Емкость конденсатора для трехфазного двигателя в однофазную сеть: C I E L a b . X Y Z • Емкость конденсаторов для трехфазного асинхронного двигателя в бытовой однофазной сети

Содержание

Расчет конденсатора для трехфазного двигателя в однофазной сети

Для включения трехфазного электродвигателя (что такое электродвигатель ➠) в однофазную сеть обмотки статора могут быть соединены в звезду или треугольник.

Напряжение сети подводят к началам двух фаз. К началу третьей фазы и одному из зажимов сети присоединяют рабочий конденсатор 1 и отключаемый (пусковой) конденсатор 2, который необходим для увеличения пускового момента.

Пусковая емкость конденсаторов

Сп = Ср + Со,

где Ср — рабочая емкость,
Со — отключаемая емкость.

После пуска двигателя конденсатор 2 отключают.

Рабочую емкость конденсаторного двигателя для частоты 50 Гц определяют по формулам:

для схемы на рис. а: Ср = 2800 Iном / U;
для схемы на рис. б: Ср = 4800 Iном / U;
для схемы на рис. в: Ср = 1600 Iном / U;
для схемы на рис.

г: Ср = 2740 Iном / U,

где Ср — рабочая емкость при номинальной нагрузке, мкФ;
Iном — номинальный ток фазы двигателя, А;
U — напряжение сети, В.

Нагрузка двигателя с конденсатором не должна превышать 65—85% номинальной мощности, указанной на щитке трехфазного двигателя.

Если пуск двигателя происходит без нагрузки, то пусковая емкость не требуется — рабочая емкость будет в то же время пусковой. В этом случае схема включения упрощается.

При пуске двигателя под нагрузкой, близкой к номинальному моменту необходимо иметь пусковую емкость Сп = (2,5 ÷ 3) Ср.

Выбор конденсаторов по номинальному напряжению производят по соотношениям:

для схемы на рис. а, б: Uк = 1,15 U;
для схемы на рис. в: Uк

= 2,2 U;
для схемы на рис. г: Uк = 1,3 U,

где Uк и U — напряжения на конденсаторе и в сети.

Купить конденсаторы для запуска двигателя:
CBB60 3/4/5/6/10/12/14/16 мкФ 500 В;
CBB60 20 мкФ 450 В;
CBB60 25 мкФ 450 В;
CBB60 35 мкФ 450 В;
CBB60 50 мкФ 450 В;
CBB60 60 мкФ 450 В;
CBB60 80 мкФ 450 В;
CD60 100 мкФ 450 В;
CBB60 120 мкФ 450 В.

Основные технические данные некоторых конденсаторов приведены в таблице.

Если трехфазный электродвигатель, включенный в однофазную сеть, не достигает номинальной частоты вращения, а застревает на малой скорости, следует увеличить сопротивление клетки ротора проточкой короткозамыкающих колец или увеличить воздушный зазор шлифовкой ротора на 15—20%.

В том случае, если конденсаторы отсутствуют, можно использовать резисторы, которые включаются по тем же схемам, что и при конденсаторном пуске. Резисторы включаются вместо пусковых конденсаторов (рабочие конденсаторы отсутствуют).

Сопротивление (Ом) резистора может быть определено по формуле

,

где R — сопротивление резистора;
κ и I— кратность пускового тока и линейный ток в трехфазном режиме.

Пример расчета рабочей емкости конденсатора для двигателя

Определить рабочую емкость для двигателя АО 31/2, 0.6 кВт, 127/220 В, 4.2/2.4 А, если двигатель включен по схеме, изображенной на рис. а, а напряжение сети равно 220 В. Пуск двигателя без нагрузки.

Решение

1. Рабочая емкость Ср = 2800 x 2.4 / 220 ≈ 30 мкФ.

2. Напряжение на конденсаторе при выбранной схеме Uк = 1,15 x U = 1,15 x 220 = 253 В.

По таблице выбираем три конденсатора МБГО-2 по 10 мкФ каждый с рабочим напряжением 300 В. Конденсаторы включать параллельно.

Источник: В.И. Дьяков. Типовые расчеты по электрооборудованию.

Видео о том, как подключить электродвигатель на 220 вольт:

Помощь студентам

Расчет конденсаторы рабочие для электродвигателей

Для включения трехфазного электродвигателя (что такое электродвигатель ➠) в однофазную сеть обмотки статора могут быть соединены в звезду или треугольник.

Напряжение сети подводят к началам двух фаз. К началу третьей фазы и одному из зажимов сети присоединяют рабочий конденсатор 1 и отключаемый (пусковой) конденсатор 2, который необходим для увеличения пускового момента.

Пусковая емкость конденсаторов

После пуска двигателя конденсатор 2 отключают.

Рабочую емкость конденсаторного двигателя для частоты 50 Гц определяют по формулам:

где Ср — рабочая емкость при номинальной нагрузке, мкФ;
Iном — номинальный ток фазы двигателя, А;
U — напряжение сети, В.

Нагрузка двигателя с конденсатором не должна превышать 65—85% номинальной мощности, указанной на щитке трехфазного двигателя.

Если пуск двигателя происходит без нагрузки, то пусковая емкость не требуется — рабочая емкость будет в то же время пусковой. В этом случае схема включения упрощается.

При пуске двигателя под нагрузкой, близкой к номинальному моменту необходимо иметь пусковую емкость Сп = (2,5 ÷ 3) Ср.

Выбор конденсаторов по номинальному напряжению производят по соотношениям:

где Uк и U — напряжения на конденсаторе и в сети.

Основные технические данные некоторых конденсаторов приведены в таблице.

Если трехфазный электродвигатель, включенный в однофазную сеть, не достигает номинальной частоты вращения, а застревает на малой скорости, следует увеличить сопротивление клетки ротора проточкой короткозамыкающих колец или увеличить воздушный зазор шлифовкой ротора на 15—20%.

В том случае, если конденсаторы отсутствуют, можно использовать резисторы, которые включаются по тем же схемам, что и при конденсаторном пуске. Резисторы включаются вместо пусковых конденсаторов (рабочие конденсаторы отсутствуют).

Сопротивление (Ом) резистора может быть определено по формуле

,

где R — сопротивление резистора;
κ и I— кратность пускового тока и линейный ток в трехфазном режиме.

Пример расчета рабочей емкости конденсатора для двигателя

Определить рабочую емкость для двигателя АО 31/2, 0. 6 кВт, 127/220 В, 4.2/2.4 А, если двигатель включен по схеме, изображенной на рис. а, а напряжение сети равно 220 В. Пуск двигателя без нагрузки.

1. Рабочая емкость Ср = 2800 x 2.4 / 220 ≈ 30 мкФ.

2. Напряжение на конденсаторе при выбранной схеме Uк = 1,15 x U = 1,15 x 220 = 253 В.

По таблице выбираем три конденсатора МБГО-2 по 10 мкФ каждый с рабочим напряжением 300 В. Конденсаторы включать параллельно.

Источник: В.И. Дьяков. Типовые расчеты по электрооборудованию.

Видео о том, как подключить электродвигатель на 220 вольт:

    Подобные расчеты

Наши сети электропитания созданы трехфазными. Потому что генераторы, работающие на электростанциях, имеют трехфазные обмотки и вырабатывают три синусоидальных напряжения, сдвинутых по фазе относительно друг друга на 120°.

Но мы чаще всего пользуемся всего одной фазой — проводим себе один фазный провод из трех и все к нему подключаем.

Только в технике нашей часто встречаются электродвигатели, и они по природе своей трехфазны. Ну а фаза от фазы чем отличается? Только сдвигом во времени. Сдвига такого очень просто добиться, включив в цепь питания реактивные элементы: емкости или индуктивности.

Но ведь обмотка на статоре сама и является индуктивностью. Поэтому остается добавить к двигателю снаружи только емкость, конденсатор, а обмотки подключить так, чтобы одна из них в другой сдвигала фазу в одну сторону, а конденсатор в третьей делал то же самое, только в другую. И получатся те же самые три фазы, только «вынутые» из одной фазы питающих проводов.

Последнее обстоятельство означает, что мы нагружаем трехфазным двигателем только одну из фаз приходящего питания. Разумеется, это вносит дисбаланс в потребление энергии. Поэтому все-таки лучше, когда трехфазный двигатель питается трехфазным напряжением, а построить цепь его питания от одной приходящей фазы хорошо, только если мощность двигателя не особо велика.

