Способы регулирования частоты вращения асинхронного двигателя: § 15.4. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей Частота вращения ротора асинхронного двигателя

Методы регулирования частоты вращения двигателей

 Частота вращения асинхронного двигателя определяется скоростью вращения магнитного поля и числом полюсов. Существуют два основных способа регулировать частоту вращения асинхронного двигателя: включение резисторов в цепь фазного ротора, изменение количества полюсов, образующих вращающееся магнитного поля.

Для осуществления первого способа применяются двигатели с фазными роторами. При этом в цепь двигателя вводят трехфазный реостат, который должен быть рассчитанным на длительную нагрузку током ротора. При увеличении активного сопротивления цепи изменяется характеристика М = F (s) — она становится более пологой.

Если, не изменяя момента на валу двигателя, увеличить сопротивление цепи ротора постепенным увеличением сопротивления реостата, рабочая точка сместится с одной кривой M = F (s) на другую, которая соответствует увеличенному сопротивлению цепи ротора, т. е. будет расти скольжение, и поэтому снизится частота вращения двигателя. Таким способом изменяется частота вращения ротора от номинального скольжения до абсолютной остановки. Недостатком способа являются слишком большие потери энергии.

Зная отношение величин можно сделать вывод, что доля механической мощности уменьшается с уменьшением частоты ротора, при этом возрастает величина потерь в сопротивлениях цепи ротора. Мощность, которую забирает двигатель из сети, не изменяется, т. е. для уменьшения скорости вращения двигателя необходимо включить в цепь ротора сопротивление, которое вынуждает превращаться в тепло большую часть энергии. Среди недостатков данного способа является то, что включение сопротивления уменьшает устойчивость работы двигателя, поскольку небольшое изменение нагрузки приводит к значительным изменениям частоты вращения двигателя.

Для плавного регулирования частоты вращения двигателя в цепи изменяют напряжение на зажимах статора. Такой вид регулирования применим к двигателям с короткозамкнутым ротором. Если учесть, что вращающий момент двигателей прямо пропорционален квадрату напряжения, координата механической характеристики уменьшается в отношении.

Скачкообразное изменение скоростей вращения двигателя возможно осуществить усложнением конструкций асинхронных двигателей. Оно связано с переключением числа полюсов двигателей. Подобным образом будут отличаться и частоты вращения ротора двигателя. Обмотку ротора двигателя в этом случае нужно выполнить в форме беличьего колеса, для которого количество фаз изменяется с изменением числа полюсов поля.

При этих условиях количество полюсов обмоток статора ничем не связано и выбирается любым в зависимости от условий работы двигателя. Регулирование при этом осуществляется скачкообразным изменением частоты вращения поля двигателя. Однако частоту вращения ротора нельзя изменить скачкообразно вследствие наличия инерции всей системы электропривода. Только после переключения наступает изменение частоты вращения ротора. Еще одним методом управления частотой вращения асинхронного двигателя является изменение частоты переменного тока, который питает двигатель.

U1 ? 4,44f?1kоб1Фв.

При этом условии активные материалы двигателя полностью используются. Значит, изменение частоты должно сопровождаться поддержанием вращающего момента постоянным, что осуществляется изменением напряжение на зажимах статора.

Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей с фазным ротором

1. АВИАЦИОННЫЕ И СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Тема 1.3. Трехфазные асинхронные электрические машины
Лекция 13
13.1. Регулирование частоты вращения асинхронных
двигателей с фазным ротором.
13.2. Регулирование частоты вращения трехфазных
асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором
изменением числа полюсов в обмотке статора.
13.3. Регулирование частоты вращения асинхронных
двигателей изменением частоты питающего напряжения.
13.4. Регулирование частоты вращения асинхронных
двигателей изменением подводимого напряжения.
13.1. Регулирование частоты вращения
асинхронных двигателей с фазным ротором.
Вопрос
о
трехфазных
регулировании
асинхронных
частоты
вращения
двигателей
весьма
актуален, так как является одним из основных
признаков, по которым асинхронные двигатели могут
успешно
заменить
двигатели
постоянного
тока,
превосходя их по многим технико-экономическим
показателям.
Из выражения частоты вращения асинхронного
двигателя
следует, что при постоянном статическом моменте Мс
на валу двигателя частота вращения ротора n2
зависит от частоты переменного тока в питающей
сети f1 , числа пар полюсов в обмотке статора р и
скольжения s.
асинхронных
Регулирование
двигателей
частоты
возможно
любого из перечисленных параметров.
вращения
изменением
Реостатное
регулирование
асинхронных
двигателей с фазным ротором. В асинхронных
двигателях с фазным ротором частоту вращения
регулируют введением в цепь ротора добавочного
резистора
сопротивлением
rдоб
в
виде
регулировочного реостата РР (рис. 4.15, а).
При полностью выведенном РР (rдоб1=0) двигатель
работает в режиме естественной механической
характеристики п=f(M) (рис. 4.15, б, график при
rдоб1=0). При этом частота вращения максимальна и
при номинальной нагрузке Мс=Мном она равна nном1 .
При
увеличении
сопротивления
реостата
возрастает критическое скольжение sкp, при этом
максимальный момент Мmax, а следовательно, и
перегрузочная
способность
двигателя
остаются
неизменными, и двигатель переходит в режим
искусственной
механической
характеристики
(график при rдоб2> 0), а его частота вращения при
заданной нагрузке Мном уменьшается до значения
nном2.
При
дальнейшем
увеличении
сопротивления
регулировочного реостата до значения rдоб3> rдоб2
двигатель переходит в режим другой, более мягкой
искусственной
механической
характеристики,
и
частота вращения ротора уменьшается до значения
nном3 .
Зависимость скольжения [частоты вращения п2 =
п1 (1-s) от активного сопротивления цепи ротора
(r2+rдоб) определяется выражением:
Диапазон регулирования получается широким,
но изменение частоты вращения возможно только в
сторону уменьшения от синхронной. Одновременно
со снижением частоты вращения меняется жесткость
механических характеристик — они становятся более
мягкими.
Однако следует помнить, что при увеличении
сопротивления регулировочного реостата rдоб растут
потери в цепи ротора, при этом КПД и полезная
мощность двигателя уменьшаются. С увеличением
числа
ступеней
РР
возрастает
плавность
регулирования, но удорожаются коммутирующие
устройства.
13.2. Регулирование частоты вращения
трехфазных асинхронных двигателей с
короткозамкнутым ротором изменением числа
полюсов в обмотке статора
С этой целью изготовляют многоскоростные
асинхронные
двигатели
с
короткозамкнутым
ротором. В пазах сердечника статора такого
двигателя располагают две независимые обмотки с
разным числом полюсов, либо одну полюснопереключаемую обмотку.
Эта обмотка имеет конструкцию, которая
позволяет методом переключения катушечных групп
получать разное число полюсов (число полюсов
короткозамкнутой обмотки ротора всегда равно числу
полюсов статора).
В
трехскоростном
двигателе
на
статоре
размещают одну обмотку с фиксированным числом
полюсов и одну полюсно-переключаемую. Если же
на
статоре
расположить
переключаемые
четырехскоростной
обмотки,
двигатель.
две
полюсно-
то
получим
Рассмотрим
некоторые схемы соединения катушечных групп
обмоток статоров.
Схема «звезда/двойная звезда» (Y/YY) дает
изменение числа пар полюсов в отношении 2:I (рис.
4.16, а). Эта схема обеспечивает асинхронному
двигателю режим постоянного момента, т.е. при
переключении обмотки статора с одной схемы на
другую вращающий момент остается неизменным
(М≈const),
а
мощность
изменяется
обратно
пропорционально изменению частоты вращения, т.е.
в два раза(PYY4/PY8≈2).
Схемы
применять
переключения
в
электроприводе
целесообразно
с
постоянно
действующим моментом нагрузки при любой частоте
вращения.
Механические
характеристики
асинхронного
двигателя для рассмотренного случая представлены
на рис. 4.16, а.
Схема
«звезда/звезда»
(Y/Y)
также
дает
изменение числа пар полюсов в отношении 2:1 (рис.
4.16, б), но она создает в асинхронном двигателе
режим
постоянной
мощности,
т.е.
при
переключении обмотки мощность двигателя остается
практически
неизменной
(Р≈const),
а
момент
изменяется в два раза (MY8/MY4≈2).
Эти схемы переключения следует применять в
электроприводе,
меняется
вращения.
в
обратно
котором
момент
нагрузки
пропорционально
частоте
Механические
характеристики
двигателя
для
рассмотренных схем переключения числа полюсов
представлены на рис. 4.16, б. Все эти характеристики
являются
естественными,
жесткость
рабочего
в
участка
них
и
сохраняется
обеспечивается
двигателю достаточная перегрузочная способность.
Многоскоростные асинхронные двигатели широко
применяют
в
электроприводах,
ступенчатое
регулирование
допускающих
частоты
вращения
(привод лифтов, станков, вентиляторов и т.п.).
Достоинством этого способа регулирования
является
сохранение
высоких
экономических
показателей при переходе с одной частоты вращения
на другую, так как на всех ступенях переключения
обмотки статора КПД и коэффициент мощности cosφ
двигателя остаются почти неизменными. Однако
сложность, повышенные габариты и, следовательно,
высокая стоимость этих двигателей составляют их
недостатки.
Кроме
того,
необходимость
переключения обмоток статора на разное число пар
полюсов требует усложнения коммутирующей
аппаратуры, что также ведет к удорожанию
электропривода.
13.3. Регулирование частоты вращения
асинхронных двигателей изменением частоты
питающего напряжения.
В связи с разработкой и широким применением
преобразователей частоты ПЧ этот способ
регулирования
частоты
вращения
ротора
асинхронных
двигателей
является
наиболее
перспективным.
При изменении частоты тока f в цепи обмотки
статора меняется синхронная частота вращения
поля
,
а следовательно, и частота вращения ротора n2.,
Анализируя выражение максимального момента
асинхронного двигателя и принимая во внимание,
что т1=3, а индуктивное сопротивление короткого
замыкания двигателя
получим
еще
одно
упрощенное
выражение
максимального момента асинхронного двигателя:
где
—
двигателя величина.
постоянная
для
данного
Из этого выражения следует, что с изменением
частоты
питающего
напряжения
f
меняются
максимальный момент двигателя, а следовательно, и
его перегрузочная способность
.
Поэтому
чтобы
сохранить
перегрузочную
способность двигателя на требуемом уровне,
необходимо одновременно с изменением частоты
тока f менять U1 , подводимое к обмотке статора.
Характер одновременного изменения f и U1 зависит
от формы графика изменения статического момента
нагрузки в конкретном электроприводе.
Если статический момент Мс неизменен, и
частота вращения в электроприводе регулируется
при соблюдении условия постоянства момента
то подводимое к двигателю напряжение необходимо
изменять пропорционально изменению частоты:
где Ulном и f1ном — номинальные значения
напряжения и частоты тока, подводимого к обмотке
статора асинхронного двигателя; U1 и f1 —
фактически поданные на обмотку статора значения
напряжения и частоты тока.
Из выражения (4.44) следует, что
.
Форма механических характеристик асинхронного
двигателя для этого случая показана на рис. 4.17, а:
во всем диапазоне нагрузок характеристики остаются
жесткими, а перегрузочная способность сохраняется
неизменной. Исключение составляет регулирование
частоты вращения при увеличении частоты f1 выше
номинальной. Предполагаемое при этом повышение
напряжения
U1
сверх
номинального
значения
недопустимо по условиям эксплуатации двигателей.
В этих условиях возрастание частоты тока не
сопровождается ростом напряжения, так как его
оставляют равным номинальному значению.
При этом частота вращения увеличивается, а
максимальный момент Мmах, а следовательно, и
перегрузочная способность двигателя уменьшаются.
Этому режиму на рис. 4.17, а соответствует
механическая характеристика при частоте тока f13>f1.
Потребляемая двигателем при этом мощность
изменяется пропорционально изменению частоты
вращения двигателя n2.
Если же график статического момента нагрузки Мс
имеет
вид,
регулирование
показанный
частоты
на
рис.
вращения
4.17,
б,
и
двигателя
происходит при условии неизменной мощности, то
соблюдается условие постоянства мощности, т. е.
и подводимое напряжение следует изменять в
соответствии с выражением
т.е.
Механические
характеристики
асинхронного
двигателя для условия постоянства мощности
представлены на рис. 4.17, б. Электромагнитный
момент в этом случае изменяется обратно
пропорционально частоте вращения:
И наконец, случай вентиляторного характера
нагрузки, когда напряжение U1, подводимое к
обмотке
статора,
необходимо
изменять
пропорционально квадрату частоты переменного
тока,
Механические характеристики для частотного
регулирования представлены на рис. 4.17, в. В этом
случае момент растет пропорционально квадрату
частоты вращения.
Применяемые в электроприводах с частотным
регулированием преобразователи частоты ПЧ
позволяют регулировать частоту переменного тока
как «вниз», так и «вверх» от номинальной.
Такой преобразователь состоит из управляемого
выпрямителя УВ и автономного инвертора АИ. Оба
блока обычно выполняют на силовых управляемых
диодах — тиристорах, для управления которыми
используется
система
импульсно-фазового
управления СИФУ (рис. 4.18).
Управляющий сигнал Uy поступает на вход
СИФУ из системы автоматического регулирования
(САР). Этот сигнал несет информацию о значениях
напряжения U1 и частоты f1, которые необходимо
подать на обмотку статора, чтобы обеспечить
требуемый режим работы двигателя.
На выходе СИФУ формируются сигналы UU и
Uf. Сигнал UU подается на вход управляемого
выпрямителя УВ и определяет уровень напряжения
постоянного тока Ud, которое подается на вход
автономного инвертора АИ, чтобы на выходе ПЧ
обеспечить требуемое значение напряжение U1.
Сигнал Uf поступает на инвертор АИ и определяет
необходимое значение частоты переменного тока f1
на выходе ПЧ.
Требуемая связь между значениями частоты f1 и
напряжения U1 на выходе ПЧ регулируется его
параметрами
режимов
в
соответствии
регулирования:
с
режима
требованиями
постоянной
мощности, либо режима постоянного момента.
Основной
недостаток
тиристорных
преобразователей частоты — несинусоидальность
выходного напряжения.
В результате помимо основной гармоники с
частотой f1 выходное напряжение ПЧ содержит
высшие
гармоники.
Это
является
причиной
возникновения в двигателе дополнительных потерь,
паразитных
моментов,
противодействующих
вращению двигателя, что в конечном итоге ведет к
ухудшению эксплуатационных свойств двигателя и
вызывает его чрезмерный перегрев. Применение
сглаживающих фильтров на выходе ПЧ дает некото-
рое снижение несинусоидальности напряжения, но
полностью не избавляет от него.
Но несмотря на этот недостаток, применение ПЧ
для
частотного
двигателей
регулирования
является
улучшающей
асинхронных
прогрессивной
технико-экономические
мерой,
свойства
регулируемого электропривода переменного тока.
Тиристорные
преобразователи
частоты
обеспечивают плавное изменение частоты вращения
асинхронных двигателей как в сторону повышения,
так и понижения от номинального значения.
Однако при изменении частоты переменного
тока
в
сторону
увеличения
относительно
номинального значения (50 Гц) напряжение,
подводимое к обмотке статора, не должно
превышать
номинального
значения,
т.е.
регулирование частоты вращения двигателя ведется
только изменением частоты переменного тока.
Работа
асинхронного
двигателя
при
минимальной частоте вращения ограничивается
ухудшением условий охлаждения двигателей с
самовентиляцией, к которым относится большинство
асинхронных двигателей мощностью до 300 кВт.
Более эффективной в этом случае является
независимая вентиляция двигателя.
13.4.
Регулирование
частоты
вращения
асинхронных
двигателей
изменением
подводимого напряжения
При изменении подводимого к обмотке статора
напряжения U1 максимальный момент Мmax меняется
пропорционально квадрату этого напряжения, а
критическое скольжение остается неизменным, так
как его значение не зависит от напряжения U1. В
асинхронных
двигателях
общего
назначения
диапазон такого регулирования получается весьма
узким, так как рабочие участки механических
характеристик этих двигателей жесткие (рис. 4.19, а).
Несколько лучше этот метод реализуется в
асинхронных
двигателях
с
повышенным
скольжением
(повышенным
сопротивлением
короткозамкнутой обмотки ротора), у которых
рабочие участки механических характеристик менее
жесткие (рис. 4.19, б).
Изменять подводимое к двигателю напряжение
можно только «вниз» от номинального, так как
подводить
к
двигателю
напряжение
свыше
номинального недопустимо. Таким образом, при
понижении напряжения U1 частота вращения ротора
при неизменном нагрузочном моменте уменьшается
(скольжение увеличивается).
Но при этом возрастают электрические потери в
обмотке ротора, величина которых пропорциональна
скольжению s:
где Рэм — электромагнитная мощность двигателя.
Это ведет к значительному снижению КПД
двигателя, особенно при низких частотах вращения.
Например, при уменьшении частоты вращения в два
раза(s=0,5) половина электромагнитной мощности
двигателя затрачивается на покрытие электрических
потерь в роторе. Если учесть еще и потери в статоре,
то КПД двигателя уменьшается более чем в два
раза.
Неблагоприятный режим работы асинхронных
двигателей при регулировании частоты вращения
изменением напряжения U1 обусловлен тем, что ток
I1,
потребляемый
пропорционален
двигателем
напряжению
электромагнитный
пропорционален
Поэтому
момент
квадрату
по
мере
этого
снижения
из
U1,
сети,
а
двигателя
напряжения.
напряжения
электромагнитный момент двигателя М убывает
быстрее, чем уменьшается ток I1, потребляемый
двигателем из сети, т. е. отношение этих величин
(I1/M) увеличивается.
В итоге для получения небольшой частоты
вращения требуется значительная величина тока I1.
Следствием
таких
неблагоприятных
соотношений являются значительные потери в
двигателе и его чрезмерный перегрев при
регулировании частоты вращения изменением
подводимого напряжения U1.
Исключение
составляет
электропривод
механизмов с вентиляторной нагрузкой, у которых
статический
момент
нагрузки
Мсв
изменяется
пропорционально квадрату частоты вращения Мсв=n2
(см. рис 4.17, в).
Следовательно, пусковой момент и момент при
небольшой частоте вращения двигателя создается
сравнительно небольшой силой тока.
Изменять
напряжение,
подводимое
к
асинхронному двигателю, можно регулировочным
автотрансформатором
(АТ),
включенным
в
линейные провода между сетью и обмоткой статора
(рис. 4.20, а), или дросселем насыщения ДН (рис.
4.20, б).
Рабочие
обмотки
дросселя
РО
создают
в
линейных проводах питания двигателя индуктивное
сопротивление
XL,
при
этом
напряжение
непосредственно на входе двигателя равно, В,
Обмотка управления ОУ дросселя подключена
к источнику постоянного тока. Величина тока в
обмотке
управления
влияет
сопротивление рабочих обмоток.
на
индуктивное
С увеличением тока управления усиливается
магнитное
насыщение
сопротивление
(напряжение
тока
на
уменьшению
двигателе,
частоты
увеличивают
электропривод,
что
к
снижению
следовательно,
вращения.
габариты
является
ограничивающей его применение.
понижается
сопротивление
ведет
а
и
и наоборот, с
управления
что
дросселя
обмоток
U1′ увеличивается),
возрастает,
напряжения
дроссели
рабочих
XL
уменьшением
дросселей
сердечников
к
Громоздкие
и
удорожают
причиной,
Более рациональным является использование
тиристорных
регуляторов
напряжения
(ТРН).
Силовая часть такого регулятора состоит из
шести
тиристоров
(по
два
в
каждой
фазе),
включенных по встречно-параллельной схеме (рис.
4.21, а), которая обеспечивает прохождение тока в
течение
обоих
полупериод
тока
полупериодов
через
один
отрицательный — через другой).
(положительный
тиристор,
а
Управление
тиристорами
осуществляется
системой импульсно-фазового управления (СИФУ)
посредством импульсов управления Uи у с требуемым
углом управления α в функции сигнала управления
Uy, поступающего из системы автоматического
регулирования.
Если угол управления α=0°, то напряжение на
выходе ТРН равно напряжению на входе (падение
напряжения на тиристорах практически равно нулю).
При
α>0°
напряжение
U2
на
выходе
ТРН
уменьшается.
Схема ТРН намного упрощается, если вместо
тиристоров применить симисторы, обеспечивающие
прохождение тока в обоих направлениях. При этом
также упрощается схема СИФУ.
По сравнению с управляемыми тиристорными
выпрямителями
тиристорные
регуляторы
напряжения переменного тока намного проще, так
как
в
цепях
переменного
тока
не
требуется
применения элементов для запирания тиристоров в
конце каждого полупериода, так как тиристор при
прохождении напряжения через нулевые значения
запирается естественным путем.
Для
создания
осуществляющего
реверсивного
реверсирование
ТРН,
трехфазного
двигателя, необходимо пять пар тиристоров (рис.
4.21, б) или пять симисторов.
Управление
таким
ТРН
осуществляется
импульсами СИФУ, схема которого усложняется
возросшим количеством каналов управления. Для
вращения двигателя в одну сторону управляющие
импульсы подаются на открывание первой, третьей и
пятой пар тиристоров. При этом к обмотке статора
двигателя будет приложено напряжение U2 в
последовательности а, b и с (см. рис. 4.21, б).
Для реверсирования двигателя нужно подать
импульсы на вторую, четвертую и пятую пары
тиристоров. При этом напряжение на выходе ТРН (на
входе двигателя) будет иметь последовательность b,
a и с.
Основной недостаток ТРН — несинусоидальность
напряжения U2 выходе, которое кроме основной
синусоидальной составляющей содержит высшие
гармоники.
Тиристорный регулятор напряжения используют
также
при
обеспечивая
пуске
асинхронного
«мягкий»
пуск,
значительные броски пускового тока.
двигателя,
исключающий

