Как получить 380 Вольт из 220 — обзор методик

В частном доме, в квартире, на даче, то есть в бытовых условиях, чаще всего встречается стандартное однофазное напряжение 220 Вольт, которое получается путём подключения потребителя к одной фазе и нулевому проводнику. Такое напряжение называется фазным, генератором его в основном является силовой трансформатор 6 кВ/380 В , установленный на распределительной подстанции, питающей данного потребителя. Иногда, особенно в частном доме, появляется необходимость запуска и эксплуатации асинхронного трёхфазного двигателя рассчитанного на 380 Вольт. Существуют схемы, которые дают возможность подключения данного двигателя и к однофазной сети 220 В, но при этом сильно теряется мощность электрической асинхронной машины. Соответственно возникает вопрос, как получить 380 Вольт из 220 в домашних условиях, для эффективной работы электродвигателя.

Первый способ – электромеханическое преобразование

Для того чтобы получить результат своими руками и наиболее простым путем, надо построить электромеханический преобразователь напряжения. Для этого потребуется минимум усилий, поскольку надо лишь найти его готовые компоненты. Чтобы получить максимальную эффективность преобразования, они следующие:

• трехфазный синхронный генератор подходящей мощности;
• коллекторный электродвигатель, аналогичный по мощности синхронному генератору;
• мощный ЛАТР.

Валы двигателя и генератора жестко соединяются. Двигатель присоединяется к электрической сети через ЛАТР. С генератора снимаются три фазы по любой схеме (звезда или треугольник). Число оборотов двигателя под нагрузкой будет уменьшаться, поэтому ЛАТР позволит это исправить. Такая регулировка получается ручной и неудобной. Особенно если нагрузка будет быстро изменяться. Но альтернативой для нее может быть только та или иная автоматика. Простейшее решение – центробежный регулятор оборотов. Его контакты можно вывести на корпус через кольца и щетки.

А чтобы уменьшить износ контактов, коллекторный двигатель необходимо присоединить к сети через симистор, управляемый центробежным регулятором. Настроив его на число оборотов, соответствующее частоте 50 Гц электрогенератора, можно спокойно работать, не опасаясь изменения нагрузки и напряжения электросети. Для менее мощных потребителей порядка 1…2 кВт достаточно возбуждения от магнитного ротора, для более мощных потребуется возбуждение от постоянного тока. Для управления возбуждением целесообразно использовать диммер с выпрямителем.

Типы трансформаторов

Как и в любом техническом устройстве, повышающие трансформаторы могут быть самых различных видов, отличающихся между собой по показателям мощности, сфере использования и т.д.


Рассмотрим каждый тип данного устройства более подробно:

• Автотрансформатор имеет в своем наличии только одну обмотку с парой концевых клемм. Как правило, это трансформаторы однофазного типа, в которых присутствуют первичные и вторичные катушки.
• Трансформаторы тока обладают большим количеством обмоток, по сравнению с предыдущим типом. Кроме того, в конструкции подобных устройств используется магнитный сердечник, резисторы и датчики оптического типа, ответственные за регулировку частоты напряжения.
• Агрегат силового типа представляет собой специальный прибор, передающий ток между контурами через процесс электромагнитной индукции.
• Агрегат антирезонансного типа представляет собой литой прибор, которые обладает практически полностью закрытой структурой. В продаже имеются как трехфазные, так и однофазные устройства. Во многом, данные устройства схожи с силовыми агрегатами, но обладают более компактными габаритами.
• Заземляемые устройства отличаются от других специальной структурой обмоток, которые соединяются между собой зигзагом или звездой.
• Пик-трансформаторы используются для отделения постоянного и переменного тока. Данные устройства получили достаточно широкое распространение в компьютерных технологиях и средствах радиосвязи.
• Домашние устройства разделительного типа применяются в качестве передатчика электричества от источника переменного тока к самому прибору. Бытовые устройства, обладающие мощностью 220 вольт, применяются в качестве защитной меры от воздействия электрического тока и предотвращения помех в работе различных устройствах.

