Серед різних способів включення трифазних асинхронних електродвигунів в однофазну мережу самий, мабуть, простий і найбільш відомий – з використанням конденсатора, званого (з функцій, що виконуються ним в даному випадку) фазозсувним. У цьому доводиться миритися з неминучою втратою потужності. Для електромотора зі з’єднанням обмоток «трикутником» навіть у ідеальному випадку вона становитиме 40—50 відсотків від номінальної, яка вказана у техпаспорті. До того ж, залежно від кількості оборотів, що набираються двигуном, ємність у фазозсувного конденсатора повинна змінюватися.
Останнє важко здійснити на практиці. Задоволені зазвичай двоступінчастою схемою управління, коли саме включення здійснюється з використанням пускового конденсатора великої ємності (через виникнення значних струмів у момент пуску) з подальшою його заміною на робітник з меншим номіналом.
При з’єднанні обмоток електродвигуна трикутником ємність робочого конденсатора Сp визначається за формулою:
Cp = 4800 I/U,
де U – напруга мережі, В; I – струм, що споживається, А, який можна виміряти амперметром або розрахувати, скориставшись відомим математичним виразом:
I = P/1,73Uηcosφ
де, крім раніше наведених позначень, φ – ККД, cos φ – Коефіцієнт потужності.
Що ж до ємності пускового конденсатора, то при значному навантаженні на вал її вибирають у 2—2,5 рази більшу, ніж номінал робочого конденсатора. А якщо електродвигун буде експлуатуватися в недовантаженому режимі, то обидві ємності слід зменшити (див. табл.). Конденсатори краще використовувати типу МГБО та їм подібні з паперовим діелектриком (МБГП, МБГЧ), а допустимі напруги, на які вони повинні бути розраховані, що в півтора рази перевищують напругу мережі.
| P, кВт | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1,1 | 1,5 | 2,2 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| C р , мкФ | 40 | 60 | 80 | 100 | 150 | 230 |
| C р недогр., мкФ | 25 | 40 | 60 | 80 | 130 | 200 |
| C п , мкФ | 80 | 120 | 160 | 200 | 250 | 300 |
| C п недогр., мкФ | 20 | 35 | 45 | 60 | 80 | 100 |
Типова схема для включення та роботи трифазного асинхронного електродвигуна з такими конденсаторами зазвичай містить і спеціальний шунт – досить потужний резистор опором 200-500 кОм, через який стікатиме заряд з від’єднаного пусковика. Як SA1 – тумблер типу ТВ1-4. Служить він у разі перемикачем реверса. SB1 – кнопка-пускач ПНВС-10УХЛ2 (наприклад, від пральної машини). При натисканні на цю кнопку двигун виявляється підключеним до мережі за допомогою пускового і робочого конденсаторів, що паралельно з’єднуються.
Після того, як М1 дуже швидко набере обертів, SB1 відпускають. Контакти SB1.2 розмикаються, але інші залишаються замкнутими доти, доки не виникне потреба зупинити двигун — така вже конструкційна особливість ПНВС-10УХЛ2. Тобто в робочому режимі Сn виявляється відключеним від Сp, чого потрібно було досягти.
Іноді доводиться стикатися з тим, що при відпущеній кнопці SB1.2 не відходить. Що ж, треба втрутитися та змусити все працювати належним чином. Наприклад, підкласти під контакт шайбу.
Складніше, якщо не вдалось придбати паперові конденсатори для ланцюга пуску. З великоємнісних, скажімо, дістати змогли лише електролітичні. Для використання таких конденсаторів як «пусковики» існує особлива схема включення – з напівпровідниковими діодами Д245 – Д247 і їм подібними, що витримують зворотну напругу не менше 300 В і прямий струм 10 А. При роботі з двигуном великої потужності діоди спарюють і встановлюють у кожному з плечей на тепло. Інакше загрожує пробою напівпровідникових приладів. Тоді через оксидні конденсатори потече змінний струм, і електроліти можуть нагрітися і розірватися.
З тих же причин, до речі, не рекомендується використання електролітичних конденсаторів як робітники. Адже струми там протікають чималі та ще й тривалий час. Не кожен «електроліт» здатний витримати такий важкий йому режим.
Якщо електродвигуну доведеться працювати при великих динамічних навантаженнях на вал, можна рекомендувати схему, де пусковими конденсаторами управляє струмове реле. Реагуючи на зміну струму в обмотках (тобто на наслідок динамічних навантажень, що випробовуються ротором-валом), реле автоматично включає або відключає «пусковики», роблячи фазозсувну ємність відповідно більшою або меншою. Справа від цього лише виграє.
Підібрати потрібне значення ємності паперових і оксидних конденсаторів найпростіше, домагаючись рівності струмів в точках а, b, с. Причому останнє можливе при оптимальному навантаженні на вал двигуна.
