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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Tre fasi: nessuna perdita di potenza. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Alimentazione In varie macchine e dispositivi elettromeccanici amatoriali, vengono spesso utilizzati motori asincroni trifase con rotore a gabbia di scoiattolo. Sfortunatamente, una rete trifase nella vita di tutti i giorni è un fenomeno estremamente raro, quindi per alimentarli da una normale rete elettrica, i dilettanti utilizzano un condensatore di sfasamento, che non consente di realizzare la piena potenza e le caratteristiche di avviamento del motore . I dispositivi di “sfasamento” a tiristori esistenti riducono la potenza sull'albero motore in misura ancora maggiore. Una variante dello schema elettrico per l'avviamento di un motore elettrico trifase senza perdita di potenza è mostrata in Fig. 1.
Gli avvolgimenti del motore da 220/380 V sono collegati a triangolo e il condensatore C1 è collegato, come al solito, in parallelo con uno di essi. Il condensatore è “aiutato” dall'induttore L1, collegato in parallelo con l'altro avvolgimento. Con un certo rapporto tra il condensatore C1, l'induttanza dell'induttore L1 e la potenza del carico, si può ottenere uno sfasamento tra le tensioni sui tre rami del carico pari esattamente a 120°. Nella fig. La Figura 2 mostra un diagramma di tensione vettoriale per il dispositivo mostrato in Fig. 1, con un carico puramente attivo R in ciascun ramo. La corrente lineare lë in forma vettoriale è uguale alla differenza tra le correnti l3 e I2, e in valore assoluto corrisponde al valore Iph√3, dove lф=l1=I2=l3=Un/R è la corrente di carico di fase. Un=U1=U2=U3=220 V - tensione di rete lineare.
Al condensatore C1 è applicata la tensione UC1=U2, la corrente che lo attraversa è uguale a lc1 ed è 90° avanti rispetto alla tensione in fase. Allo stesso modo, all'induttore L1 viene applicata la tensione UL1=U3; la corrente che lo attraversa IL1 ritarda di 90° rispetto alla tensione. Se i valori assoluti delle correnti IC1 e IL1 sono uguali, la loro differenza vettoriale, con la corretta scelta di capacità e induttanza, può essere uguale a In. Lo sfasamento tra le correnti IC1 e IL1 è di 60°, quindi il triangolo dei vettori Il, lC1 e IL1 è equilatero e il loro valore assoluto è IC1=IL1=Il=Iph√3 A sua volta, la corrente di carico di fase Iф=P/3Uл. dove P è la potenza totale del carico. In altre parole, se la capacità del condensatore C1 e l'induttanza dell'induttore L1 vengono scelte in modo tale che quando viene applicata loro una tensione di 220 V, la corrente che li attraversa sarà uguale a lC1=IL1=P/(√3Ul)=P/380. mostrato in Fig. 1 circuito L1C1 fornirà tensione trifase al carico con sfasamento preciso. Nella tabella 1 mostra i valori della corrente lC1=lL1 del condensatore C1 e dell'induttanza dell'induttore L1 per vari valori della potenza totale di un carico puramente attivo.
Un carico reale sotto forma di motore elettrico ha una componente induttiva significativa. Di conseguenza, la corrente lineare ritarda in fase rispetto alla corrente di carico attiva di un certo angolo φ dell'ordine di 20...40°. Sulle targhette dei motori elettrici, di solito non è indicato l'angolo, ma il suo coseno - il noto cosφ, pari al rapporto tra la componente attiva della corrente lineare e il suo valore totale. La componente induttiva della corrente che scorre attraverso il carico del dispositivo mostrato in Fig. 1, può essere rappresentato sotto forma di correnti che passano attraverso alcuni induttori collegati in parallelo con resistenze di carico attive (Fig. 3, a). o, equivalentemente, parallelo a C1. L1 e cavi di rete.
Dalla fig. 3b è chiaro che poiché la corrente attraverso l'induttanza è controfase rispetto alla corrente attraverso la capacità, gli induttori Ln riducono la corrente attraverso il ramo capacitivo del circuito sfasatore e la aumentano attraverso quello induttivo. Pertanto, per mantenere la fase della tensione all'uscita del circuito di sfasamento, la corrente attraverso il condensatore C1 deve essere aumentata e diminuita attraverso la bobina. Il diagramma vettoriale per un carico con componente induttiva diventa più complesso. Il suo frammento, che consente di effettuare i calcoli necessari, è mostrato in Fig. 4.
La corrente lineare totale Il viene qui scomposta in due componenti: Iсosφ attiva e lсinφ reattiva. Come risultato della risoluzione di un sistema di equazioni per determinare i valori richiesti delle correnti attraverso il condensatore C1 e la bobina L1 lС1sin30°+ILsin30°=lсosφ, lС1sin30°-ILsin30°=llsinφ otteniamo i seguenti valori di queste correnti: lС1=2/√3 llsin(φ+60°), IL1=2/√3 lcos(φ+30°), Con un carico puramente attivo (φ=0), le formule danno il risultato precedentemente ottenuto: lС1=IL1=Iл. Nella fig. La Figura 5 mostra le dipendenze dei rapporti delle correnti lC1 e lL1 rispetto a IЛ dal cosφ, calcolati utilizzando queste formule. Per f=30° (cosφ=√3/2=0,87) la corrente del condensatore C1 è massima e pari a 2/√3Il= 1,15Il e la corrente dell'induttore L1 è la metà. Le stesse relazioni possono essere utilizzate con un buon grado di accuratezza per valori tipici di cosφ pari a 0,85...0,9.
