Filter zur Stromversorgung des Elektromotors. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Die Elektromotoren

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Im Alltag ist es oft notwendig, Elektrogeräte über einen DC-AC-Wandler aus einer Batterie mit Strom zu versorgen. Die meisten Geräte, die für eine sinusförmige Spannung ausgelegt sind, arbeiten auch ganz normal mit den von solchen Wandlern erzeugten Rechteckimpulsen. Leider zählen dazu keine Asynchronmotoren, wie sie beispielsweise Umwälzpumpen in Heizungsanlagen antreiben. Ein erheblicher Teil der harmonischen Komponenten, die reich an nicht-sinusförmiger Spannung sind, wird in solchen Motoren nutzlos in Wärme umgewandelt, der Rest stört die Gleichmäßigkeit der Rotation des Magnetfelds. Zur Unterdrückung von Oberwellen ist ein Filter erforderlich, dessen Schema und Berechnungsmethode vom Autor des veröffentlichten Artikels vorgeschlagen wird.

Um einen Asynchronmotor aus einer rechteckigen Spannungsquelle zu versorgen, eignet sich am besten der Filter, dessen Schaltung in Abb. 1 dargestellt ist. XNUMX. Es überträgt die erste Harmonische mit geringer oder keiner Dämpfung an die Last und dämpft die höheren Harmonischen recht stark.

Das Ersatzschaltbild des auf den Elektromotor geladenen Filters ist in Abb. dargestellt. 2. Der Motor wird durch eine Parallelschaltung des aktiven Widerstands Rd und seiner eigenen Induktivität Ld dargestellt. Berücksichtigt wird auch R1 – der aktive Widerstand der Induktivität (Drossel) L1. Beide Schwingkreise – seriell L1C1 und parallel LDS2 – sind auf die Impulsfolgefrequenz der Eingangsspannung abgestimmt.

Berechnen wir die Elemente eines Filters für einen Asynchronmotor, auf dessen Typenschild folgende Parameter angegeben sind: Spannung U - 220 V, Frequenz F - 50 Hz, Leistung P - 75 W, cos<φ - 0,6. Für weitere Berechnungen sind außerdem der Wert der Kreisfrequenz Ω = 2πF = 6,28 50 = 314s-1 und der Wert von sinφ =√ erforderlich1-cos2φ = 0,8.

Der Wirkanteil des vom Motor aufgenommenen Stroms lR = P / U = = 75/220 = 0,341 A, reaktiv – LL = IR (sinφ / cosφ) – 0,341 0,8 / 0,6 = 0,454 A, woraus Rd = U / IR = 220 / 0,341 = 645 Ohm; Xl \u220d U / IL \u0,454d 484 / 484 \u314d 1,51 Ohm; Ld \u2d XL / φ \u50d \u2d 106/2 \u106d 3142 Gn. Damit die Resonanzfrequenz des Schaltkreises LdС1,51 6,58 Hz beträgt, ist ein Kondensator mit einer Kapazität СXNUMX = = XNUMX / (φXNUMXLd) = XNUMX / (XNUMX XNUMX) = XNUMX μF erforderlich.

Gehen Sie davon aus, dass der Filter eine Drossel aus einer Lampe mit Leuchtstofflampen mit einer Leistung von 1 W als L80 hat. Auf dem Typenschild der Drossel sind folgende Daten zu finden: Versorgungsspannung U - 220 V, Frequenz F-50 Hz, Bemessungsbetriebsstrom IH - 0,84 A, cosφ - 0,5 (sinφ = √1-cos2φ0,866 =)

Bei Resonanz im CS2-Kreis wird die Blindkomponente des Motorstroms durch den Strom des Kondensators C2 kompensiert. Die aktive Komponente des durch den Induktor fließenden Motorstroms (0,341 A) beträgt viel weniger als 0,84 A, sodass das Temperaturregime des Induktors keinen Anlass zur Sorge gibt

Die von der Lampe aus dem Netzwerk verbrauchte Leistung beträgt РСв - Uín = 220 · 0,84 · 0,5 = 92,4 W, wovon 80 auf die Lampe entfallen und die restlichen 12,4 von R1, dem aktiven Widerstand der Induktivität, abgeführt werden. Der aktive Widerstand der gesamten Lampe RCв \u220d U / IH cosφ \u0,84d \u0,5d 131 / (1 12,4) \u92,4d 131 Ohm wird im gleichen Verhältnis wie die Leistung zwischen der Lampe und dem Induktor verteilt, daher R0,134 \u17,60d RCB ( XNUMX / XNUMX) = XNUMX-XNUMX = XNUMX m.

Der induktive Widerstand der Lampe Хсв = U/In·sinφ = (220/0,84)∙0,866 = = 227 Ohm kann vollständig der Drossel zugeschrieben werden, deren Induktivität L1 = Хсвφ = 227/314 = 0,723 H beträgt. Der Schwingkreis L1C1 wird auf eine Frequenz von 50 Hz abgestimmt, wenn C1 \u106d 2 / ( φ1 L106) \u3142d \u0,723d 14 / (XNUMX - XNUMX) \uXNUMXd XNUMX Mikrofarad.

