Меню

Схема регулятора оборотов трехфазного асинхронного двигателя

KOMITART — развлекательно-познавательный портал

Разделы сайта

DirectAdvert NEWS

GNEZDO NEWS

Друзья сайта

Статистика

Как подключить трехфазный электродвигатель к сети 220 В. Регулятор оборотов.

Довольно часто для каких-либо хозяйственных нужд требуется использование трехфазного электродвигателя (например, в качестве привода для эл. наждака, циркулярной пилы, бетономешалки и т. д). Известно, что трехфазные электродвигатели рассчитаны и предназначены для работы в трехфазной сети и далеко не всегда в распоряжении домашнего мастера бывает нужное напряжение

380 В, ведь в подавляющем большинстве частные дома и, тем более квартиры подключены к питающей сети

Существуют разные способы включения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть

220 В, самым простым и достаточно надежным из которых является применение фазосдвигающего конденсатора в схеме подключения его обмоток. Само название «фазосдвигающий конденсатор» говорит само за себя: он сдвигает ток по фазе на 90°, создавая в нем двухфазный вращающийся магнитный поток, который, собственно и вызывает вращение вала электродвигателя.

На схеме ниже показано подключение фазосдвигающих конденсаторов к обмоткам, соединенным в «звезду» и «треугольник», однако, следует учесть, что для снижения потерь мощности электродвигателя гораздо целесообразнее использовать соединение обмоток электродвигателя по схеме «треугольник».

Схемы подключения трехфазных электродвигателей с различными соединениями обмоток к однофазной сети

Как подключить трехфазный электродвигатель к сети 220 В. Регулятор оборотов.

Стоит заметить, что для запуска любого электродвигателя требуется б́ольшая емкость конденсатора, чем для его работы (когда двигатель уже «набрал» обороты). Поэтому, на схеме ниже общая емкость «разбита» на два конденсатора: Сп — конденсатор с дополнительной емкостью для пуска электродвигателя и Ср — основной конденсатор с рабочей емкостью. В случае использования электродвигателя небольшой мощности (до 1 кВт) вполне можно «обойтись» лишь рабочей емкостью Ср, исключив из схемы конденсатор Сп.

Схема подключения трехфазного электродвигателя к однофазной сети:

Как подключить трехфазный электродвигатель к сети 220 В. Регулятор оборотов.

Резистор R включен в схему в качестве сопротивления для разрядки конденсаторов Сп и Ср, для этого подойдет резистор с сопротивлением 300 Ом. Для изменения направления вращения вала электродвигателя, в схеме предусмотрен тумблер переключатель SA.

Для расчета ёмкости рабочего конденсатора можно воспользоваться формулой:

С раб = 4800 • I / U , мкФ – для двигателей с обмотками, соединенными «треугольником»

С раб = 2800 • I / U , мкФ – для двигателей с обмотками, соединенными «звездой»

Это самый точный и наиболее предпочтительный способ расчета ёмкости рабочего конденсатора, но для его использования необходимо знать значение тока I в цепи двигателя, т. е. потребуются дополнительные измерения. Зная номинальную мощность электродвигателя, рассчитать ёмкость рабочего конденсатора можно так-же по формуле:

С раб = 66• Рном , мкФ, где Рном — номинальная мощность электродвигателя.

Говоря проще, для нормальной работы трёхфазного двигателя в сети

220 В рабочий конденсатор должен иметь ёмкость, близкую к 7 мкФ на каждые 0,1 кВт его паспортной мощности.

Определившись с емкостью рабочего конденсатора, можно определить нужное ее значение для пускового конденсатора: она должна быть примерно в 2,5-3 раза больше рабочего емкости рабочего конденсатора.

