Включение трехфазного двигателя в однофазную сеть без потерь энергии

Частотнный преобразователь для асинхронного двигателя

Электродвигатели асинхронного типа отличатся от всех других подобных конструкций значительными преимуществами.

Они имеют самое простое устройство, не используют при работе сложный узел коллекторно-щеточного механизма и за счет этого обладают меньшим весом, габаритами.

Благодаря этим качествам они не теряют свою работоспособность даже после отработки всего моторесурса промышленными станками и механизмами, а после их списания на производстве попадают в частные руки умельцев.

В статье мы кратко объясняем принцип работы асинхронного двигателя, даем советы домашнему мастеру по оптимальному подключению его в однофазную сеть своими руками за счет использования бюджетного частотного преобразователя напряжения.

Другие методы включения электродвигателя, основанные на способах использования фазосдвигающих цепочек тока за счет применения конденсаторов, здесь не указываем. Они уже описаны отдельной статьей, рассматривающей схемы включения обмоток по принципам звезды и треугольника.


Как работает трехфазный асинхронный двигатель

На статоре электродвигателя размещены три отдельных обмотки с изолированным проводом, уложенные в специальные пазы. Их выводы могут быть собраны по схеме звезды или треугольника. Более подробно этот вопрос описан в статье о возможных способах подключения в однофазную сеть 220.

Однако, рассмотренные там методы основаны на сдвиге вектора питающего напряжения однофазной сети для каждой фазы двигателя на угол 90 градусов. А в реальной трехфазной схеме вектора токов отстоят между собой на 120 градусов. Таким же образом формируются рабочие токи.

Формы синусоид векторов напряжений и токов в асинхронном двигателе

Показанные на картинке синусоидальные величины принято представлять векторной формой. Она более наглядно показывает симметричное приложение напряжений и создаваемые ими токи внутри каждой рабочей обмотке.

Виды векторных диаграмм у трехфазного двигателя
Использование же емкостных нагрузок или индуктивностей не обеспечивает симметричный сдвиг между питающим напряжением сети 220 и током в соседней обмотке. Угол недобора поворота вектора тока достигает 30 градусов или одну четвертую часть от требуемого значения.

За счет этого двигатель не может развить номинальную мощность, для которой он создан в трёхфазной схеме и потребляет дополнительную энергию, расходуемую на торможение. Недостатки такого подключения очевидны:

  • перерасход электроэнергии;
  • недостаточная мощность крутящего момента на валу.

Векторные диаграммы тока и напряжения

Как работает частотный преобразователь

Принцип создания синусоидальной гармоничной формы тока основан на использовании широтно-импульсной модуляции (ШИМ) пакетов напряжения. Для этого на вход обмотки подаются высокочастотные импульсы постоянного тока строго определенной протяженности, оформленные пакетами противоположной полярности от частотного преобразователя.

Ширина (длительность протекания) каждого импульса различна. Она больше в центре полугармоники и уменьшается к ее краям. Такое пилообразное, зубчатое напряжение подается на обмотку электродвигателя, которая, как известно, обладает активно-индуктивным сопротивлением и создает индуктивную нагрузку и ЭДС.

Графики напряжений и токов в обмотке асинхронного двигателя с частотным преобразователем
За счет ее энергии в обмотке происходит сглаживание высокочастотных пульсаций до формы синусоиды тока.

Характеристики чередования импульсов и пауз между ними обеспечиваются работой электронной схемы управления. Она занимается всем процессом преобразования по заданному алгоритму, учитывает условия технологии.

Всем циклом управления частотного преобразователя занимается микропроцессорное устройство, которое может иметь разные настройки и способы построения.

Принцип работы схемы частотного преобразователя демонстрирует рисунок.

Принцип работы частотного преобразователя
Двухфазное напряжение сети 220 вольт или трехфазное 380, как показано на картинке, выпрямляется мощным диодным мостом и поступает на блок стабилизации, где производится сглаживание пульсаций мощными конденсаторами.

Это стабилизированное напряжение поступает на инвертор, где работают мощные биполярные IGBT транзисторы с изолированным затвором. Они для каждой обмотки двигателя создают поток импульсов напряжения по строго заданному блоком управления закону.

В очень сложных промышленных преобразователях частоты, когда мощности транзисторов недостаточно для работы инвертора, устанавливают специальные тиристоры.

Преимущества частотного преобразования электроэнергии

В схемах преобразователей, работающих по принципу ШИМ модулирования напряжения, создаются наиболее благоприятные условия для управлением электродвигателем.

Включение в работу и останов

При запуске любого асинхронного двигателя обычным методом возникают апериодические составляющие токов, которые перегружают бытовую сеть и создают сверх нагрузку для электропроводки, влияют на работу точной электронной аппаратуры домашней сети.

Графики токов запуска асинхронного двигателя
Запуск двигателя с помощью частотного преобразователя может избавить домашнего мастера от подобных неприятностей. В большинстве их моделей специально реализована такая функция.

Реверс привода

За счет функций микропроцессорного управления можно не только влиять на характеристики запуска и останова, но изменять направление вращения двигателя.

Реверс вращения
В обычных моделях приводов для этих целей используются целые блоки на магнитных пускателях и реле с блок-контактами и концевыми выключателями, которые потребляют часть электрической энергии сети питания.

Регулирование скорости вращения

Это основное преимущество частотного преобразователя позволяет значительно экономить электрическую энергию, забирая ее столько, сколько необходимо потребить для обеспечения усилия крутящего момента на валу.

Устройство управления отслеживает его величину по току нагрузки и в результате этой обратной связи управляет работой транзисторов инвертора.

Принцип частотного регулирования скорости вращения асинхронного двигателя
Перечисленные три преимущества являются не единственными положительными чертами работы частотного регулирования. Но, экономное потребление электрической энергии сети при обеспечении максимально возможного крутящего момента считается наиболее привлекательной и полезной характеристикой для домашнего мастера.

Поэтому рекомендуем обратить внимание на работу частотных преобразователей, использовать их для подключения трехфазных асинхронных двигателей в однофазную сеть и обращать внимание на выходные характеристики и способы регулирования. Они у каждой модели могут иметь значительные отличия.

В заключение рекомендуем посмотреть видеоролик владельца Николая Черняк «Частотный преобразователь». Только критически отнеситесь к его информации о защитах.

Сейчас вам удобно задать вопрос в комментариях или поделиться материалом статьи с друзьями в соц сетях.

  1. 5
  2. 4
  3. 3
  4. 2
  5. 1
(8 голосов, в среднем: 5 из 5)

Ответить

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *