16.9, в. Номинальный (фазный) ток статора I1 = 0,32 А.
Рабочая емкость по (16.8) Срa6 = 4800 • 0,32/220 = 6,98 мкФ. При этом рабочее напряжение конденсатора Uк ≈ 1,15•220 = 250 В. Принимаем в качестве Сраб батарею из двух параллельно соединенных конденсаторов типа КБГ—МН емкостью по 4 мкФ каждый (емкость батареи 8 мкФ) на рабочее напряжение 600 В.
При использовании трехфазного двигателя в однофазном конденсаторном режиме его полезная мощность обычно не превышает 70—80 % номинальной мощности, а при однофазном режиме без рабочей емкости полезная мощность двигателя не превышает 60 % его номинальной мощности.
studfiles.net
Среди различных способов запуска трехфазных электродвигателей в однофазную сеть, наиболее простой базируется на подключении третьей обмотки через фазосдвигающий конденсатор. Полезная мощность развиваемая двигателем в этом случае составляет 50…60% от его мощности в трехфазном включении. Не все трехфазные электродвигатели, однако, хорошо работают при подключении к однофазной сети. Среди таких электродвигателей можно выделить, например, с двойной клеткой короткозамкнутого ротора серии МА. В связи с этим при выборе трехфазных электродвигателей для работы в однофазной сети следует отдать предпочтение двигателям серий А, АО, АО2, АПН, УАД и др.
Для нормальной работы электродвигателя с конденсаторным пуском необходимо, чтобы емкость используемого конденсатора менялась в зависимости от числа оборотов. На практике это условие выполнить довольно сложно, поэтому используют двухступенчатое управление двигателем. При пуске двигателя подключают два конденсатора, а после разгона один конденсатор отключают и оставляют только рабочий конденсатор.
Расчет параметров и элементов электродвигателя.
Если, например, в паспорте электродвигателя указано напряжение его питания 220/380, то двигатель включают в однофазную сеть по схеме, представленной на рис. 1
Принципиальная схема включения трехфазного электродвигателя в сеть 220 В
С р – рабочий конденсатор;
С п – пусковой конденсатор;
П1 – пакетный выключатель
После включения пакетного выключателя П1 замыкаются контакты П1.1 и П1.2, после этого необходимо сразу же нажать кнопку "Разгон”. После набора оборотов кнопка отпускается. Реверсирование электродвигателя осуществляется путем переключения фазы на его обмотке тумблером SA1.
Емкость рабочего конденсатора Ср в случае соединения обмоток двигателя в "треугольник” определяется по формуле:
, где Ср – емкость рабочего конденсатора в мкФ;
I – потребляемый электродвигателем ток в А;
U -напряжение в сети, В
А в случае соединения обмоток двигателя в "звезду” определяется по формуле:
, где Ср – емкость рабочего конденсатора в мкФ;
I – потребляемый электродвигателем ток в А;
U -напряжение в сети, В
Потребляемый электродвигателем ток в выше приведенных формулах, при известной мощности электродвигателя, можно вычислить из следующего выражения:
, где Р – мощность двигателя в Вт, указанная в его паспорте;
h – КПД;
cos j – коэффициент мощности;
U -напряжение в сети, В
Емкость пускового конденсатора Сп выбирают в 2..2,5 раза больше емкости рабочего конденсатора. Эти конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение в 1,5 раза больше напряжения сети. Для сети 220 В лучше использовать конденсаторы типа МБГО, МБПГ, МБГЧ с рабочим напряжением 500 В и выше. При условии кратковременного включения в качестве пусковых конденсаторов можно использовать и электролитические конденсаторы типа К50-3, ЭГЦ-М, КЭ-2 с рабочим напряжением не менее 450 В. Для большей надежности электролитические конденсаторы соединяют последовательно, соединяя между собой их минусовые выводы, и шунтируют диодами (рис. 2)
Принципиальная схема соединения электролитических конденсаторов для использования их в качестве пусковых конденсаторов.
Общая емкость соединенных конденсаторов составит (С1+С2)/2.
На практике величину емкостей рабочих и пусковых конденсаторов выбирают в зависимости от мощности двигателя по табл. 1
Таблица 1. Значение емкостей рабочих и пусковых конденсаторов трехфазного электродвигателя в зависимости от его мощности при включении в сеть 220 В.
Мощность трехфазного двигателя, кВт
0,4
0,6
0,8
1,1
1,5
2,2
Минимальная емкость рабочего конденсатора Ср, мкФ
40
60
80
100
150
230
Минимальная емкость пускового конденсатора Ср, мкФ
80
120
160
200
250
300
Следует отметить, что у электродвигателя с конденсаторным пуском в режиме холостого хода по обмотке, питаемой через конденсатор, протекает ток на 20…30 % превышающий номинальный. В связи с этим, если двигатель часто используется в недогруженном режиме или вхолостую, то в этом случае емкость конденсатора Ср следует уменьшить. Может случиться, что во время перегрузки электродвигатель остановился, тогда для его запуска снова подключают пусковой конденсатор, сняв нагрузку вообще или снизив ее до минимума.
