Регулятор оборотов асинхронного двигателя: Регулятор скорости для асинхронного двигателя купить в Мастер Кит. Драйвер, программы, схема, отзывы, инструкция, своими руками, DIY

Частотный регулятор для асинхронного двигателя 220в

При пуске электродвигателя происходит превышение потребления тока в 7 раз, что способствует преждевременному выходу из строя электрической и механической частей мотора. Для предотвращения этого следует применять регулятор оборотов электродвигателя. Существует много моделей заводского плана, но для того чтобы сделать такое устройство самостоятельно, необходимо знать принцип действия электродвигателя и способы регулирования оборотов ротора.

Общие сведения

Электродвигатели переменного тока получили широкое распространение во многих сферах жизнедеятельности человека, а именно — модели асинхронного типа. Основное назначение двигателя как электрической машины — трансформация электрической энергии в механическую. Асинхронный в переводе означает неодновременный, так как частота вращения ротора отличается от частоты переменного напряжения (U) в статоре. Существует две разновидности асинхронных двигателей по типу питания:

Однофазные применяются для домашних бытовых нужд, а трехфазные используются на производстве. В трехфазных асинхронных двигателях (далее ТАД) используются два вида роторов:

• замкнутые;
• фазные.

Замкнутые составляют около 95% от всех применяемых двигателей и обладают значительной мощностью (от 250 Вт и выше). Фазный тип конструктивно отличается от АД, но применяется достаточно редко по сравнению с первым. Ротор представляет собой стальную фигуру цилиндрической формы, которая помещается внутрь статора, причем на его поверхность напрессован сердечник.

Короткозамкнутый и фазный роторы

Впаянные или залитые в поверхность сердечника и накоротко замкнутые с торцов двумя кольцами высокопроводящие медные (для машин большой мощности) или алюминиевые стержни (для машин меньшей мощности) играют роль электромагнитов с полюсами, обращенными к статору. Стержни обмотки не имеют какой-либо изоляции, так как напряжение в такой обмотке нулевое.

Более часто используемый для стержней двигателей средней мощности алюминий отличается малой плотностью и высокой электропроводностью.

Для уменьшения высших гармоник электродвижущей силы (ЭДС) и исключения пульсации магнитного поля стержни ротора имеют определенным образом рассчитанный угол наклона относительно оси вращения. Если используется электромотор маленькой мощности, то пазы представляют собой закрытые конструкции, которые отделяют ротор от зазора с целью увеличения индуктивной составляющей сопротивления.

Ротор в виде фазного исполнения или типа характеризуются обмоткой, концы ее соединены по типу «звезда» и присоединены к контактным кольцам (на валу), по которым скользят графитовые щетки. Для устранения вихревых токов поверхность обмоток покрывается оксидной пленкой. Кроме того, в цепь обмотки ротора добавляется резистор, позволяющий изменять активное сопротивление (R) роторной цепи для уменьшения значений пусковых токов (Iп). Пусковые токи отрицательно влияют на электрическую и механическую части электромотора. Переменные резисторы, используемые для регулирования Iп:

1. Металлические или ступенчатые с ручным переключением.
2. Жидкостные (за счет погружения на глубину электродов).

Щетки, выполненные из графита, изнашиваются, и некоторые модели оборудованы короткозамкнутым конструктивным исполнением, которое поднимает щетки и замыкает кольца после запуска мотора. АД с фазным ротором являются более гибкими в плане регулирования Iп.

Конструктивные особенности

Асинхронный двигатель не имеет выраженных полюсов в отличие от электромотора постоянного тока. Число полюсов определяется количеством катушек в обмотках неподвижной части (статор) и способом соединения. В асинхронной машине с 4-мя катушками проходит магнитный поток. Статор выполняется из листов спецстали (электротехническая сталь), сводящих к нулю вихревые токи, при которых происходит значительный нагрев обмоток. Он приводит к массовому межвитковому замыканию.

Железняк или сердечник ротора напрессовывается непосредственно на вал. Между ротором и статором существует минимальный воздушный зазор. Обмотка ротора выполняется в виде «беличьей клетки» и сделана из медных или алюминиевых стержней.

В электромоторах мощностью до 100 кВт применяется алюминий, обладающий незначительной плотностью — для заливки в пазы сердечника ротора. Но несмотря на такое устройство, двигатели этого типа греются. Для решения этой проблемы используются вентиляторы для принудительного охлаждения, которые насаживаются на вал. Эти двигатели просты и надежны. Однако двигатели потребляют при пуске большой ток, в 7 раз больше номинального. Из-за этого они имеют низкий пусковой момент, так как большая часть энергии электричества идет на нагрев обмоток.

Электромоторы, у которых повышенный момент пуска, отличаются от обыкновенных асинхронных конструкцией ротора. Ротор изготавливается в виде двойной «беличьей клетки». Эти модели имеют сходство с фазными типами изготовления ротора. Он состоит из внутренней и наружной «беличьих клеток», причем наружная является пусковой и обладает большим активным и малым реактивным R. Наружная обладает незначительным активным и высоким реактивным R. При увеличении частоты вращения I переключается на внутреннюю клетку и работает в виде короткозамкнутого ротора.

Принцип работы

При протекании I по статорной обмотке в каждой из них создается магнитный поток (Ф). Эти Ф сдвинуты на 120 градусов относительно друг друга. Полученный Ф является вращающимся, создающим электродвижущую силу (ЭДС) в алюминиевых или медных проводниках. В результате этого и создается пусковой магнитный момент электромотора, и ротор начинает вращаться. Этот процесс называется еще в некоторых источниках скольжением (S), показывающим разность частоты n1 электромагнитного поля стартера, которое становится больше, чем частота, полученная при вращении ротора n2. Вычисляется в процентах и имеет вид: S = ((n1-n2)/n1) * 100%.

Значение S при начальном старте электромотора равно примерно 1, но при возрастании значений n2 становится меньше. В этот момент I в роторе уменьшается, следовательно, и ЭДС становится меньше номиналом. При холостом ходе S минимально, но при увеличении момента статического взаимодействия ротора и статора эта величина достигает критического значения. Если выполняется неравенство: S > Sкр, то мотор работает нормально, однако при превышении значения Sкр он может «опрокинуться». Опрокидывание вызывает нестабильную работу, но с течением времени исчезает.

Методы настройки оборотов

Для предотвращения отрицательного влияния во время пуска нужно уменьшить обороты электродвигателя 220 в или 380 в. Существует несколько способов достижения этой цели:

1. Изменение значения R цепи ротора.
2. Изменение U в обмотке статора.
3. Изменение частоты U.
4. Переключение полюсов.

При изменении значения R роторной части при помощи дополнительных резисторов приводит к снижению частоты вращения, но в результате этого уменьшается мощность. Следовательно, получается значительная потеря электроэнергии. Этот тип регулирования следует применять для фазного ротора.

При изменении значений U на статорной катушке возможно механическое или электрическое управление частотой вращения ротора. В этом случае используется регулятор U. Использование такого способа позволяет применять его только при вентиляторном характере нагрузки (например, регулятор оборотов вентилятора 220в). Для всех остальных случаев применяют трехфазные автоматические трансформаторы, позволяющие плавно изменять значения U, или тиристорные регуляторы.

Исходя из формулы зависимости частоты вращения от частоты питающего U можно производить регулирование количества оборотов ротора. Частота вращающегося магнитного поля статора вычисляется по формуле: Nст = 60 * f /p (f — частота тока питающей сети, p — число пар полюсов). Этот способ обеспечивает возможность плавного регулирования частоты вращения роторной части. Для получения высокого коэффициента полезного действия нужно изменять частоту и U. Этот способ является оптимальным для двигателей с короткозамкнутым ротором, так как потери мощности минимальны. Существует два метода изменения количества пар полюсов:

1. В статор (в пазы) нужно уложить 2 обмотки с различным числом p.
2. Обмотка состоит из двух частей, соединенных параллельно или последовательно.

Основным недостатком этого метода является поддержание ступенчатого характера изменения частоты электромотора с короткозамкнутым ротором.

Виды и критерии выбора

Для выбора регулятора нужно руководствоваться определенными характеристиками для конкретного случая. Среди всех критериев можно выбрать следующие:

1. По типу управления. Для двигателей коллекторного типа применяются регуляторы с векторной или скалярной системой управления.
2. Мощность является основным параметром, от которого нужно отталкиваться.
3. По диапазону U.
4. По диапазону частот. Нужно выбирать модель, которая соответствует требованиям пользователя для конкретного случая.
5. Прочие характеристики, в которые включены гарантия, габариты, комплектация.

Кроме того, регулятор подбирается мощнее, чем сам электродвигатель по формуле: Pрег = 1,3 * Pдвиг (Pрег, Pдвиг — мощность регулятора и двигателя соответственно). Его нужно выбирать на разные диапазоны U, так как универсальность играет важную роль.

Устройство на тиристорах

В этой модели, представленной на схеме 1, применяются 2 тиристора, включенных встречно-параллельно, хотя их можно заменить одним симистором.

Схема 1 — Тиристорная регулировка оборотов коллекторного двигателя без потери мощности.

Эта схема производит регулирование с помощью открытия или закрытия тиристоров (симистора) при фазовом переходе через нейтраль. Для корректного управления коллекторным двигателем применяют следующие способы модификации схемы 1:

1. Установка защитных LRC-цепей, состоящих из конденсаторов, резисторов и дросселей.
2. Добавление на входе емкости.
3. Использование тиристоров или симистора, ток которых превышает номинальное значение силы тока двигателя в диапазоне от 3..8 раз.

Этот тип регуляторов имеет достоинства и недостатки. К первым относятся низкая стоимость, маленький вес и габариты. Ко вторым следует отнести следующие:

• применение для моторов небольшой мощности;
• происходит шум и рывки мотора;
• при использовании схемы на симисторах происходит попадание постоянного U на двигатель.

Этот тип регулятора ставится в вентиляторы, кондиционеры, стиральные машины и электродрели . Отлично выполняет свои функции, несмотря на недостатки.

Транзисторный тип

Еще одним названием регулятора транзисторного типа является автотрансформатор или ШИМ-регулятор (схема 2). Он изменяет номинал U по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ) при помощи выходного каскада, в котором применяются транзисторы типа IGBT.

Схема 2 — Транзисторный ШИМ-регулятор оборотов.

Коммутация транзисторов происходит с высокой частотой и благодаря этому можно изменить ширину импульсов. Следовательно, при этом изменится и значение U. Чем длиннее импульс и короче паузы, тем выше значение U и наоборот. Положительные аспекты применения этой разновидности следующие:

1. Незначительный вес прибора при низких габаритах.
2. Довольно низкая стоимость.
3. При низких оборотах отсутствие шума.
4. Управление за счет низких значений U (0..12 В).

Основной недостаток применения заключается в том, что расстояние до электромотора должно быть не более 4 метров.

Регулирование за счет частоты

Регулирование оборотов моторов различных типов за счет частоты получило широкое применение. Частотное преобразование занимает лидирующую позицию на рынке сбыта устройств-регуляторов оборотов и осуществления плавного пуска. Благодаря своей универсальности возможно влиять на мощность, производительность и скорость любого устройства с электродвигателем. Эти устройства применяются для однофазных и трехфазных двигателей. Применяются такие виды частотных преобразователей:

1. Специализированные однофазные.
2. Трехфазные без конденсатора.

Для регулирования оборотов используется конденсатор, включенный с обмотками однофазного двигателя (схема 3). Этот преобразователь частоты (ПЧ) имеет емкостное R, которое зависит от частоты протекающего переменного тока. Выходной каскад такого ПЧ выполнен на IGBT-транзисторах.

Схема 3 — Частотный регулятор оборотов.

У специализированного ПЧ есть свои преимущества и недостатки. Преимуществами являются следующие:

1. Управление АД без участия человека.
2. Стабильность.
3. Дополнительные возможности.

Существует возможность управлять работой электромотора при определенных условиях, а также защита от перегрузок и токов КЗ. Кроме того, возможно расширять функционал при помощи подключения цифровых датчиков, мониторинга параметров работы и использования PID-регулятора. К минусам можно отнести ограничения при управлении частотой и довольно высокую стоимость.

Для трехфазных АД применяются также устройства регулирования частоты (схема 4). Регулятор имеет на выходе три фазы для подключения электромотора.

Схема 4 — ПЧ для трехфазного двигателя.

У этого варианта тоже есть свои сильные и слабые стороны. К первым можно отнести следующие: низкую стоимость, выбор мощности, широкий диапазон частотной регуляции, а также все преимущества однофазных преобразователей частоты. Среди всех отрицательных сторон можно выделить основные: предварительный подбор и нагрев при пуске.

Изготовление своими руками

Если нет возможности, а также желания приобретать регулятор заводского типа, то можно собрать его своими руками. Хотя регуляторы типа » tda1085 » зарекомендовали себя очень хорошо. Для этого нужно детально ознакомиться с теорией и приступить к практике. Очень популярны схемы симисторного исполнения, в частности регулятор оборотов асинхронного двигателя 220в (схема 5). Сделать его несложно. Он собирается на симисторе ВТ138, хорошо подходящем для этих целей.

Схема 5 — Простой регулятор оборотов на симисторе.

Этот регулятор может быть использован и для регулировки оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт, так как является довольно простым и универсальным. Обороты регулируются благодаря изменению параметров Р1, определяющему фазу входящего сигнала, который открывает переход симистора.

Принцип работы прост. При запуске двигателя происходит его затормаживание, индуктивность изменятся в меньшую сторону и способствует увеличению U в цепи «R2—>P1—>C2». При разряде С2 симистор открывается в течение некоторого времени.

Существует еще одна схема. Она работает немного по-другому: путем обеспечения хода энергии обратного типа, которое является оптимально выгодным. В схему включен довольно мощный тиристор.

Схема 6 — Устройство тиристорного регулятора.

Схема состоит из генератора сигнала управления, усилителя, тиристора и участка цепи, выполняющего функции стабилизатора вращения ротора.

Наиболее универсальной схемой является регулятор на симисторе и динисторе (схема 7). Он способен плавно убавить скорость вращения вала, задать реверс двигателю (изменить направление вращения) и понизить пусковой ток.

Принцип работы схемы:

1. С1 заряжается до U пробоя динистора D1 через R2.
2. D1 при пробитии открывает переход симистора D2, который отвечает за управление нагрузкой.

​Напряжение при нагрузке прямо пропорционально зависит от частотной составляющей при открытии D2, зависящего от R2. Схема применяется в пылесосах. Она содержит универсальное электронное управление, а также способность простого подключения питания 380 В. Все детали следует расположить на печатной плате, изготовленной по лазерно-утюжной технологии (ЛУТ). Подробно с этой технологии изготовления плат можно ознакомиться в интернете.

Таким образом, при выборе регулятора оборотов электродвигателя возможна покупка заводского или изготовление своими руками. Самодельный регулятор сделать достаточно просто, так как при понимании принципа действия устройства можно с легкостью собрать его. Кроме того, следует соблюдать правила безопасности при осуществлении монтажа деталей и при работе с электричеством.

Плавная работа двигателя, без рывков и скачков мощности – это залог его долговечности. Для контроля этих показателей используется регулятор оборотов электродвигателя на 220В, 12 В и 24 В, все эти частотники можно изготовить своими руками или купить уже готовый агрегат.

Зачем нужен регулятор оборотов

Регулятор оборотов двигателя, частотный преобразователь – это прибор на мощном транзисторе, который необходим для того, чтобы инвертировать напряжение, а также обеспечить плавную остановку и пуск асинхронного двигателя при помощи ШИМ. ШИМ – широко-импульсное управление электрическими приспособлениями. Его применяют для создания определенной синусоиды переменного и постоянного тока.

Фото – мощный регулятор для асинхронного двигателя

Самый простой пример преобразователя – это обычный стабилизатор напряжения. Но у обсуждаемого прибора гораздо больший спектр работы и мощность.

Частотные преобразователи используются в любом устройстве, которое питается от электрической энергии. Регуляторы обеспечивают чрезвычайно точный электрический моторный контроль, так что скорость двигателя можно изменять в меньшую или большую сторону, поддерживать обороты на нужном уровне и защищать приборы от резких оборотов. При этом электродвигателем используется только энергия, необходимая для работы, вместо того, чтобы запускать его на полной мощности.

Фото – регулятор оборотов двигателя постоянного тока

Зачем нужен регулятор оборотов асинхронного электродвигателя:

1. Для экономии электроэнергии. Контролируя скорость мотора, плавность его пуска и остановки, силы и частоты оборотов, можно добиться значительной экономии личных средств. В качестве примера, снижение скорости на 20% может дать экономию энергии в размере 50%.
2. Преобразователь частоты может использоваться для контроля температуры процесса, давления или без использования отдельного контроллера;
3. Не требуется дополнительного контроллера для плавного пуска;
4. Значительно снижаются расходы на техническое обслуживание.

Устройство часто используется для сварочного аппарата (в основном для полуавтоматов), электрической печки, ряда бытовых приборов (пылесоса, швейной машинки, радио, стиральной машины), домашнего отопителя, различных судомоделей и т.д.

Фото – шим контроллер оборотов

Принцип работы регулятора оборотов

Регулятор оборотов представляет собой устройство, состоящее из следующих трех основных подсистем:

1. Двигателя переменного тока;
2. Главного контроллера привода;
3. Привода и дополнительных деталей.

Когда двигатель переменного тока запускается на полную мощность, происходит передача тока с полной мощностью нагрузки, такое повторяется 7-8 раз. Этот ток сгибает обмотки двигателя и вырабатывает тепло, которое будет выделяться продолжительное время. Это может значительно снизить долговечность двигателя. Иными словами, преобразователь – это своеобразный ступенчатый инвертор, который обеспечивает двойное преобразование энергии.

Фото – схема регулятора для коллекторного двигателя

В зависимости от входящего напряжения, частотный регулятор числа оборотов трехфазного или однофазного электродвигателя, происходит выпрямление тока 220 или 380 вольт. Это действие осуществляется при помощи выпрямляющего диода, который расположен на входе энергии. Далее ток проходит фильтрацию при помощи конденсаторов. Далее формируется ШИМ, за это отвечает электросхема. Теперь обмотки асинхронного электродвигателя готовы к передаче импульсного сигнала и их интеграции к нужной синусоиде. Даже у микроэлектродвигателя эти сигналы выдаются, в прямом смысле слова, пачками.