Регулирование скорости вращения асинхронных двигателей

    Изменение частоты вращения вала компрессора — универсальный способ изменения характеристики компрессора при условии, что двигатель допускает экономичное изменение частоты вращения. Способ применяется для компрессоров, имеющих привод от газовой или паровой турбины или от двигателя внутреннего сгорания, преимущественно от дизеля, допускающего большое изменение скорости вращения—около 50%. Частота вращения вала газомоторных компрессоров в небольших пределах регулируется автоматическим приспособлением. В случае привода от трехфазного электродвигателя возможно ступенчатое регулирование, если двигатель имеет переменное число полюсов. Однако этот двигатель имеет крупные габариты и высокую стоимость. Существует метод плавного регулирования асинхронных электродвигателей с фазовым ротором при помощи так называемого вентильного каскада. Эта схема нашла некоторое применение на компрессорных станциях магистральных газопроводов. [c.273]
    В исключительных случаях, если необходимо регулирование скорости вращения, можно применять также двигатели постоянного тока или специальные асинхронные двигатели с фазовым ротором. [c.165]

    Регулирование воздуходувок с приводом от электродвигателя намного сложнее. Жесткая механическая характеристика синхронных и короткозамкнутых асинхронных двигателей позволяет изменять скорость вращения ротора воздуходувки лишь с помощью гидравлических или электромагнитных муфт. Однако первые сложны в изготовлении и эксплуатации и потому не находят практического применения, вторые экономически целесообразны лишь для мощностей до [c.149]

    При переработке порошкообразных композиций бункер оснащается устройствами принудительной подачи материала в экструдер. Электромеханический привод загрузочного шнека в данном случае должен быть выполнен на основе асинхронного двигателя в сочетании с вариатором для бесступенчатого регулирования скорости вращения шнека. [c.245]

    Существует несколько разновидностей асинхронных муфт, позволяющих осуществлять гибкую связь между приводным двигателем и валом машины или аппарата, с регулированием скорости вращения ведомого вала [120]. [c.25]

    В стайках токарной группы характерной особенностью является осуществление главного движения за счет вращения обрабатываемого изделия, поступательное перемещение суппортов обеспечивает подачу резцов. В главных приводах токарных станков малых и средних размеров основным типом привода является привод от асинхронного короткозамкнутого двигателя в сочетании с коробкой скоростей. Регулирование скорости вращения шпинделя осуществляется переключением шестерен коробки скоростей. Диапазон регулирования скорости привода может быть увеличен при применении двух- и трехскоростных двигателей. [c.13]

    Электропривод аппарата АНП-5,5М состоит из асинхронных короткозамкнутых электродвигателей и вариаторов с дистанционным регулированием скорости вращения механизмов с помощью исполнительных двигателей. [c.95]

    Применяют также способ уменьшения числа оборотов путем введения регулируемого сопротивления в фазовую обмотку ротора асинхронных двигателей. Этот способ энергетически невыгоден регулирование скорости вращения производится в сравнительно узких пределах. [c.523]

    Однако приводом большинства компрессоров, используемых на нефтехимических предприятиях, служат асинхронные двигатели с нерегулируемой частотой вращения вала. В этом случае внедрение регулирования частоты вращения вала потребовало бы сооружения мощных редукторов и вариаторов скоростей, что не всегда способствовало бы повышению экономичности установки по сравнению с более простыми, но менее экономичными способами регулирования. В связи с этим рассмотрим наиболее распространенные способы регулирования поршневых компрессоров. [c.238]

    Универсальные расточные станки служат для обработки деталей, имеющих отверстия, связанные с точными расстояниями на них выполняют сверление, растачивание, фрезерование торцевыми фрезами, обтачивание и нарезку резьбы. Главным движением на этих станках является вращение шпинделя или планшайбы, Движение подачи сообщается либо инструменту, либо изделию, установленному на столе. Средние и крупные универсальные горизонтально-расточные станки имеют главный привод от асинхронных односкоростных и многоскоростных короткозамкнутых двигателей, с электромеханическим регулированием скорости. Система управления обеспечивает реверсирование шпинделя, рабочий и наладочный режим. Для быстрой остановки шпинделя предусматривается принудительное электрическое торможение двигателя противовключением. На некоторых станках предусматривается дистанционное переключение шестерен коробки скоростей. Схема управления главным приводом расточного станка от двухскоростного двигателя с короткозамкнутым ротором приведена на рис. 1.5. [c.14]

    Основным показателем глубины регулирования является диапазон регулирования, представляющий собой отношение максимальной скорости вращения к минимальной. Обычно этот показатель невелик (не превышает 3 у асинхронных двигателей и 4 у двигателей постоянного тока). В то же время в системе Г—Д диапазон регулирования достигает 20—30, а при использовании вместо возбудителя специальных электромашинных усилителей (см. стр, 75) диапазон регулирования возрастает до 100 и выше. [c.52]

    Регулирование угловой скорости (частоты вращения) асинхронных электродвигателей осуществляют введением сопротивлений в цепь ротора двигателей с фазным ротором. Этим способом можно изменять угловую скорость двигателя только в сторону уменьщения номинальной угловой скорости за счет увеличения скольжения. [c.36]

    Регулирование воздуходувок с приводом от электродвигателя намного сложнее. Жесткая механическая характеристика синхронных и короткозамкнутых асинхронных двигателей позволяет изменять скорость вращения ротора лишь с помощью гидравлических или электромагнитных муфт. Однако первые сложны в изготовлении и эксплуатации и потому не находят практического применения, вторые экономически целесообразны лишь для мощностей 200—250 кВт. Асинхронный двигатель с фазным ротором, регулируемый по схеме вентильного и машинно-вентильного каскадов, имеет более высокий к. п. д. Однако, применение его для серийных воздуходувок, работающих на станциях аэрации, ограничено снижением напора воздуходувки из-за неизбежного уменьшения номинальной скорости ротора на 5%. [c.172]

    Изменение скорости вращения возможно, если приводом служат паровые или газовые турбины, регулируемые электродвигатели и т. п. Если необходимо ступенчатое регулирование, то приводом служат трехфазные асинхронные электродвигатели, в которых изменяется число пар включенных полюсов кроме того применяют также коробки передач или гидромуфты (например, для нагнетателей авиационных и судовых двигателей). [c.251]

    Регулирование скорости изменением скольжения осуществляется введением сопротивления в роторную цепь двигателя с контактными кольцами. При этом увеличиваются критическое скольжение и наклон механической характеристики. Следовательно, при том же моменте нагрузки возрастает скольжение и уменьшается скорость вращения. Этот способ регулирования скорости двигателя неэкономичен из-за больших потерь в добавочных сопротивлениях, а также резкого изменения скорости при колебаниях нагрузки. Вследствие этого асинхронный двигатель можно пускать без применения ограничивающих пусковой ток сопротивлений лишь в том случае, когда его мощность не превышает 25% мощности трансформаторов, питающих сеть цеха. [c.15]

    Автоматическое управление в функции скорости применяется в машинах для контроля за процессом торможения противовключением асинхронных двигателей, для дистанционного управления скоростью отдельных валов, а также в замкнутых системах автоматического регулирования электроприводов. Часто в схемах управления торможением электродвигателей используется реле контроля скорости типа РКС, которое соединяется с валом двигателя посредством поводка с эластичной шайбой. Реле рассчитано для работы при скоростях врашения от 200 до 3000 об/мин и допускает до 30 срабатываний в 1 мин. Оно действует при вращении в любую сторону. [c.23]

    Частотное регулирование установочной скорости вращения напорных насосов в диапазоне 2 1 производится вариатором Вар, связывающим синхронный генератор ЗСГ с приводным асинхронным двигателем 10Д. К стабильности частоты напряжения генера- [c.109]

    Исполнительный двигатель ДР (двухпозиционное регулирование) состоит из однофазного асинхронного электродвигателя 1 и редуктора 5 в общем литом кожухе (рис. 8,а). Синхронная скорость вращения двигателя 1500 об/мин. Редуктор, состоящий из шести пар шестерен, можно настроить на 10 значений скорости выходного вала, близких к указанным  [c.284]

    Для асинхронных короткозамкнутых двигателей возможно также регулирование частоты вращения уменьшением питающего напряжения или периодическим включением двигателя в сеть и отключением его от сети (импульсное регулирование скорости). Однако в связи с пониженными энергетическими показателями эти способы регулирования применяются только для двигателей очень малой мощности. [c.162]

    В состав установки входит манипулятор с вращающимся столом 2, сварочная головка 3 и аппаратура управления 4. Стол может наклоняться под углом до 90° и вращаться. Вращение стола осуществляется трехфазным асинхронным двигателем через редуктор и коробку скоростей с несколькими ступенями регулирования. Установка АДК-500-3 укомплектована сменными головками для сварки под флюсом и в защитных газах. Сменная головка имеет водяное охлаждение. [c.191]

    Изменение частоты тока требует дополнительного преобразователя, поэтому первым методом как неэкономичным пользуются редко. Чаще всего применяется второй метод. Изготавливаются асинхронные двигатели с переключаемым числом полюсов в статоре, что позволяет получить несколько скоростей вращения двигателя, меняющихся, однако, скачкообразно. Плавное регулирование числа оборотов может быть достигнуто изменением сопротивления в цепи ротора. Поскольку крутящий момент асинхронного двигателя зависит от величины напряжения в квадрате, а момент сопротивления мешалки пропорционален квадрату числа ее оборотов, существует прямая завнснмость между числом оборотов мешалки и сопротивлением в цепи ротора. Этот способ, однако, неэкономичен, так как он ведет к резкому снижению к. н. д. двигателя. Кроме того, такой метод регулирования не может применяться при небольших нагрузках, так как в асинхронных двигателях трудно в этом случае добиться значительного снижения числа оборотов. [c.87]

    Для возможности регулирования числа оборотов асинхронных двигателей посредством переключения обмоток на различное число пар полюсов электродвигатели должны иметь специально выполненную обмотку на статоре, переключаемую во время работы двигателя а различные схемы. Благодаря этому скорость вращения изменяется ступенями соответственно числу пар полюсов. Двигатели этого типа строятся двух-, трех- и четырехскоростными. [c.114]

    Для получения требуемой плавности регулирования и необходимого диапазона регулирования скорости вращения существуют системы электромеханического и бесступенчатого регулирования. Электромеханическое ступенчатое регулирование скорости главных приводов с асинхронными короткозамкнутыми двигателями осуществляется путем переключения шестерен коробки передач и применением многоскоростпых асинхронных двигателей. [c.7]

    Производство синтетического капронового волокна включает следующие основные процессы приготовление расплава капролактама, получение полимера— поликапроамида, формование, вытягивание, кручение и отделка волокна. Основным технологическим оборудованием являются аппараты непрерывной полимеризации и плавильно-прядильные агрегаты. Электрооборудование этих аппаратов и агрегатов включает электронагреватели с контрольной, регистрирующей и пускорегулирующей аппаратурой, предназначенные для электрообогрева труб непрерывной полимеризации и электроприводов мешалок, насосов, тянущих вальцов резальных машин. Эти электроприводы осуществляются от асинхронных короткозамкнутых двигателей и вариаторов с дистанционным регулированием скорости вращения механизмов с помощью серводвигателей. Электронагревание прядильных головок осуществляется трубчатыми электронагревательными элементами ТЭНами. Для электронагрева применяют систему автоматического двухпозиционного регулирования температуры с датчиками температуры, расположенными в головке, дросселями насыщения и электронными потенциометрами. [c.224]

    Из приведенной схемы видно, что электропривод дозирующих насосов целлофановой машины выполнен на переменном токе с использованием частотного регулирования скорости вращения синхронно-реактивных двигателей. Электропривод намоточной части машины выполнен на постоянном токе по схеме Г—Д с приводом генератора от асинхронного трехфазного двигателя с контактными кольцами АД, который является также гонным двигателем для генератора 1ГПТ преобразователя частоты (ПЧ). [c.84]

    Плавильно-формовочное устройство оснащено плоской алюминиевой решеткой с электрическим обогревом посредством электро-лагревательных трубок. Машина имеет 18 плавильно-формовочных мест. Наличие системы электрического обогрева плавильно-формовочных устройств позволяет осуществлять автоматическое регулирование температуры плавильного и формовочного блоков на каждом рабочем месте. Все основные элементы машины, определяющие толщину волокна, — дозирующие насосы, прядильные диски, фрикционные цилиндры и нитераскладчики — имеют индивидуальные электроприводы от асинхронных короткозамкнутых двигателей с частотным регулированием скорости вращения при помощи поставляемых вместе с машиной преобразовательных агрегатов АГ-31 и АГ-12. В преобразовательном агрегате АГ-31 все три синхронных генератора (для питания электродвигателей привода дозирующих [c.124]

    В этих условиях обслулдиапазона регулирования работы вентиляторной установки одним асинхронным двигателем (как это проектировалось) нецелесообразно, так как его os ф значительно падает. Возникает необходимость в замене электродвигателя большей мощности, при этом рационально изменить и скорость вращения вентилятора, что дает возможность повысить к. п. д. вентиляторной установки. [c.309]

    Регулируемые двигатели могут быть постоянного тока (ш5 НТ0-вые) или асинхронные многоскоростные. Первые обеспечивают плавное регулирование чисел оборотов в диапазоне до 100—200 и больше (системы Леонарда с электромашипными усилителями), вторые обеспечивают лишь две, три или четыре различные скорости вращения. [c.297]

    Для регулирования частоты вращения двигателей может быть предложено несколько решений использование асинхронных каскадов, двигателей постоянного тока, питаемых от регулируемых выпрямителей, мггогоскоростных асинхронных или синхронных двигателей с коробками передач и др. Возможно применение синхронных двигателей с плавным регулированием их скорости за счет изменения частоты, достигаемого применением полупроводникового преобразователя частоты. [c.305]

    Если кинематическая цепь привода состоит из нескольких редукторов, то обычно их соединяют один с другим и с валом машины зубчатыми муфтами прн песбходнмостн передачи движения от редуктора к валу, ось которого меняет свое положение при работе машины, используют шарнирные муфты (наиример, в приводах смесителей).і(1-5)/рі,

где — частота напряжения, подведенного к обмотке статора; р\ — число пар полюсов; 5 = (пі — п₂) /п\- скольжение.

Используя тиристорные преобразователи, частоту вращения роторов трехфазных тяговых двигателей регулируют плавным изменением частоты напряжения, подводимого к обмотке статора.

В зависимости от вида тяговой характеристики электровоза и требуемого закона регулирования частоты вращения, т. е. М = const или Р = const, определяют необходимый закон изменения напряжения на зажимах тяговых двигателей. Для обеспечения высокой перегрузочной способности, к.п.д. и коэффициента мощности, а также для получения неизменного абсолютного скольжения тяговых асинхронных двигателей при широком и плавном регулировании скорости движения в рабочем диапазоне напряжение преобразователя должно изменяться по закону Ui/U₂= VM_l/M₂(f\/f₂).

