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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Drei Phasen – kein Leistungsverlust. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Stromversorgung In verschiedenen elektromechanischen Amateurmaschinen und -geräten werden am häufigsten Drehstrom-Asynchronmotoren mit Käfigläufer verwendet. Leider ist ein Drehstromnetz im Alltag ein äußerst seltenes Phänomen. Um sie über ein normales Stromnetz mit Strom zu versorgen, verwenden Amateure einen Phasenschieberkondensator, der es nicht ermöglicht, die volle Leistung und die Starteigenschaften des Motors zu realisieren . Bestehende Thyristor-„Phasenschieber“-Geräte reduzieren die Leistung auf der Motorwelle noch stärker. Eine Variante des Schaltplans zum Starten eines Drehstrom-Elektromotors ohne Leistungsverlust ist in Abb. dargestellt. 1.
Die 220/380-V-Motorwicklungen sind im Dreieck geschaltet und der Kondensator C1 ist wie üblich parallel zu einer davon geschaltet. Der Kondensator wird durch die Induktivität L1 „unterstützt“, die parallel zur anderen Wicklung geschaltet ist. Bei einem bestimmten Verhältnis des Kondensators C1, der Induktivität der Drossel L1 und der Lastleistung kann man eine Phasenverschiebung zwischen den Spannungen an den drei Lastzweigen von genau 120° erreichen. In Abb. Abbildung 2 zeigt ein Vektorspannungsdiagramm für das in Abb. gezeigte Gerät. 1, mit einer rein aktiven Last R in jedem Zweig. Der lineare Strom lл ist in Vektorform gleich der Differenz zwischen den Strömen l3 und I2 und entspricht im Absolutwert dem Wert Iph√3, wobei lф=l1=I2=l3=Un/R der Phasenlaststrom ist. Un=U1=U2=U3=220 V - lineare Netzspannung.
An den Kondensator C1 wird die Spannung UC1=U2 angelegt, der Strom durch ihn ist gleich lc1 und eilt der Spannung in der Phase um 90° voraus. Ebenso liegt an der Drossel L1 die Spannung UL1=U3; der durch sie fließende Strom IL1 eilt der Spannung um 90° nach. Wenn die Absolutwerte der Ströme IC1 und IL1 gleich sind, kann ihre Vektordifferenz bei richtiger Wahl von Kapazität und Induktivität gleich In sein. Die Phasenverschiebung zwischen den Strömen IC1 und IL1 beträgt 60°, daher ist das Dreieck der Vektoren Il, lC1 und IL1 gleichseitig und ihr Absolutwert ist IC1=IL1=Il=Iph√3 Der Phasenlaststrom wiederum ist Iф=P/3Uл. wobei P die Gesamtlastleistung ist. Mit anderen Worten, wenn die Kapazität des Kondensators C1 und die Induktivität der Induktivität L1 so gewählt werden, dass bei Anlegen einer Spannung von 220 V an sie der Strom durch sie gleich lC1=IL1=P/(√) wäre3 Ul)=P/380. in Abb. dargestellt. 1 Stromkreis L1C1 versorgt die Last mit dreiphasiger Spannung mit präziser Phasenverschiebung. In der Tabelle In Abb. 1 zeigt die Werte des Stroms lC1=lL1 des Kondensators C1 und der Induktivität der Drossel L1 für verschiedene Werte der Gesamtleistung einer rein aktiven Last.
Eine reale Last in Form eines Elektromotors weist einen erheblichen induktiven Anteil auf. Dadurch eilt der lineare Strom dem aktiven Laststrom um einen bestimmten Winkel φ in der Größenordnung von 20...40° phasenmäßig nach. Auf den Typenschildern von Elektromotoren wird normalerweise nicht der Winkel angegeben, sondern sein Kosinus – der bekannte cosφ, gleich dem Verhältnis der aktiven Komponente des linearen Stroms zu seinem Gesamtwert. Die induktive Komponente des Stroms, der durch die Last des in Abb. gezeigten Geräts fließt. 1 kann in Form von Strömen dargestellt werden, die durch einige parallel zu aktiven Lastwiderständen geschaltete Induktoren fließen (Abb. 3, a). oder äquivalent parallel zu C1. L1- und Netzwerkkabel.