Как выбрать регулятор

Существует несколько характеристик, по которым нужно выбирать регулятор оборотов для автомобиля, станочного электродвигателя, бытовых нужд:

1. Тип управления. Для коллекторного электродвигателя бывают регуляторы с векторной или скалярной системой управления. Первые чаще применяются, но вторые считаются более надежными;
2. Мощность. Это один из самых важных факторов для выбора электрического преобразователя частот. Нужно подбирать частотник с мощностью, которая соответствует максимально допустимой на предохраняемом приборе. Но для низковольтного двигатель лучше подобрать регулятор мощнее, чем допустимая величина Ватт;
3. Напряжение. Естественно, здесь все индивидуально, но по возможности нужно купить регулятор оборотов для электродвигателя, у которого принципиальная схема имеет широкий диапазон допустимых напряжений;
4. Диапазон частот. Преобразование частоты – это основная задача данного прибора, поэтому старайтесь выбрать модель, которая будет максимально соответствовать Вашим потребностям. Скажем, для ручного фрезера будет достаточно 1000 Герц;
5. По прочим характеристикам. Это срок гарантии, количество входов, размер (для настольных станков и ручных инструментов есть специальная приставка).

Хорошо себя зарекомендовали приборы марки Sinus, E-Sky и Pic.

При этом также нужно понимать, что есть так называемый универсальный регулятор вращения. Это частотный преобразователь для бесколлекторных двигателей.

Фото – схема регулятора для бесколлекторных двигателей

В данной схеме есть две части – одна логическая, где на микросхеме расположен микроконтроллер, а вторая – силовая. В основном такая электрическая схема используется для мощного электрического двигателя.

Видео: регулятор оборотов электродвигателя с ШИро V2

Как сделать самодельный регулятор оборотов двигателя

Можно сделать простой симисторный регулятор оборотов электродвигателя, его схема представлена ниже, а цена состоит только из деталей, продающихся в любом магазине электротехники.

Для работы нам понадобится мощный симистор типа BT138-600, её советует журнал радиотехники.

Фото – схема регулятора оборотов своими руками

В описанной схеме, обороты будут регулироваться при помощи потенциометра P1. Параметром P1 определяется фаза входящего импульсного сигнала, который в свою очередь открывает симистор. Такая схема может применяться как в полевом хозяйстве, так и в домашнем. Можно использовать данный регулятор для швейных машинок, вентиляторов, настольных сверлильных станков.

Принцип работы прост: в момент, когда двигатель немного затормаживается, его индуктивность падает, и это увеличивает напряжение в R2-P1 и C3, то в свою очередь влечет более продолжительное открытие симистора.

Тиристорный регулятор с обратной связью работает немного по-другому. Он обеспечивает обратный ход энергии в энергетическую систему, что является очень экономным и выгодным. Данный электронный прибор подразумевает включение в электрическую схемы мощного тиристора. Его схема выглядит вот так:

Здесь для подачи постоянного тока и выпрямления требуется генератор управляющего сигнала, усилитель, тиристор, цепь стабилизации оборотов.

Частотное управление электроприводами активно развивается и все чаще можно услышать о новом методе управления, или улучшенном частотнике, или о внедрении частотного электропривода в какой-то сфере, где ранее никто и подумать не мог что это возможно. Но это факт!

Если мы внимательно рассмотрим электродвигатели, к которым применяют частотное регулирование – то это асинхронные или синхронные трехфазные двигатели. Существует несколько разновидностей преобразователей частоты. Но ведь есть и однофазные асинхронные машины, почему прогресс не касается их? Почему частотное управление не применяют так активно к однофазным машинам? Давайте рассмотрим.
Содержание:

Принцип работы однофазной асинхронной машины

При однофазном питании асинхронника в нем вместо вращающегося магнитного поля возникает пульсирующее, которое можно разложить на два магнитных поля, которые будут вращаться в разные стороны с одинаковой частотой и амплитудой. При остановленном роторе электродвигателя данные поля создадут моменты одинаковой величины, но различного знака. В итоге результирующий пусковой момент будет равен нулю, что не позволит двигателю запустится. По своим свойствам однофазный электродвигатель похож на трехфазный, который работает при сильном искажении симметрии напряжений:

на рисунке а) показана схема асинхронной однофазной машины, а на б) векторная диаграмма

Основные виды однофазных электроприводов

Как упоминалось однофазный двигатель не может развивать пусковой момент, следствием чего становится невозможность его самостоятельного запуска. Для этого придумали несколько способов компенсации магнитного поля противоположного по знаку основному.

Двигатели с пусковой обмоткой

В данном способе пуска кроме основной обмотки Р, имеющей фазную зону 120 0 , на статор наматывают еще и пусковую П, которая имеет фазную зону 60 0 . Также пусковая обмотка сдвигается относительно рабочей на 90 0 электрических. Для того, чтоб создать фазовый сдвиг между токами обмоток I_р и I_п последовательно в пусковую обмотку подключают элемент, приводящий к сдвигу фаз ψ (фазосдвигающее сопротивление Z_п):

Где: а) схема подключения машины, б) векторные диаграммы при использовании различных сопротивлений.

Наилучшими условиями для пуска будет включения конденсатора в пусковую обмотку. Но поскольку емкость конденсатора довольно велика, соответственно и его стоимость и габариты тоже возрастают. Зачастую его применяют для получения повышенного момента для пуска. Пуск с помощью индуктивности имеет наихудшие показатели и в настоящее время не используется. Довольно часто могут применять запуск с помощью активного сопротивления, при этом пусковую обмотку делают с повышенным активным сопротивлением. После запуска электродвигателя пусковая обмотка отключается. Ниже показаны схемы включений и их пусковые характеристики:

Где: а,б) двигатели с пусковой обмоткой, в,г) конденсаторные

Конденсаторный двигатель

Данный тип электродвигателя имеет две рабочие обмотки, в одну из которых подключают рабочую емкость С_р. Данные обмотки сдвинуты относительно друг друга на 90 0 электрических и имеют фазные зоны тоже 90 0 . При этом мощности обеих обмоток равны, но их токи и напряжения различны, также различны количества витков. Иногда величины конденсатора рабочего не достаточно для формирования нужного пускового момента, поэтому параллельно ему могут вешать пусковой, как это показано на рисунке выше. Схема приведена ниже:

Где: а) схема конденсаторного электродвигателя, б) его векторная диаграмма

В данном типе однофазных машин коэффициент мощности cosφ даже выше чем у трехфазных. Это объясняется наличием конденсатора. КПД такого электродвигателя выше, чем однофазного электродвигателя с пусковой обмоткой.

Частотное регулирование однофазных асинхронных электродвигателей

Итак, все чаще появляются предложения частотных преобразователей, которые могут управлять однофазными асинхронными машинами. В силу того что частотники предназначены для работы с трехфазными машинами, то для регулирования оборотов однофазной машинами необходим особый вид частотного преобразователя. Это обусловлено тем, что трехфазные и однофазные машины имеют немного разный принцип работы. Давайте рассмотрим схему включения, которую предоставляет один из официальных производителей частотных преобразователей для однофазных машин:

Это схема прямого подключения. Где: Ф-фаза питающего напряжения, N-нейтральный проводник, L1, L2 – обмотки двигателя, Ср – рабочий конденсатор.

А вот схема подключения преобразователя:

Как мы можем видеть, конденсатор при включении данной схемы отключается. Обмотка L1 переключается к выходу преобразователя фазы А, а L2 к В. Общий провод подключается к выходу С. Тем самым мы фактически получили двухфазную машину. Фазовый сдвиг теперь будет реализовывать частотный преобразователь, а не конденсатор. На выходе преобразователя будет обычное трехфазное напряжение.

Данный способ частотного регулирования трудно назвать однофазным, так как при питания двигателя от сети напрямую необходимо опять восстанавливать схему с конденсатором. Более того, этот способ регулирования частоты НЕ ПОДХОДИТ для машин с пусковой обмоткой, так как сопротивление рабочей и пусковой обмотки не равны, появится асимметрия.

Можем сделать вывод, что данный вид частотного регулирования подходит не всем электродвигателям, а только конденсаторным. Более того, при такой схеме подключения необходимо провести переподключение обмоток внутри электродвигателя (в коробке выводов электродвигателя), что после переподключения не позволит работать ему от сети напрямую. Поэтому если вы собираетесь питать электродвигатель от однофазной сети через частотник, то, может быть стоит купить преобразователь, который питается от однофазной сети, а двигатель обычный, трехфазный. Это лучше с точки зрения работы самой машины, также отсутствуют переделки внутри электрической машины. Если вы собираетесь таким образом модернизировать систему, то внимательно изучите характеристики электродвигателя, преобразователя, чтоб избежать пустой траты средств или выхода из строя элементов системы.

“>

Регулятор оборотов с обратной связью по скорости , токовой отсечкой и плавным запуском для универсального коллекторного двигателя.

Благодаря надежности и простоте конструкции асинхронные двигатели (АД) получили широкое распространение. В большинстве станков, промышленном и бытовом оборудовании применяются электродвигатели такого типа. Изменение скорости вращения АД производится механически (дополнительной нагрузкой на валу, балластом, передаточными механизмами, редукторами и т.д.) или электрическими способами. Электрическое регулирование более сложное, но и гораздо более удобное и универсальное.

Для многих агрегатов применяется именно электрическое управление. Оно обеспечивает точное и плавное регулирование пуска и работы двигателя. Электрическое управление производится за счет:

• изменения частоты тока;
• силы тока;
• уровня напряжения.

В этой статье мы рассмотрим популярные способы, как может осуществляться регулировка оборотов асинхронного двигателя на 220 и 380В.

Изменение скорости АД с короткозамкнутым ротором

Существует несколько способов:

1. Управление вращением за счет изменения электромагнитного поля статора: частотное регулирование и изменение числа пар полюсов.

1. Изменение скольжения электромотора за счет уменьшения или увеличения напряжения (может применяться для АД с фазным ротором).

Частотное регулирование

В данном случае регулировка производится с помощью подключенного к двигателю устройства для преобразования частоты. Для этого применяются мощные тиристорные преобразователи. Процесс частотного регулирования можно рассмотреть на примере формулы ЭДС трансформатора:

U1=4,44w1k1fΦ

Данное выражение означает, что для сохранения постоянного магнитного потока, означающего сохранение перегрузочной способности электромотора, следует одновременно с преобразованием частоты корректировать и уровень питающего напряжения. Если сохраняется выражение, вычисленное по формуле:

U1/f1=U’1/f’1

то это означает, что критический момент не изменен. А механические характеристики соответствуют рисунку ниже, если вы не понимаете, что значат эти характеристики, то в этом случае регулировка происходит без потери мощности и момента.

Достоинствами данного метода являются:

• плавное регулирование;
• изменение скорости вращения ротора в большую и меньшую сторону;
• жесткие механические характеристики;
• экономичность.

Недостаток один — необходимость в частотном преобразователе, т.е. увеличение стоимости механизма. К слову, на современном рынке представлены модели с однофазным и трёхфазным входом, стоимость которых при мощности 2-3 кВт лежит в диапазоне 100-150 долларов, что не слишком дорого для полноценной регулировки привода станков в частной мастерской.

Переключение числа пар полюсов

Данный метод применяется для многоскоростных двигателей со сложной обмоткой, позволяющей изменять число пар ее полюсов. Самое широкое применение получили двухскоростные, трехскоростные и четырехскоростные АД. Принцип регулировки проще всего рассмотреть на основе двухскоростного АД. В такой машине обмотка каждой фазы состоит из двух полуобмоток. Скорость вращения изменяется при подключении их последовательно или параллельно.

В четырехскоростном электродвигателе обмотка выполнена в виде двух независимых друг от друга частей. При изменении числа пар полюсов первой обмотки производится изменение скорости работы электромотора с 3000 до 1500 оборотов в минуту. При помощи второй обмотки производится регулировка вращения 1000 и 500 оборотов в минуту.

При изменении числа пар полюсов происходит и изменение критического момента. Для его сохранения неизменным, требуется одновременно с изменением числа пар полюсов регулировать и питающее напряжение, например, переключением схемы звезда-треугольник и их вариациями.

Достоинства данного метода:

• жесткие механические характеристики двигателя;
• высокий КПД.

Недостатки:

• ступенчатая регулировка;
• большой вес и габаритные размеры;
• высокая стоимость электромотора.

Принцип работы регулятора оборотов

Регулятор оборотов представляет собой устройство, состоящее из следующих трех основных подсистем:

1. Двигателя переменного тока;
2. Главного контроллера привода;
3. Привода и дополнительных деталей.

Когда двигатель переменного тока запускается на полную мощность, происходит передача тока с полной мощностью нагрузки, такое повторяется 7-8 раз. Этот ток сгибает обмотки двигателя и вырабатывает тепло, которое будет выделяться продолжительное время. Это может значительно снизить долговечность двигателя. Иными словами, преобразователь – это своеобразный ступенчатый инвертор, который обеспечивает двойное преобразование энергии.

Фото – схема регулятора для коллекторного двигателя

В зависимости от входящего напряжения, частотный регулятор числа оборотов трехфазного или однофазного электродвигателя, происходит выпрямление тока 220 или 380 вольт. Это действие осуществляется при помощи выпрямляющего диода, который расположен на входе энергии. Далее ток проходит фильтрацию при помощи конденсаторов. Далее формируется ШИМ, за это отвечает электросхема. Теперь обмотки асинхронного электродвигателя готовы к передаче импульсного сигнала и их интеграции к нужной синусоиде. Даже у микроэлектродвигателя эти сигналы выдаются, в прямом смысле слова, пачками.

Как выбрать регулятор

Существует несколько характеристик, по которым нужно выбирать регулятор оборотов для автомобиля, станочного электродвигателя, бытовых нужд:

1. Тип управления. Для коллекторного электродвигателя бывают регуляторы с векторной или скалярной системой управления. Первые чаще применяются, но вторые считаются более надежными;
2. Мощность. Это один из самых важных факторов для выбора электрического преобразователя частот. Нужно подбирать частотник с мощностью, которая соответствует максимально допустимой на предохраняемом приборе. Но для низковольтного двигатель лучше подобрать регулятор мощнее, чем допустимая величина Ватт;
3. Напряжение. Естественно, здесь все индивидуально, но по возможности нужно купить регулятор оборотов для электродвигателя, у которого принципиальная схема имеет широкий диапазон допустимых напряжений;
4. Диапазон частот. Преобразование частоты – это основная задача данного прибора, поэтому старайтесь выбрать модель, которая будет максимально соответствовать Вашим потребностям. Скажем, для ручного фрезера будет достаточно 1000 Герц;
5. По прочим характеристикам. Это срок гарантии, количество входов, размер (для настольных станков и ручных инструментов есть специальная приставка).

Хорошо себя зарекомендовали приборы марки Sinus, E-Sky и Pic.

При этом также нужно понимать, что есть так называемый универсальный регулятор вращения. Это частотный преобразователь для бесколлекторных двигателей.

Фото – схема регулятора для бесколлекторных двигателей

В данной схеме есть две части – одна логическая, где на микросхеме расположен микроконтроллер, а вторая – силовая. В основном такая электрическая схема используется для мощного электрического двигателя.

Читать также: Какой домкрат лучше подкатной или бутылочный

Видео: регулятор оборотов электродвигателя с ШИро V2

Способы управления скоростью АД с фазным ротором

Изменение скорости вращения АД с фазным ротором производится путем изменения скольжения. Рассмотрим основные варианты и способы.

Изменение питающего напряжения

Этот способ также применяется для АД с КЗ ротором. Асинхронный двигатель подключается через автотрансформатор или ЛАТР. Если уменьшать напряжение питания, частота вращения двигателя снизится.

Но такой режим уменьшает перегрузочную способность двигателя. Этот способ применяется для регулирования в пределах напряжения не выше номинального, так как увеличение номинального напряжения приведет к выходу электродвигателя из строя.

Активное сопротивление в цепи ротора

При использовании данного метода в цепь ротора подключается реостат или набор постоянных резисторов большой мощности. Данное устройство предназначено для плавного увеличения сопротивления.

Скольжение растет пропорционально увеличению сопротивления, а скорость вращения вала электромотора при этом снижается.

Достоинства:

• большой диапазон регулирования в сторону понижения скорости вращения.

Недостатки:

• снижение КПД;
• увеличение потерь;
• ухудшение механических характеристик.

Асинхронный вентильный каскад и машины двойного питания

Изменение скорости работы асинхронных электромоторов в данных случаях выполняется путем изменения скольжения. При этом скорость вращения электромагнитного поля неизменна. Напряжение подается напрямую на обмотки статора. Регулировка происходит за счет использования мощности скольжения, которая трансформируется в цепь ротора, и образует добавочную ЭДС. Такие методы используются только в специальных машинах и крупных промышленных устройствах.

Как сделать самодельный регулятор оборотов двигателя

Можно сделать простой симисторный регулятор оборотов электродвигателя, его схема представлена ниже, а цена состоит только из деталей, продающихся в любом магазине электротехники.

Для работы нам понадобится мощный симистор типа BT138-600, её советует журнал радиотехники.

Фото – схема регулятора оборотов своими руками

В описанной схеме, обороты будут регулироваться при помощи потенциометра P1. Параметром P1 определяется фаза входящего импульсного сигнала, который в свою очередь открывает симистор. Такая схема может применяться как в полевом хозяйстве, так и в домашнем. Можно использовать данный регулятор для швейных машинок, вентиляторов, настольных сверлильных станков.

Принцип работы прост: в момент, когда двигатель немного затормаживается, его индуктивность падает, и это увеличивает напряжение в R2-P1 и C3, то в свою очередь влечет более продолжительное открытие симистора.

Тиристорный регулятор с обратной связью работает немного по-другому. Он обеспечивает обратный ход энергии в энергетическую систему, что является очень экономным и выгодным. Данный электронный прибор подразумевает включение в электрическую схемы мощного тиристора. Его схема выглядит вот так:

Здесь для подачи постоянного тока и выпрямления требуется генератор управляющего сигнала, усилитель, тиристор, цепь стабилизации оборотов.

Практически во всех бытовых приборах и электроинструментах используется коллекторныйдвигатель. В более новых моделях болгарок, шуруповертов, ручных фрезеров, пылесосов, миксеров и других присутствует регулировка оборотов двигателя, но в более поздних моделях такой функции нет. Такими инструментами и бытовыми приборами не всегда удобно работать, и поэтому существуют регуляторы оборотов с поддержанием мощности.

Плавный пуск асинхронных электродвигателей

АД кроме безусловных преимуществ, обладают существенными недостатками. Это рывок на старте и большие пусковые токи, в 7 раз превышающие номинальные. Для мягкого старта электродвигателя используются следующие методы:

• переключение обмоток по схеме звезда – треугольник;
• включение электродвигателя через автотрансформатор;
• использование специализированных устройств для плавного пуска.