Включение трехфазного электродвигателя в однофазную сеть питания

Обмотки электродвигателя соединяют двумя способами: звезда (Y) или треугольник (Δ).

При подключении трехфазного двигателя к однофазной сети предпочтительнее соединение типа треугольник. На шильдике двигателя об этом есть информация, и когда там обозначено Y — звезда, самым лучшим вариантом было бы открыть его кожух, найти концы обмоток и правильно переключить обмотки в треугольник. Иначе потери мощности будут слишком большими.

Включение двигателя на одну фазу питающей сети требует создания из нее и двух остальных. Это можно сделать по следующей схеме

При запуске двигателя в работу в самом начале требуется высокий стартовый ток, поэтому емкости рабочего конденсатора обычно не хватает. Чтобы «ему помочь», используют специальный стартовый конденсатор, который подключается к рабочему конденсатору параллельно. В самом простом случае (невысокая мощность двигателя) его выбирают точно таким же, как и рабочий.

Но для этой цели выпускаются и специально стартовые конденсаторы, на которых так и написано: starting.

Стартовый конденсатор должен быть включен в работу только во время пуска и разгона двигателя до рабочей мощности. После этого его отключают. Используется кнопочный выключатель. Или двойной: одной клавишей включается сам двигатель и кнопка фиксируется во включенном положении, кнопка же, замыкающая цепь рабочего конденсатора, каждый раз размыкается.

Как подобрать конденсатор

Конденсаторы для трехфазного двигателя нужны достаточно большой емкости — речь идет о десятках и сотнях микрофарад. Однако конденсаторы электролитические для этой цели не годятся. Они требуют подключения однополярного, то есть специально для них придется городить выпрямитель из диодов и сопротивлений. Кроме того, со временем в электролитических конденсаторах высыхает электролит и они теряют емкость. Поэтому если будете ставить такой на двигатель, необходимо делать на это скидку, а не верить тому, что на них написано.

Ну и еще одно за ними числится: электролитические конденсаторы имеют свойство иногда взрываться.

Поэтому задачу, как выбрать конденсатор под трехфазный двигатель, часто решают в несколько этапов

Сначала подбираем приблизительно. Надо рассчитать емкость конденсатора по простейшему соотношению как 7 мкФ на каждые 100 ватт мощности. То есть 700 ватт дает нам 49 мкФ первоначально. Емкость выбираемого пускового конденсатора берется в диапазоне 1–3-кратного превышения емкости рабочего конденсатора. Выберите 2*50 = 100 мкФ — будет само то. Ну, для начала можно взять побольше, потом подобрать конденсаторы, ориентируясь на работу двигателя. От емкости конденсаторов зависит реальная мощность движка. Если ее мало, двигатель при тех же оборотах потеряет мощность (обороты не зависят от мощности, а только от частоты напряжения), так как ему будет не хватать тока. При чрезмерной емкости конденсаторов у него будет перегрев от избытка тока.

Как запустить трехфазный двигатель от однофазного источника питания

Как запустить трехфазный двигатель от однофазного источника питания:

В настоящее время количество электродвигателей увеличивается как угодно. Основная причина в том, что, кроме электроэнергии, вся энергия является гораздо более дорогостоящим примером: дизельное топливо. Для всей нашей сельскохозяйственной линии мы используем трехфазное питание. В Индии для нужд сельского хозяйства правительство предлагает 12 часов бесплатного энергоснабжения.

В оставшиеся 12 часов электрическая панель отключила подачу электроэнергии, а это значит, что они отключили одну фазу через GOS (групповые рабочие переключатели).В то же время 12 часов недостаточно, чтобы залить водой наши сельскохозяйственные угодья.

Итак, нам нужно запустить один и тот же трехфазный двигатель на двух доступных фазах. В этой статье мы увидим, как запустить трехфазный двигатель на однофазном. Давай начнем.

Стартер для сельскохозяйственных погружных насосов

Как правило, это действие может быть выполнено путем установки статических преобразователей фазы. Преобразователи статической фазы представляют собой пусковое устройство для трехфазных двигателей от однофазной сети. Статический фазовый преобразователь на самом деле не вырабатывает трехфазную мощность непрерывно.

Вместо этого он генерирует фазовый сдвиг через конденсатор, который позволяет смещать напряжение во времени от его родительского напряжения. В результате получается напряжение, отличное от двух однофазных линий. Если конденсатор вырабатывает достаточный электрический ток, двигатель будет работать.

Выходное напряжение конденсатора

После запуска трехфазного двигателя схема статического фазового преобразователя отключается.Единственным фактом здесь является то, что двигатель непрерывно работает от одной фазы, а две обмотки получают активную мощность, так что полезная мощность двигателя обычно уменьшается на 2/3 или его номинальной мощности.

Пример: если вы планируете использовать трехфазный двигатель мощностью 5 л.с. в однофазном режиме, то общая выходная мощность двигателя будет снижена до 3,3 л.с. Если вы приложите дополнительные нагрузки к тому же двигателю, обмотка двигателя потребляет большой ток. Чтобы избежать этого, вы можете выбрать двигатель с диапазоном на одну ступень выше.

См. Также:

Конструкция конденсатора для трехфазного двигателя от однофазного источника питания:

Как свойство асинхронного двигателя, который потребляет высокий пусковой ток (почему?) (В 4-6 раз превышающий его ток полной нагрузки), так что нам нужен конденсатор высокой мощности на несколько секунд для быстрого запуска двигателя. Статический преобразователь фазы состоит из двух конденсаторов. Один — это пусковой конденсатор, а другой — рабочие конденсаторы.

Пусковой конденсатор требуется только для запуска двигателя, и рабочий конденсатор будет стоять в цепи.Более того, настройка этих конденсаторов для выравнивания токов, измеренных в трех фазах, приводит к наиболее эффективной машине.

Пусковой конденсатор должен быть в 4–5 раз больше, чем рабочий конденсатор, чтобы соответствовать высокому пусковому току асинхронного двигателя.

Пусковой конденсатор = 50-100 мкФ / л. с. Рабочие конденсаторы = 12-16 мкФ / л.с.

Здесь Конденсатор подает синтетическую фазу приблизительно на полпути на 90 градусов между выводами однофазного источника питания на 180 градусов для запуска.Во время работы двигатель генерирует приблизительно стандартные 3-φ, как показано на рисунке ниже.

Примечание: Двигатель следует подключать по схеме треугольник, так как одна обмотка двигателя получает полное напряжение. Поэтому, если вы планируете использовать трехфазный двигатель на одной фазе, рекомендуемое соединение — треугольник.

Ограничение статических фазовых преобразователей:

  • Выходная мощность ограничена 2/3 ряд проектной мощности
  • Не подходит для двигателя, работающего постоянно, может использоваться временно
  • Сокращает срок службы двигателя из-за постоянной нагрузки двух обмоток на одну фазу.

Трехфазный двигатель работает от однофазного источника питания:

См. Также:

Пусковой конденсатор двигателя | Приложения

Конденсаторы моторные

Асинхронные двигатели

переменного тока, также известные как асинхронные двигатели, используют вращающееся магнитное поле для создания крутящего момента. Трехфазные двигатели получили широкое распространение, поскольку они надежны и экономичны. Вращающееся магнитное поле легко достигается в трехфазных асинхронных двигателях, поскольку сдвиг фазового угла между отдельными фазами составляет 120 градусов.Однако однофазные двигатели переменного тока требуют внешней схемы, которая создает сдвиг фазового угла для создания вращающегося магнитного поля. Эта схема может быть реализована с использованием усовершенствованной силовой электроники или, проще говоря, с использованием конденсатора двигателя.

На видео ниже показано простое для понимания объяснение принципа работы асинхронного двигателя переменного тока.

Однофазные асинхронные двигатели переменного тока

Однокатушечные асинхронные двигатели переменного тока

Асинхронные двигатели

переменного тока обычно используют две или более катушек для создания вращающегося магнитного поля, которое создает крутящий момент на роторе. Когда используется одна катушка, она генерирует пульсирующее магнитное поле, которого достаточно для поддержания вращения, но недостаточно для запуска двигателя с места. Двигатели с одной катушкой должны запускаться с использованием внешней силы и могут вращаться в любом направлении. Направление вращения зависит от внешней силы. Если двигатель был запущен по часовой стрелке, он будет продолжать вращаться и набирать скорость по часовой стрелке, пока не достигнет максимальной скорости, которая определяется частотой источника питания.Точно так же он продолжит вращение против часовой стрелки, если первоначальное вращение было против часовой стрелки. Эти двигатели непрактичны из-за их невозможности самостоятельно надежно начать вращение.