Регулирование скорости движения изменением частоты при постоянном вращающем моменте М обусловливает работу двигателя с постоянным магнитным потоком. Если же скорость движения регулируют при постоянном значении мощности, магнитный поток в двигателе изменяется обратно пропорционально изменению напряжения, а вращающий момент — обратно пропорционально частоте и квадрату напряжения. При использовании на электровозах статических преобразователей частоты практически может быть обеспечен любой режим регулирования работы тяговых двигателей.

Регулирование частоты вращения роторов трехфазных асинхронных двигателей рассмотрим на примере опытного отечественного электровоза ВЛ86^Ф. Для преобразования однофазного, напряжения в трехфазное, регулируемое по величине и частоте, используют преобразователи UZ1-UZ3 (рис. 245, а). Каждый преобразователь состоит из четырехквадрантного выпрямителя (рис. 245, б) и автономного инвертора напряжения UZ_B с широтно-импульсной модуляцией. Частота вращения тяговых двигателей в диапазоне частот 0-45 Гц при разгоне и торможении до заданной скорости движения и поддержании этой скорости регулируется автоматической системой управления изменением питающего напряжения и его частоты питающего напряжения, в диапазоне 45-105 Гц —

Рис. 245. Упрощенные схемы силовой цепи опытного электровоза ВЛ86* с асинхронными трехфазными тяговыми двигателями (в) и четырехквадратиого выпрямителя с инвертором (б): Т — тяговый трансформатор. LU, LIS, LIS и LIS-сглаживающие реакторы: Ml, М2 — М5 и Мб — асинхронные трехфазные тяговые двигатели; QFS — главный выключатель; KAI, К AS, КА5 и КА6 —

катушки реле защиты ослаблением возбуждения двигателя при постоянном напряжении. Каждый выпрямитель иЕ_в состоит из двух групп тиристорно-диодных мостов с принудительной коммутацией. В преобразователе применены тиристоры ТБ-253-800 и диоды Д4-143-800 14-го класса. Емкость конденсаторной батареи С звена постоянного тока 23,4 мФ. Электровоз ВЛ86^Ф состоит из двух однотипных шестиосных секций. На каждой секции установлено три преобразователя.

⇐Плавное регулирование напряжения | Электровозы и электропоезда | Регулирование частоты вращения роторов вентильных тяговых двигателей⇒

Способы регулирования скорости электропривода переменного тока

Способы регулирования скорости электропривода переменного тока Устройство и принцип действия шифратора и дешифратора. | Мультиплексоры и демультиплексоры. | Вообще, мультиплексоров всяких дофига. Есть и сдвоенные четырехвходовые, восьмивходовые, 16-ти входовые, счетверенные двухвходовые и пр. Тот, что на рисунке сделан от фонаря. | Устройство и функциональные элементы микропроцессора. | Типовые статические нагрузки электропривода | Преобразователи для электроприводов постоянного тока (типы, характеристики, область применения) | Регулируемые электроприводы постоянного тока с обратными связями по скорости, ЭДС, току | Основные показатели регулирования координат электропривода | Основные показатели способов регулирования координат электропривода. | Найти запасы устойчивости для системы |

Наиболее распространены следующие способы регулирования скорости асинхронного двигателя: изменение дополнительного сопротивления цепи ротора, изменение напряжения, подводимого к обмотке статора, двигателя изменение частоты питающего напряжения, а также переключение числа пар полюсов.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя путем введения резисторов в цепь ротора

Введение резисторов в цепь ротора приводит к увеличению потерь мощности и снижению частоты вращения ротора двигателя за счет увеличения скольжения, поскольку n = nо (1 — s). Из рис. 1 следует, что при увеличении сопротивления в цепи ротора при том же моменте частота вращения вала двигателя уменьшается. Жесткость механических характеристик значительно снижается с уменьшением частоты вращения, что ограничивает диапазон регулирования до (2 — 3) : 1. Недостатком этого способа являются значительные потери энергии, которые пропорциональны скольжению. Такое регулирование возможно только для двигателя с фазным ротором. Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя изменением напряжения на статореИзменение напряжения, подводимого к обмотке статора асинхронного двигателя, позволяет регулировать скорость с помощью относительно простых технических средств и схем управления. Для этого между сетью переменного тока со стандартным напряжением U1ном и статором электродвигателя включается регулятор напряжения.При регулировании частоты вращения асинхронного двигателя изменением напряжения, подводимого к обмотке статора, критический момент Мкр асинхронного двигателя изменяется пропорционально квадрату подводимого к двигателю напряжения Uрет (рис. 3), а скольжение от Uрег не зависит.

Рис. 1. Механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором при различных сопротивлениях резисторов, включенных в цепь ротора Рис. 2. Схема регулирования скорости асинхронного двигателя путем изменения напряжения на статоре

Рис. 3. Механические характеристики асинхронного двигателя при изменении напряжения подводимого к обмоткам статора.

Если момент сопротивления рабочей машины больше пускового момента электродвигателя (Мс > Мпуск), то двигатель не будет вращаться, поэтому необходимо запустить его при номинальном напряжении 17ном или на холостом ходу.

Регулировать частоту вращения короткозамкнутых асинхронных двигателей таким способом можно только при вентиляторном характере нагрузки. Кроме того, должны использоваться специальные электродвигатели с повышенным скольжением. Диапазон регулирования небольшой, до nкр.

Для изменения напряжения применяют трехфазные автотрансформаторы и тиристорные регуляторы напряжения.

Рис. 4. Схема замкнутой системы регулирования скорости тиристорный регулятор напряжения — асинхронный двигатель (ТРН — АД)

Замкнутая схема управления асинхронным двигателем, выполненным по схеме тиристорный регулятор напряжения — электродвигатель позволяет регулировать скорость асинхронного двигателя с повышенным скольжением (такие двигатели применяются в вентиляционных установках).

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя изменением частоты питающего напряжения

Так как частота вращения магнитного поля статора nо = 60f/р, то регулирование частоты вращения асинхронного двигателя можно производить изменением частоты питающего напряжения.

Принцип частотного метода регулирования скорости асинхронного двигателя заключается в том, что, изменяя частоту питающего напряжения, можно в соответствии с выражением при неизменном числе пар полюсов р изменять угловую скорость nо магнитного поля статора.

Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а механические характеристики обладают высокой жесткостью.

Для получения высоких энергетических показателей асинхронных двигателей (коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности) необходимо одновременно с частотой изменять и подводимое напряжение. Закон изменения напряжения зависит от характера момента нагрузки Мс. При постоянном моменте нагрузки напряжение на статоре должно регулироваться пропорционально частоте.

Схема частотного электропривода приведена на рис. 5, а механические характеристики АД при частотном регулировании — на рис. 6.

Рис. 6. Механические характеристики асинхронного двигателя при частотном регулировании

С уменьшением частоты f критический момент несколько уменьшается в области малых частот вращения. Это объясняется возрастанием влияния активного сопротивления обмотки статора при одновременном снижении частоты и напряжения.

Частотное регулирование скорости асинхронного двигателя позволяет изменять частоту вращения в диапазоне (20 — 30) : 1. Частотный способ является наиболее перспективным для регулирования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Потери мощности при таком регулировании невелики, поскольку минимальны потери скольжения.

Большинство современных преобразователей частоты построено по схеме двойного преобразования. Они состоят из следующих основных частей: звена постоянного тока (неуправляемого выпрямителя), силового импульсного инвертора и системы управления.

Звено постоянного тока состоит из неуправляемого выпрямителя и фильтра. Переменное напряжение питающей сети преобразуется в нем в напряжение постоянного тока. Силовой трехфазный импульсный инвертор содержит шесть транзисторных ключей. Каждая обмотка электродвигателя подключается через соответствующий ключ к положительному и отрицательному выводам выпрямителя. Инвертор осуществляет преобразование выпрямленного напряжения в трехфазное переменное напряжение нужной частоты и амплитуды, которое прикладывается к обмоткам статора электродвигателя.

В выходных каскадах инвертора в качестве ключей используются силовые IGBT-транзисторы. По сравнению с тиристорами они имеют более высокую частоту переключения, что позволяет вырабатывать выходной сигнал синусоидальной формы с минимальными искажениями. Регулирование выходной частоты Iвых и выходного напряжения осуществляется за счет высокочастотной широтно-импульсной модуляции.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя переключение числа пар полюсов

Ступенчатое регулирование скорости можно осуществить, используя специальные многоскоростные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Из выражения nо = 60f/р следует, что при изменении числа пар полюсов р получаются механические характеристики с разной частотой вращения nо магнитного поля статора. Так как значение р определяется целыми числами, то переход от одной характеристики к другой в процессе регулирования носит ступенчатый характер. Существует два способа изменения числа пар полюсов. В первом случае в пазы статора укладывают две обмотки с разным числом полюсов. При изменении скорости к сети подключается одна из обмоток. Во втором случае обмотку каждой фазы составляют из двух частей, которые соединяют параллельно или последовательно. При этом число пар полюсов изменяется в два раза.

Рис. 7. Схемы переключения обмоток асинхронного двигателя: а — с одинарной звезды на двойную; б — с треугольника на двойную звезду

Регулирование скорости путем изменения числа пар полюсов экономично, а механические характеристики сохраняют жесткость. Недостатком этого способа является ступенчатый характер изменения частоты вращения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Выпускаются двухскоростные двигатели с числом полюсов 4/2, 8/4, 12/6. Четырехскоростной электродвигатель с полюсами 12/8/6/4 имеет две переключаемые обмотки.

 

7.Теория электропривода

7.4 основы судового электропривода Определить время пуска и свободного выбега при подъёме номинального груза. Двигатель постоянного тока U = 220 В. Исходные данные: Gн = 2 т – номинальный груз, G0 = 50 кг – масса гака, n = 40 м/мин – скорость подъёма, Dб = 400 мм – диаметр барабана, i = 20 – передаточное число, h = 0,8 – КПД, 7,5 кг×м2 – маховый момент. Момент при пуске изменяется от 2,2 до 1,2 МН. Решение 1. Статический момент при подъёме груза: 2. Тоже при спуске: 3. Скорость вращения: 4. Момент двигателя: Выбрали двигатель Р=18,5кВт, n=750об/мин, тип 2пн225 5. После выбора двигателя определим:

6. Средний пусковой момент: 7.Коэффициент инерционности вращающихся частей: k = (1,1…1,3) 8. Приведённый маховый момент: 9. Время разгона: 10. Время выбега:

 

8. Теория автоматического управления

---

Дата добавления: 2015-10-24; просмотров: 409 | Нарушение авторских прав

---

---

mybiblioteka.su — 2015-2021 год. (0.012 сек.)

РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ — Студопедия

Для получения наибольшей производительности, точности обработки или иных показателей исполнительный орган производственного механизма должен вращаться или перемещаться поступательно с соответствующей этому оптимальному режиму скоростью. В связи с этим возникает необходимость принудительного регулирования скорости исполнительного органа в соответствии с технологическими требованиями. В недалеком прошлом регулирование скорости осуществлялось с помощью коробок скоростей, механических вариаторов и т. п.

Рис. 10.25 Схема соединения обмотки статора двухскоростного асинхронного двигателя при двух (а) и четырех (б) полюсах

Перечисленные способы имеют ряд существенных недостатков, одним из которых является усложнение кинематики механизма, другим — ступенчатое регулирование и т.п. По этой причине в настоящее время стали широко использовать регулировочные свойства двигателя — регулирование скорости механизма путем изменения частоты вращения двигателя, что привело к значительному упрощению кинематики устройства и управления, удешевлению механизма, осуществлению плавного регулирования скорости.

Рассмотрим вначале возможные способы регулирования частоты вращения ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Как известно, частота вращения ротора в нормальном режиме работы несколько меньше (на 2 — 8%) частоты вращения магнитного поля. Поэтому изменение частоты вращения магнитного поля вызывает изменение в той же степени и частоты вращения ротора двигателя.

Из выражения частоты вращения магнитного поля

n₀ = 60f₁/р

вытекают два наиболее распространенных способа регулирования частоты вращения 1) изменением числа пар полюсов р; 2) изменением частоты f₁ напряжения источника

Регулирование изменением числа пар полюсов осуществляется изменением схемы соединения обмотки статора с помощью переключателя. Обмотка каждой фазы двухскоростного асинхронного двигателя состоит из нескольких частей, которые соединяются между собой параллельно или последовательно. В результате образуются разные числа пар полюсов. На рис 10.25, а изображена обмотка одной фазы статора, имеющая две части, которые соединены между собой параллельно, на рис 10.25, б — последовательно.

Рис. 10.26 Механические характеристики двухскоростного асинхронного двигателя с короткозамкнутой обмоткой ротора с постоянным моментом М_max (а) и постоянной мощностью (б)

Рассмотрев картины магнитного поля, созданного током обмотки одной фазы статора для какого-то момента времени, легко убедиться, что на рис. 10.25, а обмотка образует р = 1, а на рис. 10.25, б — р = 2 пар полюсов. Обмотки статора двух других фаз, сдвинутые в пространстве на электрический угол в 120°, соединяются так же, как и первая. Результирующее магнитное поле, естественно, будет иметь столько же пар полюсов, сколько и поле, созданное одной фазой обмотки. Необходимо заметить, что никаких переключений обмотки ротора не производится: ток обмотки ротора всегда образует столько пар полюсов, сколько их создано обмоткой статора. Рассмотренный способ дает возможность получить только две скорости, отличающиеся по значению в 2 раза, что является его существенным недостатком.

Отечественная промышленность выпускает двухскоростные асинхронные двигатели со следующими частотами вращения магнитных полей: 3000/1500; 1500/750; 1000/500 об/мин и др. Механические характеристики двухскоростного двигателя изображены на рис. 10.26. Значения максимальных моментов будут равными (рис. 10.26, а), если равны магнитные потоки двигателя для первого и второго способов соединения обмоток, в противном случае (рис. 10.26, б) они не равны. Как следует из выражения

U_1ф ≈ E_1ф = 4,44w₁f₁Фk₀₁,

магнитные потоки будут равными, если остается неизменным отношение U_1ф/f₁ для первой и второй схем соединения обмоток.

Рис. 10.27. Структурная схема частотного регулирования скорости асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с машинным (а) и статическим (б) преобразователями частоты

Трехскоростные и четырехскоростные двигатели имеют по две независимые обмотки статора, одна из которых образует две скорости, а другая в трехскоростном двигателе — одну, в четырехскоростном двигателе — две скорости. Могут быть двигатели со следующими частотами вращения n₀: трехскоростные — 1500/1000/750, 1000/750/500 об/мин; четырехскоростные — 3000/1500/1000/500, 1500/1000/750/500 об/мин.

Для регулирования частоты вращения ротора изменением частоты тока статора необходимо иметь отдельный источник или преобразователь энергии с регулируемой частотой. До последнего времени в качестве источника энергии использовались синхронные, асинхронные или индукционные генераторы. При этом установка (рис. 10.27, а) состояла из нескольких машин: приводного асинхронного или синхронного двигателя 1,работающего с постоянной частотой вращения синхронного генератора 2, механического или электрического регулятора скорости 3,асинхронного двигателя 4и исполнительного механизма 5.Частота f₁ напряжения в обмотке статора синхронного генератора равна

f₁ = рn/60.

При изменении частоты вращения синхронного генератора изменяется частота f₁ и, следовательно, частота вращения ротора асинхронного короткозамкнутого двигателя 4и исполнительного механизма 5.На рис. 10.28 изображены механические характеристики асинхронного двигателя при частотном регулировании скорости. Предполагается, что с изменением частоты в такой же степени изменяется и напряжение, а их отношение U_1ф/f₁остается постоянным. Такой способ позволяет получить широкий диапазон и плавное регулирование частоты вращения, однако он имеет плохие технико-экономические показатели: низкий КПД, большие капитальные вложения и т. п., поэтому применяется редко.

Рис. 10.28. Механические характеристики асинхронного двигателя при частотном регулировании скорости

В настоящее время разработаны статические преобразователи частоты на тиристорах, обладающих высокими технико-экономическими показателями. Структурная схема такой установки изображена на рис. 10.27, б.Здесь 1 — статический преобразователь, 2— асинхронный двигатель, 3 — исполнительный механизм.

Существуют также другие, мало распространенные способы регулирования частоты вращения короткозамкнутого двигателя, например изменением напряжения на обмотке статора. В качестве регулятора используется индуктивное регулируемое сопротивление, включенное в цепь обмотки статора (например, силовой магнитный усилитель).

Регулирование частоты вращения ротора асинхронного двигателя с фазным ротором в большинстве случаев осуществляется путем введения в цепь обмотки ротора дополнительного сопротивления (см. рис. 10.23).

Как следует из (10.55) и (10.56), добавочное сопротивление в цепи обмотки ротора увеличивает критическое скольжение s_кр и не влияет на значение максимального момента M_max.Искус­ственные (реостатные) характеристики двигателя рассчитывают с помощью уравнения (10.62).

На рис. 10.29 сплошными линиями изображены естественные и искусственные механические характеристики асинхронного двигателя для различных значений добавочных сопротивлений в цепи обмотки ротора. Из кривых следует, что при заданном моменте на валу М_с частота вращения ротора на каждой механической характеристике будет разной (п₁, n₂, n₃).

Рис. 10.29. Естественные и искусственные (реостатные) механические характеристики, а также зависимости тока ротора от скольжения асинхронного двигателя с контактными кольцами

ля выбора регулировочного и пускового реостатов по нагреву необходимо знать значения токов в роторной цепи двигателя. Для определения тока используют тот факт, что ток ротора определяется моментом двигателя и не зависит от значения добавочного сопротивления в цепи обмотки ротора. Например, моменту М_с (рис. 10.29) на естественной и искусственной характеристиках соответствует один и тот же ток I_2с. Это положение можно доказать аналитически.

Момент, развиваемый двигателем, равен:

на естественной характеристике

на искусственной характеристике

Mи =	3I2и2(r2 + rд)	.
ω0sи

Допустим, что М = М_и = М_с . Тогда

3I22r2	=	3I2и2(r2 + rд)	,
ω0s	ω0sи

или

I22	=	s		(r2 + rд)	,
I2и2	sи	r2

Выразив s/s_и через сопротивления цепи ротора, получим

I22	=	r2(r2 + rд)	= 1.
I2и2	(r2 + rд)r2

К недостаткам реостатного способа регулирования частоты вращения относятся значительные потери энергии в регулировочном реостате, малая жесткость механических характеристик: небольшое изменение момента на валу вызывает значительное изменение частоты вращения, а также невозможность получения плавного регулирования. Рассмотренный способ используется в системах, где работа на реостатных характеристиках непродолжительна.

