Расщепители фаз широко используются в промышленности для преобразования однофазного тока в трехфазный. Это позволяет запитывать трехфазные асинхронные электродвигатели в условиях отсутствия трехфазной сети. Давайте разберемся в устройстве и принципах работы этих полезных устройств.
Назначение и области применения расщепи
телей фаз
Расщепитель фаз - это электрическое устройство, предназначенное для преобразования однофазного переменного тока в трехфазный. Основное его назначение - обеспечить возможность подключения и работы трехфазных асинхронных электродвигателей в условиях, когда отсутствует трехфазная электрическая сеть.
Наиболее часто расщепители фаз применяются:
- На транспорте - на электровозах, электропоездах.
- В промышленности - для привода станков, механизмов, конвейеров.
- В сельском хозяйстве - для работы насосов, вентиляторов, другого оборудования.
- В частном секторе - для организации мастерских, приусадебных участков.
Везде, где нужно запитать трехфазный асинхронный электродвигатель, но нет доступа к трехфазной сети, на помощь приходит расщепитель фаз. Это позволяет существенно расширить возможности использования таких двигателей, которые отличаются высоким КПД, надежностью и невысокой стоимостью.
Устройство асинхронного расщепителя фаз
По своему внутреннему устройству асинхронный расщепитель фаз представляет собой трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Рассмотрим основные его составляющие.
Статор и его обмотки
Статор расщепителя фаз - это неподвижная часть, состоящая из стального магнитопровода с пазами, в которых размещена трехфазная обмотка. Она состоит из трех катушек, сдвинутых в пространстве на угол 120 градусов.
Отличие от обычного асинхронного двигателя в том, что обмотки статора расщепителя фаз соединяют не в звезду, а специальным образом:
- Две катушки объединяют в двигательную обмотку и подключают к однофазной сети.
- Третью катушку используют как генераторную и подсоединяют к одной из фаз двигательной обмотки.
Такая схема соединения обмоток и обеспечивает преобразование однофазного тока в трехфазный.
Ротор с беличьей клеткой
Вращающаяся часть расщепителя фаз - ротор - выполняется аналогично асинхронному двигателю. Это стальной цилиндр, на котором с двух сторон укреплены медные или алюминиевые стержни, соединенные торцевыми кольцами. Такая конструкция называется "беличья клетка" и образует замкнутый контур.
Беличья клетка ротора расщепителя фаз обычно делается двухъярусной. Верхняя клетка используется на этапе пуска, нижняя - в рабочем режиме.
Подшипниковые узлы
Для вращения ротор должен опираться на подшипники. В расщепителе фаз применяются подшипники качения - шариковые или роликовые. Они размещаются в подшипниковых щитах с двух сторон статора.
Корпус
Корпус расщепителя фаз представляет собой сварную конструкцию, которая закрывает и защищает все внутренние элементы. Кроме того, к корпусу крепятся подшипниковые щиты и охлаждающий вентилятор.
Таким образом, конструктивно асинхронный расщепитель фаз в целом повторяет устройство асинхронного электродвигателя, но имеет специфическую схему соединения обмоток статора.
Принцип действия расщепителя фаз
Работа расщепителя фаз основана на использовании вращающегося магнитного поля. Рассмотрим основные процессы, происходящие в расщепителе фаз при его работе.
Когда к двигательной обмотке статора расщепителя фаз подводится однофазный переменный ток, в машине возникает пульсирующее магнитное поле. Его можно разложить на два вращающихся синхронно в противоположных направлениях магнитных поля.
Одно из них вращается по направлению вращения ротора - оно называется прямым . Другое вращается в обратную сторону - обратным полем. При разгоне ротора прямое поле начинает преобладать, создавая вращающий момент.
Индукция ЭДС в обмотках статора
Вращающееся магнитное поле пересекает обмотки статора расщепителя фаз и наводит в них электродвижущую силу (ЭДС). В генераторной обмотке ЭДС сдвинута по фазе относительно ЭДС в двигательных обмотках примерно на 120 градусов.
ЭДС, наведенные в трех обмотках статора расщепителя фаз, и формируют на его выходе систему трехфазных напряжений. Этими напряжениями и питаются подключенные трехфазные асинхронные электродвигатели.
Таким образом, вращающееся магнитное поле обеспечивает все необходимые преобразования однофазного тока в трехфазный в асинхронном расщепителе фаз.