З інших існуючих схем підключення трифазного двигуна до однофазної мережі не можна не відзначити оригінальне рішення, що дозволяє знизити втрати потужності до 25 відсотків. І все тому, що обмотки А та В включені протифазно. Причому на повні 220 В. Напруга обертання визначається включенням обмотки С. Щоб нічого не наплутати з включенням обмоток, їхнє фазування показано точками.
Любителів робити все ґрунтовно, з отриманням від техніки максимальної віддачі, ймовірно, зацікавить схема з резисторно-індуктивно-ємнісним перетворювачем однофазної мережі 220 В в трифазну. Адже вона дозволяє надати двигунам можливість працювати зі зсувом напруги близько 120° і струмами у фазах до 4 А.
У перетворювачі використовуються конденсатори КБГ (МБГО, МБГП, МБГ-4), 700-ватний резистор та дросель на магнітопроводі з повітряним зазором. (Резистор з нікелево-хромового дроту діаметром 1,3-1,5 мм, намотаного на фарфоровому стрижні або трубці діаметром 20-30 мм. Пересувається по обмотці скоба-контакт з фіксацією дозволяє отримувати необхідний опір для забезпечення надійної роботи двигуна тієї чи іншої потужності,). вказати його індуктивний опір, який легше визначати та контролювати стосовно показань вольтметра та амперметра. Так ось, на частоті 50 Гц воно повинно дорівнювати 110 Ом (активним опором обмотки можна знехтувати).
Взагалі-то форма та марка сталі магнітопроводу можуть бути будь-якими. Головне, передбачити повітряний зазор, а отже, і можливість змінювати індуктивний опір дроселя. Цілком підійде, наприклад, “залізо” від силового трансформатора потужністю 270-450 Вт.
1 – половина роз’ємної рами-обойми (гетинакс, текстоліт або, у крайньому випадку, дерево, 2 шт.); 2 – болт-стяжка (2 шт.); 3 – циліндрична пружина (2 шт.); 4 – половина магнітопроводу (2 шт.); 5 – прокладка-фіксатор зазору (дерево, 3 шт.)
При магнітопроводі перетином 16 – 18 мм 2 для дроселя намотується всього 600-700 витків дроту діаметром 1,3-1,5 мм. Котушка ця пробна. Зібравши з нею дросель із зразковим зазором, включають індуктивність у мережу для вимірювання реактивного опору прообразу майбутньої деталі. Потім з’ясовують, скільки витків потрібно ще додати (або відібрати), щоб отримати необхідне X L .
Знайдену таким чином загальну кількість витків ділять на три частини у співвідношенні 1:1:2. Ці дані і використовують при намотуванні справжньої котушки дросельної, виконуваної на трисекційному каркасі, розміри якого визначаються габаритами і конфігурацією конкретного, обраного для перетворювача магнитопровода. Якщо, наприклад, знайдене з допомогою пробної котушки число витків дорівнюватиме 600, то «справжнього» робочого дроселя w 1 = w 2 = 150, aw 3 = 300.
Не зайве, здається, нагадати, що наведені вище дані – про перетворювач до трифазного двигуна потужністю 1 кВт. Перерахунок параметрів іншу потужність слід вести за формулами:
де C1 – ємність однойменного конденсатора, мкФ; C2 – ємність другого (за схемою) конденсатора, мкФ; Р – потужність перетворювача, кВт; R 1 – Опір резистора, Ом; X L – реактивний опір дроселя, Ом; S – переріз магнітопроводу, мм 2 ; d – діаметр дроту для намотування дроселя, мм; w 1 , w 2 , w 3 – Числа витків у відповідній секції.
І ще кілька зауважень, що стосуються особливостей конструкції перетворювача і деталей, що використовуються в ній. Резистор, зрозуміло, повинен охолоджуватись хоча б конвекційними потоками повітря. У той же час необхідно передбачити захист від випадкового дотику до нього і струмопровідних з’єднань. Ну а дросель бажано виконати так, щоб легко було змінювати проміжок в магнітопроводі (отже, і регулювати індуктивний опір у самого перетворювача). Наприклад, за допомогою дерев’яних брусків-прокладок, що міцно фіксуються стяжками на гвинтовій різьбі.
Перетворювач збирають у єдине ціле та поміщають у металевий корпус, розміри якого визначаються габаритами деталей та вузлів конструкції. Весь електромонтаж – навісний.
«Для обробки присадибної ділянки вирішив замінити на мотокультиватор двигун двигун внутрішнього згоряння електричним. Дістав уже й півторакіловатний електромотор. Але він трифазний. Як його підключити до мережі, де лише одна фаза і «нульовка»?
Н. ПАРІН, Курська обл.»
«Чув, що для роботи трифазних електромоторів у побутовій мережі саморобники використовують фазозсувні (але не електролітичні) конденсатори великої ємності. Наскільки це відповідає дійсності?
В. КУЛИКІВ, м. Дніпропетровськ»
О. КУХАРЕНКО, м. Гродно, Республіка Білорусь