Механические методы изменения скорости вращения не рассматриваются. Коробки передач, сцепления и шестерни. Также не будет рассмотрено, как изменяется число полюсов в обмотке.
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 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 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
- Вход рабочего сопротивления — реализуется с помощью переменных резисторов, делителей напряжения и других инверторов. Контроль скольжения (разница между магнитным полем статора и скоростью вращения асинхронного агрегата), что соответствующим образом снижает частоту вращения 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 — пара тиристоров, соединенных между собой, или комбинация тиристоров и симисторов изменяет значение напряжения питания. Этот метод применим не только к асинхронным двигателям, но и к другим приборам, таким как розетки, выключатели и т.д.
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. Пример такого контроллера, если говорить о конфигурации с широтой импульсов, показан на схеме ниже.
Здесь однофазный асинхронный двигатель подключен к сети 220 В через выпрямительный блок VD1-4, так что напряжение подается 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. Он может быть реализован с помощью транзисторов, микросхем или микроконтроллеров, которые могут увеличивать или уменьшать частоту ШИМ.
- Полярность — вращая количество спиралей фазовой обмотки, можно управлять скоростью вращения электродвигателя, что приводит к изменению направления и величины тока, протекающего в каждой спирали. Это достигается путем намотки большого количества катушек в каждой фазе или путем последовательного или одновременного соединения катушек. Этот принцип проиллюстрирован на диаграмме ниже.
Как выбрать?
Данная модель регулятора скорости должна быть выбрана в соответствии с типом подключаемого электрического двигателя (коллекторный двигатель, 3-фазный или однофазный электродвигатель). Этот конкретный регулятор скорости должен быть выбран в соответствии с типом подключаемого электродвигателя.
Кроме того, регулятор скорости должен быть выбран в соответствии с
- Тип управления — различают два метода: поэтапный и векторный. Первый связан с нагрузкой на вал и является более простым, но менее надежным. Второй основан на обратной связи по магнитному потоку и является противоположным первому.
- Мощность — выбирается не менее или более номинальной мощности двигателя, подключенного к максимальной скорости, и поэтому рекомендуется, особенно с запасом по электронному регулятору.
- Номинальное напряжение — выбирается в соответствии с разностью потенциалов асинхронного двигателя или коллектора. Если электрическая машина должна быть подключена к заводскому или бытовому регулятору, этого номинального значения достаточно; в ряде случаев для частотных регуляторов требуется широкий диапазон напряжения.
- Диапазон скоростей — выбирается в зависимости от конкретного типа машины. Например, достаточно скорости вращения вентилятора 500-1000 об/мин в минуту, но для машины может потребоваться до 3000 об/мин в минуту.
- Размеры и вес должны быть выбраны таким образом, чтобы соответствовать конструкции оборудования и не мешать работе электродвигателя. Если для регулятора скорости используется соответствующее углубление или паз, размеры следует выбирать в соответствии с имеющимся пространством.
При выборе частотного преобразователя для установки в первую очередь необходимо учитывать напряжение сети и номинальный ток нагрузки, на который рассчитан двигатель. Способ подключения следует выбирать в соответствии с рабочим током.
Принцип работы однофазной асинхронной машины
Работа асинхронных двигателей основана на взаимодействии между вращающимся магнитным полем статора и током, который он индуцирует в роторе двигателя. Различные скорости пульсирующего магнитного поля создают различные крутящие моменты. На этом принципе основано использование преобразователей частоты для управления скоростью вращения асинхронных двигателей.
Фактически двигатель можно рассматривать как двухфазный, но только с одной рабочей обмоткой статора, причем вторая обмотка статора, связанная с основной обмоткой под углом 90°, является пусковой обмоткой.
Стартерная обмотка занимает 1/3 пазов статора, а основная обмотка занимает 23 паза статора.
Ротор однофазного двигателя замыкается накоротко и помещается в постоянное магнитное поле статора, в этот момент ротор начинает вращаться.
Рис. 1 Принципиальная схема двигателя, показывающая принцип работы однофазного асинхронного двигателя.
Основные виды однофазных электроприводов
Кондиционеры воздуха, холодильные компрессоры, вентиляторы, воздуходувки, водяные, канализационные насосы и стиральные машины используют в своей конструкции асинхронные трехфазные двигатели.
