УДК 621.313

ОПТИМІЗАЦІЯ ТРИФАЗНО-ОДНОФАЗНИХ АСИНХРОННИХ ЕЛЕКТРОПРИВОДІВ З ЄМНІСНИМИ БАГАТОЕЛЕМЕНТНИМИ ФАЗОЗМІЩУЮЧИМИ МОДУЛЯМИ ЗМІННОЇ СТРУКТУРИ

        У трифазних асинхронних двигунах (АД), що живляться від однофазної мережі через одноелементний фазозміщуючий модуль (трифазно-однофазний електропривод), симетричну систему напруг на фазних обмотках АД можливо отримати тільки при одному значенні коефіцієнта потужності АД cosφ (при cosφ = 0,5 для схеми Штейнметца). При інших значеннях коефіцієнта потужності симетричну систему отримати принципово неможливо. Для роботи при інших значеннях коефіцієнта потужності ємність фазозміщуючого конденсатора вибирають з умови отримання мінімуму струмів зворотної послідовності або мінімуму коефіцієнта несиметрії. При цьому, однак, втрати в АД за рахунок струмів зворотної послідовності будуть більшими, ніж у симетричному режимі, і можуть перевищувати допустимі. При роботі трифазно-однофазного електропривода (ЕП) в широкому діапазоні зміни навантажень виникає необхідність регулювати або ємність фазозсуваючого конденсатора, або напругу живлення ЕП. Хоча навіть у цьому разі ККД двигуна буде меншим, ніж у симетричному режимі.
         У трифазно-однофазних ЕП з триелементним ємнісним фазозміщуючим модулем можливо отримати симетричну систему фазних напруг при коефіцієнтах потужності cosφ = 0,5–0,86, що відповідає зміні коефіцієнта потужності АД загальнопромислового призначення малої потужності (приблизно до 5 кВт в залежності від кількості пар полюсів) при симетричному трифазному живленні в діапазоні зміни навантаження 20…120 % від номінального. Значення оптимальних величин ємностей визначались методом математичного моделювання та визначенням параметрів фазозсуваючих конденсаторів, що забезпечують симетричний режим. Умовою вибору оптимальних ємностей є забезпечення необхідного фазового зсуву між струмами статора.
        Взагалі симетричний режим у трифазно-однофазному ЕП з триелементним фазозміщуючим модулем можливо забезпечити при будь-якому навантаженні, що відповідає коефіцієнтам потужності, які лежать у вказаному діапазоні. Але для цього ємності всіх трьох фазозсуваючих конденсаторів повинні неперервно змінюватись за нелінійним законом. Тому, через складність технічної реалізації неперервного регулювання ємностей конденсаторів, доцільно обмежитись дискретним регулюванням з декількома ступенями регулювання ємностей.
        Методика вибору ємностей конденсатора та кількості ступенів (режимів) схеми з`єднання силового кола залежить від діапазону навантаження та часу, протягом якого двигун працює з тим чи іншим навантаженням (режими S6-S8 згідно з ДСТУ). Якщо двигун працює більшість часу із навантаженням, що близьке до номінального, достатньо двох чи трьох (пусковий, робочий та холостого ходу) ступенів, при цьому точка зрівноваженого режиму повинна бути в зоні номінального навантаження. Вимоги до пускового ступеня можна обмежити забезпеченням пускового моменту, а вимоги для ступеня при роботі з низьким навантаженням (ступінь холостого ходу) обмежити неперевищенням допустимих втрат у двигуні. Якщо ж двигун працює в широкому діапазоні навантаження, причому час роботи при знижених навантаженнях (20…60 % від номінального) є значним, то тоді необхідно застосовувати три ступені, причому в кожному з них необхідно передбачити точку зрівноваженого режиму. Запропонована схема трифазно-однофазного ЕП з триелементним фазозміщуючим модулем з дискретним триступеневим регулюванням ємностей конденсаторів, при застосуванні якої ККД АД в діапазоні 10…100 % від номінального навантаження не знижується менше ніж на 3 % від ККД того ж АД при симетричному живленні, а в трьох точках режим роботи АД є повністю симетричним. На відміну від регулювання напруги за допомогою ТПН, дискретне регулювання параметрів фазозміщуючого модуля не вносить вищі гармоніки.
        Перемикання ступенів відбувається за допомогою напівпровідникових комутаторів та керуючого пристрою, що включає в себе датчики тих фазних напруги і струму, що є найбільш чутливими до зміни навантаження, і мікропроцесорний пристрій, що визначає за показами датчиків необхідний ступінь фазозсуваючого модуля.