Асинхронные двигатели переменного тока являются наиболее широко используемыми электродвигателями во всех экономических приложениях. К их преимуществам относятся простота конструкции и низкая стоимость. Важно контролировать скорость вращения двигателей переменного тока. Доступные методы перечислены ниже.
Регулятор оборотов электродвигателя: назначение, принцип работы
В большинстве современных приборов используются электрические машины, которые выполняют какую-то полезную работу. Они могут управляться с различных устройств, которые должны вращаться с разной скоростью. Для изменения этих параметров используются регуляторы оборотов двигателя.
Технически, регулятор оборотов двигателя предназначен для изменения количества оборотов 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 регулировке тяговых характеристик. 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 трехфазных двигателей может поддерживаться на минимально необходимом уровне. Это важно для прецизионных применений, где колебания напряжения питания могут повлиять на качество выходного сигнала или вызвать дифференциальную мощность 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 регуляторов скорости реализуются в соответствии с принципом их 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.
- Тиристоры или симисторы — с помощью пары тиристоров или в комбинации с симистором изменяется значение напряжения питания. Этот метод применим не только к асинхронным двигателям, но и к таким приборам, 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. Принцип иллюстрируется следующей схемой
Как выбрать?
В зависимости от типа подключаемого электродвигателя (коллекторный, трехфазный или однофазный электродвигатель), необходимо выбрать конкретную модель регулятора скорости. Регулятор скорости следует выбирать в соответствии с типом подключенного электродвигателя.
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 является противоположным 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 регулятора скорости используется подходящая ниша или гнездо, размеры следует выбирать в соответствии с имеющимся пространством.
Важно: При настройке регулятора мощности необходимо соблюдать меры предосторожности, так как следует помнить, что все компоненты подключены к сети переменного тока.
Простейший вариант
Самый простой способ изменить скорость двигателя постоянного тока — это регулировать ее. Для его изменения достаточно просто изменить напряжение питания. Любое место в вооружении или возбуждении подходит, но это относится только к маломощным машинам с минимальной нагрузкой. Как правило, регулирование скорости достигается с помощью цепи якоря. Если мощность двигателя низкая, или если имеется реостат высокой мощности, он также может управляться реостатом.
Это наименее экономичный вариант. Механические свойства двигателей с независимым возбуждением очень неблагоприятны из-за высоких потерь, что приводит к снижению механических характеристик и степени эффективности.
Другой вариант — встроить реостат в обмотку возбуждения. При рассмотрении характеристик двигателей с независимым возбуждением видно, что скорость вращения можно регулировать только в направлении вверх. Это происходит из-за насыщения обмоток.
Поэтому розетки для регулирования скорости с независимым возбуждением оправданы в системах с минимальной нагрузкой. Оптимальным является прерывистый режим работы.
В цепи якоря
Это лучший способ контролировать скорость работы двигателя IE. Скорость прямо пропорциональна напряжению, подаваемому на якорь. Механические свойства не изменяют их наклон, но они движутся параллельно друг другу.
Для этого цепь якоря должна быть подключена к источнику переменного напряжения.
Это возможно при использовании электродвигателей малой или средней мощности. Двигатели большой мощности рекомендуется подключать к системе с независимым генератором напряжения возбуждения.
В двигателях генераторов используются обычные трехфазные асинхронные двигатели. Чтобы уменьшить скорость, достаточно снизить напряжение на якоре. Это отличается от номинальной тенденции к снижению. Эта система называется «генератор двигателя». Таким образом, параметры двигателя могут быть изменены для двигателей 220 В.
Для низкого напряжения
12-вольтовыми машинами легче управлять благодаря более низкому напряжению и легкодоступным компонентам. Существует множество вариаций этих схем, поэтому важно понять принципы их работы.
Такие двигатели имеют ротор, щеточный механизм и магнит. На выходе есть только два кабеля, и скорость контролируется ими. Источник питания может быть 12, 24, 36 В или другим. Все, что вам нужно сделать, это изменить его. Лучше всего он работает, когда находится между нулем и максимумом. Более простые варианты не получают 12-0в. Другие варианты предлагают такую возможность.
Одни приваривают модульные радиокомпоненты, другие прикрепляют печатные платы, в зависимости от индивидуальных пожеланий и возможностей.
Этот вариант подходит для тех случаев, когда точность не критична, например, для вентиляторов. Диапазон напряжения составляет 0-12 вольт, а крутящий момент изменяется пропорционально.
Другим вариантом является стабилизация скорости независимо от нагрузки на ось.
Источник питания — 12 вольт, схема очень проста. Выходное напряжение изменяется от 12 до 0 вольт, поэтому двигатель плавно увеличивает и уменьшает скорость. В результате крутящий момент может быть снижен практически до нуля. При повороте потенциометра в противоположном направлении двигатель также медленно разгоняется до максимальной скорости. Это очень распространенная микросхема, и ее характеристики подробно описаны. Его питание составляет 12-18 В.
Есть и другой вариант, но на 24 В, а не на 12.
Он питается от диодного моста и имеет двигатель постоянного тока и источник питания переменного тока. При необходимости мост можно отбросить, а постоянный ток подавать от источника питания.
От сети
Для регулирования ротора можно также использовать однофазный двигатель переменного тока.
Коллекторные двигатели.
Эти двигатели используются в электродрелях, лобзиках и других инструментах. Чтобы увеличить или уменьшить скорость, достаточно изменить напряжение питания, как и в предыдущем случае. Существуют также решения для этой цели.
Конструкция подключена непосредственно к сети. Управляющим элементом является симистор, управляемый динистором. Симистор установлен на теплоотводе и имеет максимальную мощность нагрузки 600 Вт.
Для всех них можно использовать подходящие LATP.
Двухфазные двигатели.
Устройства с двумя обмотками — пусковой и рабочей — преимущественно являются двухфазными двигателями. В отличие от трехфазного варианта, они имеют возможность изменять скорость вращения ротора. Характеристики вращающегося магнитного поля эллиптические, а не круговые, что обусловлено его конструкцией.
Существует два варианта управления скоростью.
Такие устройства широко распространены в бытовом и промышленном применении.
Обычные асинхронные машины
Трехфазные электродвигатели просты в эксплуатации, но имеют ряд особенностей, которые необходимо учитывать. Простое изменение напряжения питания приведет к небольшой разнице в крутящем моменте, но не более. Регулировка скорости в широком диапазоне требует очень сложного оборудования, которое трудно и дорого собрать и легко установить.
Для этого промышленность создала производство частотных преобразователей, которые помогают изменять скорость вращения двигателя в необходимом диапазоне.
Асинхронные двигатели увеличивают свою скорость в соответствии с параметрами, установленными в преобразователе частоты. Этот показатель может варьироваться в широком диапазоне. Инверторы — лучшее решение для таких двигателей.