Пример 10.2. Рассчитать и построить естественную и искусственную механические характеристики, а также зависимости тока ротора от скольжения асинхронного двигателя с фазным ротором при r_д = 0,08 Ом.

Паспортные данные двигателя: Р_ном = 60 кВт, n_ном = 720 об/мин, M_max /M_ном = λ = 2,2, E_2к = 175 В, I_2ном = 216 А.

Решение. Естественная и искусственная механические характеристики рассчитываются и затем строятся на основании уравнений (10.57) и (10.62):

M =	2Mmax	и Ми =	2Mmax
sкр/s + s/sкр	sкр,и /sи + sи/sкр,и

Значения M_max, s_кр , s_кр,и определяются из (10.58а), (10.58), (10.65), а r₂ , входящее в (10.65), — из (10.59а). После подстановки паспортных данных в указанные формулы получим M_max = 1760 Н•м,s_кр = 0,166, s_кр,и = 0,88, r₂ = 0,0187 Ом, s = 0,04.

Подставляя значения s (например, 0,004; 0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1) в уравнения (10.57) и (10.64), определяем соответствующие им значения М и М_и . Результаты расчета сводим в таблицу.

Механические характеристики n(М), s(M), построенные по результатам расчета, изображены на рис. 10.29 сплошными линиями (а — при r = 0, б — при r_д = 0,08 Ом).Зависимость I₂ от sопределяется из (10.59):

I2 =	√	Mω0s	при rд = 0; I2и =	√	Mиω0sи	при rд ≠ 0
3r2	3(r2 + rд)

Подставляя в (10.59) значения s, s_и соответствующие им значения М и М_и из упомянутой выше таблицы определяют I₂ и I_2и. Результаты расчета заносят в таблицу. На рис. 10.29 пунктирными линиями изображены построенные по результатам расчета графики I₂ и I_2и (график в — для r = 0, график г — для r_д = 0,08 Ом).

Пример 10.3. Определить сопротивление, которое нужно включить в цепь ротора, чтобы двигатель вращался с частотой n = 650 об/мин и развивал момент М = 200 Н • м.

Паспортные данные двигателя: Р_ном = 22 кВт, U_ном = 380/220 В, n_ном = 723 об/мин, М_max/М_ном = λ = 3, E_2к = 197 В, I_2ном = 70,5 А.

Решение. Искомое значение r_д определяется из (10.65):

r_д = r₂(s_кр,и/s_кр -1).

Значения r₂, s_кр, s_кр,и определяются из (10.59а), (10.58) и (10.62), в котором М_и = 200 Н•м, М_max— из (10.58а), s_и = (n₀ — n_и)/n₀ , где n = 650 об/мин.

После подстановки в указанные формулы соответствующих значений паспортных данных двигателя получим: r₂ = 0,0582 Ом, s_ном = 0,036, М_max= 873 Н•м, s_кр = 0,21, s_и = 0,133, s_кр,и = 1,15, r_д= 0,26 Ом.

Основные части асинхронного двигателя. Способы регулирования скорости асинхронного двигателя

Практически все машины в качестве электропривода оснащены асинхронными двигателями. У них простая конструкция и невысокая стоимость. В связи с этим важно регулировать скорость асинхронного двигателя. Однако в штатной схеме управлять его скоростью можно только с помощью систем механической трансмиссии (редукторов, шкивов), что не всегда удобно.Электрический контроль скорости ротора имеет больше преимуществ, хотя и усложняет подключение асинхронного двигателя.

Для некоторых единиц автоматики подходит именно электрическое регулирование частоты вращения вала асинхронного двигателя. Только так можно добиться плавной и точной настройки режимов работы. Есть несколько способов контролировать скорость вращения, изменяя частоту, напряжение и форму тока. Все они показаны на схеме.

Из представленных на рисунке методов наиболее распространенными являются следующие методы регулирования скорости вращения ротора:

· Напряжение, приложенное к статору,

· Вспомогательное сопротивление цепи ротора,

· Количество пар полюсов,

· Рабочая частота тока.

Последние два метода позволяют изменять скорость вращения без значительного снижения КПД и потерь мощности, другие способы регулировки способствуют снижению КПД пропорционально величине скольжения.Но у обоих есть свои достоинства и недостатки. Как часто бывает асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, то все дальнейшие обсуждения будут касаться именно этого типа электродвигателей.

Для регулирования частоты используют в основном полупроводниковые преобразователи. Их принцип действия основан на конкретной работе асинхронного двигателя, где скорость вращения магнитного поля статора зависит от частоты сетевого напряжения. Скорость вращения поля статора определяется по следующей формуле:

n1 = 60f / p, где n1 — частота вращения поля (об / мин), f — частота питающей сети (Гц), p — количество пар полюсов статора, 60 — коэффициент преобразования размерности.

Для эффективной работы асинхронного двигателя без потерь необходимо изменять приложенное напряжение вместе с частотой. Напряжение должно меняться в зависимости от момента нагрузки. Если нагрузка постоянна, напряжение изменяется пропорционально частоте.

Современные частотные регуляторы позволяют уменьшать и увеличивать скорость в широком диапазоне. Это обеспечило их широкое применение в оборудовании с регулируемым потоком, например, в машинах с многоконтактной сваркой проволочной сетки.В них скорость вращения асинхронного двигателя, приводящего в движение вал обмотки, регулируется полупроводниковым преобразователем. Эта регулировка позволяет оператору, отслеживая правильность выполнения технологических операций, поэтапно ускорять или замедлять скорость по мере регулировки машины.

Остановимся подробнее на принципе работы преобразователя частоты. В его основе лежит принцип двойного преобразования. Регулятор состоит из выпрямителя, импульсного инвертора и системы управления.В выпрямителе синусоидальное напряжение преобразуется в постоянное и подается на инвертор. В составе силового трехфазного импульсного инвертора имеется шесть транзисторных ключей. Через эти автоматические ключи постоянное давление подается на обмотки статора таким образом, что в нужный момент к соответствующим обмоткам подводится прямая линия, а затем обратный ток с фазовым сдвигом 120 °. Таким образом, постоянное напряжение преобразуется в переменное трехфазное напряжение нужной амплитуды и частоты.

Требуемые параметры устанавливаются через модуль управления. Автоматическое управление работой клавиш осуществляется по принципу широтно-импульсной модуляции. В переключателях питания используются мощные IGBT-транзисторы. Они, по сравнению с тиристорами, имеют высокую частоту переключения и вырабатывают почти синусоидальный ток с минимальными искажениями. Несмотря на практичность таких устройств, их стоимость для двигателей средней и большой мощности остается очень высокой.

Регулировка скорости вращения асинхронного двигателя посредством изменения количества пар полюсов также относится к наиболее распространенным методам управления электродвигателями с короткозамкнутым ротором.Такие моторы называются многоскоростными. Реализовать этот метод можно двумя способами:

· Укладка нескольких обмоток с разным количеством пар полюсов в общие пазы статора,

· Применение специальной обмотки с возможностью переключения существующих обмоток на необходимое количество пар полюсов.

В первом случае для размещения дополнительных обмоток в пазах необходимо уменьшить сечение провода, а это приводит к снижению номинальной мощности электродвигателя.Во втором случае имеет место сложность коммутационного оборудования, особенно для трех и более скоростей, а также ухудшаются энергетические характеристики. Более подробно этот и другие методы управления скоростью асинхронного двигателя описаны в архивном файле, который можно скачать внизу страницы.

Обычно многоскоростные двигатели доступны с 2, 3 или 4 скоростями вращения, при этом двухскоростные двигатели производятся с одной обмоткой на статоре и переключением количества пар полюсов в соотношении 2: 1 = p2: pt, Трехскоростные двигатели — с двумя обмотками на статоре, одна из которых выполнена с переключением 2: 1 = Pr: Pi, четырехскоростные двигатели — с двумя обмотками на статоре, каждая из которых выполняется с переключением количества пар полюсов в соотношении 2: 1.Многоскоростные двигатели комплектуются различными машинами, грузовыми и пассажирскими лифтами, используются для приводов вентиляторов, насосов и др.

3. Схема нереверсивного управления пуском трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором.

http://www.ngpedia.ru/pngs/016/0166rYE3L7C0J713C9B4.png \\

3) три реле времени / PB, 2PS и маятниковый RTD, механически соединенные соответственно с контакторами K, N и ZY;
4) кнопки «стоп» и «старт».
В исходном положении, когда двигатель выключен, все контакторы выключены и в цепь каждой фазы ротора включено общее сопротивление rp + rp2 + rms всех трех ступеней пускового реостата. При нажатии кнопки «пуск» цепь катушки контактора К замыкается, контактор срабатывает и первая ступень пуска двигателя запускается при полном сопротивлении в цепи ротора. Контактор K, срабатывая, активирует реле времени IP B, механически сочлененное с ним.Через d) секунд это реле замыкает свой контакт в цепи обмотки контактора контактора / В.
Срабатывает контактор 1U, а в цепи ротора двигателя сопротивления rp2 + r «3 двух ступеней реостат остается включенным. Это запускает вторую стадию пуска двигателя. Контактор / U активирует сочлененное реле 2PB, которое через 12 секунд замыкает свой контакт в цепи катушки контактора 2U. Контактор 2U сработает и включится выключена вторая ступень реостата.В цепи ротора останется только сопротивление grz. Контактор 2U активирует реле RTD, и через время ta цепь катушки контактора замыкается. Последний сработает и вскоре закроет обмотки ротора двигателя, что завершит процесс запуска двигателя.
Когда двигатель заглушен, необходимо нажать кнопку остановки. В этом случае катушки контакторов K, N, Z и ZY потеряют свою мощность. Контакторы выключатся, и вся цепь вернется в исходное положение.
Мы уже обсуждали простые схемы управления асинхронными двигателями. На практике применяются и более сложные схемы управления процессом пуска, торможения, регулирования и стабилизации скорости электроприводов с двигателями постоянного и переменного тока.
Рис. 18 8. Схема управления пуском нереверсивного асинхронного двигателя с фазным ротором

4. Внутренние записи RW

Распределительное устройство (RU) — электроустановка для приема и распределения электрической энергии одного класса напряжения.

Распределительное устройство содержит комплект коммутационных аппаратов, аппаратов вспомогательных РЗиА и средств учета и измерения

.

Асинхронные двигатели переменного тока — наиболее распространенные электродвигатели практически во всех сферах экономики. В их достоинствах отмечается конструктивная простота и небольшая цена. При этом немаловажное значение имеет регулирование скорости асинхронного двигателя. Существующие методы показаны ниже.

Согласно структурной схеме, скорость электродвигателя можно регулировать в двух направлениях, то есть путем изменения величин:

1. скорость электромагнитного поля статора;
2. пробуксовка мотора.

Первый вариант коррекции, используемый для моделей с короткозамкнутым ротором, реализуется изменением:

• частоты,
• количество пар полюсов,
• напряжение.

Вторая версия, используемая для модификации с фазным ротором, основана на:

• изменении напряжения питания;
• включение резистивного элемента в цепь ротора;
• использование клапанной ступени;
• применение двойного источника питания.

В связи с развитием технологии преобразования мощности в настоящее время в массовом производстве выпускаются всевозможные частотники, что определило активное использование частотно-регулируемого привода. Рассмотрим самые распространенные методы.

Всего десять лет назад в торговой сети было небольшое количество регуляторов скорости ED speed. Причиной тому было то, что в то время не производились дешевые высоковольтные силовые транзисторы и модули.

На сегодняшний день преобразование частоты является наиболее распространенным способом регулирования частоты вращения двигателей.Трехфазные преобразователи частоты созданы для управления трехфазными двигателями.

Однофазные двигатели управляемые:

• специальные однофазные преобразователи частоты;
• Трехфазные преобразователи частоты с устранением конденсатора.

Схемы регуляторов оборотов асинхронного двигателя

Для двигателей повседневного использования несложно произвести необходимые расчеты и вручную собрать устройство на полупроводниковой микросхеме.Пример схемы контроллера мотора приведен ниже. Такая схема позволяет добиться контроля параметров приводной системы, затрат на обслуживание, снижения расхода электроэнергии вдвое.

Принципиальная схема регулятора скорости вращения ЭД для бытовых нужд значительно упростится, если применить так называемый симистор.

Скорость вращения ED регулируется с помощью потенциометра, который определяет фазу входного импульсного сигнала, открывающего симистор.На изображении видно, что два тиристора, включенные параллельно, используются в качестве ключей. Тиристорный регулятор скорости ED 220 В часто используется для управления такими нагрузками, как диммеры, вентиляторы и отопительное оборудование. Скорость вращения асинхронного ЭД зависит от технических характеристик и КПД моторного оборудования.

На современном этапе развития промышленности возникла необходимость создания управления скоростью вращения различными методами и устройствами. Для этого используется регулятор скорости асинхронного двигателя.

Зачем нужно регулировать скорость вращения?

• для изменения обдува системы вентиляции;
• регулировка производительности насоса;
• регулировка скорости отдельных движущихся частей устройства;
• энергосбережение;
• позволяет снизить степень шума;
• для уровня желаемой производительности.

Управление скоростью асинхронного двигателя может происходить несколькими способами. Наиболее популярными являются:

Изменение частоты рабочего тока

Скорость вращения АД можно регулировать, изменяя частоту переменного тока.
Контроллер изменяет скорость вращения. Регулировка частоты осуществляется с помощью полупроводниковых преобразователей. Принцип работы основан на частоте, которая зависит от частоты источника питания.

Скорость может быть определена по формуле: n 1 = 60 f / p, где n 1 — значение скорости вращения, p — пары полюсов статора, f — частота сети, а 60 — метрический расчетный индекс. .

Для работы двигателя без потерь частота и напряжение меняются.Последнее зависит от моментов нагрузки. При постоянной нагрузке напряжение и частота становятся соизмеримыми. Регулятор частоты поднимает и опускает электрические цепи в большом масштабе. Благодаря этому их часто используют в оборудовании. Например, многоконтактные машины. Скорость вращения электродвигателя приводит в движение вал обмотки, который регулируется полупроводниковым преобразователем.

Принцип действия — двойное преобразование. В состав механизма входят выпрямитель, импульсный инвертор, система управления.Синусоидальный ток становится постоянным и идет к инвертору. Инвертор состоит из переключателей, напряжение которых подается на статор. D.C становится переменной необходимой частоты. Параметры задаются модулем управления.

Регулирование скорости по количеству пар полюсов

Один из популярных методов управления асинхронными двигателями с короткозамкнутыми роторами. Принцип действия: уложить в пазы дополнительных обмоток, уменьшив сечение провода. Что приводит к снижению номинального напряжения.Усложняются коммутационные и силовые характеристики.

Высокоскоростные двигатели имеют от 2 до 4 скоростей. Оснащают подъемники, станки, насосы, вентиляторы.

Регулировка автотрансформатором

В основе этого метода лежит обычный трансформатор со скруткой из витков и одной электрической обмоткой. Экономия за счет отсутствия перемотки.

Регулятор имеет до 6 ступеней. Выходное напряжение не будет искажено. Трансформатор выдерживает перегрузки.В этом случае требуется большой размер.

Электропреобразователи для однофазного артериального давления

Регулятор частоты для однофазного устройства

Регулирование частоты является основным методом регулирования мощности асинхронных электродвигателей. Он предназначен для трехфазного артериального давления.

Однофазные преобразователи применяются для однофазных механизмов. Их производит компания ИНВЕРТЕК ПРИВОДЫ.

Специализированный электрический преобразователь частоты обеспечивает высокоинтеллектуальное управление.Особенности: поддержка водяного напора, расход воздуха, контроль скорости, экономия двигателя и удобный интерфейс. Однако стоимость преобразователя высока.

Для однофазного двигателя можно взять трехфазный прибор с удалением из него конденсатора. Однако продолжительность работы сокращается из-за нагрева обмоток и допустимых замыканий. Преимущества использования очень большой выбор инструментов, их невысокая стоимость.

Управление на основе тиристоров

Используются два тиристора или тристер.При этом включаются тиристоры, каждый из них проводит полуволны.

Система основана на моментах открытия и закрытия тиристоров. Изначально удаляется часть волны напряжения, изменяется значение тока. Такая схема используется в лампах накаливания, димерах.

Управление методом пропуска полупериодов волны напряжения

Для защиты ключа питания установлена ​​схема защиты LRC, в которой используются дроссели, конденсаторы и резисторы.Когда резистор вставлен в цепь, мощность теряется. Жесткость механических характеристик снижается с уменьшением частоты вращения. На выходе добавлен конденсатор, который корректирует форму волны и ограничивает мощность напряжения. Тиристоры лучше использовать с большей мощностью, чтобы обеспечить беспроблемный запуск.

Преимущество использования тиристоров — их невысокая цена и малые габариты, вес. К недостаткам можно отнести предпочтительное применение для двигателей малой мощности, появление рывков, шума и треска при работе.

Электронный трансформатор

ШИМ-управление работает по принципу широтно-импульсной модуляции. Используются каскад на выходном поле или биполярные транзисторы.

Транзисторы на выходе переключаются с высокой частотой, при изменении ширины импульса и времени между ними изменения в результате касаются напряжения на нагрузке. При коротком импульсе и длительной паузе уменьшается напряжение и мощность.

Электронный трансформатор занимает меньше места, имеет небольшой вес, стоит недорого. Ток идет в чистом, неискаженном виде. При малых оборотах гула нет. Но устройство должно быть на расстоянии до 5 метров или можно установить пульт. Сделать регулятор своими руками можно не хуже промышленного станка. Он используется в основе схемы, по которой собирается готовый регулятор.

Разнообразие контроллеров скорости позволяет выбрать подходящий вариант для конкретного устройства.Это обеспечит работоспособность высокоскоростного асинхронного электродвигателя.

Наиболее распространены следующие методы регулирования скорости асинхронного двигателя: изменение дополнительного сопротивления цепи ротора, изменение напряжения, приложенного к обмотке статора, изменение двигателем частоты питающего напряжения и переключение количества пар полюсов.