Пусковой конденсатор асинхронных двигателей переменного тока

Одним из способов улучшения конструкции с одной катушкой является использование вспомогательной катушки последовательно с пусковым конденсатором двигателя. Вспомогательная катушка, также называемая пусковой катушкой, используется для создания начального вращающегося магнитного поля. Чтобы создать вращающееся магнитное поле, ток, протекающий через основную обмотку, должен быть в противофазе по отношению к току, протекающему через вспомогательную обмотку.Роль пускового конденсатора заключается в том, чтобы задерживать ток во вспомогательной обмотке, выводя эти два тока в противофазе. Когда ротор достигает достаточной скорости, вспомогательная катушка отключается от цепи с помощью центробежного переключателя, а двигатель остается запитанным от одной катушки, создающей пульсирующее магнитное поле. В этом смысле вспомогательную катушку в этой конструкции можно рассматривать как пусковую катушку, поскольку она используется только во время запуска двигателя.

Асинхронные двигатели переменного тока с конденсаторными пусковыми / рабочими конденсаторами

Другим способом дальнейшего улучшения конструкции однофазного асинхронного двигателя с одной катушкой является введение вспомогательной катушки, которая остается под напряжением не только во время фазы запуска двигателя, но и во время нормальной работы. В отличие от двигателя переменного тока, использующего только пусковой конденсатор двигателя, который создает пульсирующее магнитное поле во время нормальной работы, двигатели переменного тока, использующие пусковой конденсатор двигателя и рабочий конденсатор двигателя, создают вращающееся магнитное поле во время нормальной работы. Функция пускового конденсатора двигателя остается такой же, как и в предыдущем случае — он отключается от цепи после того, как ротор достигает заданной скорости с помощью центробежного переключателя. После этого вспомогательная обмотка остается запитанной через рабочий конденсатор двигателя.На рисунке ниже описан этот тип конструкции.

Конденсаторы запуска и запуска двигателя

Пусковые конденсаторы

Конденсаторы запуска двигателя используются на этапе запуска двигателя и отключаются от цепи, когда ротор достигает заданной скорости, которая обычно составляет около 75% максимальной скорости для этого типа двигателя. Эти конденсаторы обычно имеют значения емкости более 70 мкФ. Они бывают разных номиналов напряжения, в зависимости от области применения, для которой они предназначены.

Рабочие конденсаторы

В некоторых конструкциях однофазных двигателей переменного тока используются рабочие конденсаторы двигателя, которые остаются подключенными к вспомогательной катушке даже после того, как пусковой конденсатор отключен центробежным переключателем. Эти конструкции работают, создавая вращающееся магнитное поле. Конденсаторы для работы двигателя предназначены для непрерывного режима работы и остаются под напряжением при включении двигателя, поэтому не используются электролитические конденсаторы, а вместо них используются полимерные конденсаторы с низкими потерями. Значение емкости рабочих конденсаторов обычно ниже емкости пусковых конденсаторов и часто находится в диапазоне 1.От 5 мкФ до 100 мкФ. Выбор неправильного значения емкости для двигателя может привести к неравномерному магнитному полю, которое может проявляться как неравномерная скорость вращения двигателя, особенно под нагрузкой. Это может вызвать дополнительный шум от двигателя, падение производительности и повышенное потребление энергии, а также дополнительный нагрев, который может вызвать перегрев двигателя.

Приложения

Пусковые и пусковые конденсаторы двигателя используются в однофазных асинхронных двигателях переменного тока. Такие двигатели используются, когда однофазный источник питания более практичен, чем трехфазный, например, в бытовых приборах.Однако они не так эффективны, как трехфазные асинхронные двигатели переменного тока. Фактически, однофазные двигатели переменного тока в 2-4 раза менее эффективны, чем трехфазные двигатели переменного тока, поэтому они используются только для менее мощных двигателей. Типичные области применения, в которых используются конденсаторы пускового и рабочего двигателя, включают электроинструменты, стиральные машины, сушильные барабаны, посудомоечные машины, пылесосы, кондиционеры и компрессоры.

Трехфазная электрическая мощность | Передача электроэнергии

Трехфазная электроэнергия — распространенный метод передачи электроэнергии. Это тип многофазной системы, которая в основном используется для питания двигателей и многих других устройств. Трехфазная система использует меньше проводящего материала для передачи электроэнергии, чем эквивалентные однофазные, двухфазные системы или системы постоянного тока при том же напряжении.

В трехфазной системе три проводника цепи несут три переменных тока (одинаковой частоты), которые достигают своих мгновенных пиковых значений в разное время. Если взять за основу один проводник, то два других тока задерживаются во времени на одну треть и две трети одного цикла электрического тока.Эта задержка между «фазами» обеспечивает постоянную передачу мощности в течение каждого цикла тока, а также позволяет создавать вращающееся магнитное поле в электродвигателе.

Трехфазные системы могут иметь или не иметь нейтральный провод. Нейтральный провод позволяет трехфазной системе использовать более высокое напряжение, при этом поддерживая однофазные устройства с более низким напряжением. В ситуациях распределения высокого напряжения обычно не бывает нейтрального провода, поскольку нагрузки можно просто подключить между фазами (соединение фаза-фаза).

Трехфазный обладает свойствами, которые делают его очень востребованным в электроэнергетических системах. Во-первых, фазные токи имеют тенденцию уравновешивать друг друга, суммируясь до нуля в случае линейной сбалансированной нагрузки. Это позволяет исключить нейтральный провод на некоторых линиях; все фазные проводники проходят одинаковый ток и, следовательно, могут иметь одинаковый размер для сбалансированной нагрузки. Во-вторых, передача мощности на линейную сбалансированную нагрузку является постоянной, что помогает снизить вибрации генератора и двигателя.Наконец, трехфазные системы могут создавать магнитное поле, которое вращается в заданном направлении, что упрощает конструкцию электродвигателей. Три — это самый низкий фазовый порядок, демонстрирующий все эти свойства.

Большинство бытовых нагрузок однофазные. Обычно трехфазное питание либо вообще не поступает в жилые дома, либо там, где оно поступает, оно распределяется на главном распределительном щите.

На электростанции электрический генератор преобразует механическую энергию в набор переменных электрических токов, по одному от каждой электромагнитной катушки или обмотки генератора.Токи являются синусоидальными функциями времени, все с одной и той же частотой, но смещены во времени, чтобы получить разные фазы. В трехфазной системе фазы распределены равномерно, что дает разделение фаз на одну треть цикла. Частота сети обычно составляет 50 Гц в Азии, Европе, Южной Америке и Австралии и 60 Гц в США и Канаде (но для получения более подробной информации см. Системы электроснабжения).

Генераторы выдают напряжение в диапазоне от сотен до 30 000 вольт. На электростанции трансформаторы «повышают» это напряжение до более подходящего для передачи.

После многочисленных дополнительных преобразований в сети передачи и распределения мощность окончательно преобразуется в стандартное сетевое напряжение (, т. е. «домашнее» напряжение). На этом этапе питание может быть уже разделено на однофазное или все еще может быть трехфазным. Если понижение является трехфазным, выход этого трансформатора обычно соединяется звездой со стандартным напряжением сети (120 В в Северной Америке и 230 В в Европе и Австралии), являющимся фазным напряжением.Другая система, обычно встречающаяся в Северной Америке, — это соединение вторичной обмотки треугольником с центральным ответвлением на одной из обмоток, питающих землю и нейтраль. Это позволяет использовать трехфазное напряжение 240 В, а также три различных однофазных напряжения (120 В между двумя фазами и нейтралью, 208 В между третьей фазой (известной как верхняя ветвь) и нейтралью и 240 В между любыми двумя фазами) должны быть доступны из того же источника.

Большой кондиционер и др.в оборудовании используются трехфазные двигатели из соображений эффективности, экономии и долговечности.

