Включение 3 фазного двигателя в бытовую сеть

1. Простой способ включения трехфазного двигателя.

1.1. Выбор трехфазного двигателя для подключения в однофазную сеть.

Среди различных способов запуска трехфазных электродвигателей в однофазную сеть, наиболее простой базируется на подключении третьей обмотки через фазосдвигающий конденсатор. Полезная мощность развиваемая двигателем в этом случае составляет 50. 60% от его мощности в трехфазном включении. Не все трехфазные электродвигатели, однако, хорошо работают при подключении к однофазной сети. Среди таких электродвигателей можно выделить, например, с двойной клеткой короткозамкнутого ротора серии МА. В связи с этим при выборе трехфазных электродвигателей для работы в однофазной сети следует отдать предпочтение двигателям серий А, АО, АО2, АПН, УАД и др.

Для нормальной работы электродвигателя с конденсаторным пуском необходимо, чтобы емкость используемого конденсатора менялась в зависимости от числа оборотов. На практике это условие выполнить довольно сложно, поэтому используют двухступенчатое управление двигателем. При пуске двигателя подключают два конденсатора, а после разгона один конденсатор отключают и оставляют только рабочий конденсатор.

1.2. Расчет параметров и элементов электродвигателя.

Если, например, в паспорте электродвигателя указано напряжение его питания 220/380, то двигатель включают в однофазную сеть по схеме, представленной на рис. 1

Рис. 1 Принципиальная схема включения трехфазного электродвигателя в сеть 220 В:

С р — рабочий конденсатор;

С п — пусковой конденсатор;

После включения пакетного выключателя П1 замыкаются контакты П1.1 и П1.2, после этого необходимо сразу же нажать кнопку «Разгон». После набора оборотов кнопка отпускается. Реверсирование электродвигателя осуществляется путем переключения фазы на его обмотке тумблером SA1.

Емкость рабочего конденсатора Ср в случае соединения обмоток двигателя в «треугольник» определяется по формуле:

, где

Ср — емкость рабочего конденсатора в мкФ;
I — потребляемый электродвигателем ток в А;
U -напряжение в сети, В

А в случае соединения обмоток двигателя в «звезду» определяется по формуле:

, где

Ср — емкость рабочего конденсатора в мкФ;
I — потребляемый электродвигателем ток в А;
U -напряжение в сети, В

Потребляемый электродвигателем ток в выше приведенных формулах, при известной мощности электродвигателя, можно вычислить из следующего выражения:

, где

Р — мощность двигателя в Вт, указанная в его паспорте;
h — кпд;
cos j — коэффициент мощности;
U -напряжение в сети, В

Емкость пускового конденсатора Сп выбирают в 2..2,5 раза больше емкости рабочего конденсатора. Эти конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение в 1,5 раза больше напряжения сети. Для сети 220 В лучше использовать конденсаторы типа МБГО, МБПГ, МБГЧ с рабочим напряжением 500 В и выше. При условии кратковременного включения в качестве пусковых конденсаторов можно использовать и электролитические конденсаторы типа К50-3, ЭГЦ-М, КЭ-2 с рабочим напряжением не менее 450 В. Для большей надежности электролитические конденсаторы соединяют последовательно, соединяя между собой их минусовые выводы, и шунтируют диодами (рис. 2)

Общая емкость соединенных конденсаторов составит (С1+С2)/2.

На практике величину емкостей рабочих и пусковых конденсаторов выбирают в зависимости от мощности двигателя по табл. 1

Таблица 1. Значение емкостей рабочих и пусковых конденсаторов трехфазного электродвигателя в зависимости от его мощности при включении в сеть 220 В.

Мощность трехфазного двигателя, кВт	0,4	0,6	0,8	1,1	1,5	2,2
Минимальная емкость рабочего конденсатора Ср, мкФ	40	60	80	100	150	230
Минимальная емкость пускового конденсатора Ср, мкФ	80	120	160	200	250	300

Следует отметить, что у электродвигателя с конденсаторным пуском в режиме холостого хода по обмотке, питаемой через конденсатор, протекает ток на 20. 30 % превышающий номинальный. В связи с этим, если двигатель часто используется в недогруженном режиме или вхолостую, то в этом случае емкость конденсатора С_р следует уменьшить. Может случиться, что во время перегрузки электродвигатель остановился, тогда для его запуска снова подключают пусковой конденсатор, сняв нагрузку вообще или снизив ее до минимума.

Емкость пускового конденсатора С_п можно уменьшить при пуске электродвигателей на холостом ходу или с небольшой нагрузкой. Для включения, например, электродвигателя АО2 мощностью 2,2 кВт на 1420 об/мин можно использовать рабочий конденсатор емкостью 230 мкФ, а пусковой — 150 мкФ. В этом случае электродвигатель уверенно запускается при небольшой нагрузке на валу.

