Преобразователь с одной на три фазы , двигатели, преобразователи, электрика Опции

[Петрович]

Часто в личном хозяйстве возникает задача запитать 3-х фазный асинхронный двигатель от однофазной сети, при этом нет возможности организовать 3-х фазную сеть. Обычно для этого применяют дополнительные фазосдвигающие конденсаторы. Однако таким образом можно рассчитывать только на 50-60% мощности двигателя и при нагрузках могут резко падать обороты двигателя, двигатель как бы «вязнет», например, в различных деревообрабатывающих станках. Это вызывает перегрев двигателя и часто выход из строя.
Одним из способов подключения таких двигателей является применение современных достижений электроники, в частности питание через преобразователи частоты, иногда их называют частотными преобразователями. Вход такого преобразователя подключается к сети 220В. На выходе формируется 3 фазы по 220В линейного напряжения. Преобразователи частоты позволяют получить дополнительные возможности – регулировку частоты оборотов, мягкий запуск, защиту от перегрузок и др.
Если в наличие есть асинхронный двигатель на 380В и основная схема включения его так называемая «звезда» (обозначается значком Y на шильдике), то, переключив схему на «треугольник» (обычно указано, как это сделать на крышке колодки подключения), можно получить номинальную мощность двигателя, подключив через преобразователь частоты к сети 220В. Если двигатель исходно имеет схему «треугольника» (обозначается значком ∆ на шильдике), то такой двигатель через преобразователь частоты может развить 1/3 номинальной мощности.
Такие преобразователи можно приобрести в магазинах торгующих электротехническими принадлежностями, при покупке рекомендуется предварительно проконсультироваться у работников магазина. Модельный ряд обширен, здесь приводится таблица, показывающая лишь примерный расклад цен.

Вход 1*220В, Выход 3*220В
Модель Номиналь-ный ток,А Мощность двигателя,кВт Цена, руб
ES012-02-0030 ... 3 .....................0,4 .............................5700,00
ES012-02-0047 ....4,7 ..................0,75 ............................6800,00
ES012-02-0075 ....7,5 ...................1,5 .............................8050,00
ES012-02-0100 .....10 ...................2,2 .............................9500,00

[Петрович]

1.Что необходимо знать о работе трехфазного электродвигателя в однофазной сети
Чтобы двигатель с конденсаторным пуском работал нормально, емкость конденсатора должна меняться в зависимости от числа оборотов. Поскольку это условие трудно выполнимо, на практике управляют двигателем двухступенчато. Включают двигатель с расчетной (пусковой) емкостью конденсатора, а после его разгона пусковой конденсатор отключают, оставляя рабочий (см. рисунок). Пусковой конденсатор отключают вручную переключателем В2.