Емкость пускового конденсатора Сп можно уменьшить при пуске электродвигателей на холостом ходу или с небольшой нагрузкой. Для включения, например, электродвигателя АО2 мощностью 2,2 кВт на 1420 об/мин можно использовать рабочий конденсатор емкостью 230 мкФ, а пусковой – 150 мкФ. В этом случае электродвигатель уверенно запускается при небольшой нагрузке на валу.
Переносной универсальный блок для пуска трехфазных электродвигателей мощностью около 0,5 кВт от сети 220 В.
Для запуска электродвигателей различных серий, мощностью около 0,5 кВт, от однофазной сети без реверсирования, можно собрать переносной универсальный пусковой блок (рис. 3)
Принципиальная схема переносного универсального блока для пуска трехфазных электродвигателей мощностью около 0,5 кВт от сети 220 В без реверса.
При нажатии на кнопку SB1 срабатывает магнитный пускатель КМ1 (тумблер SA1 замкнут) и своей контактной системой КМ 1.1, КМ 1.2 подключает электродвигатель М1 к сети 220 В. Одновременно с этим третья контактная группа КМ 1.3 замыкает кнопку SB1. После полного разгона двигателя тумблером SA1 отключают пусковой конденсатор С1. Остановка двигателя осуществляется нажатием на кнопку SB2.
Детали.
В устройстве используется электродвигатель А471А4 (АО2-21-4) мощностью 0,55 кВт на 1420 об/мин и магнитный пускатель типа ПМЛ, рассчитанный на переменный ток напряжением 220 В. Кнопки SB1 и SB2 – спаренные типа ПКЕ612. В качестве переключателя SA1 используется тумблер Т2-1. В устройстве постоянный резистор R1 – проволочный, типа ПЭ-20, а резистор R2 типа МЛТ-2. Конденсаторы С1 и С2 типа МБГЧ на напряжение 400 В. Конденсатор С2 составлен из параллельно соединенных конденсаторов по 20 мкФ 400 В. Лампа HL1 типа КМ-24 и 100 мА.
Пусковое устройство смонтировано в металлическом корпусе размером 170х140х50 мм (рис. 4)
1- корпус
2 – ручка для переноски
3 – сигнальная лампа
4 – тумблер отключения
пускового конденсатора
5 -кнопки "Пуск” и "Стоп”
6 – доработанная электровилка
7- панель с гнездами разъема
На верхней панели корпуса расположены кнопки "Пуск” и "Стоп” – сигнальная лампа и тумблер для отключения пускового конденсатора. На передней панели корпуса устройства находится разъем для подключения электродвигателя.
Для отключения пускового конденсатора можно использовать дополнительное реле К1, тогда надобность в тумблере SA1 отпадает, а конденсатор будет отключаться автоматически (рис.5)
Принципиальная схема пускового устройства с автоматическим отключением пускового конденсатора.
При нажатии на кнопку SB1 срабатывает реле К1 и контактной парой К1.1 включает магнитный пускатель КМ1, а К1.2 – пусковой конденсатор Сп. Магнитный пускатель КМ1 само блокируется с помощью своей контактной пары КМ 1.1, а контакты КМ 1.2 и КМ 1.3 подсоединяют электродвигатель к сети. Кнопку "Пуск” держат нажатой до полного разгона двигателя, а после отпускают. Реле К1 обесточивается и отключает пусковой конденсатор, который разряжается через резистор R2. В это же время магнитный пускатель КМ 1 остается включенным и обеспечивает питание электродвигателя в рабочем режиме. Для остановки электродвигателя следует нажать кнопку "Стоп”. В усовершенствованном пусковом устройстве по схеме рис.5, можно использовать реле типа МКУ-48 или ему подобное.
2. Использование электролитических конденсаторов в схемах запуска электродвигателей.
При включении трехфазных асинхронных электродвигателей в однофазную сеть, как правило, используют обычные бумажные конденсаторы. Практика показала, что вместо громоздких бумажных конденсаторов можно использовать оксидные (электролитические) конденсаторы, которые имеют меньшие габариты и более доступны в плане покупки. Схема эквивалентной замены обычного бумажного дана на рис. 6
Принципиальная схема замены бумажного конденсатора (а) электролитическим (б, в).
Положительная полуволна переменного тока проходит через цепочку VD1, С2, а отрицательная VD2, С2. Исходя из этого можно использовать оксидные конденсаторы с допустимым напряжением в два раза меньшим, чем для обычных конденсаторов той же емкости. Например, если в схеме для однофазно сети напряжением 220 В используется бумажный конденсатор на напряжение 400 В, то при его замене, по вышеприведенной схеме, можно использовать электролитический конденсатор на напряжение 200 В. В приведенной схеме емкости обоих конденсаторов одинаковы и выбираются аналогично методике выбора бумажных конденсаторов для пускового устройства.
2.1. Включение трехфазного двигателя в однофазную сеть с использованием электролитических конденсаторов.
Схема включения трехфазного двигателя в однофазную сеть с использованием электролитических конденсаторов приведена на рис.7.
mirznanii.com