1.3. Переносной универсальный блок для пуска трехфазных электродвигателей мощностью около 0,5 кВт от сети 220 В.

Для запуска электродвигателей различных серий, мощностью около 0,5 кВт, от однофазной сети без реверсирования, можно собрать переносной универсальный пусковой блок (рис. 3)

При нажатии на кнопку SB1 срабатывает магнитный пускатель КМ1 (тумблер SA1 замкнут) и своей контактной системой КМ 1.1, КМ 1.2 подключает электродвигатель М1 к сети 220 В. Одновременно с этим третья контактная группа КМ 1.3 замыкает кнопку SB1. После полного разгона двигателя тумблером SA1 отключают пусковой конденсатор С1. Остановка двигателя осуществляется нажатием на кнопку SB2.

1.3.1. Детали.

В устройстве используется электродвигатель А471А4 (АО2-21-4) мощностью 0,55 кВт на 1420 об/мин и магнитный пускатель типа ПМЛ, рассчитанный на переменный ток напряжением 220 В. Кнопки SB1 и SB2 — спаренные типа ПКЕ612. В качестве переключателя SA1 используется тумблер Т2-1. В устройстве постоянный резистор R1 — проволочный, типа ПЭ-20, а резистор R2 типа МЛТ-2. Конденсаторы С1 и С2 типа МБГЧ на напряжение 400 В. Конденсатор С2 составлен из параллельно соединенных конденсаторов по 20 мкФ 400 В. Лампа HL1 типа КМ-24 и 100 мА.

Пусковое устройство смонтировано в металлическом корпусе размером 170х140х50 мм (рис. 4)

Рис. 4 Внешний вид пускового устройства и чертеж панели поз.7.

1- корпус	2 — ручка для переноски	3 — сигнальная лампа	4 — тумблер отключения пускового конденсатора
5 -кнопки «Пуск» и «Стоп»	6 — доработанная электровилка	7- панель с гнездами разъема

На верхней панели корпуса расположены кнопки «Пуск» и «Стоп» — сигнальная лампа и тумблер для отключения пускового конденсатора. На передней панели корпуса устройства находится разъем для подключения электродвигателя.

Для отключения пускового конденсатора можно использовать дополнительное реле К1, тогда надобность в тумблере SA1 отпадает, а конденсатор будет отключаться автоматически (рис.5)

При нажатии на кнопку SB1 срабатывает реле К1 и контактной парой К1.1 включает магнитный пускатель КМ1, а К1.2 — пусковой конденсатор С_п. Магнитный пускатель КМ1 самоблокируется с помощью своей контактной пары КМ 1.1, а контакты КМ 1.2 и КМ 1.3 подсоединяют электродвигатель к сети. Кнопку «Пуск» держат нажатой до полного разгона двигателя, а после отпускают. Реле К1 обесточивается и отключает пусковой конденсатор, который разряжается через резистор R2. В это же время магнитный пускатель КМ 1 остается включенным и обеспечивает питание электродвигателя в рабочем режиме. Для остановки электродвигателя следует нажать кнопку «Стоп». В усовершенствованном пусковом устройстве по схеме рис.5, можно использовать реле типа МКУ-48 или ему подобное.

2. Использование электролитических конденсаторов в схемах запуска электродвигателей.

При включении трехфазных асинхронных электродвигателей в однофазную сеть, как правило, используют обычные бумажные конденсаторы. Практика показала, что вместо громоздких бумажных конденсаторов можно использовать оксидные (электролитические) конденсаторы, которые имеют меньшие габариты и более доступны в плане покупки. Схема эквивалентной замены обычного бумажного дана на рис. 6

Положительная полуволна переменного тока проходит через цепочку VD1, С2, а отрицательная VD2, С2. Исходя из этого можно использовать оксидные конденсаторы с допустимым напряжением в два раза меньшим, чем для обычных конденсаторов той же емкости. Например, если в схеме для однофазно сети напряжением 220 В используется бумажный конденсатор на напряжение 400 В, то при его замене, по вышеприведенной схеме, можно использовать электролитический конденсатор на напряжение 200 В. В приведенной схеме емкости обоих конденсаторов одинаковы и выбираются аналогично методике выбора бумажных конденсаторов для пускового устройства.

2.1. Включение трехфазного двигателя в однофазную сеть с использованием электролитических конденсаторов.

Схема включения трехфазного двигателя в однофазную сеть с использованием электролитических конденсаторов приведена на рис.7.

В приведенной схеме, SA1 — переключатель направления вращения двигателя, SB1 — кнопка разгона двигателя, электролитические конденсаторы С1 и С3 используются для пуска двигателя, С2 и С4 — во время работы.

