Известно,что любая электрическая машина обратима: генератор может служить двигателем, и наоборот. Ротор обычного асинхронного электродвигателя после случайного отключения одной из обмоток продолжает вращаться, причем между выводами отключенной обмотки имеется ЭДС. Это явление подтолкнуло к мысли использовать трехфазный асинхронный электродвигатель для преобразования однофазного напряжения в трехфазное.

 

Под действием магнитного поля статора в короткозамкнутой обмотке ротора асинхронного двигателя протекают токи, превращающие ротор в электромагнит с явно выраженными полюсами, индуктирующий напряжение синусоидальной формы в обмотках статора, в том числе не подключенных к сети. Сдвиг фаз между синусоидами в разных обмотках зависит только от расположения последних на статоре и в трехфазном двигателе в точности равен 120 град.

Основное, условие превращения асинхронного электродвигателя в преобразователь числа фаз — вращающийся ротор. Поэтому его следует предварительно раскрутить, например, с помощью обычного фазосдвигающе-го конденсатора, емкость которого рассчитывают по формуле

где К=2800, если обмотки двигателя соединены звездой, или 4800, если — треугольником;
Iф — номинальный фазный ток электродвигателя, A;
Uc — напряжение однофазной сети, В.

Можно применять конденсаторы МБГО, МБГП, МБГТ, К42-4 на рабочее напряжение не менее 600 В или МБГЧ, К42-19 на напряжение не менее 250 В. Конденсатор нужен только для пуска двигателя-генератора, затем его цепь разрывают, причем ротор продолжает вращаться. Поэтому емкость фазосдвигающего конденсатора не влияет на качество генерируемого трехфазного напряжения. К обмоткам статора можно подключить трехфазную нагрузку. Если ее нет, энергия питающей сети расходуется лишь на преодоление трения в подшипниках ротора (не считая обычных потерь в меди и железе), поэтому КПД преобразователя
довольно велик.

 

В качестве преобразователей числа фаз было испытано несколько различных электродвигателей.

Те из них, обмотки которых соединены звездой с выводом от общей точки (нейтралью), подключали по схеме, показанной на рис. 1.
В случае соединения обмоток звездой без нейтрали или треугольником применяли схемы, показанные соответственно на рис. 2 и 3.
Во всех случаях двигатель запускали, нажав на кнопку SB1 и удерживая ее в течение 1...5 с, пока частота вращения ротора не достигнет номинальной.
Затем замыкали выключатель SA1, а кнопку отпускали.

Результаты испытаний приведены в таблице.
Индексы в обозначениях напряжений соответствуют номерам контактов розетки Х2 (см. рис. 1 — 3), между которыми их измеряли.
Скорость вращения ротора двигателя-генератора мало зависит от напряжения питающей однофазной сети.
Генерируемые напряжения пропорциональны сетевому, но заметно меньше его, что обусловлено потерями энергии на намагничивание и создание вращающего момента, компенсирующего механические потери в подшипниках.

 

Пониженная номинальная частота вращения двигателя АОЛ-22-4 указывает на его четырехполюсное исполнение (другие двигатели — двухполюсные). Тем не менее он успешно работает в качестве преобразователя.

К двигателю АОЛ2 в качестве нагрузки подключали различные трехфазные электродвигатели двух- и четырехполюсного исполнения с обмотками, соединенными как звездой, так и треугольником:
— АОЛ-011-2 мощностью 80 Вт (привод точильного камня);
— УАД-32Ф мощностью 120 Вт (привод вентилятора);
— А08 мощностью 1,5 кВт (привод деревообрабатывающего станка).
Под нагрузкой фазные и линейные напряжения изменялись на 2...5%, сдвиг фаз между ними — на 5...6 град.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бирюков С. Три фазы — без потери мощности. — Радио, 2000, ? 7, с. 37 — 39.
2. Белопольский И. И. Источники питания радиоустройств. — М.: Энергия, 1971.
3. Карвовский Г.А., Окороков С. П. Справочник по асинхронным двигателям и пускорегулирующей аппаратуре. — М.: Энергия, 1969.


Попробуем, имея однофазное переменное напряжение, получить две недостающие фазы. Возьмем обычный трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, у которого так же, как и у генератора, имеются ротор и три статорные обмотки, сдвинутые в пространстве на угол 120 град. Подадим на одну из обмоток однофазное напряжение. Ротор двигателя не сможет самостоятельно начать вращение. Ему необходимо каким-либо способом дать начальный толчок. Далее он будет вращаться за счет взаимодействия с магнитным полем одной обмотки статора. Магнитный поток вращающегося ротора наведет ЭДС индукции в двух других статорных обмотках, т. е. недостающие фазы будут восстановлены.

 

Ротор можно заставить вращаться каким угодно способом, даже старым "дедовским", с помощью веревки, намотанной на вал. Автор использовал для этого широко распространенное устройство с пусковым конденсатором. Кстати, его емкость не обязательно должна быть большой, так как ротор асинхронного преобразователя приводится в движение без механической нагрузки на валу.

Один из недостатков такого преобразователя — неодинаковые фазные напряжения (см. таблицу в предыдущей статье — ред.), что приводит к снижению КПД самого преобразователя и двигателя-нагрузки.
Если дополнить устройство автотрансформатором соответствующей мощности, включив его, как показано на рисунке, можно добиться приблизительного равенства фазных напряжений, переключая отводы.
В качестве магнитопровода автотрансформатора был использован статор неисправного электродвигателя мощностью 17 кВт. Обмотка — 400 витков эмалированного провода сечением 4...6 мм2 с отводами после каждых 40 витков.

В заключение несколько практических советов.
 - В качестве электродвигателей-преобразователей лучше использовать "тихоходные" двигатели (1000 мин-1 и меньше). Они очень легко запускаются, отношение пускового тока к рабочему у них гораздо меньше, чем у двигателей с частотой вращения 3000 мин-1, а следовательно, "мягче" нагрузка на сеть.
 - Мощность двигателя, используемого в качестве преобразователя, должна быть больше, чем подключаемого к нему электропривода. Например, если преобразователем служит двигатель на 4 кВт, мощность нагрузки не должна превышать 3 кВт.
 - Первым всегда следует запускать преобразователь, а затем подключать к нему потребители трехфазного тока.
 - Выключают установку в обратной последовательности.

Преобразователь мощностью 4 кВт, изготовленный автором, используется в его личном хозяйстве уже несколько лет. От него работают пилорама, крупорушка, точильный станок.

С. ГУРОВ, с. Ильинка Ростовской обл.