Nella tabella La Figura 2 mostra i valori delle correnti IC1, IL1 che fluiscono attraverso il condensatore C1 e l'induttore L1 a vari valori della potenza totale del carico avente il valore sopra indicato cosφ = √3/2.
Per un tale circuito di sfasamento, vengono utilizzati condensatori MBGO. MBGP, MBGT, K42-4 per una tensione operativa di almeno 600 V o MBGCh. K42-19 per una tensione di almeno 250 V. L'induttanza è realizzata più facilmente da un trasformatore di potenza a barra di un vecchio televisore a tubo. La corrente a vuoto dell'avvolgimento primario di un tale trasformatore con una tensione di 220 V di solito non supera i 100 mA e ha una dipendenza non lineare dalla tensione applicata. Se si introduce uno spazio di circa 0.2...1 mm nel circuito magnetico. la corrente aumenterà in modo significativo e la sua dipendenza dalla tensione diventerà lineare Gli avvolgimenti di rete dei trasformatori di veicoli possono essere collegati in questo modo. che la tensione nominale su di essi sarà di 220 V (ponticello tra i pin 2 e 2*). 237 V (ponticello tra i pin 2 e 3*) o 254 V (ponticello tra i pin 3 e 3*). La tensione di rete viene spesso fornita ai pin 1 e 1*. A seconda del tipo di connessione, cambiano l'induttanza e la corrente dell'avvolgimento. Nella tabella La Figura 3 mostra i valori di corrente nell'avvolgimento primario del trasformatore TS-200-2 quando ad esso viene applicata una tensione di 220 V con diversi spazi nel nucleo magnetico e diverse accensioni delle sezioni dell'avvolgimento.
Confronto dei dati dalla tabella. 3 e 2 ci consentono di concludere che il trasformatore specificato può essere installato nel circuito di sfasamento di un motore con una potenza compresa tra circa 300 e 800 W e, selezionando il circuito di collegamento dell'intervallo e dell'avvolgimento, ottenere il valore di corrente richiesto. L'induttanza cambia anche a seconda della connessione in fase o antifase della rete e degli avvolgimenti a bassa tensione (ad esempio a incandescenza) del trasformatore. La corrente massima può superare leggermente la corrente nominale in modalità operativa. In questo caso, per alleggerire il regime termico, è consigliabile rimuovere tutti gli avvolgimenti secondari dal trasformatore; alcuni degli avvolgimenti a bassa tensione possono essere utilizzati per alimentare i circuiti di automazione dell'apparecchio in cui opera il motore elettrico. Nella tabella Nella tabella 4 sono riportati i valori delle correnti nominali degli avvolgimenti primari dei trasformatori di vari televisori [1, 2] ed i valori approssimativi della potenza dei motori con cui è consigliabile utilizzarli.
Il circuito LC a sfasamento dovrebbe essere progettato per il massimo carico possibile del motore elettrico. Con un carico inferiore, lo sfasamento richiesto non verrà più mantenuto, ma le caratteristiche di avviamento miglioreranno rispetto all'utilizzo di un singolo condensatore. Le prove sperimentali sono state effettuate sia con carico puramente attivo che con motore elettrico. Le funzioni di carico attivo sono state eseguite da due lampade a incandescenza collegate in parallelo con una potenza di 60 e 75 W, incluse in ciascun circuito di carico del dispositivo (vedere Fig. 1). che corrispondeva ad una potenza totale di 400 W. Secondo la tabella. 1 capacità del condensatore C1 era 15 μF. La distanza nel nucleo magnetico del trasformatore TS-200-2 (0,5 mm) e lo schema di collegamento degli avvolgimenti (a 237 V) sono stati scelti per garantire la corrente richiesta di 1.05 A. Le tensioni U1, U2, U3 misurate su i circuiti di carico differivano tra loro di 2...3 V, il che confermava l'elevata simmetria della tensione trifase. Sono stati condotti esperimenti anche con un motore asincrono trifase con rotore a gabbia di scoiattolo AOL22-43F con una potenza di 400 W [3]. Ha lavorato con un condensatore C1 con una capacità di 20 μF (a proposito, lo stesso di quando il motore funzionava con un solo condensatore di sfasamento) e con un trasformatore, il cui intervallo e collegamento degli avvolgimenti sono stati selezionati dal condizione per ottenere una corrente di 0,7 A. Di conseguenza, è stato possibile avviare rapidamente il motore senza condensatore di avviamento e aumentare significativamente la coppia percepita durante la frenatura della puleggia sull'albero motore. Purtroppo è difficile effettuare un controllo più oggettivo, poiché in condizioni amatoriali è quasi impossibile garantire il carico meccanico normalizzato sul motore. Va ricordato che il circuito di sfasamento è un circuito oscillatorio in serie sintonizzato su una frequenza di 50 Hz (per un'opzione di carico puramente attivo) e questo circuito non può essere collegato alla rete senza carico. Letteratura
Autore: S. Biryukov, Mosca
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