Подбор электролитических конденсаторов в схеме рис. 7 лучше производить с помощью токоизмерительных клещей. Измеряют токи в точках А, В, С и добивается равенства токов в этих точках путем ступенчатого подбора емкостей конденсаторов. Замеры проводят при нагруженном двигателе в том режиме, в котором предполагается его эксплуатация. Диоды VD1 и VD2 для сети 220 В выбираются с обратным максимально допустимым напряжением не менее 300 В. Максимальный прямой ток диода зависит от мощности двигателя. Для электродвигателей мощностью до 1 кВт подойдут диоды Д245, Д245А, Д246, Д246А, Д247 с прямым током 10 А. При большей мощности двигателя от 1 кВт до 2 кВт нужно взять более мощные диоды с соответствующим прямым током, или поставить несколько менее мощных диодов параллельно, установив их на радиаторы.

3. Включение мощных трехфазных двигателей в однофазную сеть.

Конденсаторная схема включения трехфазных двигателей в однофазную сеть позволяет получить от двигателя не более 60% от номинальной мощности, в то время как предел мощности эликтрифицированного устройства ограничивается 1,2 кВт. Этого явно недостаточно для работы электрорубанка или электропилы, которые должны иметь мощность 1,5. 2 кВт. Проблема в данном случае может быть решена использованием электродвигателя большей мощности, например, с мощностью 3. 4 кВт. Такого типа двигатели рассчитаны на напряжение 380 В, их обмотки соединены «звездой» и в клеммной коробке содержится всего 3 вывода. Включение такого двигателя в сеть 220 В приводит к снижению номинальной мощности двигателя в 3 раза и на 40 % при работе в однофазной сети. Такое снижение мощности делает двигатель непригодным для работы, но может быть использовано для раскрутки ротора вхолостую или с минимальной нагрузкой. Практика показывает, что большая часть электродвигателей уверенно разгоняется до номинальных оборотов, и в этом случае пусковые токи не превышают 20 А.

3.1. Доработка трехфазного двигателя.

Наиболее просто можно осуществить перевод мощного трехфазного двигателя в рабочий режим, если переделать его на однофазный режим работы, получая при этом 50 % номинальной мощности. Переключение двигателя в однофазный режим требует небольшой его доработки. Вскрывают клеммную коробку и определяют, с какой стороны крышки корпуса двигателя подходят выводы обмоток. Отворачивают болты крепления крышки и вынимают ее из корпуса двигателя. Находят место соединения трех обмоток в общую точку и подпаивают к общей точке дополнительный проводник с сечением, соответствующим сечению провода обмотки. Скрутку с подпаянным проводником изолируют изолентой или поливинилхлоридной трубкой, а дополнительный вывод протягивают в клеммную коробку. После этого крышку корпуса устанавливают на место.

Схема коммутации электродвигателя в этом случае будет иметь вид, показанный на рис. 8.

Рис. 8 Принципиальная схема коммутации обмоток трехфазного электродвигателя для включения в однофазную сеть.

Во время разгона двигателя используется соединение обмоток «звездой» с подключением фазосдвигающего конденсатора Сп. В рабочем режиме в сеть остается включенной только одна обмотка, и вращение ротора поддерживается пульсирующим магнитным полем. После переключения обмоток конденсатор Сп разряжается через резистор Rр. Работа представленной схемы была опробована с двигателем типа АИР-100S2Y3 (4 кВт, 2800 об/мин), установленном на самодельном деревообрабатывающем станке и показала свою эффективность.

3.1.1. Детали.

В схеме коммутации обмоток электродвигателя, в качестве коммутационного устройства SA1 следует использовать пакетный переключатель на рабочий ток не менее 16 А, например, переключатель типа ПП2-25/Н3 (двухполюсный с нейтралью, на ток 25 А). Переключатель SA2 может быть любого типа, но на ток не менее 16 А. Если реверс двигателя не требуется, то этот переключатель SA2 можно исключить из схемы.

Читать еще: СКУД - современные технологии на страже порядка

Недостатком предложенной схемы включения мощного трехфазного электродвигателя в однофазную сеть можно считать чувствительность двигателя к перегрузкам. Если нагрузка на валу достигнет половины мощности двигателя, то может произойти снижение скорости вращения вала вплоть до полной его остановки. В этом случае снимается нагрузка с вала двигателя. Переключатель переводится сначала в положение «Разгон», а потом в положение «Работа» и продолжают дальнейшую работу.

Для того, чтобы улучшить пусковые характеристики двигателей кроме пускового и рабочего конденсатора можно использовать еще и индуктивность, что улучшает равномерность загрузки фаз. Обо всем этом написано в статье Устройства запуска трехфазного электродвигателя с малыми потерями мощности

При написании статьи использовалась часть материалов из книги Пестрикова В.М. «Домашний электрик и не только. «

Подключение двигателя 380 на 220

380в — это напряжение между фазами в трёхфазной цепи (линейное), а 220в — напряжение между фазой и нулём (фазное) в той же самой цепи. В обычной однофазной цепи: дома, на даче или в гараже есть только два провода — ноль и фаза; сейчас в новых постройках появился защитный ноль (заземление) — провод жёлто-зелёного цвета, он подходит к «рогам» розетки, его в расчёт не принимаем, о заземлении разговор совсем другой.