В большинстве частотных регуляторов есть функция плавного пуска двигателя. Это не только снижает пусковые токи, но и уменьшает нагрузки на исполнительные механизмы. Поэтому регулирование частоты и плавный пуск довольно сильно связаны между собой.

Устройство коллекторного двигателя

Коллекторный электродвигатель состоит из статора и ротора. Ротором называется часть, которая

вращается, а статор является неподвижным. Еще одной составляющей электродвигателя являются графитовые щетки, по которым ток течет к якорю. В зависимости от комплектации могут присутствовать датчики Холла, которые дают возможность плавного запуска и регулировки оборотов. Чем выше подаваемое напряжение, тем выше обороты. Этот тип может работать как от переменного, так и от постоянного тока.

По классификации коллекторные двигатели можно разделить на те, что работают от переменного и от постоянного тока. Их также можно разделить по типу возбуждения обмотки: двигатели с параллельным, последовательным и смешанным (параллельно-последовательным) возбуждением.

Производители контроллеров

Лидером в производстве профессиональных контроллеров для спортсменов является, конечно же Schulze Electronik – на этих контроллерах летает, плавает и ездит большинство спортсменов. Однако это и самые дорогие контроллеры.

Далее в списке популярности стоит Castle Creations – сравнительно молодая фирма (основана в 1997г), специализирующаяся исключительно на выпуске регуляторов хода. В Америке она является лидером по количеству продаж.

Также профессиональные, но опять-таки довольно дорогие контроллеры для спортсменов делает немецкая фирма Kontronik.

Продукция чешских фирм MGM Compro (это их контроллеры называются TMM) и Jeti Models (они же делают контроллеры для фирмы Hacker motors) ориентирована в основном на рынок хобби.

Американская фирма Astro Flight, специализирующаяся на выпуске электромоторов для моделизма, также делает контроллеры к своим моторам, однако отдельно от моторов найти их в продаже проблемматично…

При выборе контроллера главный совет — внимательно изучите все характеристики приглянувшейся вам модели. У некоторых фирм, например Jeti models и MGM Compro (TMM), контроллеры на один и тот же ток и напряжение могут быть с разными версиями программного обеспечения и иметь разное число настроек. Если вы планируете использовать литий-полимерные аккумуляторы — контроллер должен иметь соответствующие настройки. При больших токах 60-80А контроллер лучше выбирать с запасом на 10-15А больше.

Что такое регулятор оборотов электродвигателя. Примеры,описание регуляторов

Устройство, предназначенное для выполнения функции плавного увеличения или уменьшения скорости вращения вала электрического двигателя. Регулировку можно осуществлять методом широтно-импульсной модуляции и методом изменения фазного напряжения

Для управления и регулировки числа оборотов вращения электродвигателя асинхронного типа можно использовать импульсный регулятор-стабилизатор напряжения (инвертор). Он будет выполнять функцию источника питания. В его основу положено применение импульсного ШИМ-регулятора марки ТL494. Питающее напряжение электродвигателя, выходящее после ШИМ-регулятора, будет изменяться в соответствии с изменением частоты вращения. Используя этот способ, достигается больший экономический эффект, устройство достаточно простое и при этом увеличивает эффективность регулирования.

Что такое регулятор оборотов электродвигателя

Рис № 1. Схема использования ШИМ-регулятора для трехфазного асинхронного двигателя, подключенного через конденсатор к однофазной сети.

Этот способ, несмотря на свою эффективность, имеет два существенных недостатка – это:

• Невозможность реверсивного управления двигателем без использования дополнительных коммутирующих аппаратов.
• Частотные преобразователи, использованные в регуляторе, отличаются высокой стоимостью и выпускаются ограниченным числом производителей.

Существует несколько видов блоков управления, изготовленных промышленным способом, они используются для однофазных асинхронных двигателей, границы регулирования составляют от 25 до 100% от значения мощности, и от 1000 до 4000 об/мин.

Работа блока регулировки происходит при изменении средней величины переменного напряжения на электродвигателе. Она производится с помощью метода фазового регулирования напряжения, при изменении угла открытия полупроводниковых приборов (тиристоров, симисторов и т. д.) при использовании которых осуществлена сборка схемы.

Управление блоком осуществляется посредством использования внешнего переменного резистора. В том случае, когда мощность менее 25% двигатель отключается и переходит в дежурный режим ожидания.

Контроль за работой осуществляется при помощи светового индикатора. Отключенное состояние двигателя – изредка мигает красный цвет. Двигатель работает – скважность включения индикатора пропорциональна оборотам вращения (производительности) двигателя.

Что такое регулятор оборотов электродвигателя

Рис №2. Схема подключения блока регулятора РВС 207.

Помимо образцов регуляторов, промышленных образцов регуляторов существует возможность самостоятельного выполнения регуляторов скорости бесколлекторных двигателей, не уступающих промышленным образцам.

Что такое регулятор оборотов электродвигателя

Рис №3. Электрическая схема регулятора скорости вращения бесколлекторного двигателя.

Регулировать количество оборотов вращения вала бесколлекторного асинхронного электродвигателя допускается также при изменении значения переменного напряжения, подаваемого к двигателю.

В состав регулятора входит задающий генератор, он служит для изменения частоты в границах значений 50 – 200 Гц. Генератор состоит из мультивибратора, работа, которого строится на микросхеме К561ЛА7 и счетчика-дешифратора марки К561ИЕ8 с коэффициентом пересчета – 8, она отвечает за формирование сигналов управления силовыми полевыми транзисторами полумоста.

В схеме присутствует выходной трансформатор Т-1. Он служит для развязки транзисторов полумоста.

Выпрямитель включает в свою конструкцию диодный мост и удваивающие напряжение питания  – конденсаторы с большой емкостью.

Диодный мост подключен по нетрадиционной схеме. С4 и R7 выполняют роль демпфирующей цепи, она служит для сглаживания всплесков напряжения, которые представляют собой опасность для транзисторов VТ4.

Рекомендация: для трансформатора управления транзисторными ключами, можно применить трансформатор от телевизионного блока питания., в этом случае тип не играет большого значения, главное, чтобы первичная обмотка состояла из 120 витков провода 0,7 мм², вторичная представляет собой 2 независимые друг от друга обмотки с количеством витков – 60, провод, применяемый во вторичной обмотке, аналогичен проводу первичной. Первичная обмотка имеет напряжение 2 х 12В, вторичная обмотка – по 12В каждая.

Необходимо помнить, что обе вторичные обмотки должны обладать хорошей изоляцией друг от друга, между обмотками присутствует высокий потенциал, он составляет 640В, они подключаются к затворам транзисторных ключей в противофазе.

Такой регулятор может управлять вращением асинхронного двигателя с максимальным значением рабочей мощности – 500Вт. Чтобы регулятор использовать для регулировки электродвигателей более высокой мощности нужно применить большее количество силовых ключей, а также изменить в сторону увеличения емкость конденсаторов для питающего фильтра, это элементы схемы С3 и С4. Для регулятора достаточно использовать печатную плату размером 110 х 80 мм. Управляющий силовыми транзисторными ключами трансформатор монтируется отдельно от блока регулятора.

Короткая заметка:  Изготовление в России и для российского рынка керамогранитных изделий приемлемой стоимости. Плитка Италон имеет цены соответствующие качеству. Убедитесь сами, перейдя по ссылке http://www.keramogranit.ru/vendor.94.html

• Twitter
• Google
• Печать
• Reddit
• Facebook
• LinkedIn
• по электронной почте

Безпомеховый регулятор оборотов однофазного асинхронного двигателя вентилятора ВН-2.

Содержание / Contents

Соль при подготовке раствора можно не жалеть. Так как она играет роль катализатора, то в процессе травления практически не расходуется. Перекись 3% не стоит разбавлять дополнительно т.к. при добавлении остальных ингредиентов её концентрация снижается.

Чем больше будет добавлено перекиси водорода (гидроперита) тем быстрее пойдёт процесс, но не переусердствуйте — раствор не хранится, т.е. повторно не используется, а значит и гидроперит будет просто перерасходован. Избыток перекиси легко определить по обильному «пузырению» во время травления.
Однако добавление лимонной кислоты и перекиси вполне допустимо, но рациональнее приготовить свежий раствор.
Источник

Аккуратненько запихиваем все в корпус

Провод с вилкой я взял готовый и вклеил его в резиновую трубочку-неломайку от корпуса:

Последней операцией стало подпиливание крепёжных винтов трансформатора бормашиной с отрезным диском:

Готовый регулятор в корпусе:

На этом работа над регулятором заканчивается, и я планирую продолжить конструирование самой вытяжки после сессии, уже летом.
Всем спасибо за внимание!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌻 Купон до 1000₽ для новичка на Aliexpress

Никогда не затаривался у китайцев? Пришло время начать!
Камрад, регистрируйся на Али по нашей ссылке. Ты получишь скидочный купон на первый заказ. Не тяни, условия акции меняются.

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Куплено и опробовано читателями или в лаборатории редакции.

06.05.14 изменил Datagor. Замена видео

Регулятор оборотов электродвигателя — TDA1085

В себя включает:

• Плата в сборе — полностью готовая к эксплуатации.
• Резистор регулировки оборотов — в комплекте.
• Установленные клеммы — А (сеть 220 В), М (мотор), Т (таходатчик).
• Питание платы — на прямую от сети 220 вольт, 50 Гц.
• Мощность — до 3000 Вт. (стандартные двигатели от стиральных машин автомат).
• Применение — к коллекторным двигателям (двигателям с щетками).
• Габаритные размеры — длина 96 мм, ширина 96 мм, высота 32 мм.
• Система защиты — по току, предохранителем 5 А.

Дополнительные опции:

• Реверсный переключатель (on-off-on) с проводами и клеммами 16 А, 250 В.
• Измеритель числа оборотов — Тахометр (Отдельное устройство, блок питания ы комплект не входит).
• Реле времени — YYC-2 (Отдельное устройство, блок питания ы комплект не входит).

Для чего нужна эта плата: Данная плата позволяет регулировать обороты коллекторного электродвигателя (с щетками) без потери мощности независимо от нагрузки (в пределах заявленной производителем электродвигателя). С ее помощью вы сможете управлять оборотами электродвигателя от 200 до 20000 об/мин. При этом сохраняя полный момент силы на валу электродвигателя.

Для чего нужен реверсный переключатель:  Это тумблер на три положения серии «KCD» с запасом мощности до 4000 Вт., с установленными клеммами и проводами с нанесенной маркировкой к подключению. Устанавливается для изменения стороны вращения вала (ротора) электродвигателя. С его помощью Вы легко сможете изменить направление вращения ротора всего лишь одним переключение тумблера. Внимание! Переключение тумблера во время работы не желательно! На оборотах более 3000 об/мин. ЗАПРЕЩЕНО! Для увеличения срока службы электродвигателя и платы, тумблер реверсного переключателя рекомендуется переключать после полной остановки электродвигателя.

Для чего нужен измеритель числа оборотов:  Тахометр просто необходим если Вам нужно замерить обороты станка или вращающегося механизма. Блок питания в комплект не входит.

Для чего нужно реле времени:  Таймер времени предназначен для автоматического отключения регулятора. Вы можете выбрать время на таймере и заниматься своими делами, а реле отключит регулятор оборотов через заданное время. Блок питания в комплект не входит.

Дополнительное описание: Монтажная плата изготавливается станочным производством, на заводе в России. Толщина основы текстолита 1,5 мм.Толщина медной фольги 0,35 мм, с нанесенной паяльной маской. Монтаж радиокомпонентов, осуществляется заводским конвейером. Установленные детали в выводном корпусе. Активные радиокомпоненты, закупаются от фирм оригинальных производителей: On semiconductor, ST microelectronics, с целью увеличения надежности и длительного срока эксплуатации.

Внимание! Данная плата применима, только для коллекторных двигателей (двигателей с щетками), с обязательным наличием таходатчика. Данная плата изготавливалась для двигателей от стиральных машин автомат, мощностью до 3000 Вт.

• Каждая плата пред отправкой заказчику проходит полную проверку под нагрузкой, на предмет отсутствия дефектов и брака!
• Предоставляется гарантия и послепродажная консультация!

Различная комплектация

Регулировка оборотов коллекторного двигателя без потери мощности

В данной статье мы рассмотрим схему и принцип работы простейшего регулятора оборотов двигателя электроинструмента, и единственное условие — двигатель должен быть коллекторным — с характерными ламелями на роторе и щетками (которые порой искрят).

Приведенная схема содержит минимум деталей, и подойдет для электроинструмента мощностью до 1,8 кВт и выше, для дрели или болгарки. Похожая схема используется для регулировки оборотов в автоматических стиральных машинах, в которых стоят коллекторные высокоскоростные двигатели, а также в диммерах для ламп накаливания. Подобные схемы, в принципе, позволят регулировать температуру нагрева жала паяльника, электрического обогревателя на базе ТЭНов и т. д.

Потребуются следующие радиоэлектронные компоненты:

Резистор постоянный R1 — 6,8 кОм, 5 Вт.

Переменный резистор R2 — 2,2 кОм, 2 Вт.

Резистор постоянный R3 — 51 Ом, 0,125 Вт.

Конденсатор пленочный C1 — 2 мкф 400 В.

Конденсатор пленочный C2 — 0,047 мкф 400 вольт.

Диоды VD1 и VD2 — на напряжение до 400 В, на ток до 1 А.

Тиристор VT1 — на необходимый ток, на обратное напряжение не менее 400 вольт.

В основе схемы — тиристор. Тиристор представляет собой полупроводниковый элемент с тремя выводами: анод, катод, и управляющий электрод. После подачи на управляющий электрод тиристора короткого импульса положительной полярности, тиристор превращается в диод, и начинает проводить ток до тех пор, пока в его цепи этот ток не прервется или не сменит направление.

После прекращения тока или при смене его направления, тиристор закроется и перестанет проводить ток, пока не будет подан следующий короткий импульс на управляющий электрод. Ну а поскольку напряжение в бытовой сети переменное синусоидальное, то каждый период сетевой синусоиды тиристор (в составе данной схемы) станет отрабатывать строго начиная с установленного момента (в установленной фазе), и чем меньше во время каждого периода тиристор будет открыт, тем ниже будут обороты электроинструмента, а чем, соответственно, дольше тиристор будет открыт, тем выше будут обороты.

Как видите, принцип прост. Но применительно к электроинструменту с коллекторным двигателем, схема работает хитрее, и об этом мы расскажем далее.

Итак, в сеть здесь включены параллельно: измерительная цепь управления и силовая цепь. Измерительная цепь состоит из постоянного и переменного резисторов R1 и R2, из конденсатора C1, и диода VD1. Для чего нужна эта цепь? Это делитель напряжения. Напряжение с делителя, и что важно, противо-ЭДС с ротора двигателя, складываются в противофазе, и формируют импульс для открывания тиристора. Когда нагрузка постоянна, то и время открытого состояния тиристора постоянно, следовательно обороты стабилизированы и постоянны.

Как только нагрузка на инструмент, и следовательно на двигатель, увеличивается, то величина противо-ЭДС уменьшается, поскольку обороты снижаются, значит сигнал на управляющий электрод тиристора возрастает, и открывание происходит с меньшей задержкой, то есть мощность подводимая к двигателю возрастает, увеличивая упавшие обороты. Так обороты сохраняются постоянными даже под нагрузкой.

В результате совместного действия сигналов от противо-ЭДС и с резистивного делителя, нагрузка не сильно влияет на обороты, а без регулятора это влияние было бы существенным. Таким образом при помощи данной схемы достижима устойчивая регулировка оборотов в каждом положительном полупериоде сетевой синусоиды. При средних и малых скоростях вращения этот эффект более выражен.

Однако, при повышении оборотов, то есть при повышении напряжения, снимаемого с переменного резистора R2, стабильность поддержания скорости постоянной снижается.

Лучше на этот случай предусмотреть шунтирующую кнопку SA1 параллельно тиристору. Функция диодов VD1 и VD2 — обеспечение однополупериодного режима работы регулятора, так как напряжения с делителя и с ротора сравниваются лишь в отсутствие тока через двигатель.

Конденсатор C1 расширяет зону регулирования на малых скоростях, а конденсатор C2 снижает чувствительность к помехам от искрения щеток. Тиристор нужен высокочувствительный, чтобы ток менее 100 мкА смог бы его открыть.

Это устройство, предназначенное для выполнения функции плавного увеличения или уменьшения скорости вращения вала электрического двигателя. Регулировку можно осуществлять методом широтно-импульсной модуляции и методом изменения фазного напряжения.

Использование широтно-импульсной модуляции

Для управления и регулировки числа оборотов вращения электродвигателя асинхронного типа, можно использовать импульсный регулятор-стабилизатор напряжения (инвертор). Он будет выполнять функцию источника питания. В его основу положено применение импульсного ШИМ-регулятора марки ТL494. Питающее напряжение электродвигателя, выходящее после ШИМ-регулятора, будет изменяться в соответствии с изменением частоты вращения. Используя этот способ, достигается больший экономический эффект, устройство достаточно простое и при этом увеличивает эффективность регулирования.

На рисунке выше изображена схема использования ШИМ-регулятора для трехфазного асинхронного двигателя, подключенного через конденсатор к однофазной сети.

Этот способ, несмотря на свою эффективность, имеет два существенных недостатка – это:

• невозможность реверсивного управления двигателем без использования дополнительных коммутирующих аппаратов;
• частотные преобразователи , использованные в регуляторе, отличаются высокой стоимостью и выпускаются ограниченным числом производителей.

Блок управления и регулирования скорости вращения электродвигателей изменением фазного напряжения

Существует несколько видов блоков управления, изготовленных промышленным способом. Они используются для однофазных асинхронных двигателей, границы регулирования составляют от 25 до 100% от значения мощности, и от 1000 до 4000 об/мин. Это устройства с маркировкой РВС207, РВ600/900.

Работа блока регулировки происходит при изменении средней величины переменного напряжения на электродвигателе. Она производится с помощью метода фазового регулирования напряжения, при изменении угла открытия полупроводниковых приборов (тиристоров, симисторов и т. д.), при использовании которых осуществлена сборка схемы.

Управление блоком осуществляется посредством использования внешнего переменного резистора. В том случае, когда мощность менее 25%, двигатель отключается и переходит в дежурный режим ожидания.

Контроль за работой осуществляется при помощи светового индикатора. Отключенное состояние двигателя – изредка мигает красный цвет. Двигатель работает – скважность включения индикатора пропорциональна оборотам вращения (производительности) двигателя.

На рисунке схема подключения блока регулятора РВС 207.

