Трехфазное напряжение из электродвигателя

Трехфазное напряжение из электродвигателя

  Трехфазные электродвигатели в быту и любительской практике 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, емкость которого рассчитывают по формуле С=К*Iф/Uc. где К=2800 если обмотки двигателя соединены звездой, или 4800, если — треугольником, Iф — номинальный фазный ток электродвигателя, A, U — напряжение однофазной сети, В. Можно применять конденсаторы МБГО, МБГП. МБГТ К42-4 на рабочее напряжение не менее 600 В или МБГЧ. К42-19 на напряжение не менее 250 В 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.

Двигатель	P, кВт	Мин-1	Схема	С1, мкф	U10, В	U20, В	U30, R	U12, В	U13,В	U23, B
УАД-72	0,25	2910	Рис 1	38	220	155	148	368	278	245
УАД-72	0,25	2S10	Рис 3	38	—	—	—	220	205	195
АОЛ-22-4	0,4	1400	Рис 1	20	220	150	145	38С	280	280
А02	4	2880	Рис 2	39	220	160	160	345	325	290
А02	4	2880	Рис 3	39	—	—	—	22С	210	197
АОЛ2	3	2880	Рис 1	20	220	160	155	35С	325	290

  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).

ЛИТЕРАТУРА
1. Бирюков С., "Три фазы- без потери мощности", Радио № 7, 2000, с 37-39
2. Белопольский И. И., "Источники питания радиоустроиств", Энергия 1971
3. Карвовский Г.А., Окороков С. П., "Справочник по асинхронным двигателям", Энергия 1969

Радио №1, 2002
Источник: shems.h1.ru