Этот метод регулировки возможен только для короткозамкнутых асинхронных многоскоростных двигателей, так как число полюсов в таком роторе всегда равно числу полюсов в статоре.
Способы регулировки оборотов вращения асинхронных двигателей
Двигатели переменного тока используются в самых разных сферах нашей жизни. В системах передачи, производственных машинах и измерительном оборудовании. Они используются для преобразования электроэнергии, поступающей из сети, в механическую энергию на вращающихся валах. Чаще всего используются асинхронные агрегаты переменного тока. В них частоты ротора и статора различны. Между этими активными элементами предусмотрен активный воздушный зазор.
И статор, и ротор имеют жесткий сердечник из электромагнитной стали (пластинчатого типа), выполняющий роль магнитопровода, и обмотки, расположенные в структурных пазах сердечника. Основным критерием для классификации этих машин является способ организации или укладки обмоток ротора.
Двигатели с короткозамкнутым ротором (SCCR)
Здесь обмотки образованы алюминиевыми, медными или латунными стержнями, вставленными в пазы в сердечнике и соединенными между собой дисками (кольцами) с обеих сторон. Подключение этих компонентов зависит от номинальной мощности двигателя. При меньших значениях диски и стержни формируются вместе. Для больших значений они изготавливаются отдельно, а затем свариваются вместе. Обмотки статора соединены в треугольник или звезду.
Двигатели с фазными роторами
Трехфазные обмотки ротора подключены к сети через контактные кольца и щетки на главном валу. В качестве основы используется конфигурация звезды. На рисунке ниже показана типичная конструкция такого двигателя.
Устройство асинхронного электродвигателя
Различают два основных типа асинхронных электродвигателей с фазными и короткозамкнутыми обмотками. Последняя конструкция показана на следующей схеме.
Двигатель состоит из вращающегося ротора, неподвижного статора, корпуса и рамы. Статор имеет трехфазные обмотки с угловым расстоянием 120°, соединенные звездообразно или треугольно.
Так называемая конструкция курсора «червячной клетки» состоит из изогнутого стержня между двумя кольцами.
При подаче напряжения на обмотку статора индуцируется магнитное поле, которое вызывает ток во вращающейся части. Когда магнитные поля взаимодействуют, ротор начинает вращаться в том же направлении, что и поле статора. Скорость вращения подвижной части немного отстает от скорости вращения поля; эта разница называется скольжением.
Электродвигатели с бегущей строкой фаз имеют другую структуру вращающихся частей. Он состоит из трех фазных обмоток, подключенных к устройству «звезда» и к розетке управления. Это позволяет изменять ток в обмотках в зависимости от изменения скорости и крутящего момента.
Конструкции электродвигателей с фазно соединенными обмотками более сложны, и к преимуществам таких электродвигателей относятся улучшенные пусковые характеристики.
Принцип работы
Скорость можно регулировать, изменяя ток и частоту, подаваемые на обмотки асинхронных и коллекторных двигателей, увеличивая или уменьшая напряжение. Поэтому сейчас мы рассмотрим разновидности преобразователей частоты и регуляторов напряжения.
К ним относятся те, которые используются в промышленных и бытовых целях.
- Введение рабочего сопротивления — создается с помощью переменных резисторов, делителей и других преобразователей. Управляемое скольжение обеспечивает хорошее снижение частоты вращения в однофазных двигателях (разница между магнитным полем статора и частотой вращения асинхронного агрегата). Для этого устанавливаются более мощные двигатели, чтобы к ним можно было приложить более низкое напряжение. Соотношение скоростей вращения может быть в два раза ниже.
- Автоматические трансформаторы — осуществляется путем перемещения подвижных контактов в притирку, что уменьшает или увеличивает скорость вращения электродвигателя. Преимуществами этого принципа являются чистый синусоидальный переменный ток и высокая перегрузочная способность.
- Тиристор или симистор — изменяет величину напряжения питания с помощью пар тиристоров, соединенных между собой, или комбинации тиристора и симистора. Этот метод применим не только к асинхронным двигателям, но и к другим устройствам, таким как розетки, выключатели и т.д.
Рисунок.
Как видно из схемы, напряжение, приложенное к тому же асинхронному однофазному двигателю, проходит через переменный резистор R1 к тиристору D1 и управляющему электроду симистора T1. Перемещение кнопки управления тиристором R1 также изменяет скорость однофазного двигателя.
- Транзистор позволяет изменять форму подаваемого напряжения путем преобразования количества импульсов и временной задержки между подачей импульсов. Это известно как конфигурация диапазона импульсов. Пример такого регулятора показан на схеме ниже.
Транзисторное управление скоростью
Здесь на однофазный асинхронный двигатель подается напряжение 220 В через выпрямительный блок VD1-4, напряжение поступает на транзисторы и коллекторы транзисторов VT1 и VT2. Скорость двигателя регулируется путем подачи управляющего сигнала на базы этих транзисторов.
