При изменении числа пар полюсов изменяется и критический момент. Чтобы поддерживать его постоянным, необходимо регулировать напряжение питания одновременно с изменением количества пар полюсов. Используются альтернативные схемы «звезда-треугольник» и их варианты.
Регулятор оборотов электродвигателя: назначение, принцип работы
Большинство современных бытовых приборов и промышленного оборудования оснащены электродвигателями, которые выполняют ту или иную полезную работу. Они могут управляться с различных устройств, которые должны вращаться с разной скоростью. Для изменения этого параметра используется регулятор оборотов двигателя.
Технически, регулятор оборотов двигателя предназначен для изменения частоты вращения вала в единицу времени. На этапе разгона регулировка частоты обеспечивает более плавные процессы, меньшие токи и т.д. В некоторых процессах необходимо замедлить работу оборудования или изменить подачу или удаление сырья.
На практике, однако, этот вариант может служить и другим целям.
- Экономия энергии — снижает потери при запуске и остановке двигателей, переключении передач или регулировании тяги. Особенно полезно для двигателей, которые часто запускаются и работают короткое время.
- Контролирует значения температуры и давления без обратной связи с рабочими компонентами или регулировки асинхронных двигателей.
- Щадящий пуск — предназначен для предотвращения пуска тока при запуске, особенно полезен для асинхронных двигателей с высокой нагрузкой на ось. В результате значительно снижается нагрузка на электросеть и устраняются громоздкие защитные устройства.
- Скорость вращения трехфазных двигателей может поддерживаться на минимально необходимом уровне. Это важно для точного производства, где колебания напряжения питания могут повлиять на качество продукции или вызвать дифференциальные усилия на валу.
- Отрегулируйте частоту вращения двигателя от 0 до максимальной или другой контрольной частоты вращения.
- Обеспечьте достаточный крутящий момент на низких оборотах двигателя.
Различные функции регулятора скорости реализуются в соответствии с принципом его работы и конструкцией.
Принцип работы
Скорость можно регулировать путем увеличения или уменьшения напряжения, изменения тока и увеличения или уменьшения частоты, обеспечиваемой асинхронным двигателем и обмотками коллекторного двигателя. Поэтому сейчас мы рассмотрим разновидности преобразователей частоты и регуляторов напряжения.
Среди тех, которые используются в промышленных и бытовых целях, следует отметить следующие моменты
- Рабочие резистивные входы — через переменные резисторы, делители частоты и другие преобразователи. Контроль скольжения (разница между магнитным полем статора и скоростью асинхронного агрегата) для правильной редукции однофазных двигателей. Для этого устанавливаются двигатели большего размера, чтобы на них можно было подавать более низкое напряжение. Соотношение скоростей вращения может быть уменьшено в два раза.
- Автоматические трансформаторы — это осуществляется путем перемещения подвижных контактов обмоток. Это увеличивает или уменьшает скорость вращения электродвигателя. Преимуществами этого принципа являются чистый синусоидальный переменный ток и высокая перегрузочная способность.
- Тиристор или симистор — изменяет значение напряжения питания с помощью пары тиристоров или в комбинации с симистором. Этот метод можно использовать не только для асинхронных двигателей, но и для других приборов, таких как диммеры и выключатели.
Как видно из схемы, напряжение, подаваемое на тот же асинхронный однофазный двигатель, проходит через переменный резистор R1 и подключается к управляющим электродам тиристора D1 и симистора T1. Перемещение ручки управления тиристора R1 также изменяет скорость однофазного двигателя.
- Транзисторы могут изменять форму напряжения питания путем преобразования временной задержки между количеством импульсов и напряжением питания. Пример такого регулятора, называемого широтно-импульсной модуляцией, показан на следующей схеме.
Здесь однофазный асинхронный двигатель питается от сети 220 В через выпрямительные модули VD1-4, а затем напряжение подается на эмиттеры и коллекторы транзисторов VT1 и VT2. Скорость двигателя регулируется подачей управляющего сигнала на базы этих транзисторов.
- Частота — Частота приложенного напряжения преобразуется в частоту обмотки однофазного или трехфазного асинхронного двигателя. Это самый современный метод, который раньше был дорогим, но с появлением недорогих высоковольтных полупроводников и микроконтроллеров он стал одним из самых эффективных. Это может быть реализовано с помощью транзисторов, микросхем или микроконтроллеров, которые могут увеличивать или уменьшать частоту ШИМ.
- Скорость электродвигателя можно регулировать путем чередования числа витков в полярно-фазной обмотке. В результате направление и величина тока, протекающего через каждую катушку, изменяются. Это достигается путем намотки нескольких катушек в каждой фазе или путем последовательного или параллельного соединения катушек. Этот принцип иллюстрируется следующей схемой
Как выбрать?
В зависимости от типа подключаемого электродвигателя, например, коллекторного, трехфазного или однофазного электродвигателя, необходимо выбрать конкретную модель регулятора скорости. В зависимости от типа подключенного электродвигателя необходимо выбрать конкретный регулятор скорости.
Кроме того, необходимо выбрать круиз-контроль.
- Тип управления — различают два метода: шаговый и векторный. Первый связан с нагрузкой на ось и является более простым, но менее надежным. Второй основан на обратной связи по магнитному потоку и противоположен первому.
- Мощность — Выберите больше номинальной мощности подключаемого двигателя при максимальной скорости. Рекомендуется оставлять запас, особенно для электронных контроллеров.