Регулирование скорости асинхронного двигателя путем вставки резисторов в цепь ротора

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя с переключением числа пар полюсов

Ступенчатое регулирование скорости может осуществляться с помощью специальных.

Из выражения n o = 60f / p следует, что при изменении количества пар полюсов p получаются механические характеристики с разными скоростями вращения n относительно магнитного поля статора. Поскольку значение p определяется целыми числами, переход от одной характеристики к другой в процессе регулирования носит поэтапный характер.

Есть два способа изменить количество пар полюсов. В первом случае в пазы статора помещают две обмотки с разным числом полюсов.При изменении скорости одна из обмоток подключается к сети. Во втором случае обмотка каждой фазы состоит из двух частей, соединенных параллельно или последовательно. В этом случае количество пар полюсов изменяется в два раза.

Рис. 7. Схемы переключения обмоток асинхронного двигателя: а — с одинарной звезды на двойную; б — от треугольника к двойной звезде

Регулировка скорости путем изменения количества пар полюсов экономична, а механические характеристики сохраняют жесткость.Недостатком метода является ступенчатый характер изменения частоты вращения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Выпускаются двухскоростные двигатели с числом полюсов 4/2, 8/4, 12/6. Четырехскоростной электродвигатель с полюсами 12/8/6/4 имеет две переключаемые обмотки.

По материалам книги Дайнеко В.А., Ковалинский А.И. Электрооборудование сельскохозяйственных предприятий.

Долгое время в промышленности применялись нерегулируемые электроприводы на базе АД, но в последнее время возникла потребность в асинхронных двигателях с регулированием скорости .

Частота вращения ротора

В этом случае частота синхронного вращения зависит от частоты напряжения и количества пар полюсов

Исходя из этого, можно сделать вывод, что скоростью AD можно управлять, изменяя скольжение, частоту и количество пар полюсов.

Рассмотрим основные способы настройки.

Регулировка скорости путем изменения активного сопротивления в цепи ротора

Этот метод регулирования скорости применим в двигателях с фазным ротором.В этом случае в цепь обмотки ротора включается реостат, который может постепенно увеличивать сопротивление. По мере увеличения сопротивления двигатель скользит и скорость уменьшается. Таким образом, скорость регулируется в сторону уменьшения от естественной характеристики.

Недостатком способа является его неэффективность, так как с увеличением скольжения растут потери в роторном контуре, следовательно, КПД двигателя падает. Плюс к этому механическая характеристика. Двигатель становится более плоским и мягким, из-за чего небольшое изменение момента нагрузки на вал вызывает большое изменение скорости вращения.

Управление скоростью таким способом неэффективно, но, несмотря на это, используется в двигателях с фазным ротором.

Регулировка скорости двигателя путем изменения напряжения питания

Этот способ управления может быть реализован, если автотрансформатор включен в цепь до статора, после питающих проводов. При этом, если снизить напряжение на выходе автотрансформатора, двигатель будет работать на пониженном напряжении.Это снизит частоту вращения двигателя при постоянной нагрузке по крутящему моменту, а также снизит перегрузочную способность двигателя. Это связано с тем, что при уменьшении напряжения питания максимальный крутящий момент двигателя уменьшается квадратично. Кроме того, этот момент уменьшается быстрее, чем ток в цепи ротора, а это значит, что потери также увеличиваются с последующим нагревом двигателя.

Метод регулирования путем изменения напряжения возможен только в сторону понижения от естественной характеристики, так как невозможно увеличить напряжение выше номинального, так как это может привести к большим потерям в двигателе, перегреву и выходу из строя двигателя.

Помимо автотрансформатора можно использовать тиристорный регулятор напряжения.

Регулировка скорости путем изменения промышленной частоты

При таком способе регулирования к двигателю подключается преобразователь частоты (инвертор). Чаще всего это тиристорный преобразователь частоты. Регулировка скорости осуществляется изменением частоты напряжения f, так как в этом случае она влияет на вращение синхронного двигателя.

Когда частота напряжения уменьшается, перегрузочная способность двигателя снижается, чтобы предотвратить это, необходимо увеличить значение напряжения U 1. Значение, которое нужно увеличить, зависит от того, какой привод. Если регулировка производится при постоянной крутящей нагрузке на валу, то напряжение следует изменять пропорционально изменению частоты (при уменьшении скорости). При увеличении оборотов этого делать не следует, напряжение должно оставаться на номинальном значении, иначе это может привести к поломке двигателя.

Если регулирование скорости выполняется с постоянной мощностью двигателя (например, в станках), то напряжение U 1 должно быть изменено пропорционально квадратному корню из изменения частоты f 1.

При регулировании установок с вентиляторной характеристикой необходимо изменять входное напряжение U 1 пропорционально квадрату изменения частоты f 1.

Регулировка изменением частоты является наиболее подходящей опцией для асинхронных двигателей, поскольку она обеспечивает регулирование скорости в широком диапазоне без значительных потерь и снижения перегрузочной способности двигателя.

Регулировка скорости БП изменением количества пар полюсов

Этот способ управления возможен только в многоскоростных асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором, так как количество полюсов этого ротора всегда равно количеству полюсов статора.

В соответствии с формулой, которая обсуждалась выше, скорость двигателя можно регулировать, изменяя количество пар полюсов. Причем изменение скорости происходит ступенчато, так как количество полюсов принимает только определенные значения — 1,2,3,4,5.

Изменение числа полюсов достигается переключением катушечных групп обмотки статора. В этом случае катушки подключаются различных схем подключения, например, «звезда-звезда» или «звезда-двойная звезда». Первая схема подключения дает изменение количества полюсов в соотношении 2: 1. Это обеспечивает постоянную мощность двигателя при переключении. Вторая схема изменяет количество полюсов в том же соотношении, но в то же время обеспечивает постоянный крутящий момент двигателя.

Применение этого метода регулирования оправдано сохранением КПД и коэффициента мощности при переключении.Обратной стороной является более сложная и увеличенная конструкция двигателя, а также увеличение его стоимости.

(PDF) Различные методы управления скоростью трехфазного асинхронного двигателя

Американский журнал электротехники и электроники, 2016, Vol. 4, No. 2, 62-68

Доступно в Интернете по адресу http://pubs.sciepub.com/ajeee/4/2/3

© Science and Education Publishing

DOI: 10.12691 / ajeee-4-2- 3

Различные методы управления скоростью трехфазного двигателя

Асинхронный двигатель

G.C. Diyoke *, Okeke C., Uchechi Aniagwu

Департамент электротехники и электроники, Сельскохозяйственный университет Майкла Окпара, штат Умудике Абиа, Нигерия

* Автор, ответственный за переписку: [email protected]

Аннотация Асинхронные двигатели наиболее широко используемые электродвигатели благодаря своей надежности, невысокой стоимости, жесткости

и прочности. Однако асинхронные двигатели по своей сути не имеют возможности работы с регулируемой скоростью

.По этой причине в большинстве электроприводов применялись более ранние двигатели постоянного тока. Но недавние разработки

в методах управления скоростью асинхронного двигателя привели к их широкомасштабному использованию почти во всех электроприводах

. В этой статье

и программное обеспечение MATLAB были реализованы различные методы управления скоростью асинхронных двигателей, такие как переменное сопротивление ротора

, переменное напряжение статора, постоянное управление вольт / герц, изменение частоты, изменение полюсов и т. Д. был использован для разработки кодов для анализа этих методов.

Ключевые слова: асинхронный двигатель, управление скоростью, режим работы.

Цитируйте эту статью: Г. К. Дийоке, К. Океке и Учечи Аниагву, «Различные методы управления скоростью трехфазного асинхронного двигателя

». Американский журнал электротехники и электронной техники, вып. 4, вып. 2

(2016): 62-68. DOI: 10.12691 / ajeee-4-2-3.

1. Введение

Асинхронный или асинхронный двигатель — это тип двигателя переменного тока

, в котором питание подается на ротор посредством электромагнитной индукции

, а не через коммутатор или контактные кольца

, как в других типах двигателей. .Эти двигатели

широко используются в промышленных приводах, особенно в многофазных асинхронных двигателях

, поскольку они прочны и не имеют щеток

. Но для них требуются гораздо более сложные методы управления

, более дорогие и более мощные преобразователи мощности

, чем машины постоянного тока и с постоянными магнитами [1]. Однофазные версии

используются в небольших приборах. Их скорость

определяется частотой тока питания, поэтому они

наиболее широко используются в приложениях с постоянной скоростью,

, хотя версии с регулируемой скоростью, использующие переменную частоту

,

приводы становятся все более распространенными.Наиболее распространенным типом

является двигатель с короткозамкнутым ротором, и этот термин иногда

обычно используется для асинхронных двигателей [2,3,4,5]. Но желательно заменить приводы с однофазным асинхронным двигателем

на трехфазные приводы с асинхронным двигателем в бытовых приборах

, сельском хозяйстве и маломощных промышленных приложениях.

Асинхронные двигатели составляют основную часть многих систем управления скоростью

и нашли применение в нескольких промышленных приложениях

[6].Преимущество усовершенствования в

в индустрии моторных приводов коснулось различных применений,

от тяжелого и крупного промышленного оборудования, такого как прокатные станы

,

сталеплавильных заводов, бумажных фабрик и т. Д. До

оборудования «мехатроника», используемого в станках. инструменты и машины для изготовления полупроводников

[7].

Трехфазные асинхронные машины — это машины с синхронной скоростью

, работающие ниже синхронной скорости, когда

двигается, и выше синхронной скорости при генерировании

[8].Они сравнительно менее дороги, чем синхронные машины или машины постоянного тока размером

, и имеют размер от

несколько ватт до 10 000 л.с. Как двигатели, они прочные и требуют минимального обслуживания. Однако их скорости

не так легко, как у двигателей постоянного тока. Они потребляют большие пусковые токи

, обычно примерно в шесть-восемь раз превышающие значения

при полной нагрузке, и работают с низким коэффициентом мощности при минимальной нагрузке

.

Этот документ структурирован следующим образом: В разделе I представлена ​​концепция асинхронного двигателя

и его применения. В разделе II

представлены различные методы управления скоростью. Раздел III

подробно описывает принцип работы асинхронного двигателя. Здесь

в разделе IV подробно представлен анализ эквивалентной схемы

. В разделе V отображаются результаты моделирования Matlab / Simulink

. Наконец, в разделе VI представлен вывод

.

2. Различные методы управления скоростью

Управление скоростью асинхронного двигателя (AM) или

асинхронного двигателя (IM) можно изменять, изменяя скольжение «S»

или количество полюсов «p» или частоту «f». ‘поставки. Способность

изменять любую из трех вышеупомянутых величин

обеспечивает методы управления скоростью асинхронного двигателя

. Метод постоянного напряжения / частоты обычно используется для управления постоянной и переменной скоростью асинхронного двигателя

.

Различные методы управления скоростью IM можно

в целом разделить на скалярные и векторные методы управления.

В данной статье используются скалярные методы управления. Скалярные методы управления скоростью

могут быть классифицированы как

A. Контроль сопротивления ротора

Этот метод применим только к асинхронным двигателям с фазным ротором

. Изменение скорости можно получить, вставив в цепь ротора внешнее сопротивление

.Внешние сопротивления

включены последовательно с обмотками ротора

во время пуска для ограничения пускового тока. Без внешних сопротивлений

пусковые токи многократно превышают

Способы регулирования скорости вращения асинхронного двигателя. Симисторный регулятор мощности 3-х фазный регулятор напряжения 4т цепь

Такой простой, но в то же время очень эффективный регулятор может собрать практически каждый, кто умеет держать в руках паяльник и хоть немного читать схемы.Что ж, этот сайт поможет вам осуществить ваше желание. Представленный регулятор регулирует мощность очень плавно, без скачков и провалов.

Схема простого симисторного регулятора

Такой регулятор можно использовать при регулировании освещения лампами накаливания, а также светодиодными лампами, если вы покупаете диммируемые. Регулировать температуру паяльника несложно. Можно плавно регулировать нагрев, изменять скорость вращения электродвигателей с фазным ротором и многое другое там, где есть место для такой полезной вещи.Если у вас есть старая электродрель, у которой нет регулятора оборотов, то с помощью этого регулятора вы усовершенствуете такую ​​полезную вещь.
В статье с помощью фотографий, описаний и прикрепленного видео очень подробно описан весь производственный процесс, от сбора деталей до тестирования готового продукта.

Сразу говорю, что если вы не дружите с соседями, то цепочку C3 — R4 можно не собирать. (Шутка) Служит для защиты от радиопомех.
Все запчасти можно купить в Китае на Алиэкспресс. Цены от двух до десяти раз ниже, чем в наших магазинах.
Для изготовления этого устройства вам потребуются:

• R1 — резистор около 20 Ом, мощностью 0,25Вт;
• R2 — потенциометр около 500 кОм, можно от 300 кОм до 1 МОм, но лучше 470 кОм;
• R3 — резистор около 3 Ком, 0,25 Вт;
• R4 — резистор 200-300 Ом, 0,5 Вт;
• С1 и С2 — конденсаторы 0.05 мкФ, 400 В;
• С3 — 0,1 МКФ, 400 В;
• DB3 — динистор, есть в каждой энергосберегающей лампе;
• BT139-600, регулирует ток 18 А или BT138-800, регулирует ток 12 А — симисторы, но можно брать любые другие, в зависимости от того, какую нагрузку нужно регулировать. Динистор еще называют диаком, симистор — симистором.
• Радиатор охлаждения подбирается исходя из планируемой регулируемой мощности, но чем больше, тем лучше. Без радиатора можно отрегулировать максимум 300 Вт.
• Возможна поставка любых клеммных колодок;
• Используйте макетную плату по своему усмотрению, если все включено.
• Ну без девайса, как без рук. Но лучше использовать наш припой. Хотя это дороже, но намного лучше. Хорошего китайского припоя не видел.

Приступаем к сборке регулятора

Сначала нужно продумать расположение деталей, чтобы перемычек ставить как можно меньше и меньше паять, потом очень внимательно проверяем соответствие схеме, а затем спаиваем все соединения.

Убедившись в отсутствии ошибок и поместив изделие в пластиковый футляр, вы можете попробовать его, подключившись к сети.

Современных электриков в доме или квартире великое множество. технические средства, требующие контроля за подачей напряжения. Управление питанием осуществляется трехфазным реле напряжения, которое замыкает или размыкает электрические цепи в случае возникновения аварийных ситуаций.

Назначение реле напряжения

Большинство защитных устройств содержат реле электронного управления. Когда контролируемые параметры выходят за установленные пределы, они срабатывают, отключая цепи. Все реле состоят из трех элементов. Первый — это воспринимающий. Он передает значение контролируемого значения в промежуточный элемент, где оно сверяется со стандартными показателями. В случае отклонения сигнал передается на исполнительный механизм, который отключает питание.

Скачки напряжения при подаче электроэнергии, а также обрывы в цепи питания могут стать причиной выхода из строя устройств потребителей. В изношенных электросетях может произойти залипание фаз или перегорание нулевого провода, что приведет к разбалансировке напряжений от 0 до 380 В. В этом случае могут выйти из строя все подключенные бытовые электроприборы, не имеющие защиты.

Трехфазный служит для мгновенного реагирования на повышение напряжения выше допустимого и обрыв электрической цепи… Фаза отключается, когда в электромагните возникает магнитный поток, когда ток проходит через обмотку. С помощью электронной схемы реле настраивается на определенные предельные значения напряжения, при превышении которых электрические контакты в цепи нагрузки размыкаются.

Реле напряжения установлено в электрощите квартиры, но есть модели, которые подключаются к розетке. С их помощью выбираются нижний и верхний пределы изменения напряжения. Удобно установить диапазон 180-245 В, а потом дополнительно настроить так, чтобы количество срабатываний было не более одной в месяц.Когда напряжение в сети постоянно высокое или низкое, желательно установить стабилизатор.

Подключение реле трехфазного напряжения должно производиться после входного автомата, номинал которого выбран на одну ступень меньше, например, в соотношении 32 А и 40 А.

Трехфазное напряжение реле подключается к токоведущим и сетевым, а также к выходным контактам подключения нагрузки для контроля их состояния. Режимы меняются переключением перемычек на клеммах реле.При срабатывании его катушка обесточивается и размыкает силовые контакты. С ними может быть связана обмотка силового контактора, которая тоже работает, отключая потребителей. После временной задержки, когда напряжение снова восстанавливается, реле возвращается в исходное состояние, замыкая свои силовые контакты.

Вышеупомянутая схема отключает потребителей при возникновении сетевых проблем. Защита также может быть построена на 3 однофазных независимых реле напряжения. Он используется для отдельных нагрузок на каждом питающем проводе.Силовые контакторы здесь обычно не используются, если нагрузка не выше 7 кВт. Достоинством этого метода является сохранение напряжения на остальных фазах при отключении одной из них.

Характеристики распространенных типов реле напряжения

Устройства различаются по функциям и качеству. В зависимости от того, кому и для каких целей нужны такие устройства, их выбирают и устанавливают. Далее мы рассмотрим самые популярные устройства.

Реле РНПП-311

Устройство защищает сеть при следующих авариях:

• перенапряжение заданных значений;
• короткое замыкание или нарушение чередования фаз;
• нарушение баланса или обрыв фазы.

Устройство также контролирует другие параметры сети и отключает питание нагрузки при их отклонении от нормы. Реле трехфазного напряжения РНПП-311 может быть настроено на два режима управления.

На лицевой панели есть индикаторы наличия напряжения, подключения нагрузки и некоторых отклонений от нормы. Регулировка производится шестью потенциометрами. Устанавливаются следующие параметры:

• граничные значения максимального и минимального напряжений, а также предельное значение дисбаланса фаз;
• выдержка времени отключения нагрузки при авариях;
• задержка подключения к сети после восстановления параметров.

Устройство остается работоспособным при действующем нуле и одной из фаз или как минимум двух.

Реле РКН-3-15-08

Устройство предназначено для управления следующими способами:

Пороги срабатывания устанавливаются двумя потенциометрами. Индикация позволяет следить за напряжением, ошибками сети и работой встроенного. Условия эксплуатации нормальные.

Схема подключения реле трехфазного напряжения РКН-3-15-08 практически не отличается от приведенной ранее.У него только более простая настройка. Цена на это реле трехфазного напряжения несколько ниже, чем на РНПП-311. Это около 1500 рублей. Разные модификации обоих типов могут существенно отличаться по стоимости, все зависит от функциональности.