Возникает вопрос о том, где взять недостающие фазы. Применение фазорасщепителя или инвертора (устройство, преобразующее однофазный электрический ток в трёхфазный) рассматривать не будем, не стоит принимать во внимание и индукционный с помощью катушек индуктивности способ сдвига фаз. Пойдём другим путём, ёмкостным — подключение электродвигателя 380 В на 220 В через конденсатор. Этот метод является самым простым и оптимальным, легким в реализации.

То, что имеется сам трёхфазный электродвигатель, ясно по умолчанию, нужно только определить схему подключения его обмоток и как подключить двигатель 380 на 220. Для этого надо вскрыть клеммную коробку электродвигателя и если в ней только три клеммы, стало быть, обмотки статора соединены звездой и для переделки на треугольник, а когда на шильдике движка указано рабочее напряжение 380 В, то это нужно, придётся открывать заднюю крышку мотора, искать выводы обмоток, переключать их. Тут рекомендуется позвать опытного электрика.

В коробке шесть клемм, расположенных двумя рядами — по три штуки в каждом. Рассмотрим возможные варианты

Три клеммы ОДНОГО ряда соединены между собой — звезда.
МЕЖДУРЯДНОЕ соединение клемм попарно — треугольник.

Схемы подключения обмоток двигателя

В трехфазных асинхронных электродвигателях применяется два варианта соединения – в звезду и треугольник. В трехфазных асинхронных электрических машинах, в зависимости от модели, можно реализовать схему:

Звезда;
Треугольник;
Звезда и треугольник.

Простейший способ определения возможностей конкретного асинхронного электромотора – посмотреть на шильд (металлическая пластина с техническими параметрами). На них обозначается в том числе и номинал рабочего напряжения для соответствующего соединения. Здесь может указываться обозначение только для звезды, только для треугольника или и тот и другой вариант одновременно, пример такой маркировки приведен на рисунке ниже:

Пример обозначения на шильде

Если шильд отсутствует или информация на нем стерлась, то схему подключения можно узнать, открыв блок распределения начал обмотки (БРНО). Если вы увидите 6 выводов, имеющих клеммные соединения, можно определить тип включения обмоток. Гораздо хуже, когда борно имеет только три вывода, а подключение производится внутри корпуса. В этом случае нужно разобрать трехфазный электромотор, чтобы увидеть способ соединения.

Звезда

Схема подключения трехфазного двигателя звездой предусматривает, что начало каждой обмотки объединяется в одну точку, а к их концам подключаются фазы от питающей линии. Такой тип обеспечивает значительно более плавный пуск и относительно щадящий режим работы. Однако мощность, с которой вращается ротор, в полтора раза ниже, чем при подключении треугольником. Схематически данное подключение выглядит следующим образом:

Схема подключения звезда

Как видите на рисунке, концы выводов обмоток трехфазного двигателя A2, B2, C2 соединены в один электрический узел. А к клеммам A1, B1, C1 – подключаются фазные провода, как правило, на 220 или 380 вольт.

Если рассматривать данную схему на примере борна, выглядеть оно будет так:

Соединение обмоток звездой

Треугольник

Чтобы подключить электродвигатель треугольником вам необходимо подвести конец одной обмотки к началу другой. И таким образом замкнуть обмотки в своеобразное кольцо, в точки соединения которых и подключаются выводы питающей линии. Схема соединения треугольником обеспечивает максимальный момент и усилие на валу, что особенно актуально для больших нагрузок. Однако и ток в обмотках при номинальной нагрузке также пропорционально повысится, не уже говоря о режимах перегрузки.

Поэтому включение трехфазного двигателя треугольником и требует понижения напряжения. К примеру, если одну и ту же электрическую машину можно подключить с соединением обмоток и треугольником, и звездой, то звезда будет иметь напряжение питания 380, а треугольник 220 вольт или 220 и 127 вольт соответственно. Схематически подключение обмоток треугольником будет выглядеть так:

Схема подключения треугольник

Как видите, соединение производится от A2 к B1, от B2 к C1, от C2 к A1, в некоторых моделях электрических машин маркировка выводов может отличаться, но на крышке борна будет отображаться их принадлежность к той или иной обмотке и возможные варианты соединения между собой.

Соединение обмоток треугольником

Как подобрать конденсаторы для трехфазного двигателя, используя его в сети 220в.

Первое, что нужно знать ― конденсаторы должны быть неполярными, то есть не электролитическими. Лучше всего использовать емкости марки ― МБГО. Их с успехом использовали в СССР и в наше время. Они прекрасно выдерживают напряжение, скачки тока и разрушающее воздействие окружающей среды.

