Строительство и ремонт

    Трехфазные электродвигатели в быту и любительской практике приводят в действие самые различные механизмы - циркулярную пилу, электрорубанок, вентилятор, сверлильный станок, насос. Чаще всего используются трехфазные асинхронные двигатели с коротко- замкнутым ротором. К сожалению, трехфазная сеть в быту - явление крайне редкое, поэтому для их питания от обычной электрической сети любители применяют:

♦   фазосдвигающий конденсатор, что не позволяет в полном объеме реализовать мощность и пусковые характеристики двигателя;

♦     тринисторные «фазосдвигающие» устройства, которые еще в большей степени снижают мощность на валу двигателей;

♦     другие различные емкостные или индуктивно-емкостные фазо­сдвигающие цепи.

   Но лучше всего - получить трехфазное напряжение из однофаз­ного с помощью электродвигателя, выполняющего функции генера­тора. Рассмотрим схемы, позволяющие, имея однофазное переменное напряжение, получить две недостающие фазы.

       Примечание.

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 дает воз­можность использовать трехфазный асинхронный электродвигатель для преобразования однофазного напряжения в трехфазное.

     Схема № 1. Например, обычный трехфазный асинхронный элек­тродвигатель с короткозамкнутым ротором для этого применил С. Гуров (с. Ильинка Ростовской обл.). У этого двигателя так же, как и у генератора, имеются: ротор; три статорные обмотки, сдвинутые в про­странстве на угол 120°.

     Подадим на одну из обмоток однофазное напряжение. Ротор дви­гателя не сможет самостоятельно начать вращение. Ему необходимо каким-либо способом дать начальный толчок. Далее он будет вращаться за счет взаимодействия с магнитным полем одной обмотки статора.

     Вывод.

Магнитный поток вращающегося ротора наведет ЭДС индукции в двух других статорных обмотках, т. е. недостающие фазы будут восстановлены.

    Ротор можно заставить вращаться, например, при помощи устрой­ства с пусковым конденсатором. Кстати, его емкость не обязательно должна быть большой, так как ротор асинхронного преобразователя приводится в движение без механической нагрузки на валу.

      Один из недостатков такого преоб­разователя - неодинаковые фазные напряжения, что приводит к сниже­нию КПД самого преобразователя и двигателя-нагрузки.

      Если дополнить устройство авто­трансформатором соответствующей мощности, включив его, как показано на рис. 1, можно добиться приблизи­тельного равенства фазных напряжений, переключая отводы. В качестве магнитопровода автотрансформатора был использован статор неисправного электродвигателя мощностью 17 кВт. Обмотка - 400 витков эмалирован­ного провода сечением 4-6 мм² с отводами после каждых 40 витков.

Рис. 1. Принципиальная схема преобразователя

     В качестве электродвигателей преобразователей лучше использо­вать «тихоходные» двигатели (до 1000 об/мин.).

     Они очень легко запускаются, отношение пускового тока к рабо­чему у них гораздо меньше, чем у двигателей с частотой вращения 3000 об/мин., а следовательно, «мягче» нагрузка на сеть.

      Правило.

Мощность двигателя, используемого в качестве преобразователя, должна быть больше, чем подключаемого к нему электропривода. Первым всегда следует запускать преобразователь, а затем под­ключать к нему потребители трехфазного тока. Выключают установку в обратной последовательности.

      Например, если преобразователем служит двигатель на 4 кВт, мощ­ность нагрузки не должна превышать 3 кВт. Преобразователь мощно­стью 4 кВт, рассмотренный выше и изготовленный С. Гуровым, исполь­зуется в его личном хозяйстве уже несколько лет. От него работают пилорама, крупорушка, точильный станок.

   Схемы № 2-4. 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°.

      Примечание.

Основное условие превращения асинхронного электродвигателя в преобразователь числа фаз - вращающийся ротор.

   Поэтому его следует предварительно раскрутить, например, с помо­щью обычного фазосдвигающего конденсатора.

    Емкость конденсатора рассчитывают по формуле:

 C=k*Iф/Uсети

   где к = 2800, если обмотки двигателя соединены звездой; к = 4800, если обмотки двигателя соединены треугольником; I_ф - номинальный фазный ток электродвигателя, А; U_ceти - 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.

     Примечание.

Конденсатор нужен только для пуска двигателя-генератора, затем его цепь разрывают, а 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 автором схем Клейменовым В. было испытано несколько различных электро­двигателей. Те из них, обмотки которых соединены звездой, с выводом от общей точки (ней­тралью) подключали по схеме, показанной на рис. 2. В случае соединения обмоток звездой без нейтрали или треугольником применяли схемы, показанные, соответственно, на рис. 3 и рис. 4.

Рис. 2. Схема преобразователя, обмотки двигателя в котором соединены звездой, с выводом от общей точки (нейтралью)

Рис. 3. Схема преобразователя обмотки двигателя в котором соединены звездой без нейтрали

Рис. 4. Схема преобразователя; обмотки двигателя в котором соединены треугольником

     Во всех случаях двигатель, запускали, нажав на кнопку SB1 и удерживая ее в течении 15 С, пока частота вращения ротора не достигнет номинальной. Затем замы­кали выключатель SA1, а кнопку отпу­скали.

     Схемы № 5. Обычно концы обмо­ток асинхронного трехфазного элек­тродвигателя выведены на трех- или шестиклеммную колодку. Если колодка трехклеммная, значит, фазные статорные обмотки соединены звездой или треугольником. Если же она шестиклеммная, фазные обмотки не подключены друг к другу (Я. Шаталов, п. Ирба Красноярского края).

     В последнем случае важно правильно их соединить. При включе­нии звездой одноименные выводы обмоток (начало или конец) сле­дует объединить в нулевую точку. Для того чтобы соединить обмотки треугольником, необходимо:

♦   конец первой обмотки соединить с началом второй;

♦   конец второй - с началом третьей;

♦   конец третьей - с началом первой.

      А как быть, если выводы обмоток электродвигателя не маркиро­ваны?

     Тогда поступают следующим образом. Омметром определяют три обмотки, условно обозначив их I, II и III. Чтобы найти начало и конец каждой из них, две любые соединяют последовательно и подают на них переменное напряжение 6-36 В. К третьей обмотке подключают вольтметр переменного тока (рис. 5).

Рис. 5. Схема подключения вольтметра для определения обмоток

      Наличие переменного напряжения свидетельствует о том, что обмотки I и II включены согласно, а отсутствие напряжения - встречно. В последнем случае выводы одной из обмоток следует поменять местами. После этого отмечают начало и конец обмоток I и II (одноименные выводы обмоток I и II на рис. 5 отмечены точками). Чтобы определить начало и конец обмотки III, меняют местами обмотки, например, II и III, и по описанной выше методике повторяют измерения.