- Номинальное напряжение — выбирается в соответствии с разностью потенциалов асинхронного двигателя или коллекторной обмотки. Если электродвигатель подключен к заводскому или импровизированному регулятору, этого номинального значения достаточно. В некоторых случаях диапазон напряжения регулятора частоты должен быть широким.
- Диапазон скоростей — выбирается в зависимости от конкретного типа машины. Например, достаточно скорости вращения вентилятора 500-1000 об/мин, но для машины может потребоваться до 3000 об/мин.
- Размеры и вес должны быть выбраны таким образом, чтобы они соответствовали конструкции оборудования и не мешали работе электродвигателя. Если для регуляторов скорости используются соответствующие ниши или разъемы, размеры следует выбирать в соответствии с имеющимся пространством.
Однако развитие твердотельной электроники привело к появлению на рынке IGBT-электростанций. В результате инверторные кондиционеры, сварочные инверторы и частотные преобразователи представлены на рынке в большом количестве.
Изменение скорости АД с короткозамкнутым ротором
Существует несколько способов сделать это.
- Управление вращением путем изменения электромагнитного поля статора: регулирование частоты и изменение числа пар полюсов.
- Изменение скольжения электродвигателя путем увеличения или уменьшения напряжения (может использоваться для вакуумных двигателей с фазным ротором).
Регулировка частоты.
В этом случае регулировка осуществляется с помощью преобразователя частоты, подключенного к двигателю. Для этого используются мощные тиристорные преобразователи. Пример трансформатора типа ЭМС является хорошим примером процесса регулирования частоты.
Это выражение означает, что для поддержания постоянного магнитного потока, т.е. перегрузочной способности электродвигателя, необходимо одновременно корректировать преобразование частоты и уровень напряжения питания. Если выражение, рассчитанное по формуле:.
означает, что критический момент остается неизменным. Механические характеристики соответствуют приведенной ниже диаграмме. Если значение этих характеристик непонятно, то в этом случае регулировка производится без потери мощности и крутящего момента.
Преимуществами этого метода являются
- Плавная регулировка,.
- Скорость вращения ротора изменяется вверх и вниз, и
- Жесткие механические свойства,.
- Экономика.
Одним из недостатков является необходимость использования частотного преобразователя. Это увеличивает стоимость машины. Кстати, сегодня на рынке есть модели с однофазным и трехфазным входом, стоимостью в пределах 100-150 долларов США при мощности 2-3 кВт, и менее дорогие в виде готовых кондиционеров для двигателей в частных лабораториях.
Инверсия полюсов.
Этот метод используется для многоскоростных двигателей со сложными обмотками, где число пар полюсов в обмотках может быть изменено. Наиболее распространенные области применения — двух-, трех- и четырехскоростные двигатели. Самый простой способ проиллюстрировать принцип координации — использовать двухскоростной двигатель AD. В этой машине каждая фазная обмотка состоит из двух полуобмоток. Скорость вращения изменяется путем последовательного или параллельного подключения.
Четырехскоростной двигатель имеет две независимые обмотки. Первое число полюсов обмотки используется для изменения скорости вращения двигателя с 3000 до 1500 об/мин. Вторая обмотка регулирует скорость до 1000 и 500 об/мин.
При изменении числа пар полюсов изменяется и критический момент. Чтобы поддерживать его постоянным, необходимо регулировать напряжение питания одновременно с изменением количества пар полюсов. Используются альтернативные схемы «звезда-треугольник» и их варианты.
Преимущества этого метода:.
- Пошаговая корректировка,.
- Большой вес и габариты,.
- высокая стоимость электродвигателей.
Способы управления скоростью АД с фазным ротором
Изменение скорости вращения АД с фазовращающим ротором осуществляется путем изменения скольжения. Давайте рассмотрим основные опции и методы.
Изменение напряжения питания
Этот метод также используется для двигателей с коротким замыканием. Асинхронный двигатель подключается через однообмоточный трансформатор или ЛАТР. При снижении напряжения питания скорость вращения двигателя уменьшается.
Однако эта функция снижает перегрузочную способность двигателя. Этот метод используется для контроля напряжения в пределах номинального, так как увеличение номинального напряжения приведет к отключению двигателя.
Эффективное сопротивление цепи ротора.
В этом методе к цепи ротора подключается реостат или набор постоянных высокопрочных резисторов. Эти устройства предназначены для плавного увеличения сопротивления.
Повышенное сопротивление увеличивает скольжение и снижает скорость вращения вала двигателя.
Асинхронное вентильное орошение и двигатели с двойным питанием
Скорость асинхронных двигателей переменного тока в этих приложениях может быть изменена путем изменения скольжения. Скорость электромагнитного поля в этом случае не меняется. Напряжение подается непосредственно на обмотку статора. Регулировка осуществляется с помощью мощности скольжения, которая преобразуется в цепь ротора для формирования дополнительного АДР. Эти методы используются только в специальном оборудовании и крупных промышленных объектах.
Плавный пуск асинхронных электродвигателей
Наряду с неоспоримыми преимуществами, АД имеют и существенные недостатки. Это пусковые рывки и высокие пусковые токи, которые примерно в семь раз превышают номинальный ток. Для плавного пуска электродвигателей используются следующие методы
- Чередующиеся обмотки в схеме «звезда-треугольник», с
- Подключение двигателя через однообмоточный трансформатор, и
- использование специального устройства плавного пуска.
Большинство частотных регуляторов имеют функцию плавного пуска. Это снижает пусковой ток, а также нагрузку на привод. Поэтому регулирование частоты и плавный пуск тесно связаны между собой.