Менее эффективное преобразование – дополнительный трехфазный асинхронный двигатель

Известно, что трехфазный асинхронный движок можно присоединить к обычной сети 220 В. Для этого нужны конденсаторы определенной емкости, в зависимости от мощности двигателя и выбранной схемы, которые показаны далее.

Схемы присоединения трехфазного асинхронного двигателя к сети 220 В

Рекомендуемые номиналы конденсаторов

Конденсаторы могут обеспечить вращающееся магнитное поле в пределах менее 360 градусов. Но зато хоть и при потерянной мощности, вал движка вращается. Ротор намагничивается, и асинхронный двигатель становится неполноценным трехфазным генератором, но зато самым простейшим. К его обмоткам можно присоединить другой трехфазный асинхронный движок, менее мощный. Вал этого двигателя будет вращаться медленнее, чем при работе от трехфазной сети. Но, тем не менее, в большинстве случаев этого хватает.

Второй способ – фазовый сдвиг

Этот вариант получения трехфазного напряжения основан на свойствах индуктивности (ток отстает от напряжения сети на условные 90 градусов угла между векторами) и емкости (напряжение опережает ток в электрической цепи на условные 90 градусов угла между векторами). Комбинируя совместно с нагрузкой индуктивные и емкостные элементы, при их определенном сочетании получается фазовый сдвиг в 120 градусов по напряжению в специальной схеме, показанной далее. Каждому значению мощности потребуются соответствующие по величине элементы. Они приведены в таблице № 1.

Схема

Таблица № 1 для получения трехфазного напряжения на активной нагрузке

Для асинхронного движка, в котором эквивалент обмоток статора – это параллельно соединенные сопротивления и емкости, схема и величины элементов будут иными. Они приведены далее в таблице № 2 вместе со схемой.

Схема

Таблица № 2 для получения трехфазного напряжения на обмотках асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Для схемы нужны металлобумажные конденсаторы с номинальным напряжением от 250 В. Для индуктивностей рекомендуется использовать сердечник от трансформатора мощностью 200 ВА. Число витков подбирается по измеряемой силе тока в электрической цепи из дросселя и резистора с известным сопротивлением, соединенных последовательно. Эта цепь вместе с мультиметром присоединяется к генератору 100…300 Гц. Дополнительно величина индуктивности корректируется воздушным зазором в сердечнике. Его наличие обязательно.

Предварительно соответственно параметрам генератора по закону Ома для участка цепи рассчитывается сила тока.

Увеличение индуктивности приведет к уменьшению тока, и наоборот. Совпадение измеряемого значения с расчетным свидетельствует о получении индуктивности необходимой величины. Такой способ целесообразен только для статичной нагрузки на вале асинхронного двигателя. При отклонениях ее фазовые характеристики напряжения в обмотках изменятся вместе с крутящим моментом. То есть эффективность двигателя ухудшится.

Как подключить через конденсаторы

Для начала определитесь, какая схема собрана на ЭД. Для этого откройте крышку-барно, куда выводятся клеммы АД, и посмотрите, сколько проводов выходит из устройства (чаще всего их шесть).

Обозначения имеют следующий вид: С1-С3 — начала обмотки, а С4-С6 — ее концы. Если между собой объединяются начала или концы обмоток, это «звезда».

Сложнее всего обстоят дела, если с корпуса просто выходит шесть проводов. В таком случае нужно искать на них соответствующие обозначения (С1-С6).

Чтобы реализовать схему подключения трехфазного ЭД к однофазной сети, требуются конденсаторы двух видов — пусковые и рабочие.

Первые применяются для пуска электродвигателя в первый момент. Как только ротор раскручивается до нужного числа оборотов, пусковая емкость исключатся из схемы.

Если этого не происходит, возможные серьезные последствия вплоть до повреждения мотора.

Главную функцию берут на себя рабочие конденсаторы. Здесь стоит учесть следующие моменты:

• Рабочие конденсаторы подключаются параллельно;
• Номинальное напряжение должно быть не меньше 300 Вольт;
• Емкость рабочих емкостей подбирается с учетом 7 мкФ на 100 Вт;
• Желательно, чтобы тип рабочего и пускового конденсатора был идентичным. Популярные варианты — МБГП, МПГО, КБП и прочие.