- Частота — Частота приложенного напряжения преобразуется в круг однофазного или трехфазного асинхронного двигателя. Это самый современный метод, и раньше он был неточным, но с появлением дешевых высоковольтных полупроводников и микроконтроллеров он стал одним из самых эффективных. Этого можно достичь с помощью транзисторов, микросхем или микроконтроллеров, которые могут уменьшать или увеличивать частоту ШИМ.
Примеры настройки частоты
- Управление шириной полюсов — изменяя количество спиралей фазовой обмотки, можно управлять скоростью вращения электродвигателя, изменяя направление и величину тока, протекающего через каждую из них. Это достигается путем намотки большого количества катушек в каждой фазе или путем последовательного или одновременного соединения катушек. Этот принцип проиллюстрирован на диаграмме ниже.
И статор, и ротор имеют жесткий сердечник из электромагнитной стали (пластинчатого типа), выполняющий роль магнитопровода, и обмотки, расположенные в структурных пазах сердечника. Основным критерием для классификации этих машин является способ организации или укладки обмоток ротора.
Частотное регулирование
Всего десять лет назад на рынке было представлено небольшое количество регуляторов скорости. Причиной этого было отсутствие в то время дешевых транзисторов и высоковольтных блоков питания.
Сегодня преобразование частоты является наиболее распространенным методом управления скоростью вращения двигателя. Трехфазные преобразователи частоты предназначены для управления трехфазными двигателями.
Однофазные двигатели, с другой стороны, управляются следующим образом
- Однофазные двигатели управляются специальными однофазными преобразователями частоты.
- Трехфазный преобразователь частоты с удаленным конденсатором.
Схемы регуляторов оборотов асинхронного двигателя
Необходимые расчеты легко создать, а устройство можно собрать на полупроводниковом чипе самостоятельно. Пример схемы контроллера двигателя показан ниже. Эта система позволяет контролировать параметры системы привода, затраты на обслуживание и снизить потребление электроэнергии в два раза.
Схема регулятора оборотов двигателя для повседневного использования упрощается за счет применения симистора SO -Caled.
Скорость двигателя регулируется с помощью потенциометра, который определяет фазу входного сигнала, открывающего симистор. На рисунке видно, что два чиллера, подключенные к противоречивым соединениям, используются в качестве переключателей. Регуляторы скорости ED 220 В с тиристорами часто используются для регулирования таких нагрузок, как розетки, вентиляторы и системы отопления. Скорость вращения асинхронных двигателей определяет технические характеристики и эффективность работы двигательного оборудования.
Заключение
На рынке представлен широкий ассортимент контроллеров и преобразователей частоты для асинхронных двигателей переменного тока.
Частотно-регулируемое управление является наилучшим методом на сегодняшний день, так как позволяет регулировать скорость асинхронных двигателей в широком диапазоне без значительных потерь или снижения перегрузочной способности.
Однако на основе расчетов можно собрать простые и эффективные устройства регулирования скорости для однофазных двигателей с использованием тиристоров.
Асинхронные двигатели являются наиболее распространенными электрическими двигателями, используемыми в механизмах промышленного и бытового оборудования. Их основными преимуществами являются высокая выходная мощность, простота конструкции, относительно небольшой вес в сочетании с низкой стоимостью.
Способы изменения оборотов двигателя
Регулирование скорости трехфазных электродвигателей, используемых в машинах и подъемно-транспортном оборудовании, позволяет точно и успешно обеспечить требуемые условия эксплуатации. На практике существует семь основных методов компенсации скорости, которые делятся на две основные области
- Изменение скорости магнитного поля статора. Это достигается путем регулирования частоты, изменения числа полюсов или компенсации напряжения. Следует добавить, что эти методы применимы к двигателям с коротким замыканием.
- Измените размер слайда. Этот параметр может быть изменен с помощью напряжения питания, подключения дополнительного резистора в цепь ротора, использования водопада клапанов или двойного источника питания. Используется для моделей с фиктивным ротором.
Наиболее распространенным методом является адаптация напряжения и частоты (с помощью инвертора) и изменение количества пар полюсов (выполняется путем размещения дополнительных коммутирующих обмоток).
Типичные схемы регуляторов оборотов
В настоящее время на рынке представлен широкий спектр регуляторов и преобразователей частоты для асинхронных двигателей. Однако для бытовых нужд, связанных с подъемом и перемещением оборудования, вполне возможно рассчитать и собрать на микросхеме импровизированное устройство на основе тиристоров или мощных транзисторов.
Ниже приведен пример достаточно мощного регулятора для асинхронного двигателя. Он обеспечивает плавное управление двигателем, снижает потребление энергии до 50% и способен уменьшить затраты на техническое обслуживание.
Эта схема является сложной. Для бытового применения его можно значительно упростить, используя в качестве исполнительного элемента симистор, например, BT138-600. В этом случае схема принимает следующий вид
Скорость вращения электродвигателя регулируется потенциометром, который определяет фазу входного импульса, открывающего симистор.
Как видно из приведенной выше информации, скорость асинхронного двигателя влияет не только на его рабочие параметры, но и на производительность приводимого в действие подъемного или технологического оборудования. Сегодня на рынке представлено несколько регуляторов, но можно также рассчитать и изготовить эффективное устройство своими руками.