Также они имеют проушины для крепления, помогающие без проблем расположить их в любой точке корпуса аппарата. К сожалению, достать их сейчас проблематично, но существует множество других современных конденсаторов ничем не хуже первых. Главное, чтобы, как уже говорилось выше, рабочее напряжение их не было меньше 400в.

Расчет конденсаторов. Емкость рабочего конденсатора.

Чтобы не обращаться к длинным формулам и мучить свой мозг, есть простой способ расчета конденсатора для двигателя на 380в. На каждые 100 Вт (0,1 кВт) берется — 7 мкФ. Например, если двигатель 1 кВт, то рассчитываем так: 7 * 10 = 70 мкФ. Такую емкость в одной банке найти крайне трудно, да и дорого. Поэтому чаще всего емкости соединяют в параллель, набирая нужную емкость.

Емкость пускового конденсатора.

Это значение берется из расчета в 2-3 раза больше, чем емкость рабочего конденсатора. Следует учитывать, что эта емкость берется в сумме с рабочей, то есть для двигателя 1 кВт рабочая равна 70 мкФ, умножаем ее на 2 или 3, и получаем необходимое значение. Это 70-140 мкФ дополнительной емкости — пусковой. В момент включения она соединяется с рабочей и в сумме получается — 140-210 мкФ.

Особенности подбора конденсаторов.

Конденсаторы как рабочие, так и пусковые можно подбирать методом от меньшего к большему. Так подобрав среднюю емкость, можно постепенно добавлять и следить за режимом работы двигателя, чтобы он не перегревался и имел достаточно мощности на валу. Также и пусковой конденсатор подбирают добавляя, пока он не будет запускаться плавно без задержек.

Кроме указанного выше типа конденсатора — МБГО, можно использовать тип — МБГЧ, МБГП, КГБ и тому подобные.

Преимущества схемы тиристорного преобразователя: автор В Соломыков

Эта разработка позволяет максимально эффективно сохранить мощность асинхронного двигателя при его подключении в однофазную сеть. Она является прообразом современных частотных преобразователей, но выполнена на старой и доступной элементной базе.

Тиристорный преобразователь позволяет сделать формы напряжений на каждой фазе очень похожими на идеальные, гармоничные синусоиды, под которые и создается асинхронный электродвигатель.

Питание от сети 220 вольт происходит через защиту — автоматический выключатель SF1 и диодный мост на базе Д233В.

Силовые выходные цепи образуются работой тиристорных ключей VS1-VS6.

Сдвиг фаз токов для питания каждой обмотки двигателя своим напряжением создается работой двух микросхем:

DD1 — К176ЛЕ5;
DD2 — К176 ИР2.

Они формируют такты сдвига напряжений сигналов в регистрах, а их сочетания подаются на входы управления тиристорами VS1÷VS6 через индивидуальные транзисторы VT1÷VT6 по запланированной временной диаграмме.

Логическая часть

Микросхема К176ИР2 вырабатывает по 2 раздельных 4-х разрядных регистра сдвига с четырьмя выходами Q от любого триггера. Каждый триггер двухступенчатый, типа D.

Ввод данных в регистр происходит через вход D. Также имеется вход для тактовых импульсов типа C. Они поступают через вход D 1-го триггера, а затем смещаются по ходу вправо на один такт.

Обнуление данных на выходе регистра Q происходит при поступлении на вход R (асинхронный сброс) напряжения логического уровня.

Таблица данных К176ИР2 и состояний регистров

Существует простой способ, позволяющий запитать трехфазный двигатель от бытовой однофазной сети с напряжением 220 В. Трехфазное напряжение получают путем сдвига фаз с помощью фазосдвигающего конденсатора. Делается это так.

В однофазной сети имеются два провода (фаза и ноль), между которыми существует сдвиг фаз 180 градусов. Для включения трехфазного двигателя нужны три проводника, напряжения на которых должны иметь сдвиг фаз 120 градусов. Поэтому, если подключить один из выводов двигателя к фазному проводнику напрямую, а другой – через фазосдвигающий конденсатор, то в совокупности с нулевым проводником и обмотками такая система будет трехфазной. Другими словами, будет обеспечен нужный режим питания.

Для расчета номинала фазосдвигающего конденсатора можно воспользоваться приближенной формулой:

где k – коэффициент, равный 4800 для схемы подключения «треугольник», 2800 – для «звезды», I – номинальный ток двигателя (указывается на шильдике), U – фазное напряжение (в нашем случае – 220 В).

Рабочее напряжение конденсатора следует выбирать не менее 400 В, при этом желательно использовать специальные конденсаторы для электродвигателей, на частоту 50 – 60 Гц.

Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

Как известно, при включении трёхфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть, по распространенным конденсаторным схемам: «треугольник», или «звезда», мощность двигателя используется только наполовину (в зависимости от применяемого двигателя).