Нагреватели резистивного нагрева, такие как электрические котлы или отопление помещений, могут быть подключены к трехфазным системам. Аналогичным образом может быть подключено электрическое освещение. Эти типы нагрузок не требуют наличия вращающегося магнитного поля, характерного для трехфазных двигателей, но используют более высокий уровень напряжения и мощности, обычно связанный с трехфазным распределением. Системы люминесцентного освещения также выигрывают от уменьшения мерцания, если соседние светильники получают питание от разных фаз.

Большие выпрямительные системы могут иметь трехфазные входы; Результирующий постоянный ток легче отфильтровать (сгладить), чем выходной сигнал однофазного выпрямителя. Такие выпрямители можно использовать для зарядки аккумуляторов, процессов электролиза, таких как производство алюминия, или для работы двигателей постоянного тока.

Интересным примером трехфазной нагрузки является электродуговая печь, используемая в сталеплавильном производстве и при переработке руд.

В большинстве стран Европы печи рассчитаны на трехфазное питание.Обычно отдельные нагревательные элементы подключаются между фазой и нейтралью, чтобы обеспечить возможность подключения к однофазной сети. Во многих регионах Европы единственным доступным источником является однофазное питание.

Иногда преимущества трехфазных двигателей делают целесообразным преобразование однофазной мощности в трехфазную. Мелкие клиенты, например, жилые или фермерские хозяйства, могут не иметь доступа к трехфазному питанию или могут не захотеть оплачивать дополнительную стоимость трехфазного обслуживания, но все же могут пожелать использовать трехфазное оборудование.Такие преобразователи также могут позволять изменять частоту, позволяя регулировать скорость. Некоторые локомотивы переходят на многофазные двигатели, приводимые в действие такими системами, даже несмотря на то, что поступающее питание на локомотив почти всегда либо постоянное, либо однофазное переменное.

Поскольку однофазная мощность падает до нуля в каждый момент, когда напряжение пересекает нулевое значение, но трехфазная подает мощность непрерывно, любой такой преобразователь должен иметь способ накапливать энергию в течение необходимой доли секунды.

Один из методов использования трехфазного оборудования в однофазной сети — это вращающийся фазовый преобразователь, по сути, трехфазный двигатель со специальными пусковыми устройствами и коррекцией коэффициента мощности, которые создают сбалансированные трехфазные напряжения.При правильной конструкции эти роторные преобразователи могут обеспечить удовлетворительную работу трехфазного оборудования, такого как станки, от однофазного источника питания. В таком устройстве накопление энергии осуществляется за счет механической инерции (эффект маховика) вращающихся компонентов. Внешний маховик иногда находится на одном или обоих концах вала.

Вторым методом, который был популярен в 1940-х и 50-х годах, был метод, который назывался «методом трансформатора». В то время конденсаторы были дороже трансформаторов.Таким образом, автотрансформатор использовался для подачи большей мощности через меньшее количество конденсаторов. Этот метод хорошо работает и имеет сторонников даже сегодня. Использование метода преобразования имени отделяет его от другого распространенного метода, статического преобразователя, поскольку оба метода не имеют движущихся частей, что отделяет их от вращающихся преобразователей.

Другой часто применяемый метод — использование устройства, называемого статическим преобразователем фазы. Этот метод работы трехфазного оборудования обычно используется с нагрузкой двигателя, хотя он обеспечивает только 2/3 мощности и может вызвать перегрев нагрузок двигателя, а в некоторых случаях и перегрев.Этот метод не будет работать, когда задействованы чувствительные схемы, такие как устройства ЧПУ, или нагрузки индукционного или выпрямительного типа.

Производятся некоторые устройства, имитирующие трехфазное питание от однофазного трехпроводного источника питания. Это достигается созданием третьей «субфазы» между двумя токоведущими проводниками, в результате чего разделение фаз составляет 180 ° — 90 ° = 90 °. Многие трехфазные устройства будут работать в этой конфигурации, но с меньшей эффективностью.

Преобразователи частоты (также известные как твердотельные инверторы) используются для обеспечения точного управления скоростью и крутящим моментом трехфазных двигателей.Некоторые модели могут питаться от однофазной сети. Преобразователи частоты работают путем преобразования напряжения питания в постоянный ток, а затем преобразования постоянного тока в подходящий трехфазный источник для двигателя.

Цифровые фазовые преобразователи — это новейшая разработка в технологии фазовых преобразователей, которая использует программное обеспечение в мощном микропроцессоре для управления твердотельными компонентами переключения питания. Этот микропроцессор, называемый процессором цифровых сигналов (DSP), контролирует процесс преобразования фазы, непрерывно регулируя модули ввода и вывода преобразователя, чтобы поддерживать сбалансированное трехфазное питание при любых условиях нагрузки.

  • Трехпроводное однофазное распределение полезно, когда трехфазное питание недоступно, и позволяет вдвое превышать нормальное рабочее напряжение для мощных нагрузок.
  • Двухфазное питание, как и трехфазное, обеспечивает постоянную передачу мощности линейной нагрузке. Для нагрузок, которые соединяют каждую фазу с нейтралью, при условии, что нагрузка имеет одинаковую потребляемую мощность, двухпроводная система имеет ток нейтрали, который превышает ток нейтрали в трехфазной системе.Кроме того, двигатели не являются полностью линейными, что означает, что вопреки теории двигатели, работающие на трех фазах, имеют тенденцию работать более плавно, чем на двухфазных. Установленные в 1895 году на Ниагарском водопаде генераторы были крупнейшими генераторами в мире в то время и были двухфазными машинами. Истинное двухфазное распределение энергии по существу устарело. В системах специального назначения для управления может использоваться двухфазная система. Двухфазное питание может быть получено от трехфазной системы с использованием трансформаторов, называемых трансформатором Скотта-Т.
  • Моноциклическая мощность — это название асимметричной модифицированной двухфазной системы питания, используемой General Electric около 1897 года (отстаивавшей Чарльз Протеус Стейнмец и Элиху Томсон; это использование, как сообщается, было предпринято, чтобы избежать нарушения патентных прав). В этой системе генератор был намотан с однофазной обмоткой полного напряжения, предназначенной для освещения нагрузок, и с небольшой (обычно линейного напряжения) обмоткой, которая вырабатывала напряжение в квадратуре с основными обмотками. Намерение состояло в том, чтобы использовать эту дополнительную обмотку «силового провода» для обеспечения пускового момента для асинхронных двигателей, при этом основная обмотка обеспечивает питание осветительных нагрузок.После истечения срока действия патентов Westinghouse на симметричные двухфазные и трехфазные системы распределения электроэнергии моноциклическая система вышла из употребления; его было трудно анализировать, и его хватило не на то, чтобы разработать удовлетворительный учет энергии.
  • Системы высокого порядка фаз для передачи энергии были построены и испытаны. Такие линии электропередачи используют 6 или 12 фаз и конструктивные решения, характерные для линий передачи сверхвысокого напряжения. Линии передачи высокого порядка могут позволить передачу большей мощности через данную линию передачи на полосе отчуждения без затрат на преобразователь HVDC на каждом конце линии.

Многофазная система — это средство распределения электроэнергии переменного тока. Многофазные системы имеют три или более электрических проводника, находящихся под напряжением, по которым проходят переменные токи с определенным временным сдвигом между волнами напряжения в каждом проводнике. Полифазные системы особенно полезны для передачи энергии электродвигателям. Самый распространенный пример — трехфазная система питания, используемая в большинстве промышленных приложений.

Один цикл напряжения трехфазной системы

На заре коммерческой электроэнергетики на некоторых установках использовались двухфазные четырехпроводные системы для двигателей.Основным преимуществом этого было то, что конфигурация обмотки была такой же, как у однофазного двигателя с конденсаторным пуском, и, используя четырехпроводную систему, концептуально фазы были независимыми и легко анализировались с помощью математических инструментов, доступных в то время. . Двухфазные системы были заменены трехфазными. Двухфазное питание с углом между фазами 90 градусов может быть получено от трехфазной системы с использованием трансформатора, подключенного по Скотту.

Многофазная система должна обеспечивать определенное направление вращения фаз, поэтому напряжения зеркального отображения не учитываются при определении порядка фаз.Трехпроводная система с двумя фазными проводниками, разнесенными на 180 градусов, по-прежнему остается только однофазной. Такие системы иногда называют разделенной фазой.

