ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ - ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ОДНОФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ
В. КЛЕЙМЕНОВ, г. Москва
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/Uс, где К=2800, если обмотки двигателя соединены звездой, или 4800, если - треугольником; Iф - номинальный фазный ток электродвигателя, A; Uc - 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...5 с, пока частота вращения ротора не достигнет номинальной. Затем замыкали выключатель SA1, а кнопку отпускали. Результаты испытаний приведены в таблице. Индексы в обозначениях напряжений соответствуют номерам контактов розетки Х2 (см. рис. 1-3), между которыми их измеряли.
|
Двигатель |
Мощность, кВт |
Частота вращения, мин-1 |
Схема подключения |
С1, мкф |
U10, B |
U20, В |
U30, B |
U12, В |
U13, B |
U23, В |
|
УАД-72 |
0,25 |
2910 |
Рис. 1 |
3,8 |
220 |
155 |
148 |
368 |
278 |
245 |
|
УАД-72 |
0,25 |
2910 |
Рис. 3 |
3,8 |
|
|
|
220 |
205 |
195 |
|
АОЛ-22-4 |
0,4 |
1400 |
Рис. 1 |
20 |
220 |
150 |
145 |
380 |
280 |
280 |
|
АO2 |
4 |
2880 |
Рис.2 |
39 |
220 |
160 |
160 |
345 |
325 |
290 |
|
АO2 |
4 |
2880 |
Рис. 3 |
39 |
- |
- |
- |
220 |
210 |
197 |
|
АОЛ2 |
3 |
2880 |
Рис. 1 |
20 |
220 |
160 |
155 |
350 |
325 |
290 |
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.
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).
Под нагрузкой фазные и линейные напряжения изменялись на 2...5 %, сдвиг фаз между ними - на 5...6 град.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бирюков С. Три фазы - без потери мощности. - Радио, 2000, № 7, с. 37-39.
2. Белопольскии И. И. Источники питания радиоустройств. - М.: Энергия, 1971.
3. Карвовский Г.А., Окороков С. П. Справочник по асинхронным двигателям и пускорегулирующей аппаратуре. - М.: Энергия, 1969.
Радио, 2002 г., № 1, с.28.