Aus Abb. Aus 3b wird deutlich, dass, da der Strom durch die Induktivität gegenphasig zum Strom durch die Kapazität ist, die Induktivitäten Ln den Strom durch den kapazitiven Zweig des Phasenschieberkreises reduzieren und ihn durch den induktiven Zweig erhöhen. Um die Phase der Spannung am Ausgang der Phasenschieberschaltung aufrechtzuerhalten, muss daher der Strom durch den Kondensator C1 erhöht und durch die Spule verringert werden. Das Vektordiagramm für eine Last mit induktivem Anteil wird komplexer. Sein Fragment, das die Durchführung der notwendigen Berechnungen ermöglicht, ist in Abb. dargestellt. 4.
Der gesamte lineare Strom Il wird hier in zwei Komponenten zerlegt: aktive Iсosφ und reaktive lсinφ. Als Ergebnis der Lösung eines Gleichungssystems zur Bestimmung der erforderlichen Werte der Ströme durch den Kondensator C1 und die Spule L1 lС1sin30°+ILlsin30°=lсosφ, lС1sin30°-ILsin30°=llsinφ wir erhalten die folgenden Werte dieser Ströme: lС1=2/√3 llsin(φ+60°), IL1=2/√3 lcos(φ+30°), Bei einer rein aktiven Last (φ=0) ergeben die Formeln das zuvor erhaltene Ergebnis: lС1=IL1=Iл. In Abb. Abbildung 5 zeigt die Abhängigkeiten der Verhältnisse der Ströme lC1 und lL1 zu IЛ vom cosφ, berechnet mit diesen Formeln. Für f=30° (cosφ=√3/2=0,87) ist der Strom des Kondensators C1 maximal und gleich 2/√3Abb= 1,15Il, und der Strom der Induktivität L1 ist halb so groß. Die gleichen Beziehungen können mit einem guten Maß an Genauigkeit für typische Werte von cosφ von 0,85...0,9 verwendet werden.
In der Tabelle Abbildung 2 zeigt die Werte der Ströme IC1, IL1, die durch den Kondensator C1 und die Induktivität L1 bei verschiedenen Werten der Gesamtlastleistung mit dem obigen Wert cosφ = √ fließen3/2.
Für eine solche Phasenschieberschaltung werden MBGO-Kondensatoren verwendet. MBGP, MBGT, K42-4 für eine Betriebsspannung von mindestens 600 V oder MBGCh. K42-19 für eine Spannung von mindestens 250 V. Die Drossel lässt sich am einfachsten aus einem Stabnetztransformator eines alten Röhrenfernsehers herstellen. Der Leerlaufstrom der Primärwicklung eines solchen Transformators beträgt bei einer Spannung von 220 V üblicherweise nicht mehr als 100 mA und weist eine nichtlineare Abhängigkeit von der angelegten Spannung auf. Wenn man einen Spalt von ca. 0.2...1 mm in den Magnetkreis einbringt. Der Strom wird deutlich ansteigen und seine Abhängigkeit von der Spannung wird linear Auf diese Weise können die Netzwicklungen von Fahrzeugtransformatoren angeschlossen werden. dass die Nennspannung an ihnen 220 V beträgt (Brücke zwischen Pin 2 und 2*). 237 V (Brücke zwischen Pin 2 und 3*) oder 254 V (Brücke zwischen Pin 3 und 3*). Die Netzspannung wird am häufigsten an den Pins 1 und 1* angelegt. Je nach Anschlussart ändern sich Induktivität und Strom der Wicklung. In der Tabelle Abbildung 3 zeigt die Stromwerte in der Primärwicklung des TS-200-2-Transformators bei Anlegen einer Spannung von 220 V bei verschiedenen Lücken im Magnetkern und unterschiedlichem Einschalten der Wicklungsabschnitte.