Наконец, начали «доходить» руки до самодельного точильного станка. В наличии был универсальный коллекторный электродвигатель УВ 051-Ц. Скорость его 7000 об/мин, что в двое больше, чем нужно для электроточила. Вдобавок, хотелось иметь регулировку оборотов (желательно с обратной связью). Пришлось собирать схему, которая отвечала всем запросам.
Итак, как я пришел к тому, что скорость нужно снизить вдвое. На точильных камнях, обычно, есть надпись на какой максимальной скорости они могут работать. Чаще всего – это 25-30 м/с. Чтобы рассчитать необходимое количество оборотов электродвигателя для точильного станка – есть формула. Количество оборотов = (допустимые обороты на камне / диаметр точильного круга (в метрах) *3,14 )*60 секунд. Итого, максимальное количество оборотов электродвигателя для камня, который я приобрел = (25/0.15+3.14)*60, что приблизительно равно 3185 об/мин. Вывод: скорость 7000 об/мин электродвигателя УВ 051-Ц нужно снизить вдвое.

В результате поисков, наткнулся на простую схему регулятора оборотов коллекторного электродвигателя 220 вольт с обратной связью. Информации по ней было не много, т.к., возможно, мало кто ее собирал, сомневаясь в ее работоспособности, видя насколько она примитивна. Я же ее собрал на кусочке монтажной платы, произвел отладку, убедился в работоспособности.

Теперь пересказ принципа действия схемы регулятора оборотов коллекторного электродвигателя с обратной связью. R1+R2+C1 – формирует опорное напряжение, задающее скорость вращения двигателя. В момент приложения нагрузки, скорость вращения падает, снижается крутящий момент. Возникающая в двигателе и приложенная между управляющим контактом и катодом тиристора противо-ЭДС уменьшается. Пропорционально уменьшению противо-ЭДС увеличивается напряжение на управляющем контакте тиристора. Такое увеличение напряжение заставляет тиристор срабатывать при меньшем фазовом угле, и в следствии, подавать на двигатель больший ток.

Тиристор нужно подбирать в зависимости от мощности электродвигателя. Мне хватило MCR100-8, в оригинальной схеме – КУ202Н. Под тиристор подбирается сопротивление резистора R3. Если тиристор КУ202Н – R3 можно не ставить. Диоды можно заменить на любые с аналогичными параметрами Д226, 1N4007 и т.д. С1 может быть в пределах 0,1-2uF, им устраняются рывки двигателя на малых оборотах. Конденсаторы с рабочим напряжением 250 вольт.

Регулятор скорости асинхронного двигателя

Помимо образцов регуляторов, промышленных образцов регуляторов, существует возможность самостоятельного выполнения регуляторов скорости бесколлекторных двигателей, не уступающих промышленным образцам. За основу схемы берется пример регулятора промышленного производства, ее можно собрать своими силами.

На рисунке выше электрическая схема регулятора скорости вращения бесколлекторного двигателя.

Регулировать количество оборотов вращения вала бесколлекторного асинхронного электродвигателя допускается также при изменении значения переменного напряжения, подаваемого к двигателю.

В состав регулятора входит задающий генератор, он служит для изменения частоты в границах значений 50 – 200 Гц. Генератор состоит из мультивибратора, работа которого строится на микросхеме К561ЛА7 и счетчика-дешифратора марки К561ИЕ8 с коэффициентом пересчета – 8, она отвечает за формирование сигналов управления силовыми полевыми транзисторами полумоста.

В схеме присутствует выходной трансформатор Т-1. Он служит для развязки транзисторов полумоста.

Выпрямитель включает в свою конструкцию диодный мост и удваивающие напряжение питания – конденсаторы с большой емкостью.

Диодный мост подключен по нетрадиционной схеме. С4 и R7 выполняют роль демпфирующей цепи, она служит для сглаживания всплесков напряжения, которые представляют собой опасность для транзисторов VТ4.

Рекомендация

: для трансформатора управления транзисторными ключами, можно применить трансформатор от телевизионного блока питания. В этом случае, тип не играет большого значения, главное, чтобы первичная обмотка состояла из 120 витков провода 0,7 мм2, вторичная представляет собой 2 независимые друг от друга обмотки с количеством витков – 60, провод, применяемый во вторичной обмотке, аналогичен проводу первичной. Первичная обмотка имеет напряжение 2 х 12 В, вторичная обмотка – по 12 В каждая.

Необходимо помнить, что обе вторичные обмотки должны обладать хорошей изоляцией друг от друга, между обмотками присутствует высокий потенциал, он составляет 640 В, они подключаются к затворам транзисторных ключей в противофазе.

Такой регулятор может управлять вращением асинхронного двигателя с максимальным значением рабочей мощности – 500 Вт. Чтобы регулятор использовать для регулировки электродвигателей более высокой мощности, нужно применить большее количество силовых ключей, а также изменить в сторону увеличения емкость конденсаторов для питающего фильтра, это элементы схемы С3 и С4. Для регулятора достаточно использовать печатную плату размером 110 х 80 мм. Управляющий силовыми транзисторными ключами трансформатор монтируется отдельно от блока регулятора.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на , буду рад, если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Всего доброго.

Со своих первых паек с кислотным флюсом я задумывался о вентиляторе для паяльных работ. После радиомонтажной практики (там доходчиво объяснили необходимость вытяжки при пайке любым

флюсом/припоем) было принято решение: вытяжке быть! Очень вовремя под руку попался вентилятор ВН-2.

Но оказалось, что при прямом включении в сеть вентилятор очень шумит, да и тягой будущей вытяжки хотелось бы управлять. Нужен регулятор!

Схема регулятора оборотов однофазного асинхронного двигателя на транзисторе D209L

Немного поискав в сети, выбрал схему так называемого «беспомехового» регулятора:
Собрав схему, я убедился в её пригодности для регулировки оборотов однофазного асинхронного двигателя (как в ВН-2). Но после КЗ на выходе в страну вечной охоты отправляется мой единственный КТ840 и неоновая лампочка, которую я подключил без резистора. Цены на КТ840 меня совсем не обрадовали. Решив сэкономить стипендию, я подыскал транзистор-аналог из горелого компьютерного БП — D209L. С этим транзистором схему пришлось немного изменить:

Я решил добавить немного индикации, и поставил по светодиоду на вход и выход регулятора. Новую схему сначала тоже протестировал на навесном монтаже, а потом решил собирать в нормальном корпусе, который и приобрёл на радиорынке:

Сразу озаботился радиатором для транзистора. Радиатор пришлось немного подогнать с помощью ножовки и напильника: Для крепления радиатора к корпусу применил самодельные винты М3 с широкой шляпкой (припаял по шайбе к винту): Вот так это все будет выглядеть снаружи: Теперь органы управления: Примеряемся: Сверлим отверстия и вставляем детали: С диаметром отверстий для светодиодов немного промахнулся, пришлось упаковать в прозрачную термоусадку: P.S.: прозрачная термоусадка — самая лучшая из всех, что я видел на киевском радиорынке, она при усаживании не вспучивается и не подгорает, а при соединении двух слоёв они сплавляются, и получается монолитная трубка.

Регулятор оборотов электродвигателя 220в

Его можно изготовить совершенно самостоятельно, но для этого нужно будет изучить все возможные технические особенности прибора. По конструкции можно выделить сразу несколько разновидностей главных деталей. А именно:

1. Сам электродвигатель.
2. Микроконтроллерная система управления блока преобразования.
3. Привод и механические детали, которые связаны с работой системы.

Перед самым началом запуска устройства, после подачи определённого напряжения на обмотки, начинается процесс вращения двигателя с максимальным показателем мощности. Именно такая особенность и будет отличать асинхронные устройства от остальных видов. Ко всему прочему происходит прибавление нагрузки от механизмов, которые приводят прибор в движение. В конечном счёте на начальном этапе работы устройства мощность, а также потребляемый ток лишь возрастают до максимальной отметки.

В это время происходит процесс выделения наибольшего количества тепла. Происходит перегрев в обмотках, а также в проводах. Использование частичного преобразования поможет не допустить этого. Если произвести установку плавного пуска, то до максимальной отметки скорости (которая также может регулироваться оборудованием и может быть не 1500 оборотов за минуту, а всего лишь 1000) двигатель начнёт разгоняться не в первый момент работы, а на протяжении последующих 10 секунд (при этом на каждую секунду устройство будет прибавлять по 100−150 оборотов). В это время процесс нагрузки на все механизмы и провода начинает уменьшаться в несколько раз.

Как сделать регулятор своими руками

Можно совершенно самостоятельно создать регулятор оборотов электродвигателя около 12 В. Для этого стоит использовать переключатель сразу нескольких положений, а также специальный проволочный резистор. При помощи последнего происходит изменение уровня напряжения питания (а вместе с этим и показателя частоты вращения). Такие же системы можно применять и для совершения асинхронных движений, но они будут менее эффективными.

Ещё много лет назад широко использовались механические регуляторы — они были построены на основе шестеренчатых приводов или же их вариаторов. Но такие устройства считались не очень надёжными. Электронные средства показывали себя в несколько раз лучше, так как они были не такими большими и позволяли совершать настройку более тонкого привода.

Для того чтобы создать регулятор вращения электродвигателя, стоит использовать сразу несколько устройств, которые можно либо купить в любом строительном магазине, либо снять со старых инвенторных устройств. Чтобы совершить процесс регулировки, стоит включить специальную схему переменного резистора. С его помощью происходит процесс изменения амплитуды входящего на резистор сигнала.

Внедрение системы управления

Чтобы значительно улучшить характеристику даже самого простого оборудования, стоит в схему регулятора оборотов двигателя подключить микроконтроллерное управление. Для этого стоит выбрать тот процессор, в котором есть подходящее количество входов и выходов соответственно: для совершения подключения датчиков, кнопок, а также специальных электронных ключей.

Для осуществления экспериментов стоит использовать особенный микроконтроллер AtMega 128 — это наиболее простой в применении и широко используемый контроллер. В свободном использовании можно найти большое число схем с его применением. Чтобы устройство совершало правильную работу, в него стоит записать определённый алгоритм действий — отклики на определённые движения. К примеру, при достижении температуры в 60 градусов Цельсия (замер будет отмечаться на графике самого устройства), должно произойти автоматическое отключение работы устройства.

Печатная плата

Для изготовления платы сначала вырезал из картона шаблон, чтобы не ошибиться в размерах и не подгонять потом готовую плату напильником: По шаблону вырезаю ножницами по металлу плату из текстолита: Плату рисую вручную цапонлаком по трафарету, предварительно нанеся точки в местах будущих отверстий самодельным кернером из фрезы. Сами дорожки рисовал с помощью «рейсфедера» из вытянутого пипеткой стержня от ручки, очень удобно (не ломается, как стеклянная пипетка). Готовые дорожки «запекаю» газовой горелкой: экспериментально установил, что мой цапонлак от такой шоковой сушки становится вообще «дубовым», что подходит для моей методики травления, о которой ниже. Процесс «обжига»: Важно
: если во время «обжига» на меди будут отпечатки пальцев/грязь, то они останутся и на вытравленной плате. Поэтому чистый текстолит я заклеиваю скотчем на время резки/кернения и отклеиваю его только когда рисую дорожки.

Травление

Недавно открыл для себя просто фантастический метод травления плат: лимонной кислотой!
Рекомендуемый способ приготовления травильного раствора:

В 100 мл аптечной 3% перекиси водорода растворяется 30 г лимонной кислоты и 5 г поваренной соли. Этого раствора должно хватить для травления 100 см2 меди, толщиной 35мкм.

Соль при подготовке раствора можно не жалеть. Так как она играет роль катализатора, то в процессе травления практически не расходуется. Перекись 3% не стоит разбавлять дополнительно т. к. при добавлении остальных ингредиентов её концентрация снижается.

Чем больше будет добавлено перекиси водорода (гидроперита) тем быстрее пойдёт процесс, но не переусердствуйте — раствор не хранится, т.е. повторно не используется, а значит и гидроперит будет просто перерасходован. Избыток перекиси легко определить по обильному «пузырению» во время травления. Однако добавление лимонной кислоты и перекиси вполне допустимо, но рациональнее приготовить свежий раствор.

Свою плату я вытравил примерно за 12 минут! Дальше все без «самодеятельности»:

Окончательная сборка регулятора

Детали вне платы «получают» провода в термоусадке, некоторые из этих деталей приходится припаивать со стороны дорожек.
Данный регулятор оборотов электродвигателя 220в

позволяет изменять частоту либо электродвигателя, рассчитанных на работу от сети 220 вольт.

Достаточно популярным регулятором оборотов для электродвигателей на 220 вольт переменного тока является схема на тиристорах. Типовой схемой является подключение электродвигателя или вентилятора в разрыв анодной цепи тиристора.

Одно не маловажное условие при использовании подобных регуляторов, это надежный контакт во всей цепи. Что нельзя сказать про коллекторные электродвигатели, поскольку у них механизм щеток создает кратковременные обрывы электроцепи. Это существенно влияет на качество работы регулятора.

Регулятор оборотов мощности

Принципы работы

Регулятор оборотов электродвигателя 220 В без потери мощности используется для поддержки первоначальной заданной частоты оборотов вала. Это один из основных принципов данного прибора, который называется частотным регулятором.

С помощью него электроприбор работает в установленной частоте оборотов двигателя и не снижает ее. Также регулятор скорости двигателя влияет на охлаждение и вентиляцию мотора. C помощью мощности устанавливается скорость, которую можно как поднять, так и снизить.

Вопросом о том, как уменьшить обороты электродвигателя 220 В, задавались многие люди. Но данная процедура довольно проста. Стоит только изменить частоту питающего напряжения, что существенно снизит производительность вала мотора. Также можно изменить питание двигателя, задействуя при этом его катушки. Управление электричеством тесно связано с магнитным полем и скольжением электродвигателя. Для таких действий используют в основном автотрансформатор, бытовые регуляторы, которые уменьшают обороты данного механизма. Но стоит также помнить о том, что будет уменьшаться мощность двигателя.

Вращение вала

Двигатели делят на:

Регулятор скорости вращения асинхронного электродвигателя зависит от подключения тока к механизму. Суть работы асинхронного мотора зависит от магнитных катушек, через которые проходит рамка. Она поворачивается на скользящих контактах. И когда при повороте она развернется на 180 градусов, то по данным контактам связь потечет в обратном направлении. Таким образом, вращение останется неизменным. Но при этом действии нужный эффект не будет получен. Он войдет в силу после внесения в механизм пары десятков рамок данного типа.

Коллекторный двигатель используется очень часто. Его работа проста, так как пропускаемый ток проходит напрямую — из-за этого не теряется мощность оборотов электродвигателя, и механизм потребляет меньше электричества.

Двигатель стиральной машины также нуждается в регулировке мощности. Для этого были сделаны специальные платы, которые справляются со своей работой: плата регулировки оборотов двигателя от стиральной машины несет многофункциональное употребление, так как при ее применении снижается напряжение, но не теряется мощность вращения.

Схема данной платы проверена. Стоит только поставить мосты из диодов, подобрав оптрон для светодиода. При этом еще нужно поставить симистор на радиатор. В основном регулировка двигателя начинается от 1000 оборотов.

Если не устраивает регулятор мощности и не хватает его функциональности, можно сделать или усовершенствовать механизм. Для этого нужно учитывать силу тока, которая не должна превышать 70 А, и теплоотдачу при использовании. Поэтому можно установить амперметр для регулировки схемы. Частота будет небольшой и будет определена конденсатором С2.

Далее стоит настроить регулятор и его частоту. При выходе данный импульс будет выходить через двухтактный усилитель на транзисторах. Также можно сделать 2 резистора, которые будут служить выходом для охладительной системы компьютера. Чтобы схема не сгорела, требуется специальный блокиратор, который будет служить удвоенным значением тока. Так данный механизм будет работать долго и в нужном объеме. Регулирующие приборы мощности обеспечат вашим электроприборам долгие годы службы без особых затрат.

Источник: instrument.guru

Описание работы схемы регулятора оборотов

Приведенная ниже схема

тиристорного
регулятора оборотов
, как раз разработана для изменения частоты вращения коллекторных
электродвигателей
(электродрель, фрезер,
вентилятор
). Первое, что следует отметить, это то, что двигатель вместе с силовым тиристором VS2 подсоединен в одну из диагоналей диодного моста VD3, на другую же подается сетевое напряжение
220 вольт
.

Помимо этого, данный тиристор контролируется достаточно широкими импульсами, благодаря которым, непродолжительные отключения активной нагрузки, которыми характеризуется работа коллекторного двигателя, не влияют на устойчивую работу данной схемы.

Для управления тиристором VS1 на транзисторе VT1, собран генератор импульсов. Питание данного генератор осуществляется трапециевидным напряжением, создающимся в результате ограничения положительных полуволн стабилитроном VD1 имеющих частоту 100 Гц. Конденсатор С1 разряжается через сопротивления R1, R2, R3. Резистором R1 осуществляется скорость разряда данного конденсатора.

При достижении на конденсаторе напряжения достаточного для открывания транзистора VT1, на управляющий вывод VS1 поступает положительный импульс. Тиристор открывается и теперь уже на управляющем выводе VS2 появляется длительный импульс управления. И уже с данного тиристора напряжение, которое фактически и влияет на величину оборотов, подается на двигатель.

Частоту оборотов вращения электродвигателя регулируют резистором R1. Так как в цепь VS2 подключена индуктивная нагрузка, то возможно спонтанное отпирание тиристора, даже при отсутствии управляющего сигнала. Поэтому для предотвращения данного нежелательного эффекта, в схему добавлен диод VD2 который подключается параллельно обмотке возбуждения L1 электродвигателя.

Настройка регулятора оборотов

Во время наладки схемы регулятора желательно применить стробоскоп, который позволяет либо стрелочный вольтметр для переменного тока, который подсоединяют параллельно двигателю.

Вращая ручку резистора R1, определяют диапазон изменения напряжения. Путем подбора сопротивления R3 устанавливают данный диапазон в районе от 90 до 220 вольт. В том случае если при минимальных оборотах двигатель вентилятора работает неустойчиво, то необходимо немного уменьшить сопротивление R2.

С все более увеличивающимся ростом автоматизации в бытовой сфере появляется необходимость в современных системах и устройствах управления электродвигателями.

Управление и преобразование частоты в небольших по мощности однофазных асинхронных двигателях, запускаемых в работу с помощью конденсаторов, позволяет экономить электроэнергию и активирует режим энергосбережения на новом, прогрессивном уровне.

