Универсален еднофазен преобразувател на ток към трифазен
Универсален еднофазен преобразувател на ток към трифазен
Статията подчертава проблемите на работата на трифазни асинхронни двигатели в еднофазни мрежи. Предложеното устройство ви позволява да премахнете всички проблеми, произтичащи от това.
В момента много ентусиасти на дизайна, собственици на лични спомагателни парцели се интересуват от използването на трифазни асинхронни двигатели в еднофазна мрежа. Асинхронните двигатели са конструктивно много прости и непретенциозни в експлоатация, което осигурява най-голямото им разпределение сред потребителите. В същото време работата на трифазни двигатели в еднофазна мрежа е свързана с редица трудности. Както знаете от курса на електротехниката, трифазен променлив електрически ток генерира въртящо се магнитно поле, което създава въртящ момент на вала на двигателя. Еднофазен ток създава пулсиращо поле, което не е в състояние да приведе ротора на двигателя в ротация - такъв ток трябва да се преобразува в многофазен и едва след това да се подава към електродвигателя. Днес са известни голям брой методи за преобразуване на еднофазен ток в многофазен, но всички те, като правило, имат редица недостатъци:
- трудно е да се получи "чист" трифазен ток (постигане на 120 ° фазова разлика между фазите). В повечето случаи се получава двуфазен ток с фазова разлика от Δφ = 90 °. Работата при този ток ще доведе до значителна загуба на мощност на двигателя. Теоретично такива загуби възлизат на 30-40%, в действителност - много повече (50-60%). Например 800 W могат да останат от трифазен електродвигател с мощност 2 kW в еднофазна мрежа;
- еднофазните токови преобразуватели не са универсални. Те са създадени за определен електродвигател, имат ограничения на мощността и др. В същото време има някои видове трифазни електродвигатели, които не стартират в еднофазна мрежа по всички известни методи (вж. А. Адаменко и други. Еднофазни кондензаторни електродвигатели. Сб. "В помощ на радиолюбителя", 1975, № 49, стр. 69-77);
- наличието на реактивни елементи (обикновено кондензатори) за стартиране и експлоатация на електродвигател създава редица оперативни неудобства, прави конструкцията тромава и не винаги безопасна в ежедневието и т.н.
Предложеният универсален еднофазен към трифазен токов преобразувател, построен на базата на конвенционален трифазен електродвигател, е напълно лишен от тези недостатъци:
- е в състояние да произвежда "пълен" трифазен ток, вкл. напрежение 380 V;
- без загуба на мощност на двигателя;
- подходящ за всякакъв вид електродвигатели и всякаква мощност (мощността е ограничена от възможностите на електропреносната мрежа в рамките на 7 kW);
- структурно много проста. Човек със средни гимназиални умения ще го направи за 1-2 часа. За - неговата конструкция изисква трифазен асинхронен двигател с ротор с катерица с мощност 3-4 kW, един кондензатор с капацитет 40-60 μF и комплект монтажен проводник. Трифазният двигател не изисква никакви промени;
Помислете за основните принципи, лежащи в основата на работата на преобразувателя. За целта нека си припомним структурата и работата на трифазен синхронен генератор. Състои се от ротор и статор. Трите намотки на статора са отдалечени на 120 °. С помощта на външен източник на енергия роторът на генератора се завърта и неговият променящ се магнитен поток предизвиква индукционна ЕМП в намотките на статора. Ако намотките на статора са свързани към консуматора, във веригата ще се появи трифазен електрически ток. За да получите еднофазен ток, използвайте проводниците от една намотка на статора на трифазен генератор. Такъв ток се използва най-често за битови нужди и лично потребление.
Сега нека опитаме, като имаме една фаза, да възстановим останалите две. Вземете конвенционален трифазен асинхронен двигател с катерица. Той също така има ротор и три статорни намотки, които са отдалечени на 120 °. Нека приложим еднофазен ток към една от намотките. Поради горните причини роторът на такъв двигател няма да може да започне да се върти сам. Но ако от външна сила, за да му каже първоначалния въртящ момент, той ще се върти допълнително поради променливото еднофазно напрежение в една намотка. (Пропускам строгото научно обяснение на този факт, тъй като той е широко известен от курса по електротехника). Въртящият се ротор със своя магнитен поток ще индуцира ЕМП на индукция в другите две намотки на статора, т.е. ще възстанови липсващите две фази. По този начин получаваме нещо като въртящ се трифазен трансформатор. Една от намотките на двигателя, към която се подава променлив еднофазен ток от мрежата, се превръща в вълнуваща намотка, която формира магнитното поле на въртящия се ротор, а тя от своя страна възбужда променливо напрежение в останалите намотки.