Конденсаторы рабочей емкости следует использовать следующих типов: МБГЧ, КГБ, БГТ с рабочим напряжением, превышающим сетевое напряжение примерно в 1,5 раза. Чтобы набрать нужную емкость, можно соединить (спаять) конденсаторы параллельно: тогда их общая емкость будет равна суммарной. Пусковую емкость тоже лучше всего набрать из конденсаторов этих типов, но при кратковременном пуске (не более 2-3 сек) можно использовать электролитические, типов КЭ-2, К50-3, ЭГЦ-М с рабочим напряжением не менее 450 в.

В заключение стоит сказать, что при включении трехфазного электродвигателя в однофазную сеть

220 В следует иметь ввиду неминуемую потерю его мощности. Если частота вращения уменьшается совсем незначительно в этом режиме, то потеря мощности может составлять 50% от номинальной. Поэтому, лучше в сеть

220 В включать электродвигатели с обмотками, соединенными «треугольником»- в однофазной сети они способны развить до 75% от своей номинальной мощности.

Как известно можно изменять (регулировать) скорость вращения асинхронного безколлекторного электродвигателя изменяя частоту питающего двигатель переменного напряжения. На этом принципе был разработан, приведенный здесь, электронный регулятор скорости вращения. Регулятор позволяет изменять скорость вращения в довольно широких пределах — от 1000 до 4000 об/мин.

Регулятор состоит из задающего генератора с регулируемой частотой от 50 до 200 Гц, в который входят мультивибратор на микросхеме К561ЛА7 , счетчик К561ИЕ8 формирующий сигналы управления с фиксированным «мертвым временем» для управления силовыми полевиками полумоста регулятора.

Выходной трансформатор Т1 обеспечивает развязку верхнего и нижнего транзисторов полумоста. Выпрямитель, удвоитель напряжения питающей сети состоит из диодного моста VD9, включенного по нестандартной схеме и конденсаторов фильтра на которых и удваивается напряжение питания полумоста.
Демпфирующая цепь С4, R7 гасит всплески напряжения опасные для силовых транзисторов VT3, VT4.
Для трансформатора управления ключами, использовался каркас трансформатора от БП телевизора KORFUNG Ч/Б. Можно применить любой другой с аналогичным сечением железа — тип магнитопровода не имеет значения. Первичная обмотка содержит 120 витков провода диаметром 0,7мм, с отводом от середины, вторичная — две отдельные обмотки по 60 витков тем же проводом. Данные по вольтажу обмоток: первичка 2х12 вольт, вторички 12 вольт каждая, если сечение железа отличается от заданного, расчитать можно по формулам для трансформаторов на 50Гц. Марка провода роли не играет (медный).
Обе вторичные обмотки нужно хорошо изолировать друг от друга, так как потенциал между ними достигает 640 вольт. Подключать выходные обмотки к затворам ключей необходимо в противофазе.

Читайте также:  Реле регулятор субару легаси

Регулятор может работать с двигателями мощностью до 500Вт. Для применения регулятора с более мощными двигателями необходимо применить в схеме большее число силовых ключей в параллельном включении и увеличить емкость конденсаторов фильтра питания С3 и С4.
Конструктивно регулятор выполнен на печатной плате размрами 110 х 80мм, трансформатор управления ключами ставится отдельно.

Чтобы не применять дорогой и сложный коллекторный двигатель в механизмах требующих изменения оборотов двигателя, можно обойтись асинхронным трёхфазным двигателем, введя в фазовый провод реостат или простейший регулятор мощности.

Переделка двигателя заключается в изменении якоря двигателя.
По образцу якоря, установленного в двигателе изготавливается «массивный якорь» из магнитомягкой малоуглеродистой стали или из серого чугуна (СЧ). (Чугунный работает лучше.) Из старого якоря можно выпрессовать вал и насадить на него массивный якорь.

Схема устройства запуска приведена на рисунке ниже.

Как подключить трехфазный электродвигатель к сети 220 В. Регулятор оборотов.