Полифазное питание особенно полезно в двигателях переменного тока, таких как асинхронный двигатель, где оно генерирует вращающееся магнитное поле. Когда трехфазное питание завершает один полный цикл, магнитное поле двухполюсного двигателя вращается на 360 ° в физическом пространстве; Двигатели с большим количеством пар полюсов требуют большего количества циклов питания, чтобы совершить один физический оборот магнитного поля, поэтому эти двигатели работают медленнее. Никола Тесла и Михаил Доливо-Добровольский изобрели первые практические асинхронные двигатели, использующие вращающееся магнитное поле — ранее все коммерческие двигатели были постоянного тока, с дорогими коммутаторами, щетками, требующими большого технического обслуживания, и характеристиками, непригодными для работы в сети переменного тока. Многофазные двигатели просты в сборке, они самозапускаются и мало вибрируют.

Использованы более высокие номера фаз, чем три. Обычной практикой для выпрямительных установок и преобразователей HVDC является обеспечение шести фаз с шагом между фазами 60 градусов, чтобы уменьшить генерацию гармоник в системе питания переменного тока и обеспечить более плавный постоянный ток.Построены экспериментальные линии передачи высокого фазового порядка, содержащие до 12 фаз. Они позволяют применять правила проектирования сверхвысокого напряжения (СВН) при более низких напряжениях и позволяют увеличить передачу энергии в коридоре той же ширины линии электропередачи.

Жилые дома и малые предприятия обычно снабжаются одной фазой, взятой из одной из трех фаз коммунального обслуживания. Индивидуальные клиенты распределяются по трем фазам, чтобы сбалансировать нагрузки. Однофазные нагрузки, такие как освещение, могут быть подключены от фазы под напряжением к нейтрали цепи, что позволяет сбалансировать нагрузку в большом здании по трем фазам питания.Сдвиг фаз линейных напряжений составляет 120 градусов; напряжение между любыми двумя живыми проводами всегда в 3 раза больше между живым и нулевым проводом. См. Статью «Системы электроснабжения» для получения списка однофазных распределительных напряжений по всему миру; трехфазное линейное напряжение будет в 3 раза больше этих значений.

В Северной Америке в жилых многоквартирных домах может быть распределено напряжение 120 В (линия-нейтраль) и 208 В (линия-линия). Основные однофазные приборы, такие как духовки или плиты, предназначенные для системы с разделением фаз на 240 В, обычно используемой в односемейных домах, могут не работать должным образом при подключении к 208 В; нагревательные приборы будут развивать только 3/4 своей номинальной мощности, а электродвигатели не будут работать правильно при подаче напряжения на 13% ниже.

Коэффициент мощности — индуктивная нагрузка

Коэффициент мощности энергосистемы переменного тока определяется как отношение активной (истинной или реальной) мощности к полной мощности , где

  • Активная (действительная или истинная) мощность измеряется в ваттах ( Вт, ) и представляет собой мощность, потребляемую электрическим сопротивлением системы, выполняющей полезную работу
  • Полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА) и представляет собой напряжение в системе переменного тока, умноженное на всем током, который в нем течет.Это векторная сумма активной и реактивной мощности
  • Реактивная мощность измеряется в вольт-амперах реактивной ( VAR ). Реактивная мощность — это энергия, накапливаемая и разряжаемая асинхронными двигателями, трансформаторами и соленоидами.

Реактивная мощность требуется для намагничивания электродвигателя, но не выполняет никакой работы. Реактивная мощность, необходимая индуктивным нагрузкам, увеличивает объем полной мощности — и требуемую подачу в сеть от поставщика энергии к распределительной системе.

Увеличение реактивной и полной мощности приведет к снижению коэффициента мощности — PF .

Коэффициент мощности

Обычно коэффициент мощности — PF — определяют как косинус фазового угла между напряжением и током — или « cosφ »:

PF = cos φ

где

PF = коэффициент мощности

φ = фазовый угол между напряжением и током

Коэффициент мощности, определенный IEEE и IEC, представляет собой соотношение между приложенной активной (истинной) мощностью — и полная мощность , и в целом может быть выражена как:

PF = P / S (1)

, где

PF = коэффициент мощности

P = активная (истинная или действительная) мощность (Вт)

S = полная мощность (ВА, вольт-амперы)

Низкий коэффициент мощности — это результат lt индуктивных нагрузок, таких как трансформаторы и электродвигатели. В отличие от резистивных нагрузок, создающих тепло за счет потребления киловатт, индуктивные нагрузки требуют протекания тока для создания магнитных полей для выполнения желаемой работы.

Коэффициент мощности является важным измерением в электрических системах переменного тока, потому что

  • общий коэффициент мощности меньше 1 указывает на то, что поставщик электроэнергии должен предоставить больше генерирующей мощности, чем фактически требуется
  • искажение формы сигнала тока, которое способствует снижению коэффициента мощности, составляет вызванные искажением формы сигнала напряжения и перегревом в нейтральных кабелях трехфазных систем.

Международные стандарты, такие как IEC 61000-3-2, были установлены для управления искажением формы сигнала тока путем введения ограничений на амплитуду гармоник тока.

Пример — коэффициент мощности

Промышленное предприятие потребляет 200 А при 400 В , а трансформатор питания и резервный ИБП рассчитаны на 400 В x 200 A = 80 кВА .

Если коэффициент мощности — PF — нагрузки составляет 0,7 — только

80 кВА × 0,7

= 56 кВт

реальной мощности потребляется системой. Если коэффициент мощности близок к 1 (чисто резистивная цепь), система питания с трансформаторами, кабелями, распределительным устройством и ИБП может быть значительно меньше.

  • Любой коэффициент мощности меньше 1 означает, что проводка схемы должна пропускать больший ток, чем это было бы необходимо при нулевом реактивном сопротивлении в цепи для передачи того же количества (истинной) мощности на резистивную нагрузку.
Зависимость поперечного сечения проводника от коэффициента мощности

Требуемая площадь поперечного сечения проводника с более низким коэффициентом мощности:

Коэффициент мощности 1 0,9 0.8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3
Поперечное сечение 1 1,2 1,6 2,04 2,8

Низкий коэффициент мощности дорог и неэффективен, и некоторые коммунальные предприятия могут взимать дополнительную плату, если коэффициент мощности меньше 0,95 . Низкий коэффициент мощности снизит пропускную способность электрической системы, увеличивая ток и вызывая падение напряжения.

«Опережающий» или «запаздывающий» коэффициенты мощности

Коэффициент мощности обычно указывается как «опережающий» или «запаздывающий», чтобы показать знак фазового угла.

  • При чисто резистивной нагрузке полярность тока и напряжения изменяется ступенчато, а коэффициент мощности будет 1 . Электрическая энергия течет в одном направлении по сети в каждом цикле.
  • Индуктивные нагрузки — трансформаторы, двигатели и обмотки — потребляют реактивную мощность, форма кривой тока которой отстает от напряжения.
  • Емкостные нагрузки — батареи конденсаторов или проложенные кабели — генерируют реактивную мощность с фазой тока, опережающей напряжение.

Индуктивные и емкостные нагрузки накапливают энергию в магнитных или электрических полях в устройствах во время частей циклов переменного тока. Энергия возвращается обратно в источник питания в течение остальных циклов.

В системах с преимущественно индуктивной нагрузкой — как правило, на промышленных предприятиях с большим количеством электродвигателей — запаздывающее напряжение компенсируется с помощью конденсаторных батарей.

Коэффициент мощности трехфазного двигателя

Полная мощность, необходимая индуктивному устройству, например, двигателю или аналогичному, состоит из

  • Активная (истинная или действительная) мощность (измеряется в киловаттах, кВт)
  • Реактивная мощность — нерабочая мощность, вызванная током намагничивания, необходимая для работы устройства (измеряется в киловарах, кВАр)

Коэффициент мощности трехфазного электродвигателя может быть выражен как:

PF = P / [(3) 1/2 UI] (2)

где

PF = коэффициент мощности

P = приложенная мощность (Вт, Вт)

U = напряжение (В)

I = ток (А, амперы)

— или альтернативно:

P = (3) 1/2 UI PF

= (3) 1/2 U I cos φ (2b)

U, l и cos φ обычно указаны на паспортной табличке двигателя.

