ТРЕХФАЗНЫЙ — В БЫТОВУЮ СЕТЬ

«Для обработки приусадебного участка решил заменить на мотокультиваторе двигатель внутреннего сгорания электрическим. Достал уже и полуторакиловаттный электромотор. Но он трехфазный. Как его подключить к сети, где всего лишь одна фаза и «нулевка»?

Н. ПАРИН, Курская обл.»

«Слышал, что для работы трехфазных электромоторов в бытовой сети самодельщики используют фазосдвигающие (но не электролитические) конденсаторы большой емкости. Насколько это соответствует действительности?

В. КУПИКОВ, г. Днепропетровск»

Среди различных способов включения трехфазных асинхронных электродвигателей в однофазную сеть самый, пожалуй, простой и наиболее известный — с использованием конденсатора, называемого (в силу выполняемых им в данном случае функций) фазосдвигающим. При этом приходится мириться с неизбежной потерей мощности. Для электромотора с соединением обмоток «треугольником» даже в идеальном случае она составит 40—50 процентов от номинальной, которая указана в техпаспорте. Вдобавок ко всему, в зависимости от числа оборотов, набираемых двигателем, емкость у фазосдвигающего конденсатора должна меняться.

Последнее трудновыполнимо на практике. Довольствуются обычно двухступенчатой схемой управления, когда само включение осуществляется с использованием пускового конденсатора большой емкости (ввиду возникновения значительных токов в момент пуска) с последующей его заменой на рабочий с меньшим номиналом.

При соединении обмоток электродвигателя «треугольником» емкость рабочего конденсатора Ср определяется по формуле:

СР =4800 I/U,

где U — напряжение сети, В; I — потребляемый ток, А, который можно измерить амперметром или рассчитать, воспользовавшись известным математическим выражением:

I = P/1,73Uηcosφ,

где, кроме ранее приведенных обозначений, φ — кпд, cosφ — коэффициент мощности.

Что же касается емкости пускового конденсатора, то при значительной нагрузке на вал ее выбирают в 2—2,5 раза большую, чем номинал рабочего конденсатора. Ну а если электродвигатель будет эксплуатироваться в недогруженном режиме, то обе емкости следует уменьшить (см.табл.). Конденсаторы лучше использовать типа МГБО и им подобные с бумажным диэлектриком (МБГП, МБГЧ), а допустимые напряжения, на которые они должны быть рассчитаны, в полтора раза превышающие напряжение сети.

Типовая схема для включения и работы трехфазного асинхронного электродвигателя с такими конденсаторами обычно содержит и специальный шунт — достаточно мощный резистор сопротивлением 200—500 кОм, через который будет стекать заряд с отсоединенного «пусковика». В качестве SA1 —тумблер типа ТВ1-4. Служит он в данном случае переключателем реверса. SB1 — кнопка-пускатель ПНВС-10УХЛ2 (например, от стиральной машины). При нажатии на эту кнопку двигатель оказывается подключенным к сети с помощью параллельно соединяемых пускового и рабочего конденсаторов. После того как М1 весьма быстро наберет обороты, SB1 отпускают. Контакты SB1.2 размыкаются, но остальные остаются замкнутыми до тех пор, пока не возникнет необходимость остановить двигатель—уж такова конструкционная особенность ПНВС-10УХЛ2. То есть в рабочем режиме Сп оказывается отключенным от Ср, чего и требовалось достичь.

Иногда приходится сталкиваться с тем, что SB1.2 при отпущенной кнопке не отходит. Что ж, надо вмешаться и заставить все работать должным образом. Например, подложить под контакт шайбу.

Сложнее, если не удалось приобрести бумажные конденсаторы для цепи пуска. Из большеемкостных, скажем, достать смогли лишь электролитические. Для использования таких конденсаторов в качестве «пусковиков» существует особая схема включения — с полупроводниковыми диодами Д245—Д247 и им подобными, выдерживающими обратное напряжение не менее 300 В и прямой ток 10 А. При работе с двигателем большой мощности диоды спаривают и устанавливают в каждом из плечей на теплоотводы. В противном случае грозит пробой полупроводниковых приборов. Тогда через оксидные конденсаторы потечет переменный ток, и «электролиты» могут нагреться и разорваться.

По тем же причинам, кстати, не рекомендуется использование электролитических конденсаторов в качестве рабочих. Ведь токи там протекают немалые, да еще и продолжительное время. Далеко не каждый «электролит» способен выдержать столь тяжелый для него режим.