Двунаправленный электронный ключ выполнен на диодах VD1, VD2 и три-нисторах VS1, VS2. Диоды VD3 и VD4 образуют двухполупериодный выпрямитель сетевого напряжения, а резистор R1 и стабилитрон VD5 — стабилизатор выпрямленного напряжения. Управление тринисторами электронного ключа осуществляется транзисторами VT1, VT2. Момент включения электронного ключа устанавливают резистором R7 «Режим». При минимальном сопротивлении резистора ключ открывается в момент максимального напряжения на обмотке Б электродвигателя (см. рис. 2,6), при максимальном — ключ закрыт. Перед запуском двигателя движок резистора R7 переводят в крайнее нижнее (по схеме) положение, соответствующее максимальному фазовому сдвигу токов и, следовательно, наибольшему пусковому моменту на валу двигателя. После запуска тем же резистором устанавливают оптимальный режим работы двигателя в зависимости от его мощности и нагрузки. Как показала практика, устройство запуска эффективно работает с электродвигателями, частота вращения якоря которых не превышает 1500 об/мин и их обмотки соединены треугольником.

Устройство испытано на работе с двумя двигателями: мощностью 370 Вт (типа АААМ63В4СУ1) 1360 об/мин и мощностью 2000 Вт 1380 об/мин. В обоих случаях оно обеспечивало более уверенный запуск двигателя в сравнении с конденсаторной системой и мощность на валу двигателя после запуска была примерно одинаковой.

Детали устройства монтируют на печатной плате, которую размещают в корпусе из изоляционного материала. Тринисто-ры VS1, VS2 и диоды VD1, VD2 устанавливают на плате без теплоотводов. Резисторы — МЛТ, С2-33, конденсатор — К73-17. Транзисторы VT1 и VT2 могут быть любыми из тех же серий. Вместо диодов Д231, тринисторов КУ202Н можно использовать аналогичные другие с допустимым прямым током не менее 10 А и обратным напряжением не менее 300 В. При работе с устройством запуска следует иметь в виду, что все его элементы находятся под напряжением сети 220 В, поэтому необходимо соблюдать меры предосторожности.

Источник



Частотный регулятор для асинхронного двигателя

Регулировка скорости изменением величины напряжения снижает момент и также увеличивает потери мощности. Регулировка частоты вращения путем изменения числа полюсов осуществляется ступенчато, кроме того, этот способ пригоден только для специальных многоскоростных двигателей с несколькими обмотками неподвижной части.

Асинхронный двигатель – самый распространенный электропривод технологического оборудования. Главная особенность таких электрических машин – постоянная скорость вращения вала. Ее регулировку осуществляют:

  • Механическим способом. Для этого вал подключают к редукторам, муфтам и другим устройствам.
  • Путем изменения числа пар полюсов, величины или частоты питающего напряжения обмоток статора.

Механическое регулирование усложняет кинематическую схему электропривода, ведет к потерям мощности и нерациональному расходу электроэнергии.

Наиболее перспективный метод регулирования уголовной скорости ротора – преобразование частоты питающего напряжения. Этот способ обеспечивает сохранение механических характеристик во всем диапазоне и обладает рядом других преимуществ.

Устройство и принцип работы частотного регулятора

Принцип частотного регулирования основан на зависимости угловой скорости вращения ротора от частоты напряжения на обмотках статора. С появлением IGBT-транзисторов и GTO-тиристоров наибольшее распространение получила схема преобразования частоты на базе широтно-импульсного модулятора.

Такие преобразователи частоты состоят:

  • Из силового выпрямителя с С или LC фильтром для сглаживания пульсаций.
  • Из инвертора на IGBT-транзисторах для преобразования постоянного напряжения в переменное, заданной частоты и амплитуды.
  • Из блока управления для генерации отпирающих силовые транзисторы импульсов.

Переменное напряжение выпрямляется и преобразуется в постоянное, затем снова инвертируется в переменное. Частота на силовом выходе ПЧ определяется длительностью отпирающих силовые транзисторы импульсов, поступающих со схемы управления.