Если учитывать эти правила, можно продлить работу конденсаторов и электродвигателя в целом.

Расчет емкости должен производиться с учетом номинальной мощности ЭД. Если мотор будет недогружен, неизбежен перегрев, и тогда емкость рабочего конденсатора придется уменьшать.

Если выбрать конденсатор с емкостью меньше допустимой, то КПД электромотора будет низким.

Помните, что даже после отключения схемы на конденсаторах сохраняется напряжение, поэтому перед началом работы стоит производить разрядку устройства.

Также учтите, что подключение электродвигателя мощностью от 3 кВт и более к обычной проводке запрещено, ведь это может привести к отключению автоматов или перегоранию пробок. Кроме того, высок риск оплавления изоляции.

Чтобы подключить ЭД 380 на 220В с помощью конденсаторов, действуйте следующим образом:

• Соедините емкости между собой (как упоминалось выше, соединение должно быть параллельным).
• Подключите детали двумя проводами к ЭД и источнику переменного однофазного напряжения.
• Включайте двигатель. Это делается для того, чтобы проверить направление вращения устройства. Если ротор движется в нужном направлении, каких-либо дополнительных манипуляций производить не нужно. В ином случае провода, подключенные к обмотке, стоит поменять местами.

ПОПУЛЯРНОЕ У ЧИТАТЕЛЕЙ: Мигание светодиодной лампы: причины и способы устранения

С конденсатором дополнительная упрощенная — для схемы звезда.

С конденсатором дополнительная упрощенная — для схемы треугольник.

Использование специального инвертора

Современные полупроводниковые приборы позволяют создавать высокочастотные инверторы. Уже существует множество моделей сварочных аппаратов и миниэлектростанций с мощностью в единицы киловатт и больше. Для подобных электронных схем, имеющих встроенный выпрямитель, не имеет значения, какие выходные сигналы формировать. Причем с наиболее высоким качеством. Поэтому самый простой вариант, правда, с ценой примерно $130/кВт, – это приобретение специального инверторного преобразователя.

Одна из моделей преобразователя однофазного напряжения 220 В в трехфазное напряжение 380 В

На рынке много разнообразных моделей преобразователей однофазного напряжения в трехфазное. Их цена при одинаковой мощности зависит от:

• качества синусоиды выходного напряжения;
• наличия различных защит (например, от пропадания нагрузки в одной из фаз, перегрузки по входному напряжению, выходному току, от превышения температуры);
• возможности плавного разгона асинхронного движка;
• управления скоростью и направлением вращения вала электродвигателя;
• возможности дистанционного управления;
• датчика, фильтров, вспомогательных блоков и принадлежностей.

Какой из перечисленных способов оптимален для читателя, определяет их сравнение в конкретных условиях. Изложенной информации для этого вполне достаточно.

Похожие статьи:

• Расчет потерь напряжения в кабеле
• Работа с мегаомметром: для чего нужен и как пользоваться?
• От каких величин зависит сопротивление проводника?

Теория

На промышленных электростанциях генераторы вырабатывают трёхфазный ток, и повышают его напряжение до десятков и даже сотен киловольт. По линиям электропередач электричество поставляется потребителям. Но перед этим ток поступает на силовой трансформатор, который понижает напряжение до 380 В. Из распределительной подстанции электроэнергия поступает в потребительскую сеть.

В трёхфазной сети ток подаётся таким образом, что все три сдвинуты относительно друг друга на 120 градусов. Напряжение между фазами составляет 380 В, а между фазой и нейтралью 220 В (см.рис. 1). Именно это напряжение подаётся в каждую квартиру.

Рис. 1. Структура трёхфазного тока

Так как нашей целью является получение 380 В именно из однофазной сети, то перейдём к способам преобразования 220 В на 380.

( 1 оценка, среднее 5 из 5 )