Filtro per l'alimentazione del motore elettrico. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Nella vita di tutti i giorni, diventa spesso necessario alimentare gli apparecchi elettrici da una batteria tramite un convertitore DC-AC. La maggior parte dei dispositivi progettati per una tensione sinusoidale funziona anche abbastanza normalmente da impulsi rettangolari generati da tali convertitori. Purtroppo non comprendono i motori asincroni, come quelli che azionano le pompe di circolazione negli impianti di riscaldamento. Una parte significativa delle componenti armoniche, che sono ricche di tensione non sinusoidale, in tali motori viene convertita inutilmente in calore, il resto viola l'uniformità della rotazione del campo magnetico. Per sopprimere le armoniche è necessario un filtro, il cui schema e metodo di calcolo è proposto dall'autore dell'articolo pubblicato.

Per alimentare un motore asincrono da una sorgente di tensione rettangolare, il filtro è più adatto, il cui circuito è mostrato in fig. 1. Trasmette la prima armonica al carico con poca o nessuna attenuazione, attenuando piuttosto fortemente le armoniche superiori.

Il circuito equivalente del filtro caricato sul motore elettrico è mostrato in fig. 2. Il motore è rappresentato da un collegamento in parallelo della resistenza attiva Rd e della propria induttanza Ld. Viene preso in considerazione anche R1: la resistenza attiva dell'induttore (choke) L1. Entrambi i circuiti oscillatori - seriale L1C1 e parallelo LDS2 - sono sintonizzati sulla frequenza di ripetizione degli impulsi della tensione di ingresso.

Calcoliamo gli elementi di un filtro progettato per un motore asincrono, sulla cui targhetta sono riportati i seguenti parametri: tensione U - 220 V, frequenza F - 50 Hz, potenza P - 75 W, cos<φ - 0,6. Ulteriori calcoli richiederanno anche il valore della frequenza circolare Ω = 2πF = 6,28 50 = 314s-1 e il valore di sinφ =√1-cos2φ = 0,8.

Il componente attivo della corrente consumata dal motore lR = P / U = = 75/220 = 0,341 A, reattivo - LL = IR (sinφ / cosφ) - 0,341 0,8 / 0,6 = 0,454 A, da cui Rd = U / IR = 220 / 0,341 \u645d 220 ohm; Xl \u0,454d U / IL \u484d 484 / 314 \u1,51d 2 ohm; Ld \u50d XL / φ \u2d \u106d 2/106 \u3142d 1,51 Gn. Affinché la frequenza di risonanza del circuito LdС6,58 sia XNUMX Hz, è necessario un condensatore con una capacità СXNUMX = = XNUMX / (φXNUMXLd) = XNUMX / (XNUMX XNUMX) = XNUMX μF.

Supponiamo che il filtro abbia una strozzatura da una lampada con lampade fluorescenti con una potenza di 1 W come L80. I seguenti dati sono riportati sulla targhetta dell'acceleratore: tensione di alimentazione U - 220 V, frequenza F-50 Hz, corrente di esercizio nominale IH - 0,84 A, cosφ - 0,5 (sinφ = √1-cos2φ0,866 =)

Alla risonanza nel circuito CS2, la componente reattiva della corrente del motore è compensata dalla corrente del condensatore C2. La componente attiva della corrente del motore (0,341 A) che scorre attraverso l'induttore è molto inferiore a 0,84 A, quindi il regime di temperatura dell'induttore non desta preoccupazione

La potenza consumata dalla lampada dalla rete è pari a РСв - UIн = 220 0,84 0,5 = 92,4 W, di cui 80 cadono sulla sua lampada e il restante 12,4 viene dissipato da R1 - la resistenza attiva dell'induttore. La resistenza attiva dell'intera lampada RCв \u220d U / IH cosφ \u0,84d \u0,5d 131 / (1 12,4) \u92,4d 131 Ohm è distribuita tra la lampada e l'induttore nella stessa proporzione della potenza, quindi R0,134 \u17,60d RCB ( XNUMX / XNUMX) \uXNUMXd XNUMX-XNUMX \uXNUMXd XNUMX m.

La resistenza induttiva della lampada Хсв = U/In·sinφ = (220/0,84)∙0,866 = = 227 Ohm può essere interamente attribuita alla strozzatura, la cui induttanza L1 = Хсвφ = 227/314 = 0,723 H. Il circuito oscillatorio L1C1 sarà sintonizzato su una frequenza di 50 Hz se C1 \u106d 2 / ( φ1 L106) \u3142d \u0,723d 14 / (XNUMX - XNUMX) \uXNUMXd XNUMX microfarad.