Если электродвигателю предстоит работать при больших динамических нагрузках на вал, можно рекомендовать схему, где пусковыми конденсаторами управляет токовое реле. Реагируя на изменение тока в обмотках (то есть на следствие динамических нагрузок, испытываемых ротором-валом), реле автоматически включает или отключает «пусковики», делая фазосдвигающую емкость соответственно большей или меньшей. Дело от этого только выигрывает.

Подобрать же нужное значение емкости бумажных и оксидных конденсаторов проще всего, добиваясь равенства токов в точках а, b, с. Причем последнее возможно при оптимальной нагрузке на вал двигателя.

Из других бытующих схем подключения трехфазного двигателя к однофазной сети нельзя не отметить оригинальное решение, позволяющее снизить потери мощности до 25 процентов. И все потому, что обмотки А и В включены противофазно. Причем на полные 220 В. Напряжение вращения определяется включением обмотки С. Чтобы ничего не напутать с включением обмоток, их фазирование показано точками.

Любителей же делать все основательно, с получением от техники максимальной отдачи, вероятно, заинтересует схема с резисторно-индуктивно-емкостным преобразователем однофазной сети 220 В в трехфазную. Ведь она позволяет предоставить двигателям возможность работать со сдвигом напряжений около 120° и токами в фазах до 4 А.

В преобразователе используются конденсаторы КБГ (МБГО, МБГП, МБГ-4), 700-ваттный резистор и дроссель на магнитопроводе с воздушным зазором. (Резистор из никелево-хромового провода диаметром 1,3—1,5 мм, намотанного на фарфоровом стержне или трубке диаметром 20—30 мм. Передвигаемая по обмотке скоба-контакт с фиксацией позволяет получать требуемое сопротивление для обеспечения надежной работы двигателя той или иной мощности.) Вместо индуктивности дросселя целесообразнее, видимо, указать его индуктивное сопротивление, которое легче определять и контролировать по отношению показаний вольтметра и амперметра. Так вот, на частоте 50 Гц оно должно быть равно 110 Ом (активным сопротивлением обмотки можно пренебречь).

Вообще-то форма и марка стали магнитопровода могут быть любыми. Главное, предусмотреть воздушный зазор, а следовательно, и возможность менять индуктивное сопротивление дросселя. Вполне подойдет, например, «железо» от силового трансформатора мощностью 270—450 Вт.

При магнитопроводе сечением 16 —18 мм2 для дросселя наматывается всего 600—700 витков провода диаметром 1,3—1,5 мм. Катушка эта пробная. Собрав с ней дроссель с примерным зазором, включают индуктивность в сеть для измерения реактивного сопротивления прообраза будущей детали. Затем выясняют, сколько витков нужно еще добавить (или отнять), чтобы получить требуемое XL.

Найденное таким образом общее число витков делят на три части в соотношении 1:1:2. Эти данные и используют при намотке настоящей дроссельной катушки, выполняемой на трехсекционном каркасе, размеры которого определяются габаритами и конфигурацией конкретного, выбранного для преобразователя магнитопровода. Если, например, найденное с помощью пробной катушки число витков будет равно 600, то у «настоящего» рабочего дросселя w1 = w2 = 150, а w3 = 300.

Нелишне, думается, напомнить, что приведенные выше данные — о преобразователе к трехфазному двигателю мощностью 1 кВт. Пересчет параметров на другую мощность следует вести по формулам:

где С1 — емкость одноименного конденсатора, мкФ; С2 — емкость второго (по схеме) конденсатора, мкФ; Р— мощность преобразователя, кВт; R1 — сопротивление резистора, Ом; XL — реактивное сопротивление дросселя. Ом; S — сечение магнитопровода, мм²; d — диаметр провода для намотки дросселя, мм; w1, w2, w3 — числа витков в соответствующей секции.

И еще несколько замечаний, касающихся особенностей конструкции преобразователя и используемых в ней деталей. Резистор, разумеется, должен охлаждаться хотя бы конвекционными потоками воздуха. В то же время необходимо предусмотреть и защиту от случайного прикосновения к нему и токопроводящим соединениям. Ну а дроссель желательно выполнить так, чтобы легко было менять зазор в магнитопроводе (следовательно, и регулировать индуктивное сопротивление у самого преобразователя). Например, с помощью деревянных брусков-прокладок, прочно фиксируемых стяжками на винтовой резьбе.

Преобразователь собирают в единое целое и помещают в металлический корпус, размеры которого определяются габаритами деталей и узлов конструкции. Весь электромонтаж— навесной.

А. КУХАРЕНКО, г. Гродно, Республика Беларусь