Такой способ регулирования позволяет изменять частоту и амплитуду напряжения в силовой цепи электродвигателя, а значит управлять скоростью вращения ротора и моментом на валу электрической машины.

Читайте также:  Регулятор для светодиодной люстры

Структура частотного регулятора

Большинство частотных преобразователей для электродвигателей до 690 В выполнены по схеме двухуровневых инверторов напряжения. Они позволяют моделировать напряжение питания необходимой формы, амплитуды частоты. Такие устройства состоят из неуправляемого выпрямителя, 2-х транзисторных ключей на каждую фазу и конденсатора. Выходное напряжение содержит высшие гармоники, которые сглаживаются индуктивной нагрузкой. Специальные фильтры применяют относительно редко.

К недостаткам такой схемы является ограничение величины выходного напряжения, которое определяется максимальным напряжением полупроводниковых устройств.

Для высоковольтных приводов используются многоуровневые схемы регулирования. Они состоят из нескольких однофазных инверторов, соединенных последовательно. Такая схема позволяет избежать резонансов, обеспечивает высокое быстродействие, снижает скорость нарастания напряжения. Такие ПЧ имеют модульную конструкцию. При выходе из строя одной из ячеек, ее легко заменить. К недостаткам этой схемы относятся необходимость отдельного источника питания для каждого модуля, функции которого выполняет трансформатор специального назначения.

Преобразователи частоты с плавающими конденсаторами позволяют обойтись без входного трансформатора и увеличивать число ячеек в зависимости от требуемой мощности. Такое решение обеспечивает снижение высших гармоник, уменьшает скорость нарастания напряжения.

Для регулировки скорости электродвигателей с повторно-кратковременным режимом работы частыми реверсами применяют инверторы тока. Эти устройства представляют собой управляемый выпрямитель и инвертор на тиристорах. Для уменьшения помех в цепи нагрузки в схему включается расщепленный индуктивный фильтр. Выходное напряжение таких устройств имеет форму аппроксимированной синусоиды. Для сглаживания его формы обязательно включение перед электродвигателем конденсаторов. Главное достоинство таких ПЧ – возможность рекуперации электроэнергии обратно в электросеть.

Прямые преобразователи частоты не содержат конденсаторов. Главное их преимущество – небольшие габариты и значительная мощность нагрузки. Такие устройства используются в составе мощных электроприводов работающих на низких скоростях. ПЧ этого типа выполнены на базе тиристорных преобразователей. На входе прямых ПЧ установлен фазосдвигающий трансформатор, устраняющий низшие гармоники и выполняющий функцию источника питания для каждого преобразователя. Прямые ПЧ требуют сложной схемы управления.

Состав частотных преобразователей

Кроме выпрямителя, ШИМ-модулятора и инвертора, в состав частотного преобразователя входят:

Устройство для ввода данных и обмена информаций с ПК, другими частотными преобразователями.

  • Встроенная энергонезависимая память. В этом устройстве фиксируются аварийные отключения, изменения настроек, а также другие данные.
  • Управляющий контроллер, обеспечивающий реализацию алгоритмов управления, обработку данных с датчиков, защитное отключение при ненормальных режимах работы.
  • ЭМ-фильтр. Это устройство обеспечивает снижение реактивной высокочастотной составляющей, снижающей качество электроэнергии и отрицательно влияющей на работу электродвигателя.
  • Вентилятор и радиатор для принудительного охлаждения и отвода тепла силовых транзисторов.
  • Тормозной прерыватель и другие элементы.

Кроме аппаратной части, преобразователи частоты содержат программное обеспечение. Контроллеры с открытой логикой позволяют вносить изменения в стандартное ПО, поставляемое производителем, и самостоятельно программировать ПЧ.

Однофазные преобразователи частоты

Однофазные асинхронные электродвигатели широко применяются в качестве приводов насосных агрегатов, вентиляторов, маломощных станков. Для регулирования частоты вращения этих электрических машин применяются 2 основных способа:

  • Изменение величины напряжения питания.
  • Изменение частоты питающего напряжения.