Все типы преобразователей частоты преобразуют переменный ток сети в постоянное напряжение. Они используются для получения однофазного напряжения с регулируемой частотой и заданной амплитудой для управления вращением асинхронных двигателей.
Управление скоростью вращения однофазных двигателей
Существует несколько способов управления скоростью однофазных двигателей.
- Контроль проскальзывания двигателя или контроль напряжения. Этот метод предназначен для вентиляторных машин и рекомендуется для двигателей большей мощности. Недостатком этого метода является нагрев обмоток двигателя.
- Управление скоростью вращения шагового двигателя с помощью однообмоточного трансформатора.
Рис. 2. Система управления однообмоточным трансформатором.
Преимущества схемы — выходное напряжение является чисто синусоидальным. Перегрузочная способность трансформатора имеет большой запас мощности.
Недостатки — Большие размеры автоматического трансформатора.
Используются тиристорные регуляторы скорости двигателя. Использует тиристорные переключатели, соединенные параллельно.
Рис. 3. Принципиальная схема настройки тиристора однофазного асинхронного двигателя.
При использовании однофазных асинхронных двигателей для управления скоростью схема модифицируется, чтобы избежать негативного влияния индуктивной нагрузки. Для защиты выключателя питания добавлена схема LRC, конденсатор используется для компенсации пульсаций напряжения, а минимальная мощность двигателя ограничена для обеспечения надежного запуска двигателя. Тиристору требуется ток, превышающий ток двигателя.
Транзисторный регулятор напряжения.
В этой схеме используется широтно-импульсная модуляция (ШИМ) с выходным каскадом из полевых транзисторов IGBT или биполярных транзисторов.
Рисунок 4.Схема использования ШИМ для управления однофазным асинхронным электродвигателем.
Частотное управление асинхронными однофазными электродвигателями считается основным методом управления частотой двигателя, мощностью, КПД, скоростью и энергосберегающими характеристиками.
Еще совсем недавно (10 лет назад) частотные регуляторы скорости вращения двигателя были доступны на рынке в ограниченном количестве и стоили очень дорого. Причиной этого было отсутствие недорогих высоковольтных силовых транзисторов и модулей.
Частотные преобразователи
Microdrive FC 51 0,75-18,5 кВт встроенный ПИД-регулятор. RS-485 FC-Protocol, интерфейс Modbus RTU.
HVAC Drive FC 102 22-45KW встроенный ПИД-регулятор. RS-485 интерфейс FC-Protocol, ModBus RTU
Подключение двигателя DASTECH D12 0,37-2,2 кВт однофазное 220 (230) вольт
Подключение двигателя DASTECH D32 0,75-22 кВт трехфазное 380 (400) v
Преобразователи частоты серии IDS-Drive Z и B
IDS-Drive Z 1-фазный 220 В AC встроенный ПИД-регулятор. Интерфейс RS-485
IDS-Drive Z 3PH, 380 В переменного тока встроенный ПИД-регулятор. Интерфейс RS-485
IDS-Drive B 1PH 220 В AC встроенный ПИД-регулятор. Интерфейс RS-485.
IDS-Drive B 3PH 380 VAC встроенный ПИД-регулятор. Интерфейс RS-485
Преобразователи частоты (частотные преобразователи) — описание и применение
Преобразователи частоты — это технические устройства, которые могут преобразовывать входные параметры сети (3-фазные или однофазные переменные токи частотой 50/60 Гц) в различные частоты (3-фазные или однофазные токи от 1 Гц до 800 Гц соответственно).
Преобразователи частоты используются для плавного запуска электродвигателей и регулирования их скорости. Изменяя частоту и напряжение, преобразователи частоты могут плавно регулировать скорость асинхронных двигателей (АД). При наличии реверса можно изменить направление вращения двигателя.
-
Регуляторы оборотов подразделяются на:
Danfoss VLT приводит в действие частотный преобразователь
Компания Danfoss (Данфосс) предлагает широкий ассортимент преобразователей частоты VLT для универсального, общего и специализированного применения в системах вентиляции и кондиционирования воздуха, отопления и водоснабжения.
Частотные регуляторы DANFOSS VLT позволяют управлять скоростью и одновременно защищать двигатель, оптимизировать энергопотребление и контролировать всю систему.
