電気モーターの電源用フィルター。スキーム、説明

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電動モーターの電源用フィルター。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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日常生活では、DC/AC コンバーターを介してバッテリーから電気製品に電力を供給することが必要になることがよくあります。正弦波電圧用に設計されたほとんどのデバイスは、このようなコンバーターによって生成される方形パルスでもまったく正常に動作します。残念ながら、暖房システムの循環ポンプを駆動するような非同期モーターは含まれていません。このようなエンジンでは、非正弦波電圧が豊富な高調波成分のかなりの部分が無駄に熱に変換され、残りは磁場の回転の均一性を侵害します。高調波を抑制するにはフィルタが必要であり、そのスキームと計算方法は公開された論文の著者によって提案されています。

方形電圧源から非同期モーターに電力を供給するには、フィルターが最適です。その回路を図に示します。 1. 最初の高調波をほとんど減衰せずに負荷に伝達し、高調波を非常に強く減衰させます。

モーターパワーフィルター

電動機に負荷されるフィルタの等価回路を図に示します。 2. モーターは、アクティブ抵抗 Rd とそれ自体のインダクタンス Ld の並列接続によって表されます。インダクタ（チョーク）L1のアクティブ抵抗であるR1も考慮されます。直列 L1C1 と並列 LDS2 の両方の発振回路は、入力電圧パルスの繰り返し周波数に調整されます。

モーターパワーフィルター

非同期モーター用に設計されたフィルターの要素を計算してみましょう。銘板には、電圧 U - 220 V、周波数 F - 50 Hz、電力 P - 75 W、cos<φ - 0,6 のパラメーターが指定されています。さらに計算するには、円周周波数の値 Ω = 2πF = 6,28 50 = 314s-1 と sinφ =√ の値も必要になります。1-cos2φ = 0,8。

モーターが消費する電流の有効成分 lR = P / U = = 75/220 = 0,341 A、無効 - LL = IR (sinφ / cosφ) - 0,341 0,8 / 0,6 = 0,454 A、ここから Rd = U / IR = 220 / 0,341 \u645d 220 オーム; Xl \u0,454d U / IL \u484d 484 / 314 \u1,51d 2 オーム; Ld \u50d XL / φ \u2d \u106d 2/106 \u3142d 1,51 Gn。回路 LdС6,58 の共振周波数を XNUMX Hz にするためには、静電容量 СXNUMX = = XNUMX / (φXNUMXLd) = XNUMX / (XNUMX XNUMX) = XNUMX μF のコンデンサが必要です。

フィルタに、L1 として 80 W の電力を持つ蛍光灯によるランプによるチョークがあると仮定します。次のデータはスロットルの銘板に記載されています: 供給電圧 U - 220 V、周波数 F-50 Hz、定格動作電流 IH - 0,84 A、cosφ - 0,5 (sinφ = √1-cos2φ= 0,866）

CS2 回路の共振時、モータ電流の無効成分はコンデンサ C2 の電流によって補償されます。インダクタを流れるモータ電流の有効成分 (0,341 A) は 0,84 A よりもはるかに小さいため、インダクタの温度領域は問題になりません。

ネットワークからランプによって消費される電力は РСв - UIн = 220 0,84 0,5 = 92,4 W に等しく、そのうち 80 がランプにかかり、残りの 12,4 はインダクタのアクティブ抵抗である R1 によって消費されます。ランプ全体のアクティブ抵抗 RCв \u220d U / IH cosφ \u0,84d \u0,5d 131 / (1 12,4) \u92,4d 131 オームは電力と同じ割合でランプとインダクタの間に分配されるため、R0,134 \u17,60d RCB ( XNUMX / XNUMX）\uXNUMXd XNUMX-XNUMX \uXNUMXd XNUMXメートル。

ランプの誘導抵抗 Хсв = U/In・sinφ = (220/0,84)∙0,866 = = 227 オームは完全にチョークに起因し、そのインダクタンスは L1 = Хсвφ = 227/314 = 0,723 H です。 C1 \u1d 50 / ( φ1 L106) \u2d \u1d 106 / (3142 - 0,723) \u14d XNUMXマイクロファラッドの場合、発振回路LXNUMXCXNUMXはXNUMX Hzの周波数に調整されます。