Кроме того, затруднён запуск двигателя под нагрузкой.

В предлагаемой статье описан метод подключения двигателя без потери мощности.

В различных любительских электромеханических станках и приспособлениях чаще всего используются трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым 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. Существующие же тринисторные «фазосдвигающие» устройства еще в большей степени снижают мощность на валу двигателей.

Вариант схемы устройства запуска трехфазного электродвигателя без потери мощности приведен на рис. 1.

Обмотки двигателя 220/380 В соединены треугольником, а конденсатор С1 включен, как обычно, параллельно одной из них. Конденсатору «помогает» дроссель L1, включенный параллельно другой обмотке. При определенном соотношении емкости конденсатора С1, индуктивности дросселя L1 и мощности нагрузки можно получить сдвиг фаз между напряжениями на трех ветвях нагрузки, равный точно 120°.

На рис. 2 приведена векторная диаграмма напряжений для устройства, представленного на рис. 1, при чисто активной нагрузке R в каждой ветви. Линейный ток Iл в векторном виде равен разности токов Iз и Ia, а по абсолютному значению соответствует величине Iф√3, где Iф=I1=I2=I3=Uл/R — фазный ток нагрузки, Uл=U1=U2=U3=220 В — линейное напряжение сети.

К конденсатору С1 приложено напряжение Uc1=U2, ток через него равен Ic1 и по фазе опережает напряжение на 90°.

Аналогично к дросселю L1 приложено напряжение UL1=U3, ток через него IL1 отстает от напряжения на 90°.

При равенстве абсолютных величин токов Ic1 и IL1 их векторная разность при правильном выборе емкости и индуктивности может быть равной Iл.

Читать еще: Такая прекрасная жизнь за городом

Сдвиг фаз между токами Ic1 и IL1 составляет 60°, поэтому треугольник из векторов Iл, Iс1 и IL1 — равносторонний, а их абсолютная величина составляет Iс1=IL1=Iл=Iф√3. В свою очередь, фазный ток нагрузки Iф=Р/ЗUL, где Р — суммарная мощность нагрузки.

Иными словами, если емкость конденсатора С1 и индуктивность дросселя L1 выбрать такими, чтобы при поступлении на них напряжения 220 В ток через них был бы равен Ic1=IL1=P/(√3⋅Uл)=P/380, показанная на рис. 1 цепь L1C1 обеспечит на нагрузке трехфазное напряжение с точным соблюдением сдвига фаз.

Таблица 1

P, Вт	IC1=IL1, A	C1, мкФ	L1, Гн
100	0.26	3.8	2.66
200	0.53	7.6	1.33
300	0.79	11.4	0.89
400	1.05	15.2	0.67
500	1.32	19.0	0.53
600	1.58	22.9	0.44
700	1.84	26.7	0.38
800	2.11	30.5	0.33
900	2.37	34.3	0.30
1000	2.63	38.1	0.27
1100	2.89	41.9	0.24
1200	3.16	45.7	0.22
1300	3.42	49.5	0.20
1400	3.68	53.3	0.19
1500	3.95	57.1	0.18

В табл. 1 приведены значения тока Ic1=IL1. емкости конденсатора С1 и индуктивности дросселя L1 для различных величин полной мощности чисто активной нагрузки.

Реальная нагрузка в виде электродвигателя имеет значительную индуктивную составляющую. В результате линейный ток отстает по фазе от тока активной нагрузки на некоторый угол ф порядка 20. 40°.

На шильдиках электродвигателей обычно указывают не угол, а его косинус — широко известный cosφ, равный отношению активной составляющей линейного тока к его полному значению.

Индуктивную составляющую тока, протекающего через нагрузку устройства, показанного на рис. 1, можно представить в виде токов, проходящих через некоторые катушки индуктивности Lн, подключенные параллельно активным сопротивлениям нагрузки (рис. 3,а), или, что эквивалентно, параллельно С1, L1 и сетевым проводам.

Из рис. 3,б видно, что поскольку ток через индуктивность противофазен току через емкость, катушки индуктивности LH уменьшают ток через емкостную ветвь фазосдвигающей цепи и увеличивают через индуктивную. Поэтому для сохранения фазы напряжения на выходе фазосдвигающей цепи ток через конденсатор С1 необходимо увеличить и через катушку уменьшить

Векторная диаграмма для нагрузки с индуктивной составляющей усложняется. Ее фрагмент, позволяющий произвести необходимые расчеты, приведен на рис. 4.

Полный линейный ток Iл разложен здесь на две составляющие: активную Iлcosφ и реактивную Iлsinφ.