Для регулирования питающего напряжения применяются трансформаторные, автотрансформаторные, тиристорные, симисторные и транзисторные преобразователи. Изменение частоты вращения путем регулирования напряжения имеет ряд серьезных недостатков:

  • Увеличение скольжения и сильный нагрев обмоток статора.
  • Узкий диапазон регулирования.

Кроме того, постоянная составляющая питающего напряжения на выходе тиристорных и симисторных устройств вызовает увеличение шума при работе, рывки и другие нежелательные явления.

Частотное регулирование лишено этих недостатков. Однофазные ПЧ применяются в холодильном оборудовании, системах вентиляции, бытовых насосах.

Такие электроприводы обеспечивают:

  • Стабильную работу однофазного двигателя при любой частоте вращения.
  • Снижение потребления электроэнергии.
  • Возможность автоматической регулировки частоты вращения с обратной связью по изменению одного или нескольких технологических параметров.
  • Удаленное управление и контроль характеристик.
  • Защиту от ненормальных режимов работы и коротких замыканий.
  • Интеллектуальное управление электродвигателем в соответствии с заданным алгоритмом.
  • Возможность пуска без фазосдвигающего элемента.
  • Поддержание необходимого момента на валу во всем диапазоне изменения скорости.

Кроме базовых составляющих, в состав однофазного преобразователя частоты входят ПИД-регулятор, ПЛК-контроллер, устройство для обмена данными с удаленным оборудованием, пульт дистанционного управления. При введении дополнительных настроек допустимо применение трехфазного ПЧ для однофазных двигателей переменного тока.

Таким образом, управление однофазными и трехфазными асинхронными электродвигателями путем изменения частоты значительно превосходит метод регулирования величины напряжения, механические способы.

Источник

Способы регулировки оборотов вращения асинхронных двигателей

Достаточно часто режим работы вспомогательного механизированного оборудования требует понижения штатных частот вращения. Добиться такого эффекта позволяет регулировка оборотов асинхронного двигателя. Как это сделать своими руками (расчет и сборку), используя стандартные схемы управления или самодельные устройства, попробуем разобраться далее.

Что такое асинхронный двигатель?

Электродвигатели переменного тока нашли довольно широкое применение в различных сферах нашей жизнедеятельности, в подъемно транспортном, обрабатывающем, измерительном оборудовании. Они используются для превращения электрической энергии, которая поступает от сети, в механическую энергию вращающегося вала. Чаще всего используются именно асинхронные преобразователи переменного тока. В них частота вращения ротора и статора отличаются. Между этими активными элементами обеспечивается конструктивный воздушный зазор.

Читайте также:  Chevrolet niva регулятор холостого хода

И статор, и ротор имеют жесткий сердечник из электротехнической стали (наборного типа, из пластин), выступающий в роли магнитопровода, а также обмотку, которая укладывается в конструктивные пазы сердечника. Именно способ организации или укладки обмотки ротора является ключевым критерием классификации этих машин.

Двигатели с короткозамкнутым ротором (АДКР)

Здесь используется обмотка в виде алюминиевых, медных или латунных стержней, которые вставляются в пазы сердечника и с обеих сторон замыкаются дисками (кольцами). Тип соединения этих элементов зависит от мощности двигателя: для малых значений используют метод совместной отливки дисков и стержней, а для больших – раздельное изготовление с последующей сваркой между собой. Обмотка статора подключается с использованием схем «треугольника» или «звезды».

Двигатели с фазным ротором

К сети подключается трехфазная обмотка ротора, посредством контактных колец на основном валу и щеток. За основу принимается схема «звезда». На рисунке внизу представлена типичная конструкция такого двигателя.