Зачем нужен регулятор оборотов

Регулятор оборотов двигателя, частотный преобразователь – это прибор на мощном транзисторе, который необходим для того, чтобы инвертировать напряжение, а также обеспечить плавную остановку и пуск асинхронного двигателя при помощи ШИМ. ШИМ – широко-импульсное управление электрическими приспособлениями. Его применяют для создания определенной синусоиды переменного и постоянного тока.

Фото — мощный регулятор для асинхронного двигателя

Самый простой пример преобразователя – это обычный стабилизатор напряжения. Но у обсуждаемого прибора гораздо больший спектр работы и мощность.

Частотные преобразователи используются в любом устройстве, которое питается от электрической энергии. Регуляторы обеспечивают чрезвычайно точный электрический моторный контроль, так что скорость двигателя можно изменять в меньшую или большую сторону, поддерживать обороты на нужном уровне и защищать приборы от резких оборотов. При этом электродвигателем используется только энергия, необходимая для работы, вместо того, чтобы запускать его на полной мощности.

Фото — регулятор оборотов двигателя постоянного тока

Зачем нужен регулятор оборотов асинхронного электродвигателя:

1. Для экономии электроэнергии. Контролируя скорость мотора, плавность его пуска и остановки, силы и частоты оборотов, можно добиться значительной экономии личных средств. В качестве примера, снижение скорости на 20% может дать экономию энергии в размере 50%.
2. Преобразователь частоты может использоваться для контроля температуры процесса, давления или без использования отдельного контроллера;
3. Не требуется дополнительного контроллера для плавного пуска;
4. Значительно снижаются расходы на техническое обслуживание.

Принцип работы однофазной асинхронной машины

В основе работы асинхронного двигателя лежит взаимодействие вращающегося магнитного поля статора и токов, наводимых им в роторе двигателя. При разности частоты вращения пульсирующих магнитных полей возникает вращающий момент. Именно этим принципом руководствуются при регулировании скорости вращения асинхронного двигателя с помощью .

Пусковая обмотка занимает в конструкции статора 1/3 пазов, на главную обмотку приходится 23 паза статора.

Ротор однофазного двигателя коротко замкнутый, помещенный в неподвижное магнитное поле статора, начинает вращаться.

Рис.№1 Схематический рисунок двигателя, демонстрирующий принцип работы однофазного асинхронного двигателя.

Методы настройки оборотов

Для предотвращения отрицательного влияния во время пуска нужно уменьшить обороты электродвигателя 220 в или 380 в. Существует несколько способов достижения этой цели:

1. Изменение значения R цепи ротора.
2. Изменение U в обмотке статора.
3. Изменение частоты U.
4. Переключение полюсов.

При изменении значения R роторной части при помощи дополнительных резисторов приводит к снижению частоты вращения, но в результате этого уменьшается мощность. Следовательно, получается значительная потеря электроэнергии. Этот тип регулирования следует применять для фазного ротора.

При изменении значений U на статорной катушке возможно механическое или электрическое управление частотой вращения ротора. В этом случае используется регулятор U. Использование такого способа позволяет применять его только при вентиляторном характере нагрузки (например, регулятор оборотов вентилятора 220в). Для всех остальных случаев применяют трехфазные автоматические трансформаторы, позволяющие плавно изменять значения U, или тиристорные регуляторы.

Исходя из формулы зависимости частоты вращения от частоты питающего U можно производить регулирование количества оборотов ротора. Частота вращающегося магнитного поля статора вычисляется по формуле: Nст = 60 * f /p (f — частота тока питающей сети, p — число пар полюсов). Этот способ обеспечивает возможность плавного регулирования частоты вращения роторной части. Для получения высокого коэффициента полезного действия нужно изменять частоту и U. Этот способ является оптимальным для двигателей с короткозамкнутым ротором, так как потери мощности минимальны. Существует два метода изменения количества пар полюсов:

1. В статор (в пазы) нужно уложить 2 обмотки с различным числом p.
2. Обмотка состоит из двух частей, соединенных параллельно или последовательно.

Основным недостатком этого метода является поддержание ступенчатого характера изменения частоты электромотора с короткозамкнутым ротором.

Управление скоростью вращения однофазных двигателей

Существует несколько способов регулирования скорости вращения однофазного двигателя.

1. Управление скольжением двигателя или изменением напряжения. Способ актуален для агрегатов с вентиляторной нагрузкой, для него рекомендуется использовать двигатели с повышенной мощностью. Недостаток способа – нагрев обмоток двигателя.
2. Ступенчатое регулирование скорости вращения двигателя с помощью автотрансформатора.

Рис.№2. Схема регулировки с помощью автотрансформатора.

Достоинства схемы – напряжение выхода имеет чистую синусоиду. Способность трансформатора к перегрузкам имеет большой запас по мощности.

Недостатки – автотрансформатор имеет большие габаритные размеры.

Использование тиристорного . Применяются тиристорные ключи, подключенные встречно-параллельно.

Рис. №3.Схема тиристорного регулирования однофазного асинхронного электродвигателя.

При использовании для регулирования скорости вращения однофазных асинхронных двигателей, чтобы избежать негативного влияния индукционной нагрузки производят модификацию схемы. Добавляют LRC-цепи для защиты силовых ключей, для корректировки волны напряжения используют конденсатор, минимальная мощность двигателя ограничивается, так гарантируется старт двигателя. Тиристор должен иметь ток выше тока электродвигателя.

Транзисторный регулятор напряжения

В схеме используется широтно-импульсная модуляция (ШИМ) с применением выходного каскада, построенного на использовании полевых или биполярных IGBT транзисторах.

Рис. №4. Схема использования ШИМ для регулирования однофазного асинхронного электродвигателя.

Частотное регулирование асинхронного однофазного электродвигателя считается основным способом регулирования , мощности, эффективности использования, скорости и показателей энергосбережения.

Рис. №5. Схема управления электродвигателем без исключения из конструкции конденсатора.

Регулирование напряжением

Регулирование скорости этим способом связано с изменением, так называемого, скольжения двигателя — разностью между скоростью вращения магнитного поля, создаваемого неподвижным статором двигателя и его движущимся ротором:

n1 — скорость вращения магнитного поля

n2— скорость вращения ротора

При этом обязательно выделяется энергия скольжения — из-за чего сильнее нагреваются обмотки двигателя.

Данный способ имеет небольшой диапазон регулирования, примерно 2:1, а также может осуществляться только вниз — то есть, снижением питающего напряжения.

При регулировании скорости таким способом необходимо устанавливать двигатели завышенной мощности.

Но несмотря на это, этот способ используется довольно часто для двигателей небольшой мощности с вентиляторной нагрузкой.

На практике для этого применяют различные схемы регуляторов.

Автотрансформаторное регулирование напряжения

Автотрансформатор — это обычный трансформатор, но с одной обмоткой и с отводами от части витков. При этом нет гальванической развязки от сети, но она в данном случае и не нужна, поэтому получается экономия из-за отсутствия вторичной обмотки.

На схеме изображён автотрансформатор T1, переключатель SW1, на который приходят отводы с разным напряжением, и двигатель М1.

Регулировка получается ступенчатой, обычно используют не более 5 ступеней регулирования.

Преимущества данной схемы:

• неискажённая форма выходного напряжения (чистая синусоида)
• хорошая перегрузочная способность трансформатора

Недостатки:

• большая масса и габариты трансформатора (зависят от мощности нагрузочного мотора)
• все недостатки присущие регулировке напряжением

Тиристорный регулятор оборотов двигателя

В данной схеме используются ключи — два тиристора, включённых встречно-параллельно (напряжение переменное, поэтому каждый тиристор пропускает свою полуволну напряжения) или симистор.

Схема управления регулирует момент открытия и закрытия тиристоров относительно фазового перехода через ноль, соответственно «отрезается» кусок вначале или, реже в конце волны напряжения.

Таким образом изменяется среднеквадратичное значение напряжения.

Данная схема довольно широко используется для регулирования активной нагрузки — ламп накаливания и всевозможных нагревательных приборов (так называемые диммеры).

Ещё один способ регулирования — пропуск полупериодов волны напряжения, но при частоте в сети 50 Гц для двигателя это будет заметно — шумы и рывки при работе.

Для управления двигателями регуляторы модифицируют из-за особенностей индуктивной нагрузки:

• устанавливают защитные LRC-цепи для защиты силового ключа (конденсаторы, резисторы, дроссели)
• добавляют на выходе конденсатор для корректировки формы волны напряжения
• ограничивают минимальную мощность регулирования напряжения — для гарантированного старта двигателя
• используют тиристоры с током в несколько раз превышающим ток электромотора

Достоинства тиристорных регуляторов:

Недостатки:

• можно использовать для двигателей небольшой мощности
• при работе возможен шум, треск, рывки двигателя
• при использовании симисторов на двигатель попадает постоянное напряжение
• все недостатки регулирования напряжением

Частотный преобразователь: виды, принцип действия, схемы подключения

Разрешает своему владельцу снизить энергопотребление и автоматизировать процессы в управлении оборудованием и производством.

Основные компоненты : выпрямитель, конденсатор, IGBT-транзисторы, собранные в выходной каскад.

Благодаря способности управлением параметрами выходной частоты и напряжения достигается хороший энергосберегающий эффект. Энергосбережение выражается в следующем:

1. В двигателе поддерживается неизменный текущий момент ращения вала. Это обусловлено взаимодействием выходной частоты инверторного преобразователя с частотой вращения двигателя и соответственно, зависимостью напряжения и крутящего момента на валу двигателя. Значит, что преобразователь дает возможность автоматически регулировать напряжение на выходе при обнаружении превышающего норму значения напряжения с определенной рабочей частотой нужно для поддержания требуемого момента. Все инверторные преобразователи с векторным управлением имеют функцию поддержания постоянного вращающего момента на валу.
2. Частотный преобразователь служит для регулировки действия насосных агрегатов (). При получении сигнала, поступающего с датчика давления, частотник снижает производительность насосной установки. При снижении оборотов вращения двигателя уменьшается потребление выходного напряжения. Так, стандартное потребление воды насосом требует 50Гц промышленной частоты и 400В напряжения. Руководствуясь формулой мощности можно высчитать соотношение потребляемых мощностей.

Уменьшая частоту до 40Гц, уменьшается величина напряжения до 250В, означает, что уменьшается количество оборотов вращения насоса и потребление энергии снижается в 2,56 раз.

Рис. №6. Использование частотного преобразователя Speedrive для регулирования насосных агрегатов по систем CKEA MULTI 35.

Для повышения энергетической эффективности использования необходимо сделать следующее:

• Частотный преобразователь должен соответствовать параметрам электродвигателя.
• Частотник подбирается в соответствии с типом рабочего оборудования, для которого он предназначен. Так, частотник для насосов функционирует в соответствии с заложенными в программу параметрами для управления работой насоса.
• Точные настройки параметров управления в ручном и автоматическом режиме.
• Частотный преобразователь разрешает использовать режим энергосбережения.
• Режим векторного регулирования позволяет произвести автоматическую настройку управления двигателем.

Преобразователь частоты однофазный

Компактное устройство преобразования частоты служит для управления однофазными электродвигателями для оборудования бытового предназначения. Большинство частотных преобразователей обладает следующими конструктивными возможностями:

1. Большинство моделей использует в своей конструкции новейшие технологии векторного управления.
2. Они обеспечивают улучшенный вращающий момент однофазного двигателя.
3. Энергосбережение введено в автоматический режим.
4. Некоторые модели частотных преобразователей используют съемный пульт управления.
5. Встроенный PLC контроллер (он незаменим для создания устройств сбора и передачи данных, для создания систем телеметрии, объединяет устройства с различными протоколами и интерфейсами связи в общую сеть).
6. Встроенный ПИД регулятор (контролирует и регулирует температуру, давление и технологические процессы).
7. Напряжение выхода регулируется в автоматическом режиме.

Рис.№7. Современный преобразователь Optidrive с основными функциональными особенностями.

Важно: Однофазный преобразователь частоты, питаясь от однофазной сети напряжением 220В, выдает три линейных напряжения, величина каждого из них по 220В. То есть, линейное напряжение между 2 фазами находится в прямой зависимости от величины выходного напряжения самого частотника.

Частотный преобразователь не служит для двойного преобразования напряжения, благодаря наличию в конструкции ШИМ-регулятора, он может поднять величину напряжения не более чем на 10%.

Главная задача однофазного преобразователя частоты – обеспечить питание как одно- так и трехфазного электродвигателя. В этом случае ток двигателя будет соответствовать параметрам подключения от трехфазной сети, и оставаться постоянным

Устройство системы

Коллекторный тип двигателя состоит главным образом из ротора, статора, а также щёток и тахогенератора.

1. Ротор — это часть вращения, статор — это внешний по типу магнит.
2. Щётки, которые произведены из графита — это главная часть скользящего контакта, через которую на вращающийся якорь и стоит подавать напряжение.
3. Тахогенератор —это устройство, которое производит слежку за характеристикой вращения прибора. Если происходит нарушение в размеренности процесса вращения, то он корректирует поступающий в двигатель уровень напряжения, тем самым делая его наиболее плавным и медленным.
4. Статор. Такая деталь может включать в себя не один магнит, а, к примеру, две пары полюсов. Вместе с этим на месте статических магнитов здесь будут находиться катушки электромагнитов. Совершать работу такое устройство способно как от постоянного тока, так и от переменного.

Схема регулятора оборотов коллекторного двигателя

В виде регуляторов оборотов электродвигателей 220 В и 380 В применяются особые частотные преобразователи. Такие устройства относят к высокотехнологическим, они и помогают совершить кардинальное преобразование характеристики тока (форму сигнала, а также частоту). В их комплектации имеются мощные полупроводниковые транзисторы, а также широтно-импульсный модулятор. Весь процесс осуществления работы устройства происходит с помощью управления специальным блоком на микроконтроллере. Изменение скорости во вращении ротора двигателей происходит довольно медленно.
Именно по этой причине частотные преобразователи применяются в нагруженных устройствах. Чем медленнее будет происходить процесс разгона, тем меньшая нагрузка будет совершена на редуктор, а также конвейер. Во всех частотниках можно найти несколько степеней защиты: по нагрузке, току, напряжению и другим показателям.

Некоторые модели частотных преобразователей совершают питание от однофазового напряжения (оно будет доходить до 220 Вольт), создают из него трехфазовое. Это помогает совершить подключение асинхронного мотора в домашних условиях без применения особо сложных схем и конструкций. При этом потребитель сможет не потерять мощность во время работы с таким прибором.

Зачем используют такой прибор-регулятор

Если говорить про двигатели регуляторов, то обороты нужны:

1. Для существенной экономии электроэнергии. Так, не любому механизму нужно много энергии для выполнения работы вращения мотора, в некоторых случаях можно уменьшить вращение на 20−30 процентов, что поможет значительно сократить расходы на электроэнергию сразу в несколько раз.
2. Для защиты всех механизмов, а также электронных типов цепей. При помощи преобразовательной частоты можно осуществлять определённый контроль за общей температурой, давлением, а также другими показателями прибора. В случае когда двигатель работает в виде определённого насоса, то в ёмкости, в которую совершается накачка воздуха либо жидкости, стоит вводить определённый датчик давления. Во время достижения максимальной отметки мотор попросту автоматически закончит свою работу.
3. Для процесса плавного запуска. Нет особой необходимости применять дополнительные электронные виды оборудования — все можно осуществить при помощи изменения в настройках частотного преобразователя.
4. Для снижения уровня расходов на обслуживание устройств. С помощью таких регуляторов оборотов в двигателях 220 В можно значительно уменьшить возможность выхода из строя приборов, а также отдельных типов механизмов.

Частотное регулирование однофазных асинхронных электродвигателей

Первое на что обращаем внимание при выборе частотника для своего оборудования – это соответствие сетевого напряжения и номинального значения тока нагрузки, на который рассчитан двигатель. Способ подключения выбирается относительно рабочего тока.

Главным в схеме подключения является наличие фазосдвигающего конденсатора, он служит для сдвига напряжения, поступающего на пусковую обмотку. Она служит для пускового включения двигателя, иногда после того, как двигатель заработал, пусковая обмотка вместе с конденсатором отключается, иногда остается включенной.

Частотный регулятор для регулировки скорости вращения асинхронного двигателя

Качественный обмен воздуха в помещении в значительной мере влияет на комфорт жизни в квартире. Чистый воздух, сухие стены, мягкий микроклимат в доме напрямую зависит от наличия системы вентиляции. При этом к самой популярной на сегодняшний день системе обмена воздушных потоков в помещении относится принудительная вентиляция, работающая по приточно-вытяжному принципу.

Большинство современных вентиляторов для вытяжных систем снабжаются электродвигателем с регулируемой скоростью вращения. При этом для изменения оборотов вентилятора используют специальные регуляторы, в том числе и частотные системы изменения скорости вращения асинхронного двигателя, который используется как в вытяжных устройствах, так и в различных бытовых приборах в квартире.

Предназначение и функции регуляторов

Ещё не так давно устройства регулировки скорости вращения асинхронного электродвигателя состояли из простейших ручных выключателей и магнитного реле, благодаря которым можно было только запустить мотор на максимальных оборотах или выполнить полное его отключение.

Любой регулятор оборотов двигателя, в том числе и частотный, предназначен для изменения скорости вращения мотора. При этом основной функцией регулятора скорости является изменение производительности вытяжной системы или другого оборудования. Но помимо этого такие приборы обладают и дополнительными возможностями, о которых не стоит забывать:

• уменьшение износа оборудования в процессе эксплуатации;
• экономия потребляемой электрической энергии;
• снижение шумов на максимальных оборотах.

Большинство приборов, регулирующих скорость вращения электродвигателя, могут быть использованы как отдельный элемент системы, так и являться дополнением электронного блока управления, бытовым прибором, приводящимся в действие мотором.

Варианты регулировки скорости электродвигателя

Для изменения скорости вращения как асинхронного, так и любого другого двигателя, используется несколько вариантов регулировки оборотов:

• регулировка подачи напряжения;
• переключение обмоток асинхронных многоскоростных двигателей;
• частотная регулировка показателей тока;
• использование электронного коммутатора.

Изменение напряжения даёт возможность использовать достаточно дешёвые устройства для плавной или многоступенчатой регулировки скорости. Если говорить об асинхронных моторах, которые имеют внешний ротор, то для них лучше использовать регулятор сопротивления якоря для изменения оборотов. При этом частотная регулировка позволяет изменять скоростные показатели в достаточно широком диапазоне.