Устройства серии ASP

В отдельном ряду находятся полностью цифровые реле защиты серии ASP. В большинстве из них уже не найти элементов обрезки. Потенциометры зависят от воздействия внешней среды, быстро стареют, рейтинги меняются, часто пропадает контакт.

Цифровые устройства не содержат контактных механических частей, за счет чего снижается влияние внешних факторов и повышается их надежность. Внешне устройства отличаются цифровым дисплеем. Цена у них в среднем выше, но есть и бюджетные.

Реле ASP-3RMT

Модель базовая, имеет все самые необходимые функции, которые должно иметь трехфазное реле напряжения. Его цена в 2 раза ниже, чем у других устройств со встроенными цифровыми вольтметрами и экранами.Если дисплей не требуется, но нужна защита, устройство вполне подходит для установки.

Реле АСП-3РВН

Трехфазное реле напряжения и контроля фаз с микропроцессором используется для управления подачей электроэнергии в холодильники, кондиционеры, компрессоры и другие устройства. Устройство удобно тем, что позволяет управлять напряжение на каждой фазе на дисплее, а также следить за его несимметрией. Встроенная память с питанием от независимого источника дает возможность запоминать параметры и количество аварийных отключений с возможностью отображения на экране.Для этого не требуется никаких специальных навыков настройки. Дополнительные функции доступны через кнопки управления.

Устройство АСП-3РВН подключается к сети параллельно с нагрузкой аналогично схемам, представленным ранее. Устройство контролирует текущее сетевое напряжение. При аварии его контакты, включенные в разрыв обмотки стартера, размыкаются. После подключения и подачи питания реле защиты проверяет наличие напряжения. Об этом говорят три светодиода.В случае нарушения чередования фаз или залипания фаз на индикаторе отображаются прочерки (-). Далее измеренные фазные напряжения отображаются на экране с интервалом в несколько секунд. Загораются соответствующие светодиоды.

В случае аварии причины ее возникновения отображаются на экране. Изначально настройки установлены на заводе, но их можно изменить, нажав соответствующие кнопки. Если во время установки возникают ошибки, их можно сбросить и восстановить заводские настройки по умолчанию одним нажатием кнопки.Все настройки хранятся в памяти и могут быть проверены.

Контрольные реле ABB

Одним из хорошо известных устройств для защиты электрооборудования является трехфазное реле напряжения ABB. Устройство зарекомендовало себя как одно из самых надежных при несимметричном напряжении. Для трехфазных сетей разработано устройство ABB SQZ3, выдерживающее напряжение до 400 В. Большой ассортимент позволяет выбрать подходящую модель для конкретных условий эксплуатации.Устройство позволяет контролировать:

Вывод

Реле контроля трехфазного напряжения является необходимой частью системы питания устройств. Он надежно защитит электрическую сеть квартиры или дома, а также дорогую электронику от скачков и перекосов напряжения.

Представляю вашему вниманию трехфазный регулятор мощности на микроконтроллере.

Устройство регулирует мощность активной нагрузки, соединенной треугольником или звездой, без использования нейтрального проводника.Предназначен для использования с печами сопротивления, водогрейными котлами, трехфазными нагревательными элементами и даже лампами накаливания при условии симметричной нагрузки по фазам. Два режима работы — регулирование по алгоритму Брезенхема и метод регулирования фазы. Устройство было задумано максимально простым и доступным в повторении. Управление с помощью кнопок или потенциометра, светодиодный индикатор режимов работы (опция), светодиодный индикатор состояния устройства.

Внимание! Присутствует опасное для жизни напряжение! Для продвинутых пользователей!

Для удобства схема устройства разбита на функциональные блоки.Это дает возможность вносить дальнейшие изменения и улучшения в конструкцию без кардинального пересмотра всей схемы. Каждый блок будет описан отдельно ниже.

Силовая цепь

Авторская версия построена на мощных опто-тиристорных модулях МТОТО 80 — 12. Каждый модуль содержит два встречно-параллельных оптотиристора по восемьдесят ампер. Используются три модуля, по одному на каждую фазу. Управляющие импульсы поступают одновременно на оба переключателя мощности, но размыкается только тот, на который подано напряжение прямой полярности.Модули взаимозаменяемы с тиристорными или симисторными сборками или отдельными тиристорами и симисторами. Модульные сборки проще в установке, имеют изолированную подложку и упрощают гальваническую развязку цепи управления. При использовании отдельных тиристоров или симисторов потребуется установка дополнительных импульсных трансформаторов или оптопар. Вам также необходимо выбрать токоограничивающие резисторы оптопары (R32 –R34) для имеющихся у вас копий. Микроконтроллер формирует управляющие импульсы, которые усиливаются составными транзисторами Т7-Т9.Импульсы модулируются с высокой частотой для уменьшения тока через оптопары, что также позволяет использовать малогабаритные импульсные трансформаторы (далее ТИ). Оптопары или TI питаются нестабилизированным напряжением 15 В.

Обязательна установка RC цепей параллельно тиристорам. В моем варианте это резисторы ПЭВ-10 на 39 Ом и конденсаторы МБМ 0,1мкф 600В. Модули устанавливаются на радиатор, при работе нагреваются. Нагрузочный трехфазный нихромовый нагреватель, максимальный ток 60А.За два года эксплуатации сбоев не было.

На схеме не показан, но должен быть установлен автоматический выключатель под расчетную нагрузку, также желательно установить отдельный автоматический выключатель для фаз блока синхронизации. Устройство подключено к сети 3×380 вольт с соблюдением чередования фаз A-B-C, при неправильном чередовании устройство работать не будет. Нулевой провод нужен для подключения трансформатора питания, если его первичная обмотка 220 вольт.При использовании трансформатора на 380 вольт нейтральный проводник не нужен.

Защитное заземление корпуса прибора обязательно выполнить!

В пояснениях не нуждается, используются два напряжения — нестабилизированное 15 вольт и стабилизированное 5 вольт, потребление в авторской версии было до 300мА, в большей степени зависит от светодиодного индикатора и используемых силовых элементов. Могут быть использованы любые доступные детали, без особых требований.

Содержит три идентичных канала.Каждый канал соединен между двумя фазами, т.е. каналы включены в треугольник. В момент равенства фазных напряжений (точка пересечения синусоид) формируется импульс, который используется для синхронизации в МК. Детали не критичны, но оценок нужно придерживаться, для более точной синхронизации. Если у вас двухлучевой осциллограф, желательно подбором резисторов R33, R40, R47 отрегулировать момент формирования импульса до точки пересечения синусоид.Но это не обязательное условие. Используемые оптопары AOT 101 можно заменить на любые аналогичные и доступные, единственное требование к ним — высокое напряжение пробоя, так как именно оптопары гальванически изолируют блок управления от сети. Можно найти более простую схему детектора нуля, и собрать ее, но с учетом подключения фаза к фазе 380 В. Крайне желательно использовать предохранители, как показано на схеме, также желательно использовать предохранители. отдельный автоматический выключатель для этого блока.

Блок управления и индикации

Это основной блок. Микроконтроллер ATmega8 выдает управляющие импульсы на тиристоры и обеспечивает индикацию режимов работы. Работает от внутреннего генератора с тактовой частотой 8 МГц. Предохранители показаны ниже на картинке. Семисегментный светодиодный дисплей с общим анодом, трехзначный. Управляются тремя анодными ключами T1-T3, сегменты переключаются сдвиговым регистром … Можно не устанавливать индикатор, регистр и связанные с ними элементы, если не требуется никаких рабочих настроек.Можно установить любой доступный тип индикатора, но потребуется подбор токоограничивающих резисторов в цепи сегмента. Светодиод HL1 показывает основные состояния устройства.

Пуск и остановка осуществляется переключателем SB1. Закрытое состояние — Старт, открытое — Стоп. Регулировка мощности либо кнопками «Вверх», «Вниз», либо колесиком R6, выбор осуществляется через меню. Любой небольшой дроссель L нужен для лучшей фильтрации опорного напряжения АЦП микроконтроллера.Емкости С5, С6 нужно устанавливать как можно ближе к выводам питания МК и регистра, в моем варианте они были припаяны к ножкам поверх микросхем. В условиях больших токов и сильных помех они необходимы для надежной работы устройства.

Работа регулятора мощности

В зависимости от выбранной прошивки регулирование будет осуществляться либо фазоимпульсным методом, либо методом пропуска периодов, так называемым алгоритмом Брезенхема.

При фазо-импульсном регулировании напряжение на нагрузке плавно изменяется от почти нуля до максимума за счет изменения угла открытия тиристоров. Импульс выдается дважды за период одновременно на оба тиристора, но только тот, на который подается напряжение прямой полярности, будет открыт.

При низких напряжениях (большой угол раскрытия) возможен выброс из-за неточности импульса синхронизации, поступающего в момент пересечения синусоид. Чтобы исключить этот эффект, нижний предел по умолчанию установлен на 10.Через меню при необходимости можно изменить его в диапазоне от 0 до 99. На практике этого никогда не требовалось, но все зависит от конкретной задачи. Этот метод подходит для регулировки светового потока ламп накаливания при условии, что они имеют одинаковую мощность в каждой фазе.

Также важно, чтобы чередование фаз в сети было правильным A-B-C … Для проверки можно проверить правильность чередования фаз при включении устройства. Для этого при включении прибора, когда на индикаторе отображаются символы — 0 — зажать кнопку меню, если фазировка правильная, на индикаторе будут отображаться символы AbC, если нет ACb, а вам нужно чтобы поменять местами любые две фазы.

При отпускании кнопки меню устройство переходит в основной рабочий режим.

При использовании регулирования методом пропуска периодов фазировка не требуется и тест не вводится в прошивку. В этом случае тиристоры открываются одновременно, вы можете представить их как простой стартер, который коммутирует все три фазы одновременно. Чем больше мощности требуется на нагрузке, тем больше количество раз в единицу времени тиристоры будут в проводящем состоянии.Этот способ не подходит для ламп накаливания.

Устройство не требует настройки.

При включении настройки считываются из энергонезависимой памяти МК, если в памяти нет значений или они неверны, выставляются значения по умолчанию. Далее МК проверяет наличие импульсов синхронизации и состояние переключателя SB1. Если SB1 в разомкнутом состоянии, управляющие импульсы не выдаются, на индикаторе отображается сообщение OFF , светодиод HL1 быстро мигает.Если вы закроете SB1, индикатор покажет текущее задание мощности, будут генерироваться управляющие импульсы, светодиод HL1 будет постоянно гореть. Если при запуске или во время работы управляющие импульсы пропадают более чем на 10 секунд, на индикаторе будут отображаться цифры 380 светодиод будет мигать с низкой частотой, импульсы управления тиристором будут сняты. Когда появятся синхроимпульсы, устройство вернется к работе. Это было сделано из-за плохой сети в месте работы прибора, частых перебоев и разбаланса фаз.

Меню содержит четыре подменю, переключаемых кнопкой меню если кнопка не нажимается в течение некоторого времени, текущий установленный уровень мощности отображается условно от 0 до 100. Уровень мощности изменяется с помощью кнопок вверх или Вниз или, если включен (по умолчанию), потенциометр.

Длительное нажатие кнопки меню переключает подменю.

Подменю 1 индикатор показывает Gr ˉ это верхний предел регулирования мощности, при нажатии кнопок вверх, или вниз, будет отображаться текущее значение, его можно изменить вверх или вниз в пределах.По умолчанию 99.

Подменю 2 на индикаторе Gr_ это нижний предел регулирования мощности, все то же самое, значение по умолчанию 10.

Подменю 3 указывает, используется ли задание от потенциометра 1 — да 0 — нет. По индикатору 3-1 или 3-0 , выбор кнопками Вверх, или Вниз. По умолчанию (1).

Подменю 4 на индикаторе ZAP , при нажатии любой из кнопок Вверх, или Вниз, текущие значения записываются в энергонезависимую память МК.При записи произойдет однократное мигание надписи. ЗАП. Пределы регулирования будут записаны, включен ли потенциометр и текущее значение мощности, если оно установлено с помощью кнопок, а потенциометр не используется.

Затем нажмите меню , переключится в главное меню, отобразится значение мощности. Также долгое нажатие на кнопки переключит меню в главное.

Можно не использовать семисегментный светодиодный индикатор, если ничего менять не нужно, в этом случае все заработает, потенциометром будет регулироваться от 10 до 99.Состояние устройства будет отображаться светодиодом HL1. Сам индикатор понадобился на этапе отладки и для последующей модернизации. На этой основе планируется построить регулятор индуктивной нагрузки и устройство плавного пуска для асинхронного двигателя.

Печатная плата разрабатывалась и для блока синхронизации, и для блока управления, но в итоге из-за переделки блок управления был выполнен навесным, на макетной плате, печатная плата «как есть» в В архиве разводка семисегментного индикатора сделана для индикатора есть у меня, при необходимости можно программно поменять соответствующие выходные сегменты.Часть деталей (RC-цепи, резисторы и диоды силовой цепи, элементы питания, кнопки, потенциометр и светодиоды) были установлены таким же навесным способом.

В архиве находится плата блока управления и блока синхронизации, в формате sprint layout, и схемы в формате Splan 7, также есть два варианта прошивки для управления фазой-импульсом и управления пропуском периода. МК был сделан программатором «пять проводов» под управлением программы Uniprof, скачать ее можно на сайте автора http: // avr.nikolaew.org/

Ниже представлены предохранители

.

Предохранители даны для установки в этой программе, при использовании другой — Помните, что включенный ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ — это ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ без галочки!

Печатные платы

не оптимальны, и, скорее всего, если вы будете их повторять, вам придется модифицировать их для имеющихся деталей, а также конкретной конфигурации и расположения элементов (кнопки, потенциометр, индикатор, диоды и оптопары). Также обратите внимание на контактные площадки, если сложно просверлить отверстия диаметром 0.5-0,7 мм, то перед печатью нужно увеличить размер контактных площадок. Основное требование к блоку синхронизации — это учитывать, что напряжение велико и возможен пробой как по поверхности текстолита, так и по поверхности деталей, поэтому желательно использовать выводные детали с большое расстояние между выводами. По той же причине мосты состоят из отдельных диодов. Не нужно экономить место и текстолит! напряжение в отдельных точках платы синхронизации может достигать 600 вольт! После изготовления плату необходимо покрыть электроизоляционным лаком, желательно в два-три слоя, чтобы исключить пробой пылью.

Видео представлено при работе в режиме фазоимпульсного управления, на осциллографе сигнал с трансформаторов тока включен в две фазы, нагрузка — три лампы накаливания по 1 кВт каждая. На видео макет устройства, используемый для отладки.

Литература

• В.М. Яров. Учебное пособие «Источники питания для электропечей сопротивления» 1982
• А.В. Евстифеев «Микроконтроллеры AVR семейства Mega, руководство пользователя» 2007г.

Перечень радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Кол-во	Note	Shop	My notebook
	Силовая цепь.
Т1-Т6	Оптопара	FOD8012	6			В блокнот
Т7-Т9	Транзистор биполярный	KT972A	3			В блокнот
C4-C6	Конденсатор	0.1 мкФ 600 В	3	Бумага		В блокнот
R29-R31	Резистор	39 Ом	3			В блокнот
R32-R34	Резистор	18 Ом	3			В блокнот
R36-R38	Резистор	1 кОм	3			В блокнот
Rn	Потребитель трехфазного тока		1			В блокнот
А, В, С	Клеммный зажим		3			В блокнот
VR2	Линейный регулятор	LM7805	1			В блокнот
VD2	Диод		1			В блокнот
VDS5	Диодный мост		1			В блокнот
HL2	Светодиод		1			В блокнот
C9		470 мкФ	1			В блокнот
C10, C13	Конденсатор	0.1 мкФ	2			В блокнот
C11	Электролитический конденсатор	10 мкФ	1			В блокнот
C12	Электролитический конденсатор	100 мкФ	1			В блокнот
R36	Резистор	910 Ом	1			В блокнот
FU1	Предохранитель		1			В блокнот
Тр2	Трансформатор	220/380 В — 15 В	1			В блокнот
	Транзистор биполярный	KT3102	6			В блокнот
	Оптрон	AOT101AS	3			В блокнот
VDS4-VDS6	Диодный мост		3	На напряжение не менее 800 В		В блокнот
VD4-VD6	Выпрямительный диод	1N4007	3			В блокнот
C4-C6	Конденсатор	0.22 мкФ	3			В блокнот
R29, R30, R36, R37, R43, R44	Резистор	300 кОм	6			В блокнот
R31, R32, R38, R39, R45, R46	Резистор	120 кОм	6			В блокнот
R33, R40, R47, R50-R52	Резистор	22 кОм	6			В блокнот
R34, R41, R48	Резистор	100 кОм	3			В блокнот
R35, R42, R49	Резистор	300 Ом	3			В блокнот
R53-R55	Резистор	5.1 кОм	3			В блокнот
	Предохранитель	100 мА	6			В блокнот
А, В, С	Клеммный зажим		3			В блокнот
	Блок управления и индикации.
DD1	MK AVR 8-битный	ATmega8	1			В блокнот
DD2	Регистр сдвига	SN74LS595	1			В блокнот
Т1-Т3	Биполярный транзистор

Общие сведения о режимах работы двигателя постоянного тока и методах регулирования скорости

Обычно эти двигатели используются в оборудовании, требующем некоторой формы управления вращением или движением.Двигатели постоянного тока являются важными компонентами многих проектов в области электротехники. Хорошее понимание работы двигателя постоянного тока и регулирования скорости двигателя позволяет инженерам разрабатывать приложения, обеспечивающие более эффективное управление движением.

В этой статье мы подробно рассмотрим доступные типы двигателей постоянного тока, их режим работы и способы управления скоростью.

Что такое двигатели постоянного тока?

Как и двигатели переменного тока, двигатели постоянного тока также преобразуют электрическую энергию в механическую.Их работа обратна генератору постоянного тока, который вырабатывает электрический ток. В отличие от двигателей переменного тока, двигатели постоянного тока работают от постоянного тока — несинусоидальной, однонаправленной мощности.