Принцип работы и число оборотов асинхронных двигателей

Данный вопрос рассмотрим на примере АДКР, как наиболее распространенного типа электродвигателей подъемно-транспортном и обрабатывающем оборудовании. Напряжение от сети подается на обмотку статора, каждая из трех фаз которой смещена геометрически на 120°. После подачи напряжения возникает магнитное поле, создающее путем индукции ЭДС и ток в обмотках ротора. Последнее вызывает электромагнитные силы, заставляющие ротор вращаться. Еще одна причина, по которой все это происходит, а именно, возникает ЭДС, является разность оборотов статора и ротора.

Одной из ключевых характеристик любого АДКР является частота вращения, расчет которой можно вести по следующей зависимости:

n = 60f / p, об/мин

где f – частота сетевого напряжения, Гц, р – число полюсных пар статора.

Все технические характеристики указываются на металлической табличке, закрепленной на корпусе. Но если она отсутствует по какой-то причине, то определить число оборотов нужно вручную по косвенным показателям. Как правило, используется три основных метода:

  • Расчет количества катушек. Полученное значение сопоставляется с действующими нормами для напряжения 220 и 380В (см. табл. ниже),
  • Расчет оборотов с учетом диаметрального шага обмотки. Для определения используется формула вида:

где 2p – число полюсов, Z1 – количество пазов в сердечнике статора, y – собственно, шаг укладки обмотки.

Стандартные значения оборотов:

  • Расчет числа полюсов по сердечнику статора. Используются математические формулы, где учитываются геометрические параметры изделия:

2p = 0,35Z1b / h или 2p = 0,5Di / h,

где 2p – число полюсов, Z1 – количество пазов в статоре, b – ширина зубца, см, h – высота спинки, см, Di – внутренний диаметр, образованный зубцами сердечника, см.

После этого по полученным данным и магнитной индукции нужно определить количество витков, которое сверяется с паспортными данными двигателей.

Способы изменения оборотов двигателя

Регулировка оборотов любого трехфазного электродвигателя, используемого в подъемно-транспортной технике и оборудовании, позволяет добиться требуемых режимов работы точно и плавно, что далеко не всегда возможно, например, за счет механических редукторов. На практике используется семь основных методов коррекции скорости вращения, которые делятся на два ключевых направления:

  1. Изменение скорости магнитного поля в статоре. Достигается за счет частотного регулирования, переключения числа полюсных пар или коррекции напряжения. Следует добавить, что эти методы применимы для электродвигателей с короткозамкнутым ротором,
  2. Изменение величины скольжения. Этот параметр можно откорректировать за счет питающего напряжения, подключения дополнительного сопротивления в электрическую цепь ротора, применения вентильного каскада или двойного питания. Используется для моделей с фазным ротором.

Наиболее востребованными методами являются регулирование напряжения и частоты (за счет применения преобразователей), а также изменение количества полюсных пар (реализуется путем организации дополнительной обмотки с возможностью переключения).

Типичные схемы регуляторов оборотов

На рынке сегодня есть широкий выбор регуляторов и частотных преобразователей для асинхронных двигателей. Тем не менее, для бытовых нужд подъемного или обрабатывающего оборудования вполне можно сделать расчет и сборку на микросхеме самодельного прибора на базе тиристоров или мощных транзисторов.

Ниже представлен пример схемы достаточно мощного регулятора для асинхронного двигателя. За счет чего можно добиться плавного контроля параметров его работы, снижения энергопотребления до 50%, расходов на техническое обслуживание.

Данная схема является сложной. Для бытовых нужд ее можно значительно упростить, используя в качестве рабочего элемента симистор, например, ВТ138-600. В этом случае схема будет выглядеть следующим образом:

Обороты электродвигателя будут регулироваться за счет потенциометра, который определяет фазу входного импульса, открывающего симистор.

Как можно судить из информации, представленной выше, от оборотов асинхронного двигателя зависят не только параметры его работы, но и эффективность функционирования питаемого подъемного или обрабатывающего оборудования. В торговой сети сегодня можно приобрести самые разнообразные регуляторы, но также можно совершить расчет и собрать эффективное устройство своими руками.

Источник