Разновидности моделей, регуляторов оборотов

Устройства регулировки скорости для однофазных, трёхфазных и асинхронных двигателей различаются по принципиальному изменению оборотов вращения:

• регуляторы, собранные на тиристорах;
• симисторные стемы изменения скорости;
• частотные регуляторы;
• регуляторы на основе трансформаторов.

Тиристорные регуляторы скорости используются для однофазных двигателей и позволяют помимо изменения оборотов вращения защищать оборудование от перегрева и перепадов напряжения.

Симисторные устройства могут управлять сразу несколькими электромоторами, работающими как на постоянном, так и переменном токе, но при условии, что параметры мощности не будут превышать предельных значений. Такой способ изменения оборотов один из самых популярных, если необходимо регулировать скорость благодаря изменению показателей напряжения от минимального до номинального значения.

Трёхфазный регулятор, более точный, и снабжается предохранителем, контролирующим, уровень тока. А чтобы снизить шумовые эффекты на низких оборотах устанавливается сглаживающий фильтр, состоящий из конденсатора.

Частотный регулятор скорости для асинхронного двигателя используется при преобразовании входного напряжения в диапазоне от 0 до 480 вольт, а непосредственный контроль оборотов осуществляется благодаря изменению подаваемой электрической энергии. Чаще всего такие регуляторы используются в трёхфазных двигателях, систем кондиционирования и вентиляции достаточно большой мощности.

Также для мощных электромоторов используют регулятор на основе однофазного или трёхфазного трансформатора. Благодаря такому устройству появляется возможность ступенчатой регулировки скорости двигателей. При этом одним трансформатором можно управлять сразу несколькими устройствами в автоматическом режиме.

Частотные регуляторы асинхронных моторов

Ещё нет так давно встретить частотный регулятор скорости для асинхронного двигателя было практически невозможно, а стоимость таких устройств была неоправданно высокой. При этом основной причиной дороговизны таких устройств было отсутствие качественных транзисторов и модулей высокого напряжения. Но благодаря разработкам в сфере твердотельных электронных устройств этот вопрос был решён. Вследствие этого рынок электроники заполонили сварочные инверторы, инверторные кондиционеры и частотные преобразователи.

На сегодняшний день, частотные регуляторы – самый распространённый метод регулировки, мощностных характеристик оборотов и уровня производительности большинства механизмов, которые приводятся в действие асинхронным трёхфазным электродвигателем.

При таком методе изменения скоростных показателей в электродвигателе, к нему подключается специальный частотный регулятор. В большинстве случаев это тиристорные преобразователи частоты. При этом сама регулировка оборотов осуществляется посредством изменения частотных показателей напряжения, которые непосредственно влияют на скорость вращения асинхронного электромотора.

Хочется отметить, что во время снижения частотных показателей падает, и перегрузочная способность электродвигателя и поэтому для компенсации мощностных потерь нужно увеличивать напряжение. При этом величина напряжения зависит от конструктивных особенностей привода. Если регулировка выполняется на моторе, работающем с постоянным уровнем нагрузки на валу, то величина напряжения увеличивается пропорционально падению частоты. Но при увеличении оборотов это недопустимо и может привести к выходу из строя двигателя.

В случае, когда частотная регулировка выполняется на электродвигателе постоянной мощности, то увеличение напряжения производится пропорционально корню квадратному падения частоты. При изменении оборотов в вентиляционных установках подаваемое напряжение изменяется пропорционально квадрату снижения частоты.

Частотные регуляторы скорости для асинхронных электродвигателей – единственно правильный способ изменения оборотов мотора. В первую очередь это обусловлено возможностью изменения скорости в максимально широком диапазоне практически без потери мощности и уменьшения перегрузочных характеристик мотора.

Особенности использования регуляторов скорости

В качестве элемента системы, автоматического изменения скорости вращения, вентиляционных устройств частотный регулятор обеспечивает контроль функционирования всего вытяжного механизма. При этом в процессе использования устройства для регулировки оборотов любых, в том числе и асинхронных двигателей, появляются дополнительные шумы, которые можно устранить, только используя трансформаторный регулятор.

Также кроме шума во время работы электродвигателя на разных скоростях могут появиться электромагнитные помехи, устранить которые можно за счёт экранированного кабеля. При использовании трёхфазного регулятора с шумом проблем не возникает, но обязательна дополнительная установка сглаживающих фильтров. Но вне зависимости от модели используемого регулятора существуют рекомендации по их эксплуатации.

1. Прежде чем включать устройство в сеть переменного тока важно проверить все соединительные элементы и провода на качество заземления.
2. Чтобы устранить различные помехи в сети важно устанавливать специальный фильтр.
3. Для недопущения перегрева регулятора оборотов мотора, его размещают в месте, куда не попадает солнце. В противном случае из-за повышения температуры устройство будет работать на предельной нагрузке и может перестать реагировать на показатели датчиков.
4. Любой регулятор, в том числе и частотный для асинхронного двигателя должен размещаться вертикально, что позволит качественно рассеивать тепло, выделяемое, в процессе работы прибора.
5. Не рекомендовано очень часто производить включение или выключение регуляторов, так как в процессе непрерывной работы они функционируют в оптимальных условиях и поэтому реже выходят из строя.

В настоящее время всё чаще используют частотные регуляторы, так как они имеют компактные размеры и невысокую стоимость по сравнению с трансформаторными аналогами. При этом во время работы такие устройства подают номинальное напряжение на электромотор.

Методы управления скоростью различных типов двигателей с регулировкой скорости

Казуя ШИРАХАТА

Oriental Motor Co., Ltd. предлагает широкий выбор двигателей с регулировкой скорости. Наши комплекты двигателей с регулировкой скорости включают двигатель, драйвер (контроллер) и потенциометр, который позволяет легко регулировать скорость. Существует три группы продукции для двигателей с регулировкой скорости. «Блок управления скоростью переменного тока», в котором используется самый популярный однофазный асинхронный двигатель с конденсаторным приводом, небольшой и высокоэффективный «Бесщеточный двигатель постоянного тока» и «Инверторный блок», в котором трехфазный асинхронный двигатель небольшой инвертор.В этой статье объясняется структура, принцип управления скоростью и особенности каждой группы продуктов, а также представлены наши стандартные продукты.

1. Введение

Большое количество двигателей используется для общих целей в нашем окружении, от домашнего оборудования до станков на промышленных предприятиях. Электродвигатель в настоящее время является необходимым и незаменимым источником энергии во многих отраслях промышленности. Эти двигатели имеют самые разные функции и характеристики.Если сосредоточить внимание на сегменте регулирования скорости на рынке двигателей, серводвигатели и шаговые двигатели управляют своей скоростью с помощью последовательности импульсов, в то время как асинхронный двигатель и бесщеточный двигатель постоянного тока регулируют скорость с помощью внешнего резистора и / или напряжения постоянного тока.
В этой статье объясняется структура, принцип управления скоростью и особенности следующих трех групп продуктов, которые могут относительно легко управлять скоростью с помощью аналогового входа.

• Электродвигатель и мотор-редуктор с регулировкой скорости переменного тока
• Бесщеточные двигатели постоянного тока и мотор-редукторы
• Инверторный блок

2.Способы регулирования скорости различных двигателей с регулировкой скорости

Метод управления выходом схемы управления скоростью можно условно разделить на две группы: управление фазой и управление инвертором, которые составляют группы продуктов, показанные на рис. 1.

Рис.1 Классификация двигателей с регулировкой скорости

2.1. Двигатели с регулятором скорости переменного тока

2.1.1. Строительство Motor

Рис. 2 Конструкция асинхронного двигателя

Когда необходимо контролировать скорость этого двигателя, для определения скорости используется тахогенератор, который присоединяется к двигателю, как показано на рис. 3. Тахогенератор состоит из магнита, подключенного непосредственно к валу двигателя. и катушка статора, которая обнаруживает магнитные полюса и генерирует переменное напряжение с частотой 12 циклов на оборот.Поскольку это напряжение и частота увеличиваются с увеличением скорости вращения, скорость вращения двигателя регулируется на основе этого сигнала.

Рис.3 Система электродвигателя с регулировкой скорости переменного тока

2.1.2. Принцип управления скоростью
Скорость вращения N асинхронного двигателя может быть выражена выражением (1). Когда напряжение, приложенное к двигателю, увеличивается и уменьшается, изменяется скольжение s , затем изменяется частота вращения N.
N = 120 · f · (1- s ) / P · · · · · · · · · · (1)

N : Скорость вращения [об / мин]
F : Частота 〔Гц〕
P : Число полюсов двигателя
S : Скольжение

В случае асинхронного двигателя, показанного на рис. 4, на кривой «Скорость вращения — крутящий момент» существует стабильный диапазон и нестабильный диапазон. Поскольку невозможно надежно работать в нестабильном диапазоне, простое управление напряжением (управление разомкнутым контуром) ограничивается регулированием скорости в узком диапазоне, например, N1 ~ N3 на рис. 5. Чтобы обеспечить надежную работу даже в вышеупомянутом нестабильном диапазоне, необходимо определять скорость вращения двигателя и использовать механизм регулирования напряжения (управление с обратной связью), который снижает ошибку скорости по сравнению с установить значение.

Рис.4 Частота вращения — крутящий момент асинхронных двигателей

Рис.5 Простое управление напряжением

Доступные методы управления напряжением включают управление трансформатором или управление фазой.На рис. 6 показано, когда напряжение регулируется с помощью трансформатора. Этот метод не так-то просто сделать с двигателем, регулирующим скорость переменного тока. В качестве альтернативы, напряжение переменного тока можно регулировать, устанавливая время включения / выключения каждого полупериода переменного напряжения (50 или 60 Гц), подаваемого на двигатель, с помощью переключающего элемента (тиристора или симистора), который может напрямую включать и выключать переменный ток. напряжение, как показано на Рис. 7 и Рис. 8. Регулировка скорости осуществляется методом фазового регулирования путем управления среднеквадратичным значением значение переменного напряжения.

Рис.6 Изменение напряжения трансформатором

Рис.7 Изменение напряжения при фазовом управлении

Рис.8 Цепь управления симистором

Этот метод управления скоростью переменного тока может обеспечить устойчивое управление скоростью за счет регулирования фазы с обратной связью даже в нестабильном диапазоне.
На рис. 9 показана конфигурация системы управления скоростью для электродвигателя управления скоростью переменного тока в виде блок-схемы.

Рис.9 Блок-схема системы электродвигателя с регулировкой скорости переменного тока

Рис.10 Форма сигнала для каждого блока

На рис. 10 показаны формы сигналов каждого блока. Установленное значение скорости d и обнаруженное напряжение e скорости, генерируемое тахогенератором, сравниваются в блоке усилителя сравнения. Затем определяется уровень сигнала напряжения a .
Сигнал напряжения a низкий, когда обнаруженное значение скорости до заданного значения скорости увеличивается, и выше, когда заданное значение скорости уменьшается.Поскольку триггерный сигнал выводится в точке, где треугольная волна b пересекается с сигналом напряжения a , определяется время (фазовый угол), когда симистор включен, с уровнем сигнала напряжения a . Когда это время является медленным, напряжение, подаваемое на двигатель, становится низким, и скорость вращения двигателя уменьшается. Пониженная скорость вращения возвращается снова, и управление повторяется, так что разница между определенным значением скорости и установленным значением скорости всегда может быть постоянной.
На рис. 11 показан внешний вид упомянутого выше регулятора скорости. На рис. 11 рабочая точка двигателя образует петлю Q-R-S-T-Q с центром на O, и скорость вращения поддерживается между N1 и N2. Этот цикл максимально сокращен за счет увеличения точности определения скорости.

Рис.11 Работа регулятора скорости

Двигатель с регулировкой скорости переменного тока имеет следующие особенности при использовании этого регулирования фазы с обратной связью.
1) Поскольку напряжение переменного тока регулируется напрямую, схема управления скоростью может быть сконфигурирована просто, поскольку в схеме сглаживания нет необходимости, что позволяет получить компактную конструкцию по низкой цене.
2) Таким же образом возможна долговечная конструкция, поскольку нет необходимости в большом алюминиевом электролитическом конденсаторе.
3) Переключение выполняется только один раз в течение каждого полупериода промышленного источника питания переменного тока, что снижает уровень генерируемого шума.

2.1.3. Характеристики
Электродвигатели переменного тока с регулировкой скорости обычно имеют характеристики «Скорость вращения — крутящий момент», показанные на рис.12.

Рис.12 Характеристики скорости вращения и момента

«Строка безопасной эксплуатации» приведена на рис. 12. «Строка безопасной эксплуатации» представляет собой ограничение, при котором двигатель может работать в непрерывном режиме без превышения максимально допустимой температуры.

2.2. Бесщеточный блок управления скоростью постоянного тока
2.2.1. Конструкция двигателя
Что касается конструкции бесщеточного двигателя, катушка соединена звездой (Y-проводом) с тремя фазами: U, V и W и расположена в статоре, а ротор состоит из магнитов. намагниченный в многополюсной конфигурации, как показано на рис.14.
Внутри статора три ИС Холла расположены как магнитные элементы, так что разность фаз выходного сигнала от каждой ИС Холла будет составлять 120 градусов при каждом повороте ротора.

Рис.14 Конструкция бесщеточного двигателя постоянного тока

2.2.2. Принцип управления скоростью
Как показано на рис. 15, характеристики вращательной скорости-момента бесщеточного двигателя постоянного тока показывают отрицательную наклонную характеристику, когда его скорость не регулируется, что аналогично таковой у щеточного двигателя постоянного тока.

Рис.15 Характеристики скорости вращения бесщеточного двигателя постоянного тока

Когда нагрузка не приложена и входное напряжение установлено на V2 на рисунке 15, рабочая точка двигателя становится P, а скорость вращения равна N1. Когда прикладывается крутящий момент T1 нагрузки, рабочая точка смещается к Q, а скорость вращения снижается до N2, однако скорость вращения возвращается к N1, если напряжение повышается до V3. Следовательно, поскольку скорость вращения изменяется всякий раз, когда изменяется крутящий момент нагрузки, механизму управления скоростью нужно будет только изменять входное напряжение всякий раз, когда наблюдается изменение скорости, чтобы поддерживать постоянную скорость на линии PR.
Этот контроль напряжения реализуется инвертором в выходной части схемы управления (драйвер). Этот инвертор генерирует трехфазное переменное напряжение из постоянного тока путем включения и выключения, как в последовательности, показанной на рис. 16 (b), с использованием шести переключающих элементов (полевых транзисторов или IGBT), показанных на рис. 16 (а).

Рис. 16 (a) Выходная часть схемы управления (драйвер)

Рис.16 (b) Последовательность переключения

Переключающие элементы подключены к обмотке двигателя, как показано на рис.16 (a), а состояние ВКЛ / ВЫКЛ переключающего элемента определяет, какая катушка статора находится под напряжением и в каком направлении будет течь ток, то есть какая катушка станет полюсом N или полюсом S.
Фактически, положение магнитного полюса ротора определяется ИС Холла, и соответствующий переключающий элемент включается или выключается, как показано на Рис. 16 (b). Например, в случае шага 1 транзисторы Tr1 и Tr6 включены, и ток течет из U-фазы в W-фазу. В это время U-фаза возбуждается как полюс N, а фаза W становится S-полюсом, а ротор поворачивается на 30 градусов, переходя к шагу 2.Один оборот ротора выполняется повторением этой операции 12 раз (шаги 1 ~ 12).
На рис. 17 показана блок-схема конфигурации для управления скоростью бесщеточного двигателя постоянного тока.

Рис.17 Блок-схема системы бесщеточного двигателя постоянного тока

Последовательность переключения инвертора определяется сигналом от IC Холла в части определения положения на блок-схеме, и двигатель вращается.
Затем сигнал от ИС Холла отправляется на детектор скорости, чтобы стать сигналом скорости, и он сравнивается с сигналом установки скорости в блоке усилителя сравнения, который затем генерирует сигнал отклонения.Значение входного тока двигателя определяется блоком настройки ШИМ на основе сигнала отклонения.
Бесщеточные двигатели постоянного тока имеют следующие особенности.
1) Он имеет высокий КПД, поскольку используется ротор с постоянными магнитами и вторичные потери небольшие.
2) Инерция ротора может быть уменьшена, и достигается высокая скорость реакции.
3) Можно уменьшить размер двигателя, поскольку он очень эффективен.
4) Колебания скорости при изменении нагрузки незначительны.

Рис.16 показана типичная последовательность переключения (метод подачи напряжения на 120 градусов). Еще более эффективная система бесщеточного двигателя постоянного тока использует метод возбуждения синусоидальной волны путем получения информации о положении ротора с высоким разрешением из программного обеспечения из сигнала IC Холла. Результатом этого метода является метод управления с низким уровнем шума, поскольку ток, протекающий к двигателю, не изменяется быстро. (2)

Рис. 18 Сравнение напряжений, прикладываемых при использовании метода возбуждения синусоидальной волны и метода возбуждения 120 градусов

2. 2.3. Характеристики
Характеристики скорости вращения и крутящего момента бесщеточного двигателя постоянного тока имеют ограниченную рабочую область в дополнение к области непрерывной работы.
Ограниченная рабочая зона очень эффективна при запуске инерционной нагрузки. Однако, когда работа в ограниченном режиме работы продолжается в течение пяти секунд или более, активируется функция защиты водителя от перегрузки, и двигатель замедляется до полной остановки.

2.3. Блок управления скоростью инвертора

2.3.1. Принцип управления скоростью

Инверторный блок управляет скоростью трехфазного асинхронного двигателя, изменяя частоту f напряжения, подаваемого на двигатель. Инверторный блок изменяет частоту f, изменяя цикл включения / выключения шести переключающих элементов, и скорость вращения (N) двигателя изменяется пропорционально выражению в формуле (1).

N = 120 · f · (1- с ) / P ·· · · · · · · · · (1)

N : Скорость вращения [об / мин]
F : Частота 〔Гц〕
P : Число полюсов двигателя
S : Скольжение

Кроме того, чтобы напряжение, подаваемое на обмотку, имело синусоидальную форму, инвертор регулирует рабочий цикл ВКЛ / ВЫКЛ, как показано на рис. 21. Время включения / выключения регулируется таким образом, чтобы среднее напряжение, приложенное к двигателю, приобретало форму синусоиды, путем сравнения треугольной волны, называемой несущим сигналом, с формой волны синусоидального сигнала. Этот метод называется ШИМ-управлением.

Рис.19 Дежурный контроль ВКЛ / ВЫКЛ

Метод управления скоростью наших инверторных блоков делится на два типа: управление с обратной связью, которое просто изменяет скорость, и управление с обратной связью, которое уменьшает изменение скорости при изменении нагрузки двигателя.
1) Управление без обратной связи
На рис. 22 показана конфигурация управления без обратной связи в виде блок-схемы.

