Конструирование станков своими руками связано с необходимостью преобразования доступной электрической энергии в кинетическую, обеспечивающую вращение различных механизмов.
С этой целью хорошо справляется трехфазный двигатель в однофазной сети. Он доступен по цене, часто достается умельцам практически бесплатно от списанного промышленного оборудования.
Предлагаю ознакомиться с кратким обзором типовых схем его запуска. Выбрать наиболее подходящую.
Принцип работы двигателя в трехфазной схеме
Конструкция статора изготовлена из магнитопровода, в котором запрессованы три электрические изолированные обмотки. Они выполнены одинаковым проводом, имеют равное количество витков, но разнесены в пространстве на 120 угловых градусов.
На каждую обмотку подается отдельная фаза напряжения сети. Их чередование определяет направление вращения ротора. Он движется под действием сложения сил магнитных полей, создаваемых протекающими токами.
Векторные диаграммы помогают представить более наглядно этот процесс.
Каждая обмотка является отдельной электрической цепью, но суммарно они образуют разветвленную схему подключения. В промышленном исполнении их собирают:
· звездой с общей нейтралью;
· либо треугольником.
С их описанием удобно ознакомиться здесь.
Подача трехфазного напряжения на схему звезды или треугольника обеспечивает наиболее эффективное преобразование электрической энергии в мощность крутящего момента на валу двигателя. Его величину характеризуют коэффициентом полезного действия.
Технология создания крутящего момента от однофазной сети
В этой ситуации мы имеем всего одно напряжение. Из него надо сделать три разных тока, сдвинутых в идеале под 120 градусов, что не просто.
Для этого используют реактивное сопротивления, зная, что у емкости ток опережает фазу напряжения, а на индуктивности он отстает на 90 градусов. Недобор отклонения угла составляет 25%, который уже влияет на потери энергии.
Трехфазный двигатель в однофазной сети работает неэффективно: потери мощности могут превышать до 50%, а у отдельных схем и выше.
Однако часто этот недостаток не является критичным. Он устраивает большинство пользователей.
Конденсаторные схемы запуска
Сразу оговорюсь, что в электротехнике существует довольно большое количество их разработок. Рассматриваю только наиболее популярные. Для них необходимо подобрать конденсаторы по емкости и рабочему напряжению.
Поскольку амплитуда синусоиды постоянно изменяет свой знак, то безопасно эксплуатировать можно только конденсаторы, изоляция которых рассчитана на 500 вольт или больше.
Схема запуска для звезды
Потенциалы фазы и нуля прикладывают к началам двух обмоток, а третью подключают через конденсаторы. Разделяют их на две цепочки: рабочую, смонтированную постоянно и пусковую, задействуемую через выключатель.
Иногда цепь запуска используется для преодоления мощных нагрузок. Но длительно работать так нельзя: обмотка двигателя перегревается, изоляция может сгореть.
Схема запуска для треугольника
Принцип подачи напряжения через цепочки конденсаторов и выключатель остался прежним. Особенность только в том, что потенциалы подводятся на сборки начал и концов обмоток.
Схема запуска через самодельный преобразователь
Привожу вариант разработки подачи сдвинутых по фазе токов на обмотки треугольника.
Особенности схемы:
· активное сопротивление резистора на одной фазе создает ток, совпадающий с подводимым напряжением;
· конденсатор обеспечивает опережение тока на 90 градусов;
· дроссель сдвигает ток назад.
Комплексный подход обеспечивает довольно хорошую работу двигателя с высокой устойчивостью к нагрузкам.
Однако здесь в целом низкий КПД и большие потери электричества: сам преобразователь потребляет столько же энергии, как и трехфазный двигатель. Ее двойной расход вряд ли окупится. Анализ работы этой схемы изложен в статье, приведенной по первой ссылке.
Схемы без конденсаторного запуска
Принцип работы основан на применении электронного устройства, сдвигающего фазу тока в одной из обмоток.
Благодаря этому возникает крутящий момент, вращающий ротор.
Схемы без конденсаторного запуска тоже разработаны разными вариантами исполнения. Популярны три ниже опубликованные.
Их основной недостаток — завышенные потери энергии.
Схемы запуска через самодельный генератор
Умельцы нашли выход качественного преобразования однофазной энергии в трехфазную за счет использования генератора, собранного из мощного асинхронного двигателя.
Его вначале раскручивают каким-то электродвигателем, а затем подключают к цепям питания по одной из схем.
Здесь создается хорошее качество напряжения, но завышенные потери электроэнергии.
Схема запуска частотным преобразователем
Это самая современная технология. Она основана на сложных преобразованиях электрических сигналов, связанных с:
· выпрямлением;
· стабилизацией;
· инвертированием;
· управлением.
На выходе создаются практически идеальные синусоиды гармоник.
Однако этот вариант запуска предусматривает покупку заводского устройства. Сборка его своими руками вряд ли получится.
Андрей Кулагин делится своим видеороликом о впечатлениях, которые обеспечил преобразователь частоты для асинхронного двигателя.
Приглашаю посетить мой сайт для обмена опытом по эксплуатации асинхронных двигателей.