Unter Berücksichtigung der Gleichheit der Reaktanzen der Induktivität L1 und des Kondensators C1 bei Resonanz berechnen wir, dass die Amplitude der Spannung am Kondensator während des Motorbetriebs um ein Vielfaches ansteigt. Proportional zum Strom steigt auch die Spannung. Daher sollte dieser Kondensator mit einer zulässigen Spannung ausgewählt werden, die das Zehnfache oder mehr der oben berechneten Werte beträgt.

Die Unterdrückungskoeffizienten der Oberschwingungen der Eingangsstoßspannung durch den Filter können mit der Formel berechnet werden, die aus der in [1] angegebenen Formel abgeleitet ist:

dn = 1 - L1/Ld(1 - 1/n2)2, wobei n die harmonische Zahl ist.

Mit den oben gefundenen Werten von L1 und Ld wird die dritte Harmonische (Frequenz 150 Hz) bei 3,4, die fünfte (250 Hz) – bei 11, die siebte (350 Hz) – bei 22,5 und die neunte (450) unterdrückt Hz) - bei 37,8, 3 mal. Geradzahlige Harmonische in der in Abb. gezeigten Eingangsspannungswellenform. 1 (Kurve XNUMX) fehlen und es macht keinen Sinn, ihre Unterdrückungskoeffizienten zu berechnen.

Die Amplitude der ersten Harmonischen der Eingangsspannung (Kurve 2 in Abb. 3) beträgt Um1 = 1,27Um, wobei Um die Amplitude der Impulse ist. Der Koeffizient 1,27 für Impulse anderer Form wird unterschiedlich sein, seine Werte finden sich beispielsweise in [2]. Die effektive Spannung der ersten Harmonischen beträgt U1 = 0,707 Um1 = 0,9 Um, daher Um = 1.1 U1. Die Spannung am Filterausgang ist um den Abfall am aktiven Widerstand der Induktivität geringer, sodass der Motor im Nennmodus arbeiten kann , muss der Wandler Rechteckimpulse („Mäander“) mit der Amplitude Um = 1,1 U1 Rd / (Rd + R1) = 1,1 220 645 / (645 + 17,6) = 236 V erzeugen.

Die Richtigkeit der Berechnungen wurde durch Computersimulation des entwickelten Filters mit dem Programm Electronics Workbench überprüft. Das am Modell erhaltene Ausgangsspannungsdiagramm (siehe Kurve 3 in Abb. 3) unterscheidet sich von einer Sinuskurve aufgrund des Vorhandenseins nicht vollständig unterdrückter höherer Harmonischer und entspricht dem, was tatsächlich auf dem Oszilloskopbildschirm beobachtet wird, wenn der Motor mit läuft ein Filter.

Im hergestellten Filter wurden als C1 und C2 parallel geschaltete Gruppen von Kondensatoren KBG-MN, MBGCH, MBGP, MBM verwendet, um die gewünschte Kapazität für eine Spannung von mindestens 1000 V (C1) und mindestens 400 V (C2) zu erhalten ). Die Induktivität einer Leuchtstofflampe kann durch jede andere ähnliche Induktivität ersetzt werden, die dem vom Motor aufgenommenen Strom ohne Überhitzung standhält. Eine selbstgebaute Drossel ist auf einen Stahlmagnetkreis USh 16x30 gewickelt. Seine Wicklung besteht aus 870 Windungen PEV-2 0,3.

Die Praxis hat gezeigt, dass der Filter abgestimmt werden muss und es besser ist, seine seriellen und parallelen Zweige unabhängig voneinander abzustimmen. Hierzu sind eine 220-V-75-W-Glühlampe und ein Wechselspannungsmessgerät erforderlich. Als „Signalquelle“ können Sie unter Beachtung aller notwendigen Vorsichtsmaßnahmen das Stromnetz nutzen.

Die serielle Schaltung L1C1 ist gemäß der in Abb. gezeigten Schaltung konfiguriert. 4. Die EL1-Lampe dient als Lastäquivalent und gleichzeitig als Tuning-Anzeige. Die Anfangskapazität des Kondensators C1 ist etwas kleiner als die berechnete. Sie wird schrittweise erhöht, indem zusätzliche Kondensatoren mit geringerer Kapazität parallel zum Hauptkondensator geschaltet werden. Ziel ist es, die höchste Helligkeit der Lampe oder den minimalen Messwert des Voltmeters zu erreichen.

Der Aufbau der Parallelschaltung erfolgt nach dem in Abb. dargestellten Schema. 5, um die niedrigste Helligkeit der Lampe oder maximale Voltmeterwerte zu erreichen.

Beim Tuning muss sich die Motorwelle ohne mechanische Belastung drehen.

Literatur

1. Chucky F. ua Leistungselektronik. - M.: Energoizdat, 1982.
2. Bessonov L. Theoretische Grundlagen der Elektrotechnik. - M.: Gymnasium, 1973.

Autor: V. Volodin, Odessa, Ukraine

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