Рис.20 Блок-схема управления разомкнутым контуром

Этот метод используется для изменения входного напряжения и частоты двигателя в соответствии с заданной частотой. Этот метод подходит для изменения скорости и позволяет получить высокие скорости (частоту можно установить до 80 Гц) просто тогда, когда регулирование скорости с изменяющейся нагрузкой не представляет особой важности.
Создаваемый крутящий момент T двигателя показан формулой (2).Из этого соотношения можно сказать, что крутящий момент также будет постоянным, если сделать постоянным V / f, отношение напряжения V к частоте f.

Ｔ Ｋ ・ Ｉ ・ Ｖ ／ ｆ ・ ・ ・ （２）

Ｔ ： Крутящий момент [Н · м]
Ｖ ： Напряжение источника питания [В]
Ｉ ： Ток двигателя [A]
ｆ ： Частота [Гц]
Ｋ ： Постоянная

Однако чем ниже скорость, тем труднее поддерживать постоянным входное сопротивление асинхронного двигателя при изменении f.Следовательно, чтобы получить постоянный крутящий момент от низкой скорости к высокой скорости, необходимо отрегулировать отношение V / f на низкой скорости в соответствии с характеристиками двигателя, как показано сплошной линией на рисунке 23.

Рис.21 V / f Control

2) Управление с обратной связью
На Рис. 24 показана конфигурация блок-схемы системы управления с обратной связью, используемой в нашей серии BHF.

Рис.22 Блок-схема управления с обратной связью

Этот метод определяет разность фаз между напряжением выходного блока инвертора и первичным током, который вычисляет частоту возбуждения, соответствующую нагрузке, используя таблицу характеристик данных (рис.25), подготовленный заранее, и регулирует частоту инвертора без необходимости в датчике скорости на двигателе.

Рис.23 Таблица данных характеристик

Используя эту таблицу характеристик и время t обнаруженной разности фаз, инвертор вычисляет выходную частоту инвертора, которая соответствует команде Nset скорости вращения, установленной потенциометром скорости, и выводит ее как выходную частоту инвертора. После получения выходной частоты блок управления U / f вычисляет напряжение, приложенное к двигателю, соответствующее выходной частоте f, и выполняет управление скоростью, управляя инвертором PWM. В результате при приложении нагрузки выходная частота инвертора увеличивается, так что уменьшение скорости вращения может быть компенсировано. (3)

2.3.2. Характеристика с

Характеристики скорости вращения-момента инверторного блока показаны на рис. 26 и 27. Как поясняется в разделе «Двигатель, регулирующий скорость переменного тока», на характеристике крутящего момента нарисована «линия безопасной работы». Эта линия представляет предел для непрерывной работы, а область под этой линией называется областью непрерывной работы.

Рис.24 Характеристики скорости вращения-момента для управления без обратной связи

Рис.25 Характеристики скорости вращения и крутящего момента для замкнутого контура управления

3. Резюме

Oriental Motor предлагает три группы продуктов (двигатели с регулировкой скорости переменного тока, бесщеточные двигатели с регулировкой скорости постоянного тока и инверторные блоки) для использования в широком диапазоне приложений регулирования скорости. Подходящий продукт для регулирования скорости можно выбрать в соответствии с функцией, производительностью, стоимостью и целью, которые требуются для вашего приложения.
Oriental Motor продолжит работу над разработкой продукции, чтобы в будущем мы могли предлагать продукцию, наилучшим образом отвечающую различным потребностям наших клиентов.

Список литературы

(1) Исследовательская группа по технологии двигателей переменного тока: «Книга для понимания малых двигателей переменного тока», Публикация Когио Чосакай (1998)
(2) Казуо Абэ: «Технология бесшумного привода бесщеточного двигателя», RENGA № 163, стр. 19-25 (2003)
(3) Кодзи Намихана, Масаёши Сато: «Новый метод управления трехфазным асинхронным двигателем», RENGA No.159, стр. 23-28 (1999)

Три способа управления однофазным асинхронным двигателем

Каждый день инженеры разрабатывают продукты, в которых используются однофазные асинхронные двигатели. Регулирование скорости однофазных асинхронных двигателей желательно в большинстве приложений управления двигателями, поскольку оно не только обеспечивает регулируемую скорость, но также снижает потребление энергии и звуковой шум.

Большинство однофазных асинхронных двигателей являются однонаправленными, что означает, что они предназначены для вращения в одном направлении. Либо путем добавления дополнительных обмоток, внешних реле и переключателей, либо путем добавления зубчатых передач, направление вращения можно изменить. Используя системы управления на основе микроконтроллеров, можно добавить в систему изменение скорости. В дополнение к опции изменения скорости, направление вращения также может быть изменено в зависимости от используемых алгоритмов управления двигателем.

Двигатели с постоянным разделенным конденсатором (PSC) — самый популярный тип однофазных асинхронных двигателей.В этой статье будут рассмотрены различные методы и топологии приводов для управления скоростью двигателя PSC в одном и двух направлениях.

Интерфейс микроконтроллера

Микроконтроллер — это мозг системы. Часто контроллеры, используемые для приложений управления двигателем, имеют специализированные периферийные устройства, такие как ШИМ для управления двигателем, высокоскоростные аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и диагностические выводы. PIC18F2431 и dsPIC30F2010 от Microchip имеют эти встроенные функции.

Наличие доступа к специализированным периферийным устройствам микроконтроллера упрощает реализацию алгоритмов управления.

Каналы АЦП используются для измерения тока двигателя, температуры двигателя и температуры радиатора (подключены к переключателям питания). Третий канал АЦП используется для считывания уровней потенциометра, который затем используется для установки скорости двигателя. Дополнительные каналы АЦП могут использоваться в конечном приложении для считывания различных датчиков, таких как бесконтактный переключатель, датчики мутности, уровня воды, температуры морозильной камеры и т. Д.

Входы и выходы общего назначения (I / O) могут использоваться для взаимодействия переключает и отображает в приложении.Например, в приложении для холодильника эти универсальные входы / выходы могут использоваться для управления ЖК-дисплеем, семисегментным светодиодным дисплеем, кнопочным интерфейсом и т. Д. Каналы связи, такие как I2C ^(TM) или SPI ^{( TM)} используются для соединения платы управления двигателем с другой платой для обмена данными.

Интерфейсы неисправностей и диагностики включают в себя входные линии со специальными функциями, такими как возможность отключения ШИМ в случае катастрофических отказов в системе. Например, в посудомоечной машине, если привод заблокирован из-за скопившихся отходов, это может помешать вращению двигателя.Эта блокировка может быть обнаружена в виде перегрузки по току в системе управления двигателем. Используя функции диагностики, эти типы неисправностей могут регистрироваться и / или отображаться, или передаваться на ПК для устранения неисправностей обслуживающего персонала. Часто это предотвращает серьезные отказы и сокращает время простоя продукта, что приводит к снижению затрат на обслуживание.

ШИМ — это основные периферийные устройства, используемые для управления двигателем. Используя указанные выше входные данные, алгоритм управления двигателем микроконтроллера определяет рабочий цикл ШИМ и схему вывода. К наиболее ценным функциям ШИМ относятся дополнительные каналы с программируемым мертвым временем. ШИМ могут быть выровнены по краям или по центру. Выровненные по центру ШИМ имеют то преимущество, что они уменьшают электромагнитный шум (EMI), излучаемый изделием.

Вариант № 1: Однонаправленное управление

Управление VF в одном направлении делает топологию привода и алгоритм управления относительно простыми.Задача состоит в том, чтобы создать источник питания с переменным напряжением и частотой из источника питания с фиксированным напряжением и частотой (такого как источник питания от настенной розетки). На рисунке на странице 85 показана блок-схема этой топологии привода с тремя основными секциями построения, описанными ранее. Обмотки двигателя подключены к центру каждого полумоста на выходной секции инвертора. Многие двигатели, доступные в продаже, имеют как основную, так и пусковую обмотки, соединенные вместе с конденсатором, подключенным последовательно с пусковой обмоткой.В этой конфигурации двигатель может иметь только два выступающих провода (M1 и M2).

MCU, показанный на блок-схеме, имеет модуль PWM управления мощностью (PCPWM), который способен выводить до трех пар PWM с зоной нечувствительности между парами. Зона нечувствительности важна в приложении управления асинхронным двигателем, чтобы избежать перекрестной проводимости шины постоянного тока через переключатели питания, когда один выключается, а другой включается. Схема диагностики может включать в себя контроль тока двигателя, контроль напряжения на шине постоянного тока и контроль температуры на радиаторе, подключенном к выключателям питания и двигателю.

Двунаправленное управление

Большинство двигателей PSC предназначены для работы в одном направлении. Однако во многих приложениях требуется двунаправленное вращение двигателя. Исторически для достижения двунаправленного вращения использовались зубчатые передачи или внешние реле и переключатели. При использовании механических шестерен вал двигателя вращается в одном направлении, а шестерни прямого и обратного хода включаются и выключаются в соответствии с требуемым направлением. С помощью реле и переключателей полярность пусковой обмотки электрически меняется на обратную в зависимости от требуемого направления.

К сожалению, все эти компоненты увеличивают стоимость системы для базового управления включением и выключением в двух направлениях.

В этом разделе мы обсудим два метода двунаправленного управления скоростью для двигателей PSC с использованием привода на основе микроконтроллера. Обсуждаемые здесь топологии привода создают эффективные напряжения, которые приводят в действие главную обмотку и пусковую обмотку при сдвиге фаз на 90 градусов относительно друг друга. Это позволяет разработчику системы навсегда удалить конденсатор, включенный последовательно с пусковой обмоткой, из схемы, тем самым снижая общую стоимость системы.

Вариант № 2: H-мостовой инвертор

Этот метод имеет удвоитель напряжения на входе; на выходе используется H-мост или двухфазный инвертор (см. рисунок выше). К каждому полумосту подключаются один конец основной и пусковой обмоток; другие концы соединены вместе в нейтральной точке источника переменного тока, которая также служит центральной точкой для удвоителя напряжения.

Для схемы управления требуются четыре ШИМ с двумя дополнительными парами и достаточной зоной нечувствительности между дополнительными выходами.PWM0-PWM1 и PWM2-PWM3 — это пары ШИМ с зоной нечувствительности. Используя ШИМ, шина постоянного тока синтезируется для обеспечения двух синусоидальных напряжений, сдвинутых по фазе на 90 градусов, с различной амплитудой и переменной частотой в соответствии с профилем VF. Если напряжение, приложенное к основной обмотке, отстает от пусковой обмотки на 90 градусов, двигатель вращается в прямом направлении. Чтобы изменить направление вращения, напряжение, подаваемое на главную обмотку, должно опережать напряжение, подаваемое на пусковую обмотку.

Этот метод H-мостового инвертора для управления двигателем типа PSC имеет следующие недостатки.

Основная и пусковая обмотки имеют разные электрические характеристики. Таким образом, ток, протекающий через каждый переключатель, несбалансирован. Это может привести к преждевременному выходу из строя коммутационных аппаратов инвертора.

Общая точка обмоток напрямую подключена к нейтрали. Это может увеличить количество коммутационных сигналов, проникающих в основной источник питания, и может увеличить шум, излучаемый в линию.В свою очередь, это может ограничить уровень электромагнитных помех продукта, нарушая определенные цели и нормы проектирования.

Эффективное обрабатываемое постоянное напряжение относительно велико из-за удвоения входного напряжения.

Наконец, стоимость самой схемы удвоителя напряжения высока из-за двух мощных конденсаторов.

Лучшим решением для сведения к минимуму этих проблем было бы использование трехфазного инверторного моста, как описано в следующем разделе.

Вариант № 3: Использование трехфазного инверторного моста

Входная секция заменена на стандартный диодно-мостовой выпрямитель.В выходной секции установлен трехфазный инверторный мост. Основное отличие от предыдущей схемы — способ подключения обмоток двигателя к инвертору. Один конец основной и пусковой обмоток подключены к одному полумосту каждый. Остальные концы связывают и соединяют с третьим полумостом.

При такой топологии привода управление становится более эффективным.Однако алгоритм управления усложняется. Напряжениями обмоток Va, Vb и Vc следует управлять для достижения разности фаз между эффективными напряжениями на основной и пусковой обмотках, чтобы сдвиг фаз между собой составлял 90 градусов.

Чтобы иметь равные уровни напряжения и нагрузки на всех устройствах, что улучшает использование устройства и обеспечивает максимально возможное выходное напряжение для заданного напряжения на шине постоянного тока, все три фазных напряжения инвертора поддерживаются на одинаковой амплитуде, как указано :

| Va | = | Vb | = | Vc |

Эффективное напряжение на основной и пусковой обмотках, как указано по формуле:

Vmain = Va-Vc

Vstart = Vb-Vc

Направление вращения можно легко контролировать с помощью фазового угла Vc относительно Va и Vb .

На рисунках на стр. 87 показаны фазные напряжения Va, Vb и Vc, эффективные напряжения на основной обмотке (Vmain) и пусковой обмотке (Vstart) для прямого и обратного направлений соответственно.

Использование метода управления трехфазным инвертором на компрессоре мощностью 300 Вт дало экономию энергии на 30 процентов по сравнению с первыми двумя методами.

Еще одно преимущество использования трехфазного метода управления состоит в том, что та же самая топология приводного оборудования может использоваться для управления трехфазным асинхронным двигателем.В этом сценарии микроконтроллер следует перепрограммировать для вывода синусоидальных напряжений с фазовым сдвигом на 120 градусов относительно друг друга, что приводит в действие трехфазный асинхронный двигатель. Это сокращает время разработки.

Однофазные асинхронные двигатели очень популярны в бытовой технике, а также в промышленных и бытовых приложениях. PSC — самый популярный тип однофазных асинхронных двигателей. Управление скоростью двигателя имеет много преимуществ, таких как энергоэффективность, снижение слышимого шума и лучший контроль над приложением.В этой статье мы обсудили различные методы управления скоростью, которые можно использовать с двигателем PSC в однонаправленном и двунаправленном режимах. Наилучшие результаты дает управление двигателем PSC с использованием топологии трехфазного инвертора.

Двигатели переменного тока, контроллеры и частотно-регулируемые приводы

Что такое двигатель переменного тока?

Основы двигателя переменного тока

Стандартное определение двигателя переменного тока — это электродвигатель, приводимый в действие переменным током.Двигатель переменного тока используется для преобразования электрической энергии в механическую. Эта механическая энергия создается за счет использования силы, создаваемой вращающимися магнитными полями, создаваемыми переменным током, протекающим через его катушки. Двигатель переменного тока состоит из двух основных компонентов: стационарного статора, который находится снаружи и имеет катушки, на которые подается переменный ток, и внутреннего ротора, который прикреплен к выходному валу.

Как работает двигатель переменного тока?

Основная работа двигателя переменного тока основана на принципах магнетизма.Простой двигатель переменного тока содержит катушку с проводом и два фиксированных магнита, окружающих вал. Когда электрический заряд (переменного тока) прикладывается к катушке с проволокой, она становится электромагнитом, генерирующим магнитное поле. Проще говоря, когда магниты взаимодействуют, вал и катушка проводов начинают вращаться, приводя в движение двигатель.

Обратная связь двигателя переменного тока

AC Motor имеют два варианта управления с обратной связью. Эти опции представляют собой преобразователь двигателя переменного тока или датчик двигателя переменного тока.И резольвер двигателя переменного тока, и энкодер двигателя переменного тока могут определять направление, скорость и положение выходного вала. Хотя и преобразователь двигателя переменного тока, и энкодер двигателя переменного тока предлагают одно и то же решение для различных приложений, они сильно отличаются.

В резольверах двигателей переменного тока используется второй набор обмоток статора, называемый трансформатором, для создания напряжения на роторе через воздушный зазор. Поскольку в резольвере отсутствуют электронные компоненты, он очень прочный и работает в широком диапазоне температур. Резольвер электродвигателя переменного тока также естественно устойчив к ударам благодаря своей конструкции.Резольвер часто используется в суровых условиях.

В оптическом кодировщике электродвигателя переменного тока используется затвор, который вращается для прерывания луча света, пересекающего воздушный зазор между источником света и фотодетектором. Вращение заслонки со временем вызывает износ энкодера. Этот износ снижает долговечность и надежность оптического кодировщика.

Тип приложения определяет, нужен ли преобразователь или кодировщик. Энкодеры двигателей переменного тока проще в реализации и более точны, поэтому они должны быть основным приоритетом для любого приложения.Резолвер следует выбирать только в том случае, если этого требует среда, в которой он будет использоваться.

Основные типы двигателей переменного тока

Электродвигатели переменного тока выпускаются трех различных типов: индукционные, синхронные и промышленные. Эти типы двигателей переменного тока определяются конструкцией ротора, используемого в конструкции. В линейке продуктов Anaheim Automation представлены все три типа.

Асинхронный двигатель переменного тока

Асинхронные двигатели переменного тока называются асинхронными двигателями или вращающимися трансформаторами.Этот тип двигателя переменного тока использует электромагнитную индукцию для питания вращающегося устройства, которым обычно является вал. Ротор в асинхронных двигателях переменного тока обычно вращается медленнее, чем его частота. Наведенный ток — это то, что вызывает магнитное поле, окружающее ротор этих двигателей. Этот асинхронный двигатель переменного тока имеет одну или три фазы.

Синхронный двигатель переменного тока

Синхронный двигатель обычно представляет собой двигатель переменного тока, ротор которого вращается с той же скоростью, что и переменный ток, который к нему подается.Ротор также может вращаться со скоростью, кратной величине подаваемого тока. Контактные кольца или постоянный магнит, на который подается ток, — это то, что создает магнитное поле вокруг ротора.

Промышленный двигатель переменного тока

Промышленные двигатели переменного тока разработаны для применений, требующих трехфазного асинхронного двигателя большой мощности. Номинальная мощность промышленного двигателя превышает номинальную мощность стандартного однофазного асинхронного двигателя переменного тока. Anaheim Automation предлагает промышленные электродвигатели переменного тока мощностью от 220 до 2200 Вт, работающие в трехфазном режиме при 220 или 380 В переменного тока.

Где используются двигатели переменного тока?

В каких отраслях используются двигатели переменного тока?

Асинхронные двигатели в основном используются в быту из-за их относительно низких производственных затрат и долговечности, но также широко используются в промышленных приложениях.

Для чего используются двигатели переменного тока?