Схемы включения расщепителя фаз
Для работы расщепитель фаз должен быть правильно подключен к питающей сети и нагрузке. Рассмотрим типовые схемы включения.
Двигательные обмотки статора расщепителя фаз подключают непосредственно к однофазной сети напряжением 220 или 380 В. Для пуска могут использоваться пусковые конденсаторы или резисторы.
Подключение нагрузки
К выходу расщепителя фаз - трем фазным обмоткам статора - подключают трехфазные асинхронные электродвигатели. Их рабочие параметры (мощность, напряжение, ток) должны соответствовать характеристикам расщепителя фаз.
Для регулировки выходных параметров расщепителя фаз используют конденсаторы. Они устанавливаются между фазами и позволяют скомпенсировать несимметрию напряжений, а также отрегулировать реактивную мощность.
В целом схемы включения расщепителя фаз просты и надежны. Главное - обеспечить правильное соединение и соответствие параметров расщепителя фаз и подключаемых к нему потребителей.
Основные модели расщепителей фаз
Существует множество моделей расщепителей фаз, отличающихся мощностью, габаритами, особенностями конструкции. Рассмотрим наиболее распространенные из них.
- Расщепитель фаз РФ-10. Это одна из наиболее компактных и универсальных моделей. РФ-10 имеет мощность 10 кВт при напряжении 380 В, частоте вращения 1500 об/мин. Масса - 120 кг. Чаще всего используется на транспорте, в промышленности, сельском хозяйстве.
- Расщепитель фаз РФ-25. Более мощный расщепитель фаз (25 кВт, 380 В), предназначенный для работы с большими нагрузками. Масса - 350 кг. Применяется в промышленности, на транспорте.
- Расщепитель фаз РФ-63. Мощный промышленный расщепитель фаз (63 кВт, 380 В). Имеет увеличенные габариты и вес - 850 кг. Используется на крупных предприятиях, станциях, в энергетике.
- Расщепитель фаз РФ-560. Предельно мощный расщепитель фаз (560 кВт, 6000 В). Вес - более 15 тонн. Применяется на электростанциях, в энергосистемах, на железной дороге для питания электровозов. Таким образом, существуют расщепители фаз для решения широкого круга задач - от небольших мастерских до мощных промышленных объектов.
- Пуск и регулирование частоты вращения. Расщепитель фаз требует правильного пуска и регулирования частоты вращения ротора. Рассмотрим основные моменты.
Начальный раскрут ротора
Из-за особенностей магнитного поля расщепитель фаз не имеет начального пускового момента. Поэтому ротор необходимо предварительно раскрутить до некоторой минимальной частоты вращения.
Для этого используют пусковые резисторы, конденсаторы или специальные пусковые устройства. Они подключаются к обмоткам статора при пуске.
Достижение рабочей скорости
После начального раскрута прямое магнитное поле расщепителя фаз начинает преобладать и разгоняет ротор до рабочей частоты вращения. Обычно это происходит за несколько секунд.
Пусковые устройства отключаются после выхода расщепителя фаз на рабочий режим.
Стабилизация частоты вращения
В рабочем режиме частота вращения ротора расщепителя фаз стабилизируется и поддерживается постоянной за счет магнитного поля. Колебания частоты минимальны.
Таким образом, процесс пуска и выхода на режим расщепителя фаз происходит в автоматическом режиме и не требует вмешательства оператора.
Эксплуатация расщепителей фаз
Для обеспечения надежной работы расщепитель фаз должен проходить техническое обслуживание. Рассмотрим основные моменты эксплуатации.
- Проверка изоляции и сопротивления. В процессе эксплуатации проверяют сопротивление изоляции обмоток статора. Оно должно быть не менее 0,5 МОм. При меньших значениях требуется сушка обмоток.
- Техническое обслуживание. Проводят очистку расщепителя фаз от пыли, проверку подшипников и замену смазки, фиксируют рабочие параметры. Периодичность обслуживания зависит от условий эксплуатации.
Возможные неисправности
Основные неполадки расщепителя фаз: повышенный шум при работе, вибрация, нагрев подшипников, снижение оборотов и мощности. Причины – износ подшипников, обрывы в обмотках статора. Правильная эксплуатация и своевременное обслуживание позволяют предотвратить большинство неисправностей расщепителя фаз и продлить срок его службы.