Типичный коэффициент мощности двигателя

— 20
Мощность
(л.с.)
Скорость
(об / мин)
Коэффициент мощности (cos φ )
3 без нагрузки 3 3 1/2 нагрузки 3/4 нагрузки полная нагрузка
0-5 1800 0,15 — 0,20 0,5 — 0,6 0,72 0,82 0,84
1800 0.15 — 0,20 0,5 — 0,6 0,74 0,84 0,86
20-100 1800 0,15 — 0,20 0,5 — 0,6 0,79 0,835 100-300 1800 0,15 — 0,20 0,5 — 0,6 0,81 0,88 0,91

Коэффициент мощности по отраслям

Типичные неулучшенные коэффициенты мощности:

50

Коэффициент мощности Пивоваренный завод 75-80 Цемент 75-80 Химический 65-75 Электрохимический Литейное производство 75-80 Поковка 70-80 Hospi tal 75-80 Производство, станки 60-65 Производство, краска 65-70 Металлообработка 65-70 — 80 Офис 80-90 Масляный насос 40-60 Производство пластмасс 75-80 Штамповка 65-80 Текстиль 35-60

Преимущества коррекции коэффициента мощности

  • Снижение счетов за электроэнергию — предотвращение штрафа за низкий коэффициент мощности от энергокомпании
  • Повышенная мощность системы — дополнительные нагрузки может быть добавлен без перегрузки системы
  • улучшенная рабочая характеристика системы s за счет уменьшения потерь в линии — из-за меньшего тока
  • Улучшенные рабочие характеристики системы за счет увеличения напряжения — исключены чрезмерные падения напряжения

Коррекция коэффициента мощности с помощью конденсатора

0,66
Поправочный коэффициент конденсатора
Коэффициент мощности до улучшения (cosΦ) Коэффициент мощности после улучшения (cosΦ)
1. 0 0,99 0,98 0,97 0,96 0,95 0,94 0,93 0,92 0,91 0,90
1,44 1,40 1,37 1,34 1,30 1,28 1,25
0,55 1,52 1.38 1,32 1,28 1,23 1,19 1,16 1,12 1,09 1,06 1,04 1,1356 1,0 1,01 0,97 0,94 0,91 0,88 0,85
0,65 1,17 1,03 0.97 0,92 0,88 0,84 0,81 0,77 0,74 0,71 0,69
0,70 1,02 0,8353 0,62 0,59 0,56 0,54
0,75 0,88 0,74 0,67 0. 63 0,58 0,55 0,52 0,49 0,45 0,43 0,40
0,80 0,75 0,61 0,45 0,35 0,32 0,29 0,27
0,85 0,62 0,48 0,42 0,37 0.33 0,29 0,26 0,22 0,19 0,16 0,14
0,90 0,48 0,34 0,28 0,06 0,02
0,91 0,45 0,31 0,25 0,21 0,16 0,13 0.09 0,06 0,02
0,92 0,43 0,28 0,22 0,18 0,13 0,10 0,03 0,25 0,19 0,15 0,10 0,07 0,03
0,94 0. 36 0,22 0,16 0,11 0,07 0,04
0,95 0,33 0,18 0353 0,96 0,29 0,15 0,09 0,04
0.97 0,25 0,11 0,05
0,98 0,20 0,06 9035
Пример — Повышение коэффициента мощности с помощью конденсатора

Электродвигатель мощностью 150 кВт имеет коэффициент мощности до улучшения cosΦ = 0.75 .

Для необходимого коэффициента мощности после улучшения cosΦ = 0,96 — коэффициент коррекции конденсатора составляет 0,58 .

Требуемая мощность KVAR может быть рассчитана как

C = (150 кВт) 0,58

= 87 KVAR

Рекомендуемые характеристики конденсаторов для двигателей с Т-образной рамой NEMA класса B

Рекомендуемые размеры блоков KVAR, необходимых для коррекция асинхронных двигателей до коэффициента мощности примерно 95%.

200
Номинальная мощность асинхронного двигателя
(л.с.)
Номинальная скорость двигателя (об / мин)
3600 1800 1200
Номинальная мощность конденсатора
Ток
(%)
Номинальная мощность конденсатора
(кВАр)
Снижение линейного тока
(%)
Номинальная мощность конденсатора
(кВАр)
Снижение линейного тока (9025) 9025
3 1. 5 14 1,5 23 2,5 28
5 2 14 2,5 22 3 26 2,5 3 20 4 21
10 4 14 4 18 5 21
15353 18 6 20
20 6 12 6 17 7.5 19
25 7,5 12 7,5 17 8 19
30 8 11 8 11
40 12 12 13 15 16 19
50 15 12 18 60 18 12 21 14 22. 5 17
75 20 12 23 14 25 15
100 22,5 11
125 25 10 36 12 35 12
150 30 12356 10 42
35 10 50 11 50 10
250 40 11 60 10 62.5 10
300 45 11 68 10 75 12
350 8356 50 12 75353
400 75 10 80 8 100 12
450 80 8 90
500 100 8 120 9 150 12

Промышленное производство | Как правильно эксплуатировать трехфазный двигатель при однофазном питании

Итак, вы сказали соседу, что работаете с электрооборудованием, и теперь он думает, что вы можете решить его проблему, потому что он или она купил трехфазный двигатель, который не может работать от однофазной энергии. Когда вас просят переоборудовать этот двигатель, это уже кажется больше проблемой, чем того стоит. Но это не совсем так. Есть несколько способов упростить этот процесс.

Метод фантомной ноги

Трехфазное питание состоит из трех симметричных синусоидальных волн, которые не совпадают по фазе друг с другом на 120 электрических градусов (см. Рисунок 1). Один из методов преобразования однофазной мощности, который хорошо зарекомендовал себя в течение десятилетий, заключался в подключении двух фаз к входящей однофазной сети 220 В и создании «фантомного плеча» для третьей фазы с помощью конденсаторов для принудительного смещения между основной и вспомогательной обмотками .В этом случае смещение составляет 90 электрических градусов.

Для этого метода конденсаторы должны иметь размер, соответствующий нагрузке. В противном случае ток будет несимметричным. Вместо сдвига фазы на 120 градусов, изображенного в нижней половине рисунка 1, неправильное соединение конденсатора и нагрузки может привести к большому отклонению. Чем больше расхождение, тем меньше крутящий момент.

Метод вращающегося фазового преобразователя

Другой жизнеспособный метод — вращающийся фазовый преобразователь (см. Рисунок 2).Например, деревообрабатывающий цех может использовать вращающийся фазовый преобразователь для работы нескольких трехфазных машин от однофазного источника питания. Одним из недостатков является то, что процесс может быть очень дорогостоящим в течение всего времени преобразования фазы вращения, независимо от того, используется ли какое-либо оборудование. Ток может быть сбалансирован, когда работает конкретное оборудование, но если работает несколько машин или все они сильно загружены, трехфазная мощность — ток и напряжение — резко несбалансирована.

«NEMA Stds.MG 1: Motors and Generators »требует, чтобы двигатели работали от напряжения, сбалансированного в пределах 1%. Если применяется правило 10x (процентный дисбаланс тока может быть в 10 раз больше, чем процентный дисбаланс напряжения) к двигателю, работающему с 1% дисбаланс напряжения, дисбаланс тока может составлять 10%. Это выгодно, потому что большинство трехфазных двигателей, работающих в системе, описанной выше, работают с дисбалансом токов от 15% до 50%. Даже с графиком снижения номинальных характеристик NEMA MG 1 (см. рисунок 3), ни один двигатель не должен работать с таким большим дисбалансом тока.

Метод частотно-регулируемого привода

Преобразователь частоты (VFD) выпрямляет каждую пару фаз в постоянный ток и инвертирует постоянный ток в мощность для трехфазного выхода, что означает, что преобразователь частоты может использоваться с однофазным входом для управления трехфазным двигателем. Поддержка производителем различается, и осторожно рекомендуется снизить мощность привода на 1, разделенное на квадратный корень из 3 (около 58%). Также обратите внимание, что номинальная мощность частотно-регулируемого привода в л.с. / кВт предназначена для удобства выбора приводов, поскольку они рассчитаны по току.Например, для двигателя мощностью 10 л.с. (7,5 кВт) будет использоваться частотно-регулируемый привод мощностью 15 л. с. (11 кВт). Пользователю настоятельно рекомендуется сотрудничать с производителем привода при выборе и настройке частотно-регулируемого привода для этого использования.

