Модель пуска трехфазного двигателя от однофазной сети

Исследование способов включения трехфазного двигателя в однофазную сеть

В промышленности часто возникает необходимость подключить трехфазный двигатель к однофазной либо двухфазной сети, если например трехфазную сеть не подключить по юридическим соображениям либо по каким-то причинам возник обрыв одной из фаз. Кроме рассмотренных в данной статье способов также может применяться частотный преобразователь в котором переменное напряжение синтезируется с помощью управляемого инвертора. В рамках данной статье будут исследоваться способы связанные с включением ёмкостных и резистивных элементов в цепь питания двигателя для успешного запуска двигателя.

Включение в цепь конденсатора

Данный способ наиболее удачный из за того что кроме возможности запуска трехфазного двигателя внедрение в цепь питания конденсаторов позволяет провести компенсацию индуктивной мощности двигателя и снизить cos(fi) тем самым повысив КПД работы двигателя.

Исследуемая цепь предполагает что конденсаторов будет два, один подключен к цепи постоянно и еще один используется только в момент разгона двигателя до номинальных оборотов и отключается от цепи после завершения переходного процесса в двигателе.

В результате моделирования данной схемы можно заключить что работа двигателя под нагрузкой 1 Н*м устойчива, переходный процесс длится 0,3 с. Графики характеризующие электрические и механические параметры двигателя при разгоне представлены ниже.

plot(V1.time, [V1.value V2.value V3.value])
title!("Напряжение питания двигателя (3 фазы)")
xlabel!("t, [c]")
ylabel!("В")

plot(I1.time, [I1.value I2.value I3.value])
title!("Токи фаз двигателя")
xlabel!("t, [c]")
ylabel!("А")

plot(w.time, w.value)
title!("Обороты двигателя")
xlabel!("t, [c]")
ylabel!("Относительные единицы")

plot(P.time, P.value)
title!("Мощность двигателя")
xlabel!("t, [c]")
ylabel!("кВт")

plot(Ist.time, Ist.value)
title!("Ток статора")
xlabel!("t, [c]")
ylabel!("А")

Включение резистора в одну из обмоток двигателя.

Такая схема считается одной из промышленных схем которая реализуется для двигателей малой мощности (до 600 Вт). Данный резистор используется только во время пуска и разгона двигателя. То-есть после окончания разгона цепь обмотки с включенным двигателем размыкается. Конструкция такого двигателя обладает невысоким КПД и из за этого такие двигателя не делают высокой мощности.

В данной реализации схемы резистор предполагается включать только в момент разгона двигателя, как только переходный процесс заканчивается фаза подключенная чрез резистор отключается от двигателя что видно по графикам тока двигателя (один из токов становится равным нулю после завершения переходного процесса)

В результате моделирования данной схемы можно заключить что работа двигателя под нагрузкой 1 Н*м устойчива, переходный процесс длится 0,3 с. Графики характеризующие электрические и механические параметры двигателя при разгоне представлены ниже.

plot(V2_1.time, [V2_1.value V2_2.value V2_3.value])
title!("Напряжение питания двигателя (3 фазы)")
xlabel!("t, [c]")
ylabel!("В")

plot(I2_1.time, [I2_1.value I2_2.value I2_3.value])
title!("Токи фаз двигателя")
xlabel!("t, [c]")
ylabel!("А")

plot(w2.time, w2.value)
title!("Обороты двигателя")
xlabel!("t, [c]")
ylabel!("Относительные единицы")

plot(P.time, P.value)
title!("Мощность двигателя")
xlabel!("t, [c]")
ylabel!("кВт")

plot(Ist.time, Ist.value)
title!("Ток статора")
xlabel!("t, [c]")
ylabel!("А")

В результате моделирования данных схем можно сделать вывод что конденсаторное включение обладает следующими достоинствами по сравнению с резистивным:

1)      Простота конструктивного исполнения (соответственно невысокая стоимость элементной базы). Из схемотехнических доработок двигателя необходимо конденсаторы с необходимой ёмкостью и контроллер который будет определять частоту оборотов двигателя и отключать цепь пускового конденсатора после завершения переходного процесса в двигателе.

2)      Большой диапазон мощностей двигателей. Резистивное включение подходит только для двигателей невысоких мощностей (так как резистор ограничивает ток цепи), то для случаев и двигателями высокой мощности (более 1кВт) потребуется ёмкостная схема питания.

3)      Высокий КПД. Высокий КПД для данного типа пускового устройства реализуется за счет компенсации реактивной мощности и основные потери мощности уходят на нагрев обмоток двигателя.