Vergleich der Daten aus der Tabelle. 3 und 2 lassen den Schluss zu, dass der angegebene Transformator in den Phasenschieberkreis eines Motors mit einer Leistung von ca. 300 bis 800 W eingebaut werden kann und durch Auswahl des Spalt- und Wicklungsanschlusskreises den erforderlichen Stromwert erhält. Die Induktivität ändert sich auch abhängig von der gleichphasigen oder gegenphasigen Verbindung der Netz- und Niederspannungswicklungen (z. B. Glühlampen) des Transformators. Der maximale Strom kann im Betriebsmodus den Nennstrom geringfügig überschreiten. In diesem Fall ist es zur Erleichterung des thermischen Regimes ratsam, alle Sekundärwicklungen vom Transformator zu entfernen; einige der Niederspannungswicklungen können zur Stromversorgung der Automatisierungskreise des Geräts verwendet werden, in dem der Elektromotor betrieben wird. In der Tabelle Tabelle 4 zeigt die Nennstromwerte der Primärwicklungen von Transformatoren verschiedener Fernsehgeräte [1, 2] und die ungefähren Werte der Motorleistung, mit denen es ratsam ist, sie zu verwenden.
Die phasenschiebende LC-Schaltung sollte auf die maximal mögliche Belastung des Elektromotors ausgelegt sein. Bei geringerer Belastung bleibt die erforderliche Phasenverschiebung nicht mehr erhalten, die Starteigenschaften verbessern sich jedoch im Vergleich zur Verwendung eines einzelnen Kondensators. Die experimentelle Erprobung erfolgte sowohl mit rein aktiver Last als auch mit einem Elektromotor. Die aktiven Lastfunktionen wurden von zwei parallel geschalteten Glühlampen mit einer Leistung von 60 und 75 W übernommen, die in jedem Lastkreis des Geräts enthalten waren (siehe Abb. 1). was einer Gesamtleistung von 400 W entsprach. Gemäß Tabelle. 1 Kapazität des Kondensators C1 betrug 15 μF. Der Spalt im Magnetkern des TS-200-2-Transformators (0,5 mm) und das Anschlussschema der Wicklungen (bei 237 V) wurden so gewählt, dass der erforderliche Strom von 1.05 A gewährleistet ist. Die Spannungen U1, U2, U3 wurden gemessen Die Lastkreise unterschieden sich um 2 ...3 V voneinander, was die hohe Symmetrie der Drehspannung bestätigte. Es wurden auch Versuche mit einem Drehstrom-Asynchronmotor mit Käfigläufer AOL22-43F mit einer Leistung von 400 W durchgeführt [3]. Er arbeitete mit dem Kondensator C1 mit einer Kapazität von 20 μF (übrigens das gleiche wie bei laufendem Motor mit nur einem Phasenschieberkondensator) und mit einem Transformator, dessen Abstand und Anschluss der Wicklungen aus dem ausgewählt wurden Bedingung, einen Strom von 0,7 A zu erhalten. Dadurch war es möglich, den Motor ohne Startkondensator schnell zu starten und das beim Bremsen der Riemenscheibe auf der Motorwelle spürbare Drehmoment deutlich zu erhöhen. Leider ist eine objektivere Prüfung schwierig durchzuführen, da es unter Amateurbedingungen nahezu unmöglich ist, eine normalisierte mechanische Belastung des Motors sicherzustellen. Es ist zu beachten, dass es sich bei der Phasenschieberschaltung um einen Serienschwingkreis handelt, der auf eine Frequenz von 50 Hz abgestimmt ist (für eine rein aktive Lastoption), und dass diese Schaltung nicht ohne Last an das Netzwerk angeschlossen werden kann. Literatur
Autor: S. Biryukov, Moskau
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