Компрессоры, механический цех, деревообрабатывающее оборудование и декоративные фонтаны — хорошие кандидаты для этого метода. Вместо того, чтобы покупать дорогой однофазный двигатель, менять элементы управления и решать проблемы управления скоростью и пусковым крутящим моментом, лучше использовать частотно-регулируемый привод для управления существующим двигателем от однофазного источника питания.Для многих приложений мощностью до 5 л.с. (4 кВт) подходящий частотно-регулируемый привод можно приобрести гораздо дешевле, чем стоимость перемотки трехфазного двигателя и обеспечение необходимых средств управления для его работы.

Дополнительные преимущества заключаются в том, что трехфазный двигатель обычно дешевле покупать, органы управления не требуют замены или модификации, а частотно-регулируемый привод имеет дополнительный бонус в виде регулирования скорости. Лучше всего то, что вам не нужно портить выходные, помогая тому, кто не до конца понимает, что вы делаете.

Чак Юнг (Chuck Yung) — старший специалист по технической поддержке в Ассоциации обслуживания электроаппаратуры (EASA). EASA является контент-партнером CFE Media. Отредактировал Крис Вавра, редактор-постановщик CFE Media, [email protected]

ОНЛАЙН экстра

См. Дополнительные статьи EASA по ссылкам ниже.

Однофазные асинхронные двигатели | Двигатели переменного тока

Трехфазный двигатель может работать от однофазного источника питания. Однако он не запускается самостоятельно.Его можно запустить вручную в любом направлении и набрать скорость за несколько секунд. Он будет развивать только 2/3 номинальной мощности 3-φ, потому что одна обмотка не используется.

3-фазный двигатель работает от 1-фазного двигателя, но не запускается

Одна катушка однофазного двигателя

Единственная катушка однофазного асинхронного двигателя создает не вращающееся магнитное поле, а пульсирующее поле, достигающее максимальной напряженности при электрическом напряжении 0 ° и 180 °.

Однофазный статор создает невращающееся пульсирующее магнитное поле

Другая точка зрения состоит в том, что одиночная катушка, возбуждаемая однофазным током, создает два вектора магнитного поля, вращающихся в противоположных направлениях, совпадающих дважды за оборот при 0 ° (рисунок выше-a) и 180 ° (рисунок e). Когда векторы поворачиваются на 90 ° и -90 °, они отменяются на рисунке c.

При 45 ° и -45 ° (рисунок b) они частично складываются по оси + x и сокращаются по оси y.Аналогичная ситуация существует на рисунке d. Сумма этих двух векторов — это вектор, неподвижный в пространстве, но чередующийся во времени. Таким образом, пусковой крутящий момент не создается.

Однако, если ротор вращается вперед со скоростью немного меньшей, чем синхронная скорость, он будет развивать максимальный крутящий момент при 10% скольжении относительно вектора прямого вращения. Меньший крутящий момент будет развиваться выше или ниже 10% скольжения.

Ротор будет испытывать скольжение на 200% — 10% относительно вектора магнитного поля, вращающегося в противоположных направлениях.Небольшой крутящий момент (см. Кривую зависимости крутящего момента от скольжения), за исключением двойных частотных пульсаций, вырабатывается вектором встречного вращения. Таким образом, однофазная катушка будет развивать крутящий момент после запуска ротора.

Если ротор запускается в обратном направлении, он будет развивать такой же большой крутящий момент, поскольку он приближается к скорости вращающегося в обратном направлении вектора.

Однофазные асинхронные двигатели имеют медную или алюминиевую беличью клетку, встроенную в цилиндр из стальных пластин, типичных для многофазных асинхронных двигателей.

Двигатель с постоянным разделением конденсаторов

Одним из способов решения проблемы с однофазным двигателем является создание двухфазного двигателя, получающего двухфазное питание от однофазного. Для этого требуется двигатель с двумя обмотками, разнесенными на 90, °, , электрическими, питаемыми двумя фазами тока, смещенными во времени на 90, °, . Это называется конденсаторным двигателем с постоянным разделением.

Асинхронный двигатель с постоянным разделением конденсаторов

Этот тип двигателя подвержен увеличению величины тока и сдвигу во времени в обратном направлении, когда двигатель набирает скорость, с пульсациями крутящего момента на полной скорости.Решение состоит в том, чтобы уменьшить емкость конденсатора (импеданс), чтобы минимизировать потери.

Потери меньше, чем для двигателя с экранированными полюсами. Эта конфигурация двигателя хорошо работает до 1/4 лошадиных сил (200 Вт), хотя обычно применяется к двигателям меньшего размера. Направление двигателя легко изменить, включив конденсатор последовательно с другой обмоткой. Этот тип двигателя может быть адаптирован для использования в качестве серводвигателя, описанного в другом месте этой главы.

Однофазный асинхронный двигатель со встроенными катушками статора

Однофазные асинхронные двигатели могут иметь катушки, встроенные в статор двигателей большего размера.Тем не менее, меньшие размеры требуют менее сложных для создания концентрированных обмоток с выступающими полюсами.

Асинхронный двигатель с конденсаторным пуском

На рисунке ниже конденсатор большего размера может использоваться для запуска однофазного асинхронного двигателя через вспомогательную обмотку, если он отключается центробежным переключателем, когда двигатель набирает обороты. Кроме того, во вспомогательной обмотке может быть намного больше витков из более тяжелого провода, чем в двигателе с разделенным сопротивлением, чтобы уменьшить чрезмерное повышение температуры.

В результате для тяжелых нагрузок, таких как компрессоры кондиционеров, доступен больший пусковой крутящий момент. Эта конфигурация двигателя работает настолько хорошо, что доступна в многомощных (несколько киловаттных) размерах.

Асинхронный двигатель с конденсаторным пуском

Асинхронный двигатель с конденсаторным двигателем

Вариант двигателя с конденсаторным запуском (рисунок ниже) заключается в запуске двигателя с относительно большим конденсатором для высокого пускового момента, но после запуска оставляют конденсатор меньшей емкости на месте для улучшения рабочих характеристик, не потребляя чрезмерного тока.Дополнительная сложность конденсаторного двигателя оправдана для двигателей большего размера.

Асинхронный двигатель с конденсаторным двигателем

Пусковой конденсатор двигателя может быть неполярным электролитическим конденсатором с двойным анодом, который может представлять собой два последовательно соединенных поляризованных электролитических конденсатора + к + (или — к -). Такие электролитические конденсаторы переменного тока имеют такие высокие потери, что их можно использовать только в прерывистом режиме (1 секунда во включенном состоянии, 60 секунд в выключенном состоянии), например, при запуске двигателя.

Конденсатор для работы двигателя должен иметь не электролитическую конструкцию, а полимерный конденсатор с меньшими потерями.

Асинхронный двигатель с двухфазным электродвигателем с сопротивлением

Если во вспомогательной обмотке намного меньше витков, меньший провод размещен под углом 90 ° к главной обмотке, он может запустить однофазный асинхронный двигатель. При более низкой индуктивности и более высоком сопротивлении ток будет испытывать меньший фазовый сдвиг, чем основная обмотка.

Может быть получено около 30 ° разности фаз.Эта катушка создает умеренный пусковой момент, который отключается центробежным переключателем на 3/4 синхронной скорости. Эта простая (без конденсатора) конструкция хорошо подходит для двигателей мощностью до 1/3 лошадиных сил (250 Вт), управляющих легко запускаемыми нагрузками.

Асинхронный электродвигатель с разделенным фазным сопротивлением

Этот двигатель имеет больший пусковой крутящий момент, чем двигатель с экранированными полюсами (следующий раздел), но не такой большой, как двухфазный двигатель, построенный из тех же частей.Плотность тока во вспомогательной обмотке настолько высока во время запуска, что последующий быстрый рост температуры исключает частый перезапуск или медленные пусковые нагрузки.

Корректор коэффициента мощности Nola

Фрэнк Нола из НАСА предложил корректор коэффициента мощности для повышения эффективности асинхронных двигателей переменного тока в середине 1970-х годов. Он основан на предположении, что асинхронные двигатели неэффективны при нагрузке ниже полной. Эта неэффективность коррелирует с низким коэффициентом мощности.

Коэффициент мощности меньше единицы возникает из-за тока намагничивания, необходимого для статора.Этот фиксированный ток составляет большую долю от общего тока двигателя по мере уменьшения нагрузки двигателя. При небольшой нагрузке полный ток намагничивания не требуется. Его можно уменьшить, уменьшив подаваемое напряжение, улучшив коэффициент мощности и эффективность.