Базовая конструкция

Хотя двигатели постоянного тока имеют различную конструкцию, все они содержат следующие основные части:

• Ротор (вращающаяся часть машины; также известная как «якорь»)
• Статор (обмотки возбуждения, или «неподвижная» часть двигателя)
• Коммутатор (может быть щеточным или бесщеточным, в зависимости от типа двигателя)
• Полевые магниты (создают магнитное поле, которое вращает ось, соединенную с ротором)

На практике двигатели постоянного тока работают на основе взаимодействия между магнитными полями, создаваемыми вращающимся якорем, и магнитными полями статора или неподвижного компонента.

Бессенсорный контроллер бесщеточного двигателя постоянного тока. Изображение любезно предоставлено Kenzi Mudge.

Принцип работы

Двигатели

постоянного тока работают по принципу электромагнетизма Фарадея, согласно которому проводник с током испытывает силу, когда помещается в магнитное поле. Согласно «правилу левой руки для электродвигателей» Флеминга, этот проводник всегда движется в направлении, перпендикулярном току и магнитному полю.

Математически мы можем выразить эту силу как F = BIL (где F — сила, B — магнитное поле, I — ток, а L — длина проводника).

Типы двигателей постоянного тока

Двигатели постоянного тока

делятся на разные категории в зависимости от конструкции. Наиболее распространенные типы включают щеточный или бесщеточный, постоянный магнит, последовательный и параллельный.

Щеточные и бесщеточные двигатели

В щеточном двигателе постоянного тока используется пара графитовых или угольных щеток, которые служат для отвода или отвода тока от якоря.Эти щетки обычно хранятся в непосредственной близости от коммутатора. Другие полезные функции щеток в двигателях постоянного тока включают обеспечение безискровой работы, управление направлением тока во время вращения и поддержание чистоты коллектора.

Бесщеточные двигатели постоянного тока не содержат угольных или графитовых щеток. Обычно они содержат один или несколько постоянных магнитов, которые вращаются вокруг фиксированного якоря. Вместо щеток в бесщеточных двигателях постоянного тока используются электронные схемы для управления направлением вращения и скоростью.

Двигатели с постоянными магнитами

Двигатели с постоянными магнитами состоят из ротора, окруженного двумя противоположными постоянными магнитами. Магниты создают поток магнитного поля при прохождении постоянного тока, который заставляет ротор вращаться по часовой стрелке или против часовой стрелки, в зависимости от полярности. Основным преимуществом этого типа двигателя является то, что он может работать на синхронной скорости с постоянной частотой, что позволяет оптимально регулировать скорость.

Двигатели постоянного тока с последовательной обмоткой

В двигателях серии

последовательно соединены обмотки статора (обычно из медных стержней) и обмотки возбуждения (медные катушки).Следовательно, ток якоря и токи возбуждения равны. Сильный ток протекает непосредственно от источника питания в обмотки возбуждения, которые толще и меньше, чем в параллельных двигателях. Толщина обмоток возбуждения увеличивает грузоподъемность двигателя, а также создает мощные магнитные поля, которые придают серийным двигателям постоянного тока очень высокий крутящий момент.

Параллельные двигатели постоянного тока

Шунтирующий двигатель постоянного тока имеет якорь и обмотки возбуждения, соединенные параллельно. Благодаря параллельному соединению обе обмотки получают одинаковое напряжение питания, но возбуждаются отдельно.Шунтирующие двигатели обычно имеют больше витков на обмотках, чем последовательные двигатели, что создает мощные магнитные поля во время работы. Шунтовые двигатели могут иметь отличную регулировку скорости даже при переменных нагрузках. Однако им обычно не хватает высокого пускового момента серийных двигателей.

Схема управления двигателем и скоростью, установленная в мини-дрели. Изображение предоставлено Дилшаном Р. Джаякоди

Контроль скорости двигателя постоянного тока

Существует три основных способа регулирования скорости в последовательных двигателях постоянного тока: регулирование магнитного потока, регулирование напряжения и регулирование сопротивления якоря.

1. Метод контроля потока

В методе управления магнитным потоком реостат (разновидность переменного резистора) соединен последовательно с обмотками возбуждения. Назначение этого компонента — увеличить последовательное сопротивление в обмотках, что снизит магнитный поток и, как следствие, увеличит скорость двигателя.

2. Метод регулирования напряжения

Метод переменного регулирования обычно используется в шунтирующих двигателях постоянного тока.Опять же, есть два способа управления регулированием напряжения:

• Подключение шунтирующего поля к фиксированному напряжению возбуждения при питании якоря разными напряжениями (также известное как управление несколькими напряжениями)

• Изменение напряжения, подаваемого на якорь (также известный как метод Уорда Леонарда)

3. Метод контроля сопротивления якоря

Контроль сопротивления якоря основан на том принципе, что скорость двигателя прямо пропорциональна обратной ЭДС.Таким образом, если напряжение питания и сопротивление якоря поддерживаются на постоянном уровне, скорость двигателя будет прямо пропорциональна току якоря.

Двигатели переменного или постоянного тока?

Очевидно, мы не имеем в виду AC-DC, группу «Highway to Hell» и «Back in Black». Вместо этого мы задаем вопрос, ответ на который определяет первый инженерный выбор, другими словами «двигатель переменного или постоянного тока»?
Стоит отметить, что этот выбор касается только типа источника питания двигателя, даже до выбора точного технологического решения.Фактически, тип источника питания определяет некоторые важные конструктивные характеристики привода и, следовательно, влияет на его тип использования и относительные характеристики.
Попробуем же дать ответ на вопрос: переменный или постоянный ток?

Электродвигатели постоянного тока

Большие, массивные и мощные, они являются наследием эпохи, когда регулирование в ожидании будущих технологий ШИМ было возможно только в системах постоянного тока.
В частности, наиболее эффективные конструктивные типологии двигателей постоянного тока предусматривают возможность независимого регулирования напряжения и тока возбуждения (т.е. обмотки статора, когда она присутствует в качестве замены постоянных магнитов), напряжения и тока якоря (то есть обмотки ротора). С конфигурациями, подобными описанной выше (называемой с независимым регулированием), можно было получить конкретную работу кривые для каждого типа приложения.
Своевременно регулируя, например, величины напряжения и тока, можно было получить ситуации, в которых передаваемый крутящий момент был максимальным при пусках с места, а затем уменьшался почти линейно с увеличением скорости.Это были (и остаются) типичные требования к приводам. Однако, помимо практических ситуаций, мы анализируем, какие преимущества и недостатки связаны с использованием этого типа двигателя.

Щетки и искры

Конструктивно все двигатели постоянного тока имеют фазный ротор; ясно, что для сохранения постоянного направления вращения необходимо подавать ток якоря, чтобы генерируемое магнитное поле всегда взаимодействовало в одном и том же смысле с магнитным полем статора; однако, поскольку ротор вращается на собственном валу, магнитное взаимодействие между магнитным полем ротора (подвижное вращающееся) и магнитным полем статора (фиксированное) меняет направление каждые 180 °; двигатель постоянного тока, запитанный таким образом, вместо того, чтобы вращаться, фактически будет колебаться между положением 0 ° и положением 180 °.Распространяя рассуждения на каждую угловую дробь, мы делаем вывод, что часть обмотки ротора, которая должна быть запитана на каждой угловой доле, отличается от той, что была в предыдущей дроби, и от одной из последующих дробей.
Таким образом, в двигателях постоянного тока обмотка ротора фактически состоит из множества секций, и каждая из них получает питание на определенную долю угла поворота.
При этом вал ротора двигателей постоянного тока всегда снабжен кольцом, разделенным на продольные секторы, изолированные друг от друга, каждая пара из которых действует как контактный вывод для участка обмотки якоря.
Поскольку ротор вращается, источник питания ротора, который обеспечивается скользящими контактами (щетками), последовательно питает различные секции обмотки ротора, поддерживая взаимодействие между магнитными полями постоянным и максимальным.
Следовательно, двигатели постоянного тока предполагают несколько переключений цепи во время их вращения; мы даже можем утверждать, что чем выше число переключений (т.е. чем больше дробится обмотка ротора), тем больше двигатель предлагает постоянный крутящий момент, соответствующий максимальному из возможных.К сожалению, каждое переключение требует, чтобы щетки размыкали цепь и немедленно замыкали следующую, а это означает образование искры, которая, как таковая, является источником радиоэлектрических помех; такие помехи, в зависимости от мощности двигателя и скорости вращения, также могут быть заметными и препятствовать или влиять на работу других смежных электронных частей. Затем к этому проблемному аспекту добавляются затраты на простои оборудования, обусловленные необходимым периодическим обслуживанием из-за износа скользящих контактов.

Переменный ток: без помех

Двигатели переменного тока в подавляющем большинстве случаев не нуждаются в скользящих контактах, поскольку ротор не намотан; в приводах этого типа магнитное поле подвижной части создается индукцией непосредственно той частью, которая закреплена на своего рода «виртуальной» обмотке ротора, существующей благодаря своей структурной форме, названной «беличьей клеткой».
Для сведения, в технической литературе эти двигатели называются по-разному, в том числе «асинхронные двигатели», «асинхронные двигатели», «двигатели с короткозамкнутым ротором», а также, естественно, с явными ссылками на белки.
Отсутствие щеток и последующего искрения отменяет все требования к техническому обслуживанию, предъявляемые к двигателям постоянного тока, ограничивая вмешательство в перезагрузку простой заменой подшипников в случае их износа. Более того, будучи конструктивно намного проще, чем двигатели постоянного тока, двигатели переменного тока обеспечивают не второстепенное преимущество в виде низких инвестиционных затрат.
С другой стороны, этот тип двигателей сильно страдает от пусков с места, требуя даже в десять раз большего тока срабатывания, чем номинальный. Если не принять меры, это явление вызывает сильный перегрев, который во многих случаях может быть даже смертельным для двигателя.Электродвигатели переменного тока, используемые в тех случаях, когда не происходит частых остановок или замедлений, нуждаются в своевременной дополнительной вентиляции для охлаждения и / или в подходящем увеличении размера.
Они не являются линейными элементами, и это еще более важная характеристика двигателей переменного тока: обеспечиваемый ими крутящий момент не является линейной функцией какой-либо значительной величины (напряжение, ток, скорость вращения и т. Д.), А вместо этого имеет тенденцию к колебаниям в номинальный рабочий диапазон с одиночным пиком при скорости вращения, приближающейся к максимально допустимой.Это означает, что на асинхронные двигатели возникают серьезные проблемы с регулированием скорости вращения, и, кроме простых приложений включения-выключения (например, насос или конвейерная лента), все асинхронные двигатели сегодня находят широкое применение в приложениях движения, только если они управляются с помощью соответствующая электроника (инвертор), способная линеаризовать их рабочую характеристику, т.е. сделать передаваемый крутящий момент постоянным.

Лучше бесщеточный

Несколько лет назад кому-то пришла в голову идея объединить преимущества двигателей постоянного тока с преимуществами двигателей переменного тока: способность поддерживать максимальный крутящий момент во всем диапазоне скоростей, раскрученный ротор и, следовательно, отсутствие скользящих контактов, возможность запусков и перезапусков. без перегрева, удобное регулирование скорости.
Новый класс двигателей с большим прагматизмом был назван «бесщеточным», то есть «без щеток», то есть без скользящих контактов.
Технические и функциональные характеристики приводов этого класса действительно примечательны: практически постоянный крутящий момент во всем диапазоне скоростей, раскрученный ротор, возможность постоянного изменения скорости без заметной потери крутящего момента, возможность частых остановок и перезапусков.
Поскольку в любом двигателе вращение происходит из-за взаимодействия между магнитными полями статора и ротора, если в бесщеточных типах ротор не намотан, это означает, что он должен быть в некотором роде магнитным; ротор, по сути, состоит из мощных постоянных магнитов, тогда как в статоре (с приводом) создается вращающееся магнитное поле, которое «увлекает» ротор.
Для обеспечения высокого крутящего момента магнитные поля должны быть очень сильными; статор можно сделать таким, используя подходящие значения тока, в то время как для ротора важно качество постоянных магнитов, которые, в зависимости от ситуации, изготавливаются из специальных материалов. Это объясняет одну из причин более высокой стоимости бесщеточного двигателя по сравнению со стандартным асинхронным двигателем.
Для достижения равномерного вращения и всегда максимально возможного крутящего момента внутри бесщеточных двигателей всегда размещен датчик углового положения ротора, который обеспечивает обратную связь с контроллером о том, как генерировать магнитное поле статора.
Такой датчик может быть дискретного типа, то есть способным распознавать только конечное количество угловых положений, или аналоговым, способным предоставлять различную информацию для каждого распознаваемого угла в соответствии с его разрешением.
Что касается дискретного датчика, ничего не меняется во всей угловой части, включенной между двумя различимыми положениями, этот тип бесщеточного двигателя питается от постоянного тока; двигатели, оснащенные аналоговыми датчиками, вместо этого питаются от синусоидального переменного тока, причем изменение углового положения соответствует эквивалентному изменению напряжения питания.
Очевидно, что более высокое разрешение обеспечивает лучшую однородность подачи крутящего момента.

Энергоэффективность

Двигатель — это объект, состоящий из двух частей: статора, который точно «остается» заодно с фиксирующей поверхностью, и ротора, который точно «вращается» внутри статора.
Очевидно, что ускорение или замедление объекта означает выигрыш в его инерции; тогда для всех ясно, что инерция зависит от массы (для подтверждения достаточно попытаться толкнуть сначала велосипед, а затем грузовик).Ну, в двигателях с раскрученным ротором масса ротора ограничена и то с малой инерцией. Все это приводит к заметной экономии энергии, потому что вся поставляемая энергия используется для создания крутящего момента, а не для получения механической инерции, как это происходит в двигателях постоянного тока. Не только: низкая инерция означает также высокую динамику, то есть производительность при быстром изменении скорости, что в современных промышленных машинах неизбежно.
Сначала в рейтинге энергоэффективности идут двигатели переменного тока с раскрученным ротором, то есть асинхронные и бесщеточные.Однако, если на карту поставлена ​​плотность энергии, то настоящие победители — бесщеточные, потому что благодаря наиболее эффективному взаимодействию между магнитными полями с той же мощностью, что и у асинхронных конкурентов, они имеют гораздо меньшие физические размеры; это, в первую очередь, промышленное оборудование, почти так же непреложно.
И последнее, но не по этой причине — двигатели постоянного тока, которые, даже будучи пожирателями энергии, обеспечивают высокие характеристики в таких критических секторах, как привод и подъемные машины. (Альберто Пивари)

Контроль скорости асинхронного двигателя

Скорость трехфазного асинхронного двигателя определяется как:

N = N _с (1 — с)

и N _с = 120f / P

Это показывает, что скорость трехфазного асинхронного двигателя зависит от синхронная скорость (N _с ) и скольжение (с).Синхронная скорость асинхронного двигателя зависит от частоты питания и количества полюсов статора.

Таким образом, изменяя частоту питания, количество полюсов статора и скольжение, мы можем изменить скорость трехфазного асинхронного двигателя. Следовательно, управление скоростью трехфазного асинхронного двигателя может быть достигнуто следующими способами:

Синхронную скорость можно изменить, изменив частоту питания статора (f). Но только изменение частоты питания при поддержании постоянного напряжения питания отрицательно сказывается на потоке в воздушном зазоре.Потому что поток в воздушном зазоре пропорционален отношению напряжения питания и частоты питания.

Следовательно, соотношение напряжения питания и частоты питания поддерживается постоянным за счет одновременного изменения напряжения и частоты статора. Это необходимо для поддержания постоянного потока в воздушном зазоре. Таким образом, этот метод также известен как постоянное (V / f) управление.

В этом методе управления скоростью трехфазного двигателя переменный ток постоянного напряжения и постоянной частоты подается на выпрямитель, который преобразует переменный ток в постоянный.Выходной сигнал выпрямителя фильтруется конденсаторной батареей и передается в схему инвертора. Инвертор преобразует постоянное напряжение в трехфазный источник переменного напряжения с переменной частотой.

Это питание подается на обмотку статора двигателя. Таким образом, мы получаем постоянное управление скоростью U / f асинхронного двигателя.

В этом методе поток в воздушном зазоре остается постоянным. Таким образом можно добиться плавного регулирования скорости. Таким методом можно получить максимальный крутящий момент на всех скоростях.

Из-за больших капитальных затрат эта система оправдана только для приводов, в которых важны надежные, не требующие обслуживания характеристики асинхронного двигателя. В противном случае двигатель постоянного тока с преобразователем управления является логичной и дешевой альтернативой.

Регулировка скорости асинхронного двигателя напряжением статора

В этом методе управления скоростью асинхронного двигателя для изменения скорости двигателя изменяется только напряжение статора, частота статора остается постоянной. Мы можем изменять скорость двигателя, изменяя напряжение статора.С увеличением напряжения статора скорость двигателя увеличивается.

В этом способе управления скоростью асинхронного двигателя , когда напряжение статора снижается, уменьшается магнитный поток в воздушном зазоре и крутящий момент двигателя. Регулирование скорости достигается за счет уменьшения крутящего момента двигателя.

В этом методе достигается очень низкий пусковой момент. Следовательно, этот тип управления не подходит для нагрузок с постоянным крутящим моментом. Этот тип управления предпочтителен в таких приложениях, как вентиляторы, центробежные насосы и воздуходувки, где требуется низкий пусковой момент.

Этот метод применим только для небольших двигателей и для нагрузок вентиляторного типа, когда крутящий момент нагрузки увеличивается с увеличением скорости. Двигатель имеет тенденцию к перегреву при работе с другими нагрузками. Это широко используемый метод для потолочных вентиляторов, приводимых в действие однофазными асинхронными двигателями, которые имеют большое сопротивление покоя, ограничивающее ток, потребляемый двигателем.

Управление скоростью асинхронного двигателя полюсами статора

Посредством подходящего переключателя соединение статора может быть изменено таким образом, что изменяется количество полюсов статора.Это изменяет фактическую скорость двигателя, поскольку фактическая скорость двигателя приблизительно обратно пропорциональна количеству полюсов.

При правильном подключении одна обмотка может давать две разные скорости. Если требуется более двух скоростей, две отдельные обмотки помещаются в один и тот же паз. Теперь каждая обмотка может давать две скорости, а две обмотки могут давать четыре разные скорости. В двигателе с пружинной пружиной необходимо соответствующим образом изменить полюса ротора. Поэтому трудно применить этот метод к электродвигателю с токосъемником.

Регулирование скорости асинхронного двигателя сопротивлением ротора

Как видно из названия, этот метод управления скоростью трехфазного двигателя применим только к асинхронному двигателю с контактным кольцом.