Tenendo conto dell'uguaglianza delle reattanze dell'induttore L1 e del condensatore C1 alla risonanza, calcoliamo l'ampiezza della tensione attraverso il condensatore durante il funzionamento del motore aumenta molte volte. In proporzione alla corrente, aumenta anche la tensione. Pertanto, questo condensatore deve essere selezionato con una tensione ammissibile pari o superiore a dieci volte calcolata sopra.

I coefficienti di soppressione da parte del filtro delle armoniche della tensione impulsiva di ingresso possono essere calcolati con la formula ricavata da quella data in [1]:

dn = 1 - L1/Ld(1 - 1/n2)2, dove n è il numero armonico.

Con i valori di L1 e Ld trovati sopra, la terza armonica (frequenza 150 Hz) sarà soppressa a 3,4, la quinta (250 Hz) - a 11, la settima (350 Hz) - a 22,5 e la nona (450 Hz) Hz) - a 37,8, 3 volte. Armoniche pari nella forma d'onda della tensione di ingresso mostrata in fig. 1 (curva XNUMX) sono assenti e non ha senso calcolarne i coefficienti di soppressione.

L'ampiezza della prima armonica della tensione di ingresso (curva 2 in Fig. 3) è Um1 = 1,27Um, dove Um è l'ampiezza degli impulsi. Il coefficiente 1,27 per impulsi di forma diversa sarà diverso, i suoi valori possono essere trovati, ad esempio, in [2]. La tensione effettiva della prima armonica U1 = 0,707Um1 = 0,9Um, da cui Um = 1.1U1 La tensione all'uscita del filtro è minore della caduta sulla resistenza attiva dell'induttore, quindi, affinché il motore funzioni in modalità nominale , il convertitore deve generare impulsi rettangolari ("meandro") con ampiezza Um \u1,1d 1 U1 Rd / (Rd + R1,1) \u220d 645 645 17,6 / (236 + XNUMX) \uXNUMXd XNUMX V.

La correttezza dei calcoli è stata verificata mediante simulazione al computer del filtro sviluppato utilizzando il programma Electronics Workbench. Il grafico della tensione di uscita ottenuto sul modello (vedi curva 3 in Fig. 3) differisce da una sinusoide per la presenza in essa di armoniche superiori non completamente soppresse e corrisponde a quanto effettivamente osservato sullo schermo dell'oscilloscopio quando il motore sta funzionando con un filtro.

Nel filtro prodotto, come C1 e C2, sono stati utilizzati gruppi di condensatori KBG-MN, MBGCH, MBGP, MBM collegati in parallelo per ottenere la capacità desiderata per una tensione di almeno 1000 V (C1) e almeno 400 V (C2 ). L'induttanza di una lampada fluorescente può essere sostituita da qualsiasi altra induttanza simile in grado di sopportare la corrente consumata dal motore senza surriscaldarsi. Uno strozzatore fatto in casa è avvolto su un circuito magnetico in acciaio USh 16x30. Il suo avvolgimento è di 870 giri di filo PEV-2 0,3.

La pratica ha dimostrato che il filtro richiede la messa a punto ed è meglio sintonizzare i suoi rami seriali e paralleli in modo indipendente. Ciò richiederà una lampada a incandescenza da 220 V, 75 W e un voltmetro CA. Come "sorgente di segnale", osservando tutte le precauzioni necessarie, si può utilizzare la rete elettrica.

Il circuito seriale L1C1 è configurato secondo il circuito mostrato in fig. 4. La lampada EL1 funge da equivalente di carico e allo stesso tempo da indicatore di sintonia. La capacità iniziale del condensatore C1 è leggermente inferiore a quella calcolata. Viene gradualmente aumentato collegando condensatori aggiuntivi di capacità inferiore in parallelo a quello principale. L'obiettivo è ottenere la massima luminosità della lampada o la lettura minima del voltmetro.

Il circuito in parallelo è configurato secondo lo schema di fig. 5, ottenendo la luminosità più bassa della lampada o le letture massime del voltmetro.

Durante la messa a punto, l'albero motore deve ruotare senza carico meccanico.

Letteratura

1. Chucky F. et al.. Elettronica di potenza. - M.: Energoizdat, 1982.
2. Bessonov L. Fondamenti teorici dell'ingegneria elettrica. - M.: Liceo, 1973.

Autore: V.Volodin, Odessa, Ucraina

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