В результате решения системы уравнений для определения необходимых значений токов через конденсатор С1 и катушку L1:

IC1sin30° + IL1sin30° = Iлcosφ, IC1cos30° — IL1cos30° = Iлsinφ,

получаем следующие значения этих токов:

IC1 = 2/√3⋅Iлsin(φ+60°), IL1 = 2/√3⋅Iлcos(φ+30°).

При чисто активной нагрузке (φ=0) формулы дают ранее полученный результат Ic1=IL1=Iл.

На рис. 5 приведены зависимости отношений токов Ic1 и IL1 к Iл от cosφ, рассчитанные по этим формулам Для (cosφ = √3/2 = 0,87) ток конденсатора С1 максимален и равен 2/√3Iл = 1.15Iл, а ток дросселя L1 вдвое меньше.

Этими же соотношениями с хорошей степенью точности можно пользоваться для типовых значений cosφ, равных 0,85. 0,9.

Таблица 2

P, Вт	IC1, A	IL1, A	C1, мкФ	L1, Гн
100	0.35	0.18	5.1	3.99
200	0.70	0.35	10.2	2.00
300	1.05	0.53	15.2	1.33
400	1.40	0.70	20.3	1.00
500	1.75	0.88	25.4	0.80
600	2.11	1.05	30.5	0.67
700	2.46	1.23	35.6	0.57
800	2.81	1.40	40.6	0.50
900	3.16	1.58	45.7	0.44
1000	3.51	1.75	50.8	0.40
1100	3.86	1.93	55.9	0.36
1200	4.21	2.11	61.0	0.33
1300	4.56	2.28	66.0	0.31
1400	4.91	2.46	71.1	0.29
1500	5.26	2.63	76.2	0.27

В табл. 2 приведены значения токов IC1, IL1, протекающих через конденсатор С1 и дроссель L1 при различных величинах полной мощности нагрузки, имеющей указанное выше значение cosφ = √3/2.

Для такой фазосдвигающей цепи используют конденсаторы МБГО, МБГП, МБГТ, К42-4 на рабочее напряжение не менее 600 В или МБГЧ, К42-19 на напряжение не менее 250 В.

Дроссель проще всего изготовить из трансформатора питания стержневой конструкции от старого лампового телевизора. Ток холостого хода первичной обмотки такого трансформатора при напряжении 220 В обычно не превышает 100 мА и имеет нелинейную зависимость от приложенного напряжения.

Если же в магнитопровод ввести зазор порядка 0,2. 1 мм, ток существенно возрастет, а зависимость его от напряжения станет линейной.

Сетевые обмотки трансформаторов ТС могут быть соединены так, что номинальное напряжение на них составит 220 В (перемычка между выводами 2 и 2′), 237 В (перемычка между выводами 2 и 3′) или 254 В (перемычка между выводами 3 и 3′). Сетевое напряжение чаще всего подают на выводы 1 и 1′. В зависимости от вида соединения меняются индуктивность и ток обмотки.

В табл. 3 приведены значения тока в первичной обмотке трансформатора ТС-200-2 при подаче на нее напряжения 220 В при различных зазорах в магнитопроводе и разном включении секций обмоток.

Сопоставление данных табл. 3 и 2 позволяет сделать вывод, что указанный трансформатор можно установить в фазосдвигающую цепь двигателя с мощностью примерно от 300 до 800 Вт и, подбирая зазор и схему включения обмоток, получить необходимую величину тока.

Индуктивность изменяется также в зависимости от синфазного или противофазного соединения сетевой и низковольтных (например, накальных) обмоток трансформатора.

Максимальный ток может несколько превышать номинальный ток в рабочем режиме. В этом случае для облегчения теплового режима целесообразно снять с трансформатора все вторичные обмотки, часть низковольтных обмоток можно использовать для питания цепей автоматики устройства, в котором работает электродвигатель.

Таблица 3

Зазор в магнитопроводе, мм	Ток в сетевой обмотке, A, при соединении выводов на напряжение, В
Зазор в магнитопроводе, мм	220	237	254
0.2	0.63	0.54	0.46
0.5	1.26	1.06	0.93
1	—	2.05	1.75

В табл. 4 приведены номинальные величины токов первичных обмоток трансформаторов различных телевизоров и ориентировочные значения мощности двигателя, с которыми их целесообразно использовать фазосдвигающую LC-цепь следует рассчитывать для максимально возможной нагрузки электродвигателя.

Таблица 4

Трансформатор	Номинальный ток, A	Мощность двигателя, Вт
ТС-360М	1.8	600. 1500
ТС-330К-1	1.6	500. 1350
СТ-320	1.6	500. 1350
СТ-310	1.5	470. 1250
ТСА-270-1, ТСА-270-2, ТСА-270-3	1.25	400. 1250
ТС-250, ТС-250-1, ТС-250-2, ТС-250-2М, ТС-250-2П	1.1	350. 900
ТС-200К	1	330. 850
ТС-200-2	0.95	300. 800
ТС-180, ТС-180-2, ТС-180-4, ТС-180-2В	0.87	275. 700

При меньшей нагрузке необходимый сдвиг фаз уже не будет выдерживаться, но пусковые характеристики по сравнению с использованием одного конденсатора улучшатся.