Как мы знаем, управление индукцией токосъемного кольца при подсинхронной скорости (скорости ниже синхронной) возможно путем введения переменного сопротивления в цепь ротора двигателя. Этот метод основан на общем принципе увеличения скольжения асинхронного двигателя (т.е.е. скорость уменьшается) по мере увеличения потерь мощности в цепи ротора.

Этот метод обеспечивает широкий диапазон скоростей и хороший пусковой момент. Максимальный крутящий момент в этом случае остается постоянным. Хорошее регулирование скорости может быть достигнуто как для нагрузок с постоянным крутящим моментом, так и для нагрузок вентиляторного типа.

Традиционный метод контроля сопротивления ротора требует одновременного и точного изменения всех трех симметричных резисторов в каждой фазе. Часто этого бывает сложно добиться.

Чтобы решить эту проблему, используется высокочастотный тиристорный прерыватель, который позволяет одновременно и бессонно изменять внешнее сопротивление.

На рисунке показана схема, в которой мощность скольжения ротора выпрямляется трехфазным мостовым выпрямителем и подается через фильтрующий дроссель на внешнее сопротивление.

Тиристор (обозначенный символом переключателя на рисунке) в прерывателе, подключенном через резистор, включается и выключается с высокой частотой. Отношение времени включения к времени выключения определяет эффективное значение сопротивления цепи ротора и, таким образом, регулирует скорость двигателя, изменяя его характеристики скорости-момента.

Самым большим недостатком этого метода является его низкая эффективность из-за потерь мощности на внешнем сопротивлении ротора. Поэтому этот метод применяется для узкого диапазона скоростей и, как правило, на короткое время.

Вместо того, чтобы тратить энергию скольжения на внешнее сопротивление ротора, можно использовать обратную связь для увеличения эффективности этой схемы управления скоростью. Это достигается за счет использования преобразователя и инвертора в цепи ротора, как показано на рисунке.

Путем подачи электроэнергии в цепь ротора (отрицательная потеря мощности ротора), работа на сверхсинхронной скорости (т.е.е. скорости выше синхронной) становится возможным.

Регулирование скорости асинхронного двигателя каскадным методом

В этом методе две машины соединяются механически. В основном оба мотора — токосъемные. В этом случае питание подключается к статору одного из асинхронных двигателей, а наведенная ЭДС ротора подается на статор другого двигателя.

Если P ₁ и P ₂ — это номера полюсов двух машин, а f — частота питания, то набор может выдавать следующие скорости:

Спасибо, что прочитали о «регулировании скорости асинхронного двигателя».

Трехфазный асинхронный двигатель | Все сообщения

© https://yourelectricalguide.com/ регулировка скорости асинхронного двигателя.

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором

---

---

ЦЕЛИ

• перечислить основные компоненты многофазного асинхронного двигателя с фазным ротором.

• Опишите, как развивается синхронная скорость в этом типе двигателя.

• Опишите, как регулятор скорости подключен к щеткам двигателя. обеспечивает регулируемый диапазон скорости двигателя.

• указать, как крутящий момент, регулирование скорости и эффективность работы на двигатель влияет регулятор скорости.

• продемонстрировать, как изменить направление вращения ротора с фазной фазой Индукционный двигатель.

До последних нескольких лет регулирование скорости переменного тока было очень трудным. со штатным мотором. Поэтому другой тип мотора и управления Система разрабатывалась и широко использовалась в течение многих лет. Электрики по обслуживанию должен быть знаком с этим типом двигателя и системы управления.

Для многих промышленных двигателей требуются трехфазные двигатели с регулируемой контроль скорости. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором нельзя использовать для переменного скорость работы, поскольку ее скорость по существу постоянна. Другой тип индукции Двигатель был разработан для приложений с регулируемой скоростью. Этот мотор называется асинхронный двигатель с фазным ротором или электродвигатель переменного тока с фазным ротором.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ДЕТАЛИ

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором состоит из сердечника статора с трехфазная обмотка, намотанный ротор с контактными кольцами, щетками и щеткой держатели и два торцевых щита для размещения подшипников, поддерживающих ротор вал.

рис. 1, 2, 3 и 4 показывают основные части трехфазного, Асинхронный двигатель с фазным ротором.

ил. 1 Детали двигателя с фазным ротором

ил. 2 Обмотка статора многофазного асинхронного двигателя

ил. 3 Ротор с обмоткой для многофазного асинхронного двигателя

ил. 4 Подшипник скольжения, многофазный асинхронный двигатель с фазным ротором (General Electric Company)

Статор

Типичный статор содержит трехфазную обмотку, удерживаемую в пазах. многослойного стального сердечника, рисунок 2.Обмотка состоит из формованных катушки расположены и соединены таким образом, что получается три однофазных обмотки разнесены на 120 электрических градусов. Отдельные однофазные обмотки подключаются по схеме звезды или треугольника. Выводятся три линейных вывода к клеммной коробке, установленной на раме двигателя. Это та же конструкция в качестве статора двигателя с короткозамкнутым ротором.

Ротор

Ротор состоит из цилиндрического сердечника, состоящего из стальных пластин.Прорези, вырезанные в цилиндрическом сердечнике, удерживают сформированные катушки проволоки для обмотка ротора.

Обмотка ротора состоит из трех однофазных обмоток, разнесенных на 120 эл. градусы друг от друга. Однофазные обмотки соединяются звездой или звездой. дельта. (Обмотка ротора должна иметь такое же количество полюсов, что и статор обмотки.) Три вывода от трехфазной обмотки ротора заканчиваются на трех контактных кольцах, установленных на валу ротора. Выводы от угольных щеток которые ездят на этих контактных кольцах, подключены к внешнему регулятору скорости для изменения сопротивления ротора для регулирования скорости.

Щетки надежно прикреплены к контактным кольцам намотанного ротора с помощью регулируемые пружины, установленные в щеткодержателях. Щеткодержатели бывают фиксируется в одном положении. Для этого типа двигателя нет необходимости переключать положение щетки, которое иногда требуется при работе с генератором постоянного тока и электродвигателем.

Рама двигателя

Корпус двигателя изготовлен из литой стали. Сердечник статора прижимается напрямую в кадр.К стальной литой раме прикручены два торцевых щита. Один одного из торцевых щитов больше другого, потому что он должен вмещать щетку держатели и щетки, которые скользят по контактным кольцам намотанного ротора. В кроме того, он часто содержит съемные смотровые лючки.

Подшипниковая опора такая же, как и в индукционной короткозамкнутой клетке. моторы. В конце используются либо подшипники скольжения, либо шарикоподшипники. щиты.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Когда три тока, разнесенные на 120 электрических градусов, проходят через три однофазные обмотки в пазах сердечника статора, вращающийся магнитный месторождение разрабатывается.Это поле движется вокруг статора. Скорость вращающееся поле зависит от количества полюсов статора и частоты источника питания. Эта скорость называется синхронной скоростью. это определяется по формуле, которая использовалась для нахождения синхронного скорость вращающегося поля асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Синхронная скорость в об / мин = [120 x частота в герцах / количество полюсов] или S = ​​120 x F / P

S = 120 x f / P

Поскольку вращающееся поле движется с синхронной скоростью, оно отсекает трехфазное обмотка ротора и индуцирует в этой обмотке напряжение.Обмотка ротора соединен с тремя контактными кольцами, установленными на валу ротора. Кисти скользящие кольца соединяются с внешней группой соединенных звездой резисторы (регулятор скорости), рисунок 5. Наведенные напряжения в обмотки ротора создают токи, которые идут от ротора по замкнутому пути обмотка на регулятор скорости, соединенный звездой. Токи ротора создают магнитное поле в сердечнике ротора, основанное на действии трансформатора. Этот ротор поле реагирует с полем статора, создавая крутящий момент, который вызывает ротор повернуть.Регулятор скорости иногда называют вторичным сопротивлением. контроль.

Теория пуска асинхронных двигателей с фазным ротором

Для запуска двигателя все сопротивление регулятора скорости, соединенного звездой. вставлен в цепь ротора. Цепь статора запитана от трехфазная линия. Наведенное в роторе напряжение вызывает токи в контуре ротора. Однако токи ротора ограничены по величине. сопротивлением регулятора скорости.В результате ток статора также имеет ограниченную стоимость. Другими словами, чтобы минимизировать пусковой выброс тока к асинхронному двигателю с ротором, вставьте полное сопротивление регулятора скорости в цепи ротора. На пусковой крутящий момент влияет сопротивлением, введенным во вторичную обмотку ротора. С сопротивлением в вторичный, коэффициент мощности ротора высокий или близок к единице. Этот означает, что ток ротора почти совпадает по фазе с индуцированным ротором Напряжение.Если ток ротора находится в фазе с напряжением, индуцированным ротором, тогда магнитные полюса ротора производятся одновременно с полюса статора. Это создает сильный магнитный эффект, который создает сильный пусковой момент. По мере ускорения двигателя ступеньки сопротивления в соединении звездой регулятор скорости может быть отключен от цепи ротора до тех пор, пока двигатель не разгонится к его номинальной скорости.

ил. 5 Соединения для асинхронного двигателя с фазным ротором и регулятора скорости

Регулятор скорости

Добавление сопротивления в цепь ротора не только ограничивает запуск скачок тока, но также производит высокий пусковой момент и обеспечивает средство регулировки скорости.Если полное сопротивление регулятора скорости вставляется в цепь ротора, когда двигатель работает, ротор ток уменьшается, и двигатель замедляется. По мере уменьшения скорости ротора в обмотках ротора индуцируется большее напряжение и увеличивается ток ротора. разработан для создания необходимого крутящего момента на пониженной скорости.

Если в цепи ротора убрать все сопротивление, ток и скорость двигателя увеличатся. Однако скорость ротора всегда будет быть меньше синхронной скорости поля, создаваемого статором обмотки.Напомним, что этот факт справедлив и для индукции с короткой клеткой. мотор. Скорость двигателя с фазным ротором можно регулировать вручную или автоматически. с реле времени, контакторами и кнопкой выбора скорости.

ил. 6 Рабочие характеристики двигателя с фазным ротором.

Характеристики крутящего момента

Когда к двигателю прилагается нагрузка, увеличивается как процентное проскальзывание ротора, так и крутящий момент, развиваемый в роторе. Как показано на графике в На рисунке 6 соотношение между крутящим моментом и процентом скольжения практически прямая линия.

илл. 6 показывает, что характеристики крутящего момента индукции с фазным ротором двигатель исправен, когда вставлено полное сопротивление регулятора скорости в контуре ротора. Большое сопротивление в цепи ротора заставляет ток ротора почти совпадать по фазе с индуцированным напряжением ротора. В результате поле, создаваемое током ротора, почти в фазе с полем статора. Если два поля достигают максимального значения в то же время произойдет сильная магнитная реакция, приводящая к с высоким выходным крутящим моментом.

Однако, если все сопротивление регулятора скорости убрать с цепь ротора и двигатель запускается, характеристики крутящего момента плохие. Цепь ротора за вычетом сопротивления регулятора скорости состоит в основном из индуктивного реактивного сопротивления. Это означает, что ток ротора отстает от индуцированное напряжение ротора и, следовательно, ток ротора отстает от ток статора. В результате поле ротора, создаваемое током ротора. отстает от поля статора, которое создается током статора.В результирующая магнитная реакция двух полей относительно мала, так как они достигают своих максимальных значений в разных точках. Таким образом, Выходной пусковой момент асинхронного двигателя с фазным ротором плохой, когда все сопротивление снимается с цепи ротора.

Регулировка скорости

В предыдущих абзацах было показано, что вставка сопротивления на регуляторе скорости улучшает пусковой момент двигателя с фазным ротором на малых оборотах.Однако на обычных скоростях наблюдается обратный эффект. В Другими словами, регулирование скорости двигателя хуже, когда сопротивление добавляется в цепь ротора на более высокой скорости. По этой причине сопротивление регулятора скорости снимается, когда двигатель достигает своей номинальной скорости.

илл. 7 показаны скоростные характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором. Обратите внимание, что кривая характеристики скорости, полученная, когда все сопротивление Вырезание регулятора скорости указывает на относительно хорошее регулирование скорости.Вторая кривая скоростной характеристики, возникающая, когда все сопротивление вставлен в регулятор скорости, имеет заметное падение скорости, поскольку нагрузка увеличивается. Это указывает на плохую регулировку скорости.

Коэффициент мощности

Коэффициент мощности асинхронного двигателя с фазным ротором на холостом ходу столь же низкий. от 15 до 20 процентов. Однако, когда к двигателю приложена нагрузка, коэффициент мощности улучшается и увеличивается до 85-90%, отставание при номинальной нагрузке.

ill 8 — график коэффициента мощности ротора с фазной фазой. асинхронный двигатель от холостого хода до полной нагрузки. Низкое отставание коэффициент мощности на холостом ходу обусловлен тем, что намагничивающая составляющая тока нагрузки составляет такую ​​большую часть общего тока двигателя. Намагничивание составляющая тока нагрузки намагничивает железо, вызывая взаимодействие между ротор и статор за счет взаимной индуктивности.

По мере увеличения механической нагрузки на двигатель синфазная составляющая тока увеличивается, чтобы удовлетворить повышенные требования к мощности.Намагничивание Однако составляющая тока остается прежней. Поскольку общий мотор ток теперь более близок к фазе с линейным напряжением, есть улучшение коэффициента мощности.

ил. 7 Кривые частотных характеристик двигателя с фазным ротором

Операционная эффективность

Асинхронный двигатель с фазным ротором и отключенным всем сопротивлением. регулятора скорости и асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором показывают почти такой же КПД.Однако, когда двигатель должен работать на низкие скорости с отключением всего сопротивления в цепи ротора, эффективность двигателя плохая из-за потерь мощности в ваттах на резисторах регулятора скорости.

илл. 9 иллюстрирует эффективность индукции с фазным ротором. мотор. Верхняя кривая показывает самые высокие результаты операционной эффективности. когда регулятор скорости находится в быстром положении и нет сопротивления вставлен в цепь ротора.Нижняя кривая показывает более низкую рабочую эффективность. Это происходит, когда регулятор скорости находится в медленном положении и все сопротивление регулятора вставлено в цепь ротора.

ил. 8 Коэффициент мощности асинхронного двигателя с фазным ротором

ил. 9 Кривые КПД асинхронного двигателя с фазным ротором

Реверс вращения

Направление вращения асинхронного двигателя с фазным ротором изменено на обратное. поменяв местами соединения любых двух из трех проводов, рис. 10.Эта процедура идентична процедуре, используемой для реверсирования направление вращения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

ил. 10 Изменения, необходимые для изменения направления вращения на противоположное электродвигателя с фазным ротором

Электрик ни в коем случае не должен пытаться изменить направление вращения. асинхронного двигателя с фазным ротором путем переключения любого из выводов, питающих от контактных колец к регулятору скорости. Изменения в этих связях не изменит направление вращения двигателя.

РЕЗЮМЕ

Двигатель с фазным ротором сегодня редко устанавливают как новый двигатель, но есть все еще используется ряд двигателей. Двигатель с фазным ротором можно использовать для переменной скорости с вставкой вторичных резисторов. Стартовый ток и пусковой момент двигателя были главными соображениями при выборе двигателя с фазным ротором для установки. Есть еще много ссылок на двигатель с фазным ротором, используемый в Национальном электротехническом Код.

ВИКТОРИНА

Дайте исчерпывающие ответы на следующие вопросы.

1. Перечислите основные части асинхронного двигателя с фазным ротором.

2. Перечислите две причины, по которым асинхронный двигатель с ротором запускается с все сопротивление, вставленное в регулятор скорости.

3. Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором имеет шесть полюсов и рассчитан на на 60 герц. Скорость этого двигателя при полной нагрузке со всем сопротивлением вырез из регулятора скорости составляет 1120 об / мин.Что такое синхронный скорость поля, создаваемого обмотками статора?

4. Определите процент скольжения при номинальной нагрузке для рассматриваемого двигателя. 3.

5. Почему вместо короткозамкнутого ротора используется асинхронный двигатель с фазным ротором? асинхронный двигатель для некоторых промышленных применений?

6. Почему низкий КПД асинхронного двигателя с фазным ротором? при работе с номинальной нагрузкой со всем сопротивлением, вставленным в регулятор скорости?

7.Что нужно сделать, чтобы изменить направление вращения ротора с фазной фазой Индукционный двигатель?

8. Почему коэффициент мощности асинхронного двигателя с ротором низкий? нагрузка?

9. Перечислите два фактора, которые влияют на синхронную скорость вращения магнитное поле, создаваемое током в обмотках статора.

B. Выберите правильный ответ для каждого из следующих утверждений и поместите соответствующую букву в отведенное место.

10.Скорость двигателя с фазным ротором увеличена на:

а. вставка сопротивления в первичной цепи.

г. вставка сопротивления во вторичной цепи.

г. уменьшение сопротивления во вторичной цепи.

г. уменьшение сопротивления в первичной цепи.

11. Пусковой ток асинхронного двигателя с ротором ограничен:

а. уменьшение сопротивления в первичной цепи.

г.уменьшение сопротивления во вторичной цепи.

г. вставка сопротивления в первичной цепи.

г. вставка сопротивления во вторичной цепи.

12. Направление вращения электродвигателя с фазным ротором изменяют перестановкой мест. любые два из трех:

а. L1, L2, L3 c. М1, М2, М3

г. Т1, Т2, Т3 d. все из этого.

13. Двигатели с фазным ротором могут использоваться с:

а. ручные регуляторы скорости.

г. автоматические регуляторы скорости.

г. выбор кнопки.

г. все из этого.

14. Максимальный КПД двигателя с фазным ротором при полной нагрузке:

а. все сопротивление отключено от вторичной цепи.

г. все сопротивление отключено во вторичной цепи.

г. он работает медленно.

г. он работает на средней скорости.

15. Основным преимуществом многофазного двигателя с фазным ротором является то, что он a.имеет низкий пусковой момент. c. быстро изменится.

г. имеет широкий диапазон скоростей. d. имеет низкий диапазон скоростей.

16. Двигатель с фазным ротором назван так потому, что:

а. ротор намотан проволокой.

г. статор намотан проволокой.

г. Контроллер обмотан проводом.

г. все из этого.

17. Намагничивающая составляющая тока нагрузки …

а. составляет небольшую часть от общего тока двигателя без нагрузки.