Двигатели переменного тока можно найти во многих бытовых приборах и приложениях, в том числе:
— Часы
— Электроинструменты
— Дисковые накопители
— Стиральные машины и другая бытовая техника
— Аудиоповоротные столы
— Вентиляторы

в промышленности:
— Насосы
— Воздуходувки
— Конвейеры
— Компрессоры

Как управляются двигатели переменного тока?

Контроллеры переменного тока:

Основы

Контроллер переменного тока (иногда называемый драйвером) известен как устройство, контролирующее скорость двигателя переменного тока.Контроллер переменного тока также может упоминаться как преобразователь частоты, преобразователь частоты, преобразователь частоты и т. Д. Двигатель переменного тока получает мощность, которая в конечном итоге преобразуется контроллером переменного тока в регулируемую частоту. Этот регулируемый выход позволяет точно контролировать скорость двигателя.

Компоненты контроллера переменного тока

Как правило, контроллер переменного тока состоит из трех основных частей: выпрямителя, инвертора и звена постоянного тока для их соединения.Выпрямитель преобразует входной переменный ток в постоянный ток (постоянный ток), а инвертор переключает постоянное напряжение на выходное переменное напряжение регулируемой частоты. При необходимости инвертор также можно использовать для управления выходным током. И выпрямитель, и инвертор управляются набором элементов управления для генерации определенного количества переменного напряжения и частоты, чтобы соответствовать системе двигателя переменного тока в данный момент времени.

Приложения

Контроллер переменного тока может использоваться во многих различных промышленных и коммерческих приложениях.Контроллер переменного тока, который чаще всего используется для управления вентиляторами в системах кондиционирования и отопления, позволяет лучше контролировать воздушный поток. Контроллер переменного тока также помогает регулировать скорость насосов и воздуходувок. В последнее время используются конвейеры, краны и подъемники, станки, экструдеры, линии для производства пленки и прядильные машины для текстильного волокна.

Преимущества и недостатки

Преимущества
— Увеличивает срок службы двигателя за счет высокого коэффициента мощности
— Экономичное регулирование скорости
— Оптимизация пусковых характеристик двигателя
— Более низкие затраты на обслуживание, чем при управлении постоянным током

Недостатки
— генерирует большое количество тепла и гармоник

История

Никола Тесла изобрел первый асинхронный двигатель переменного тока в 1888 году, представив более надежный и эффективный двигатель, чем двигатель постоянного тока.Однако регулирование скорости переменного тока было сложной задачей. Когда требовалось точное регулирование скорости, двигатель постоянного тока стал заменой двигателя переменного тока из-за его эффективных и экономичных средств точного управления скоростью. Только в 1980-х годах регулятор скорости переменного тока стал конкурентом. Со временем технология привода переменного тока в конечном итоге превратилась в недорогого и надежного конкурента традиционному управлению постоянным током. Теперь контроллер переменного тока может управлять скоростью с полным крутящим моментом, достигаемым от 0 об / мин до максимальной номинальной скорости.

Частотно-регулируемые приводы

Основы

Частотно-регулируемый привод — это особый тип привода с регулируемой скоростью, который используется для управления скоростью двигателя переменного тока. Чтобы управлять скоростью вращения двигателя, частотно-регулируемый привод регулирует частоту подаваемой на него электроэнергии. Добавление частотно-регулируемого привода в приложение позволяет регулировать скорость двигателя в соответствии с нагрузкой двигателя, что в конечном итоге позволяет экономить энергию.Частотно-регулируемый привод, обычно используемый во множестве приложений, работает в системах вентиляции, насосах, конвейерах и приводах станков.

Как работает частотно-регулируемый привод

Когда полное напряжение подается на двигатель переменного тока, он сначала ускоряет нагрузку и снижает крутящий момент, сохраняя ток особенно высоким, пока двигатель не достигнет полной скорости. Частотно-регулируемый привод работает иначе; он устраняет чрезмерный ток, контролируемое повышение напряжения и частоты при запуске двигателя.Это позволяет двигателю переменного тока генерировать до 150% от номинального крутящего момента, который потенциально может быть создан с самого начала, вплоть до полной скорости, без потерь энергии. Частотно-регулируемый привод преобразует мощность через три различных этапа. Сначала мощность переменного тока преобразуется в мощность постоянного тока, а затем включаются и выключаются силовые транзисторы, вызывая форму волны напряжения на желаемой частоте. Затем этот сигнал регулирует выходное напряжение в соответствии с предпочтительным заданным значением.

Физические свойства

Обычно система частотно-регулируемого привода включает двигатель переменного тока, контроллер и интерфейс оператора.Трехфазный асинхронный двигатель чаще всего применяется в частотно-регулируемом приводе, поскольку он обеспечивает универсальность и экономичность по сравнению с однофазным или синхронным двигателем. Хотя в некоторых случаях они могут быть полезными, в системе частотно-регулируемого привода часто используются двигатели, предназначенные для работы с фиксированной скоростью.

Интерфейсы оператора частотно-регулируемого привода позволяют пользователю регулировать рабочую скорость, а также запускать и останавливать двигатель. Интерфейс оператора может также позволить пользователю переключаться и реверсировать между автоматическим управлением и ручной регулировкой скорости.

Преимущества частотно-регулируемого привода

— Температуру технологического процесса можно регулировать без отдельного контроллера
— Низкие затраты на обслуживание
— Более длительный срок службы двигателя переменного тока и другого оборудования
— Более низкие эксплуатационные расходы
— Оборудование в системе, с которым невозможно справиться защита от чрезмерного крутящего момента

Типы частотно-регулируемых приводов

Существует три распространенных частотно-регулируемых привода (VFD), которые обладают как преимуществами, так и недостатками в зависимости от приложения, для которого они используются.Три распространенных конструкции ЧРП включают: инвертор источника тока (CSI), инвертор источника напряжения (VSI) и широтно-импульсную модуляцию (ШИМ). Однако существует четвертый тип частотно-регулируемого привода, называемый векторным приводом потока, который становится все популярнее среди конечных пользователей благодаря своей функции управления с обратной связью. Каждый частотно-регулируемый привод состоит из преобразователя, промежуточного звена постоянного тока и инвертора, но конструкция каждого из них зависит от привода. Хотя секции каждого частотно-регулируемого привода похожи, они требуют изменения схемы в том, как они подают частоту и напряжение на двигатель.

Инвертор источника тока (CSI)

Инвертор источника тока (CSI) — это тип преобразователя частоты (VFD), который преобразует входящее напряжение переменного тока и изменяет частоту и напряжение, подаваемое на асинхронный двигатель переменного тока. Общая конфигурация этого типа частотно-регулируемого привода аналогична конфигурации других частотно-регулируемых приводов в том, что он состоит из преобразователя, звена постоянного тока и инвертора. В преобразовательной части CSI используются кремниевые выпрямители (SCR), тиристоры с коммутацией затвора (GCT) или симметричные тиристоры с коммутацией затвора (SGCT) для преобразования входящего переменного напряжения в переменное постоянное напряжение.Для поддержания правильного соотношения напряжения и частоты (Вольт / Герц) напряжение должно регулироваться путем правильной последовательности SCR. В звене постоянного тока для этого типа частотно-регулируемого привода используется индуктор для регулирования пульсаций тока и для хранения энергии, используемой двигателем. Инвертор, который отвечает за преобразование постоянного напряжения обратно в синусоидальную форму волны переменного тока, состоит из SCRS, тиристоров отключения затвора (GTO) или симметричных тиристоров с коммутацией затвора (SGCT). Эти тиристоры ведут себя как переключатели, которые включаются и выключаются для создания выхода с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), который регулирует частоту и напряжение двигателя.Частотно-регулируемые приводы CSI регулируют ток, для работы требуется большой внутренний индуктор и нагрузка двигателя. Важным примечанием к конструкциям ЧРП CSI является требование входных и выходных фильтров, которые необходимы из-за высоких гармоник на входе мощности и низкого коэффициента мощности. Чтобы обойти эту проблему, многие производители используют либо входные трансформаторы, либо реакторы и фильтры гармоник в точке общего соединения (электрическая система пользователя, подключенная к приводу), чтобы помочь уменьшить влияние гармоник на систему привода.Из обычных приводных систем с частотно-регулируемым приводом, частотно-регулируемые приводы CSI являются единственным типом приводов, которые имеют возможность рекуперации энергии. Возможность рекуперации энергии означает, что мощность, передаваемая от двигателя обратно к источнику питания, может быть поглощена.

Преимущества CSI

• Возможность рекуперации энергии
• Простая схема
• Надежность (операция ограничения тока)
• Чистая форма кривой тока

Недостатки CSI

• Зубцы двигателя, когда выходная частота ШИМ ниже 6 Гц
• Используемые индукторы большие и дорогостоящие
• Генерация больших гармоник мощности отправляется обратно в источник питания
• Зависит от нагрузки двигателя
• Низкий коэффициент входной мощности

Инвертор источника напряжения (VSI)

Секция преобразователя VSI аналогична секции преобразователя CSI в том, что входящее напряжение переменного тока преобразуется в напряжение постоянного тока.Отличие от секции преобразователя CSI и VSI заключается в том, что VSI использует выпрямитель на диодном мосту для преобразования переменного напряжения в постоянное. В звене постоянного тока VSI используются конденсаторы для сглаживания пульсаций постоянного напряжения, а также для хранения энергии для системы привода. Секция инвертора состоит из биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), тиристоров с изолированным затвором (IGCT) или транзисторов с инжекционным затвором (IEGT). Эти транзисторы или тиристоры ведут себя как переключатели, которые включаются и выключаются для создания выходного сигнала широтно-импульсной модуляции (ШИМ), который регулирует частоту и напряжение двигателя.

Преимущества VSI

• Простая схема
• Может использоваться в приложениях, требующих нескольких двигателей
• Не зависит от нагрузки

Недостатки VSI

• Генерация больших гармоник мощности в источнике питания
• Зубцы двигателя, когда выходная мощность ШИМ ниже 6 Гц
• Безрегенеративный режим
• Низкий коэффициент мощности

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)

Привод с частотно-регулируемым приводом с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) является одним из наиболее часто используемых контроллеров и доказал свою эффективность с двигателями мощностью от 1/2 до 500 л.с.Большинство частотно-регулируемых приводов с ШИМ рассчитаны на работу в трехфазном режиме 230 В или 460 В и обеспечивают выходные частоты в диапазоне 2–400 Гц. Как и VSI VFD, PWM VFD использует выпрямитель на диодном мосту для преобразования входящего переменного напряжения в постоянное. В звене постоянного тока используются конденсаторы большой емкости для устранения пульсаций, возникающих после выпрямителя, и создания стабильного напряжения на шине постоянного тока. Шестиступенчатый инверторный каскад этого драйвера использует IGBT высокой мощности, которые включаются и выключаются для регулирования частоты и напряжения двигателя. Эти транзисторы управляются микропроцессором или ИС двигателя, который контролирует различные аспекты привода, чтобы обеспечить правильную последовательность.В результате на двигатель выводится сигнал синусоидальной формы. Так как же включение и выключение транзистора помогает создать синусоидальный выходной сигнал? Изменяя ширину импульса напряжения, вы получаете среднюю мощность, которая представляет собой напряжение, подаваемое на двигатель. Частота, подаваемая на двигатель, определяется количеством переходов из положительного положения в отрицательное в секунду.

Преимущество ШИМ

• Отсутствие зубчатого зацепления двигателя
• КПД от 92% до 96%
• Превосходный коэффициент входной мощности благодаря фиксированному напряжению шины постоянного тока
• Низкая начальная стоимость
• Может использоваться в приложениях, требующих нескольких двигателей

Недостатки ШИМ

• Безрегенерационный режим
• Высокочастотное переключение может вызвать нагрев двигателя и пробой изоляции

Как выбрать двигатель переменного тока

Чтобы выбрать подходящий двигатель переменного тока для конкретного применения, необходимо определить основные характеристики.Рассчитайте требуемый момент нагрузки и рабочую скорость. Помните, что асинхронные и реверсивные двигатели нельзя регулировать; они требуют редуктора. Если это необходимо, выберите подходящее передаточное число. Затем определите частоту и напряжение питания двигателя.

Преимущества и недостатки

Преимущества двигателя переменного тока
— Низкая стоимость
— Длительный срок службы
— Высокая эффективность и надежность
— Простая конструкция
— Высокий пусковой крутящий момент (индукция)
— Отсутствие проскальзывания (синхронное)

Недостатки двигателя переменного тока
— Частота вызывает проскальзывания при вращении (индукция)
— Необходим пусковой выключатель (индукция)

Поиск и устранение неисправностей двигателя переменного тока

ПОЖАЛУЙСТА, ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: Техническая помощь в отношении продуктовой линейки двигателей переменного тока, а также всех продуктов, производимых или распространяемых Anaheim Automation, предоставляется бесплатно.Эта помощь предлагается, чтобы помочь клиенту в выборе продуктов Anaheim Automation для конкретного применения. В любом случае ответственность за определение пригодности индивидуального двигателя переменного тока для конкретной конструкции системы лежит исключительно на заказчике. Несмотря на то, что прилагаются все усилия, чтобы дать надежные рекомендации относительно линейки продуктов AC Motor, а также других продуктов для управления движением, а также для точного предоставления технических данных и иллюстраций, такие советы и документы предназначены только для справки и могут быть изменены без уведомления.

Для устранения неполадок в системе двигателя и контроллера переменного тока могут быть предприняты следующие шаги:

Шаг 1: Проверьте запах двигателя. При появлении запаха гари немедленно замените двигатель.

Шаг 2: Проверьте входное напряжение двигателя. Убедитесь, что провода не повреждены и подключен надлежащий источник питания.

Шаг 3. Прислушайтесь к громкой вибрации или скрипу. Такие шумы могут указывать на повреждение или износ подшипников. Если возможно, смажьте подшипники, в противном случае замените двигатель полностью.

Шаг 4: Проверить на перегрев. С помощью сжатого воздуха очистите двигатель от мусора, дайте ему остыть и перезапустите.

Шаг 5: Двигатели переменного тока, которые пытаются запустить, но выходят из строя, могут быть признаком плохого пускового конденсатора. Проверьте наличие каких-либо признаков утечки масла и замените конденсатор, если это так.

Шаг 6: Убедитесь, что приложение, в котором вращается двигатель, не заблокировано. Для этого отсоедините механизм и попробуйте запустить двигатель самостоятельно.

Сколько стоят изделия с электродвигателями переменного тока?

Двигатель переменного тока может быть разумным и экономичным решением для ваших требований. Конструкционные материалы и конструкция двигателя делают системы двигателей переменного тока доступным решением. Двигатель переменного тока работает с вращающимся магнитным полем и не использует щеток. Это позволяет снизить стоимость двигателя и исключает компонент, который может со временем изнашиваться. Для работы двигателей переменного тока не требуется драйвер.Это экономит начальные затраты на установку. Сегодняшние производственные процессы делают производство двигателей переменного тока проще и быстрее, чем когда-либо. Статор изготовлен из тонких пластин, которые можно прессовать или штамповать на станке с ЧПУ. Многие другие детали можно быстро изготовить и усовершенствовать, сэкономив время и деньги! Anaheim Automation предлагает на выбор полную линейку продуктов для двигателей переменного тока.

Физические свойства двигателя переменного тока

Обычно двигатель переменного тока состоит из двух основных компонентов: статора и ротора.Статор — это неподвижная часть двигателя, состоящая из нескольких тонких пластин, намотанных изолированным проводом, образующих сердечник.

Ротор соединен с выходным валом изнутри. Наиболее распространенным типом ротора, используемого в двигателях переменного тока, является ротор с короткозамкнутым ротором, названный в честь его сходства с колесами для упражнений на грызунах.

Статор устанавливается внутри корпуса двигателя, ротор установлен внутри, и между ними имеется зазор, разделяющий их от соприкосновения. Кожух представляет собой корпус двигателя, содержащий два подшипниковых узла.

Формулы для двигателя переменного тока

Синхронная скорость:

Частота:

Количество полюсов:

Мощность в лошадиных силах:

000

Двигатель

Глоссарий двигателей переменного тока

Двигатель переменного тока — Электродвигатель, приводимый в действие переменным током, а не постоянным.

Переменный ток — Электрический заряд, который часто меняет направление (противоположно постоянному току, с зарядом только в одном направлении).

Центробежный переключатель — Электрический переключатель, который регулирует скорость вращения вала, работая за счет центробежной силы, создаваемой самим валом.

Передаточное число — Передаточное число, при котором скорость двигателя уменьшается редуктором. Скорость на выходном валу равна 1 передаточному числу x скорость двигателя.

Инвертор — Устройство, преобразующее постоянный ток в переменный. Реверс выпрямителя.

Асинхронный двигатель — Может упоминаться как асинхронный двигатель; тип двигателя переменного тока, в котором электромагнитная индукция питает ротор. Для создания крутящего момента требуется скольжение.

Скорость холостого хода — Обычно ниже, чем синхронная скорость, это скорость, когда двигатель не несет нагрузки.

Номинальная скорость — Скорость двигателя при номинальной выходной мощности.Обычно самая востребованная скорость.

Выпрямитель — Устройство, преобразующее переменный ток в постоянный в двигателе. Они могут использоваться как компонент источника питания или могут обнаруживать радиосигналы. Обычно выпрямители могут состоять из твердотельных диодов, ртутных дуговых клапанов или других веществ. Реверс инвертора.

Выпрямление — Процесс преобразования переменного тока в постоянный с помощью выпрямителя в двигателе переменного тока.

Асинхронный двигатель с расщепленной фазой — Двигатели, которые могут создавать больший пусковой крутящий момент за счет использования центробежного переключателя в сочетании со специальной пусковой обмоткой.

Момент остановки — Максимальный крутящий момент, с которым двигатель может работать, при определенном напряжении и частоте. Превышение этого количества приведет к остановке двигателя.

Пусковой момент — Крутящий момент, мгновенно создаваемый при запуске двигателя. Двигатель не будет работать, если нагрузка трения превышает крутящий момент.

Статический момент трения — Когда двигатель останавливается, например, тормозом, это выходной крутящий момент, необходимый для удержания нагрузки при остановке двигателя.

Синхронный двигатель — В отличие от асинхронного двигателя, он может создавать крутящий момент с синхронной скоростью без скольжения.

Синхронная скорость — Обозначается скоростью в минуту, это внутренний фактор, определяемый количеством полюсов и частотой сети.

Привод с регулируемой скоростью — Оборудование, используемое для управления частотой электроэнергии, подаваемой на двигатель переменного тока, с целью управления его скоростью вращения.

Блок-схема для систем, в которых используется двигатель переменного тока

Срок службы двигателя переменного тока