Корректор коэффициента мощности определяет коэффициент мощности и снижает напряжение двигателя, тем самым восстанавливая более высокий коэффициент мощности и уменьшая потери.

Поскольку однофазные двигатели примерно в 2–4 раза менее эффективны, чем трехфазные двигатели, существует потенциальная экономия энергии для двигателей 1-φ.Для полностью нагруженного двигателя нет экономии, поскольку требуется весь ток намагничивания статора.

Напряжение не может быть уменьшено. Но есть потенциальная экономия от менее чем полностью загруженного двигателя. Двигатель с номинальным напряжением 117 В переменного тока рассчитан на работу при напряжении от 127 В переменного тока до 104 В переменного тока. Это означает, что он не полностью загружен при работе с напряжением более 104 В переменного тока, например, с холодильником на 117 В переменного тока.

Контроллер коэффициента мощности может безопасно снизить сетевое напряжение до 104–110 В переменного тока.Чем выше начальное напряжение в сети, тем больше потенциальная экономия. Конечно, если энергокомпания подаст напряжение ближе к 110 В переменного тока, двигатель будет работать более эффективно без каких-либо дополнительных устройств.

Любой практически неработающий однофазный асинхронный двигатель с 25% FLC или менее является кандидатом на использование PFC. Однако он должен работать большое количество часов в год. И чем больше времени он простаивает, как на пилораме, штамповочном прессе или конвейере, тем выше вероятность оплаты контроллера через несколько лет эксплуатации.

За него должно быть втрое легче платить по сравнению с более эффективным 3-φ-двигателем. Стоимость PFC не может быть возмещена для двигателя, работающего всего несколько часов в день.

Описание: Однофазные асинхронные двигатели

  • Однофазные асинхронные двигатели не могут запускаться самостоятельно без вспомогательной обмотки статора, приводимой в действие противофазным током около 90 ° . После запуска вспомогательная обмотка необязательна.
  • Вспомогательная обмотка конденсаторного двигателя с постоянным разделением каналов имеет конденсатор, включенный последовательно с ней во время пуска и работы.
  • Асинхронный двигатель с конденсаторным запуском имеет только конденсатор, включенный последовательно со вспомогательной обмоткой во время запуска.
  • Двигатель с конденсаторным питанием обычно имеет большой неполяризованный электролитический конденсатор, последовательно включенный со вспомогательной обмоткой для запуска, а затем меньший неэлектролитический конденсатор во время работы.
  • Вспомогательная обмотка двигателя с разделенным фазным сопротивлением развивает разность фаз по сравнению с основной обмоткой во время пуска из-за разницы в сопротивлении.

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

Основная причина неисправностей однофазных двигателей

Большинство проблем с однофазными двигателями связаны с центробежным выключателем, термовыключателем или конденсатором (-ами). Если проблема в центробежном выключателе, термовыключателе или конденсаторе, двигатель обычно обслуживается и ремонтируется.Однако, если двигателю более 10 лет и он менее 1 л.с., двигатель обычно заменяют. Если двигатель менее 1/8 л.с., его почти всегда заменяют.

Поиск и устранение неисправностей однофазных (однофазных) двигателей

Двухфазный двигатель имеет пусковую и рабочую обмотки. Пусковая обмотка автоматически снимается центробежным переключателем по мере разгона двигателя. Некоторые электродвигатели с расщепленной фазой также включают термовыключатель, который автоматически выключает электродвигатель при его перегреве.Термовыключатели могут иметь ручной или автоматический сброс. Следует проявлять осторожность с любым двигателем с автоматическим сбросом, так как двигатель может автоматически перезапуститься в любое время.

Для диагностики двигателя с расщепленной фазой выполните следующую процедуру:

  1. Выключите питание двигателя. Осмотрите мотор. Замените двигатель, если он сгорел, вал заклинило или есть признаки повреждения.
  2. Проверьте, управляется ли двигатель термовыключателем.Если термовыключатель ручной, сбросьте термовыключатель и включите двигатель.
  3. Если двигатель не запускается, используйте вольтметр, например промышленный мультиметр Fluke 87V, для проверки напряжения на клеммах двигателя. Напряжение должно быть в пределах 10% от указанного напряжения двигателя. Если напряжение неправильное, устраните неисправность цепи, ведущей к двигателю. Если напряжение правильное, выключите двигатель, чтобы его можно было проверить.
  4. Выключите ручку предохранительного выключателя или комбинированного стартера.Заблокируйте и отметьте пусковой механизм в соответствии с политикой компании.
  5. При выключенном питании подключите Fluke 87V к тем же клеммам двигателя, от которых были отключены подводящие провода питания. Омметр покажет сопротивление пусковой и ходовой обмоток. Поскольку обмотки параллельны, их общее сопротивление меньше, чем сопротивление каждой обмотки в отдельности. Если счетчик показывает ноль, короткое замыкание. Если счетчик показывает бесконечность, имеется обрыв цепи. В любом случае двигатель следует заменить.Примечание. Размер двигателя слишком мал для того, чтобы его ремонт был рентабельным.
  6. Осмотрите центробежный выключатель на предмет признаков перегорания или поломки пружин. Если присутствуют какие-либо очевидные признаки проблем, отремонтируйте или замените переключатель. Если нет, проверьте переключатель с помощью омметра.

Вручную задействуйте центробежный выключатель. (Концевой колокол на стороне переключателя, возможно, придется удалить.) Если двигатель исправен, сопротивление на омметре уменьшится. Если сопротивление не меняется, проблема существует.Продолжайте проверять, чтобы определить проблему.

Устранение неисправностей конденсаторных двигателей

Конденсаторный двигатель — это двигатель с расщепленной фазой с добавлением одного или двух конденсаторов. Конденсаторы придают двигателю больший пусковой и / или рабочий крутящий момент. Устранение неисправностей конденсаторных двигателей похоже на поиск неисправностей в двигателях с расщепленной фазой. Единственное дополнительное устройство, которое следует учитывать, — это конденсатор.

Конденсаторы имеют ограниченный срок службы и часто являются проблемой конденсаторных двигателей. Конденсаторы могут иметь короткое замыкание, разрыв цепи или могут выйти из строя до такой степени, что их необходимо заменить.Износ может также изменить емкость конденсатора, что может вызвать дополнительные проблемы. При коротком замыкании конденсатора обмотка двигателя может перегореть. Когда конденсатор выходит из строя или открывается, двигатель имеет плохой пусковой момент. Низкий пусковой крутящий момент может помешать запуску двигателя, что обычно вызывает перегрузки.

Все конденсаторы имеют две проводящие поверхности, разделенные диэлектрическим материалом. Диэлектрический материал — это среда, в которой электрическое поле поддерживается при небольшой подаче внешней энергии или вообще без нее.Это тип материала, используемого для изоляции проводящих поверхностей конденсатора. Конденсаторы бывают масляные или электролитические. Масляные конденсаторы залиты маслом и опломбированы в металлическую емкость. Масло служит диэлектрическим материалом.

Электролитические конденсаторы используются в двигателях чаще, чем масляные. Электролитические конденсаторы образуются путем наматывания двух листов алюминиевой фольги, разделенных кусками тонкой бумаги, пропитанной электролитом. Электролит — это проводящая среда, в которой ток происходит за счет миграции ионов.В качестве диэлектрического материала используется электролит. Алюминиевая фольга и электролит заключены в картонную или алюминиевую крышку. Предусмотрено вентиляционное отверстие для предотвращения возможного взрыва в случае короткого замыкания или перегрева конденсатора.

Конденсаторы переменного тока

используются с конденсаторными двигателями. Конденсаторы, которые предназначены для подключения к сети переменного тока, не имеют полярности.

Для диагностики конденсаторного двигателя выполните следующую процедуру:

  1. Выключите ручку предохранительного выключателя или комбинированного стартера.Заблокируйте и отметьте пусковой механизм в соответствии с политикой компании.
  2. С помощью Fluke 87V измерьте напряжение на клеммах двигателя, чтобы убедиться, что питание отключено.
  3. Конденсаторы расположены на внешней раме двигателя. Снимаем крышку конденсатора. Внимание! Хороший конденсатор будет держать заряд даже при отключении питания.
  4. Осмотрите конденсатор на предмет утечки, трещин или вздутия.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.