共振時のインダクタ L1 とコンデンサ C1 のリアクタンスが等しいことを考慮して、エンジン動作中のコンデンサにかかる電圧の振幅が何倍にも増加することを計算します。電流に比例して電圧も増加します。したがって、上記で計算した許容電圧の1倍以上のコンデンサを選定する必要があります。

入力インパルス電圧の高調波フィルタによる抑制係数は、[1] で与えられた式から得られる式で計算できます。

dn = 1 - L1/Ld(1 - 1/n2)2、ここで n は高調波数です。

上記の L1 と Ld の値を使用すると、150 次高調波 (周波数 3,4 Hz) は 250、11 次高調波 (350 Hz) は 22,5、450 次高調波 (37,8 Hz) は 3、1 次高調波 (XNUMX Hz) で抑制されます。 Hz) - XNUMX、XNUMX 倍。図に示す入力電圧波形の偶数次高調波。 XNUMX (曲線 XNUMX) は存在しないため、それらの抑制係数を計算することは意味がありません。

モーターパワーフィルター

入力電圧の 2 次高調波の振幅 (図 3 の曲線 1) は、Um1,27 = 1,27Um です。ここで、Um はパルスの振幅です。異なる形状のパルスの係数 2 は異なります。その値は、たとえば [1] で見つけることができます。第 0,707 高調波の実効電圧は、U1 = 0,9Um1.1 = 1Um、つまり Um = 1,1U1 となります。フィルタ出力の電圧は、インダクタのアクティブ抵抗による降下分だけ小さくなります。したがって、モータは公称モードで動作します。、コンバータは振幅Um \u1d 1,1 U220 Rd / (Rd + R645) \u645d 17,6 236 XNUMX / (XNUMX + XNUMX) \uXNUMXd XNUMX Vの矩形パルス（「蛇行」）を生成する必要があります。

計算の正しさは、Electronics Workbench プログラムを使用して開発されたフィルターのコンピューターシミュレーションによって検証されました。モデルで得られた出力電圧グラフ (図 3 の曲線 3 を参照) は、完全には抑制されていない高調波が存在するため正弦波とは異なり、モーターが動作しているときにオシロスコープの画面で実際に観察されるものに対応しています。フィルター。

製造されたフィルタでは、C1 および C2 として、並列接続されたコンデンサのグループ KBG-MN、MBGCH、MBGP、MBM を使用して、少なくとも 1000 V (C1) および少なくとも 400 V (C2) の電圧に対して所望の静電容量を取得しました。）。蛍光灯のインダクタは、過熱することなくモータが消費する電流に耐えることができる他の同様のインダクタンスに置き換えることができます。スチール磁気回路 USh 16x30 に自家製チョークが巻かれています。その巻き線はPEV-870 2の0,3ターンです。

実践の結果、フィルターには調整が必要であり、直列分岐と並列分岐を個別に調整する方がよいことがわかっています。これには、220 V、75 W の白熱灯と AC 電圧計が必要です。必要な注意事項をすべて遵守した上で、「信号源」として主電源を使用できます。

シリアル回路 L1C1 は図 4 に示す回路に従って構成されます。 1. EL1ランプは負荷相当であると同時にチューニングインジケーターとしても機能します。コンデンサ CXNUMX の初期静電容量は、計算された静電容量よりわずかに小さくなります。より小さな容量の追加コンデンサをメインコンデンサと並列に接続することで、徐々に増加します。目標は、ランプの最高輝度または電圧計の最小読み取り値を達成することです。

モーターパワーフィルター

並列回路は図5に示すスキームに従って構成されます。 XNUMX、ランプの最低輝度または最大電圧計測定値を達成します。

モーターパワーフィルター

チューニング中、モーターシャフトは機械的負荷なしで回転する必要があります。

文学

Chucky F. et al. パワーエレクトロニクス。 - M.: Energoizdat、1982 年。
Bessonov L. 電気工学の理論的基礎。 - M.: 高校時代、1973 年。

著者: V.Volodin、オデッサ、ウクライナ

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