Экспериментальная проверка проводилась как с чисто активной нагрузкой, так и с электродвигателем.

Функции активной нагрузки выполняли по две параллельно соединенных лампы накаливания мощностью 60 и 75 Вт, включенные в каждую нагрузочную цепь устройства (см рис. 1), что соответствовало общей мощности 400 Вт В соответствии с табл. 1 емкость конденсатора С1 составляла 15 мкф Зазор в магнитопроводе трансформатора ТС-200-2 (0,5 мм) и схема соединения обмоток (на 237 В) были выбраны из соображений обеспечения необходимого тока 1,05 А.

Измеренные на нагрузочных цепях напряжения U1, U2, U3 отличались друг от друга на 2. 3 В, что подтверждало высокую симметрию трехфазного напряжения.

Эксперименты проводились также с трехфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором АОЛ22-43Ф мощностью 400 Вт. Он работал с конденсатором С1 емкостью 20 мкф (кстати, такой же, как и при работе двигателя только с одним фазосдвигающим конденсатором) и с трансформатором, зазор и соединение обмоток которого выбраны из условия получения тока 0,7 А.

В результате удалось быстро запустить двигатель без пускового конденсатора и заметно увеличить крутящий момент, ощущаемый при торможении шкива на валу двигателя.

К сожалению, провести более объективную проверку затруднительно, поскольку в любительских условиях практически невозможно обеспечить нормированную механическую нагрузку на двигатель.

Следует помнить, что фазосдвигающая цепь — это последовательный колебательный контур, настроенный на частоту 50 Гц (для варианта чисто активной нагрузки), и без нагрузки подключать к сети эту цепь нельзя.

Практические схемы включения.

Работает схема следующим образом: при переводе переключателя в положение 3 и нажатии на кнопку К1 происходит пуск двигателя, после отпускания кнопки остается только рабочий конденсатор и двигатель работает на полезную нагрузку. При переводе переключателя в положение 1, на обмотку двигателя подается постоянный ток и двигатель тормозится, после остановки необходимо перевести переключатель в положениие 2, иначе двигатель сгорит, поэтому переключатель должен быть специальным и фиксироваться только в положении 3 и 2, а положение 1 должно быть включено только при удержании. При мощности двигателя до 300Вт и необходимости быстрого торможения, гасяший резистор можно не применять, при большей мощности сопротивление резистора подбирается по желаемому времени торможения, но не должно быть меньше сопротивления обмотки двигателя.

Схема реверсивного включения и торможения.

Еще одна не совсем обычная схема автоматического включения.

Стоимость неполярных конденсаторов достаточно высока, да и не везде их можно найти. Поэтому, если их нет, можно применить электролитические конденсаторы, включенные по схеме не намного сложнее. Емкость их достаточно велика при небольшом объеме, они не дефицитны и не дороги. Но нужно учесть вновь возникшие факторы. Рабочее напряжение должно быть не менее 350 Вольт, включаться они могут только парами, как указано на схеме черным цветом, а в таком случае емкость уменьшается вдвое. И если двигателю для работы нужно 100 мкФ, то конденсаторы С1 и С2 должны быть по 200мкФ.
У электролитических конденсаторов большой допуск по емкости, поэтому лучше собрать батарею конденсаторов (обозначена зеленым цветом), легче будет подбирать фактическую емкость нужную двигателю и кроме того у электролитов очень тонкие выводы, а ток при большой емкости может достигать значительных величин и выводы могут греться, а при внутреннем обрыве вызвать взрыв конденсатора. Поэтому вся батарея конденсаторов должна находиться в закрытой коробке, особенно во время экспериментов. Диоды должны быть с запасом по напряжению и по току, необходимому для работы. До 2кВт вполне подойдут Д 245 — 248. При пробое диода сгорает ( взрывается) конденсатор. Взрыв конечно сказано громко, пластмассовая коробка вполне защитит от разлета деталей конденсатора и от блестящего серпантина тоже. Ну вот, страшилки рассказаны, теперь немного конструкции. Как видно из схемы, минусы всех конденсаторов соединены вместе и, стало быть, конденсаторы старой конструкции с минусом на корпусе можно просто плотно перемотать изолентой и поместить в пластмассовую коробку соответствующих размеров. Диоды нужно расположить на изоляционной пластинке и при большой мощности поставить их на небольшие радиаторы, а если мощность не велика и диоды не греются, то их можно поместить в ту же коробку. Включенные по такой схеме электролитические конденсаторы, вполне успешно работают как пусковыми так и рабочими.

Сейчас в доводке электронная схема включения, но пока она сложна в повторении и настройке.