Рабочая емкость конденсатора (в микрофарадах) для трехфазного двигателя определяется по формуле:
Ср = 2800 x (I / U) (рис. а), Ср = 4800 x (I / U) (рис. б), I = P / (1.73 x U x n x cosf) ток (в амперах),
где Р—мощность двигателя, указанная в паспорте (на щитке), Вт; U—напряжение сети, В; cosф—коэффициент мощности; n—КПД.
Конденсатор пусковой Сп должен быть в 1,5—2 раза большей емкости рабочего Ср. Пусковые конденсаторы зашунтируйте резистором сопротивлением 200—500 кОм, через который будет «стекать» оставшийся электрический заряд.
Рабочее напряжение конденсаторов должно быть в 1,5 раза больше напряжения сети, а конденсатор обязательно бумажным, например типа МБГО, МБГП, МБГТ, К42-4 на рабочее напряжение не менее 600 В или МБГЧ, К42-19 на напряжение не менее 250 В.
Для электродвигателя с конденсаторным пуском существует очень простая схема реверсирования. При переключении переключателя В1 (см. рисунок) двигатель меняет направление вращения. Эксплуатация двигателей с конденсаторным пуском имеет некоторые особенности. При работе электродвигателя вхолостую по обмотке, питаемой через конденсатор, протекает ток на 20—40% больше номинального. Поэтому при работе двигателя с недогрузкой нужно соответственно уменьшить рабочую емкость.
При перегрузке двигатель может остановиться, тогда для его запуска необходимо снова включить пусковой конденсатор.
Необходимо знать, что при таком включении мощность, развиваемая электродвигателем, составляет 50% от номинального значения.
Все ли трехфазные электродвигатели могут быть включены в однофазную сеть?
В однофазную сеть могут быть включены любые трехфазные электродвигатели. Но одни из них в однофазной сети работают плохо, например двигатели с двойной клеткой короткозамкнутого ротора, серии МА, а другие при правильном выборе схемы включения и параметров конденсаторов—хорошо (асинхронные электродвигатели серий А, АО, АО2, Д, АОЛ, АПН, УАД).
Мощность используемых электродвигателей ограничивается величиной допустимых токов питающей сети.
2. Расщепитель фаз. Трехфазные электродвигатели в быту приводят в действие самые различные механизмы — циркулярную пилу, электрорубанок, вентилятор, сверлильный станок, насос. Для питания таких двигателей от однофазной сети применяют различные емкостные или индуктивно-емкостные фазосдвигающие цепи. Неплохо было бы иметь одну такую цепь для всех двигателей, но сделать это не позволяет необходимость изменять параметры ее элементов в зависимости от мощности и схемы соединения обмоток двигателя. Есть другой выход — получить трехфазное напряжение из однофазного с помощью электродвигателя, выполняющего функции генератора.
Известно, что любая электрическая машина обратима. Генератор может служить двигателем, и наоборот. Ротор обычного асинхронного электродвигателя после случайного отключения одной из обмоток продолжает вращаться, причем между выводами отключенной обмотки имеется ЭДС. Это явление подтолкнуло к мысли использовать трехфазный асинхронный электродвигатель для преобразования однофазного напряжения в трехфазное. Под действием магнитного поля статора в короткозамкнутой обмотке ротора асинхронного двигателя протекают токи, превращающие ротор в электромагнит с явно выраженными полюсами, индуктирующий напряжение синусоидальной формы в обмотках статора, в том числе не подключенных к сети.
Сдвиг фаз между синусоидами в разных обмотках зависит только от расположения последних на статоре и в трехфазном двигателе в точности равен 120 град. Основное условие превращения асинхронного электродвигателя в преобразователь числа фаз — вращающийся ротор. Поэтому его следует предварительно раскрутить, например, с помощью обычного фазосдвигающего конденсатора. Конденсатор нужен только для пуска двигателя-генератора затем его цепь разрывают причем ротор продолжает вращаться. Поэтому емкость фазосдвигающего конденсатора не влияет на качество генерируемого трехфазного напряжения. К обмоткам статора можно подключить трехфазную нагрузку. Если ее нет, энергия питающей сети расходуется лишь на преодоление трения в подшипниках ротора (не считая обычных потерь в меди и железе) поэтому КПД преобразователя довольно велик.
В качестве преобразователей числа фаз было испытано несколько различных электродвигателей. Те из них обмотки, которых соединены звездой с выводом от общей точки (нейтралью) подключали по схеме показанной на рис.1. В случае соединения обмоток звездой без нейтрали или треугольником
применяли схемы показанные соответственно на рис.2 и 3.

Во всех случаях двигатель запускали, нажав на кнопку SB1 и удерживая ее в течение 1 - 5с, пока частота вращения ротора не достигнет номинальной. Затем замыкали выключатель SA1 а кнопка отпускали. Результаты испытаний приведены в таблице. Индексы в обозначениях напряжений соответствуют номерам контактов розетки Х2 (см рис 1—3), между которыми их измеряли. Скорость вращения ротора двигателя-генератора мало зависит от напряжения питающей однофазной сети. Генерируемые напряжения пропорциональны сетевому, но заметно меньше его, что обусловлено потерями энергии на намагничивание и создание вращающего момента компенсирующего механические потери в подшипниках.
Пониженная номинальная частота вращения двигателя АОЛ-22-4 указывает на его четырехполюсное исполнение (другие двигатели - двухполюсные). Тем не менее, он успешно работает в качестве преобразователя. Под нагрузкой фазные и линейные напряжения изменялись на 2-5 %, сдвиг фаз между ними — на 5-6 град. К двигателю АОЛ2 в качестве нагрузки подключали различные трехфазные электродвигатели двух- и четырехполюсного исполнения с обмотками, соединенными как звездой, так и треугольником:
— АОЛ-011-2 мощностью 80 Вт (привод точильного камня);
— УАД-32Ф мощностью 120 Вт (привод вентилятора);
— А08 мощностью 1,5 кВт (привод деревообрабатывающего станка).