При этом регулировка частоты возможна и вверх, но в ограниченном диапазоне частот, этому мешает конденсатор установленный в цепи фазосдвигающей обмотки, так как его сопротивление напрямую зависит от частоты тока:
Регулятор оборотов электродвигателя: назначение, принцип работы
В большинстве современных бытовых и промышленных приборов применяются электрические машины, совершающие какую-либо полезную работу. В качестве рабочего инструмента в них могут выступать самые разнообразные приспособления, которые необходимо вращать с различной скоростью. Для изменения этого параметра используется регулятор оборотов электродвигателя.
Технически регулятор оборотов электродвигателя предназначен для изменения количества вращения вала за единицу времени. На этапе разгона корректировка частоты обеспечивает более плавную процедуру, меньшие токи и т.д. В некоторых технологических процессах необходимо регулятор оборотов снижает скорость движения оборудования, изменение подачи или нагнетания сырья и т.д.
Однако на практике данная опция может преследовать и другие цели:
- Экономия затрат электроэнергии – позволяет снизить потери в моменты пуска и остановки вращений мотора, переключения скоростей или регулировки тяговых характеристик. Особенно актуально для часто запускаемых электродвигателей, использующих кратковременные режимы работы.
- Контроль температурного режима, величины давления без установки обратной связи с рабочим элементом или с таковой в асинхронных электродвигателях.
- Плавный пуск – предотвращает бросок тока в момент включения, особенно актуально для асинхронных моторов с большой нагрузкой на валу. Приводит к существенному сокращению токовых нагрузок на сеть и исключает ложные срабатывания защитной аппаратуры.
- Поддержание оборотов трехфазных электродвигателей на требуемой отметке. Актуально для точных технологических операций, где из-за колебаний питающего напряжения может нарушиться качество производства или на валу возникает разное усилие.
- Регулировка скорости оборотов электродвигателя от 0 до максимума или от другой базовой скорости.
- Обеспечения достаточного момента на низких частотах вращения электрической машины.
Возможность реализации тех или иных функций у регуляторов оборотов определяет как принцип их действия, так и схематическое исполнение.
Принцип работы
Для регулировки оборотов может использоваться способ понижения или повышения напряжения, изменение силы тока и частоты, подаваемых в обмотки асинхронных и коллекторных электродвигателей. Поэтому далее рассмотрим варианты частотных преобразователей и регуляторов напряжения.
Среди используемых в промышленной и бытовой сфере следует выделить:
- Введение рабочего сопротивления – реализуется при помощи переменных резисторов, делителей и прочих преобразователей. Хорошо обеспечивает снижение в однофазных двигателях за счет контроля скольжения (разницы между магнитным полем статора и скоростью вращения асинхронных агрегатов). Для этого устанавливаются электродвигатели большей мощности, чтобы на них можно было подавать меньшее напряжение. Соотношение по скорости оборотов будет составлять до 2 раз в сторону уменьшения.
- Автотрансформаторный – выполняется путем перемещения подвижного контакта по обмотке, что снижает или увеличивает скорость вращения электродвигателя. Преимущество такого принципа заключается в четкой синусоиде переменного тока и большой перегрузочной способности.
- Тиристорный или симисторный – изменяет величину питающего напряжения посредством пары встречно включенных тиристоров или совместного включения с симистором. Этот способ применим не только в асинхронных двигателях, но и других бытовых приборах – диммерах, переключателях и т.д.
Как видите на схеме, подаваемое на тот же асинхронный однофазный электродвигатель напряжение, проходит через переменный резистор R1 на тиристор D1 и на управляющий электрод симистора T1. Перемещая ручку тиристорного регулятора R1 изменяем и скорость вращения однофазного электродвигателя.
- Транзисторный – позволяет изменять форму подаваемого напряжения за счет преобразования числа импульсов и временной паузы между подаваемым напряжением. Благодаря чему получил название широтно-импульсной модуляции, пример такого регулятора приведена на схеме ниже.
Здесь питание однофазного асинхронного двигателя производится от линии 220В через выпрямительный блок VD1-4, далее напряжение поступает на эмиттер и коллектор транзисторов VT1 и VT2. Подавая управляющий сигнал на базы этих транзисторов, и регулируют обороты мотора.
- Частотный – преобразует частоту подаваемого напряжения на обмотки однофазного или трехфазного асинхронного электродвигателя. Это наиболее современный способ, ранее он относился к дорогостоящим, но с появлением дешевых высоковольтных полупроводников и микроконтроллеров перешел в разряд наиболее эффективных. Может реализовываться с помощью транзисторов, микросхем или микроконтроллеров, способных уменьшать или увеличивать частоту ШИМ.
- Полюсный – позволяет регулировать частоту вращения электродвигателя при переключении количества катушек в фазных обмотках, в результате чего изменяется направление и величина тока, протекающего в каждой из них. Реализуется как за счет намотки нескольких катушек для каждой из фаз, так и одновременным последовательным или параллельным соединением катушек, такой принцип приведен на рисунке ниже.
При желании можно собрать регулятор оборотов коллекторного двигателя 220 В своими руками. Эта схема собрана на базе симистора ВТА26−600, который предварительно необходимо установить на радиатор, так как при нагрузке этот элемент довольно сильно греется.
Схема регулятора оборотов для электродвигателя
Конечно, регулятор оборотов электродвигателя на 220в можно купить в магазине, но:
- В магазинах сложно найти платы для сетевого напряжения (основная часть рынка – регуляторы до 35 вольт).
- Те, что продаются для сетевых двигателей имеют посредственное качество. Мощность и скорость они не поддерживают, поэтому для станков (например, токарного) они не подходят в принципе.
- Промышленные контроллеры с поддержанием скорости и мощности очень дороги, и купить их сложно.
Почему бы тогда не собрать? Все детали продаются в любом радиомагазине, к тому же программировать или прошивать ничего не понадобится, хоть и понадобится микросхема.
Технические характеристики контроллера
Схема будет иметь следующие характеристики:
- Рабочее напряжение – от 110 до 230 вольт.
- Возможности регулировки – 9 – 99%. В целом, этот показатель зависит от выбранного димера.
- Нагрузка – до 2,5 киловатт.
- Рабочая мощность – 300 ватт без радиатора. Если установить хорошее охлаждение, можно ее увеличить на 20-25%.
Эта схема регулятора оборотов коллекторного двигателя на 220в достаточно тихая и имеет плавный пуск. Собрать же ее достаточно просто.
Рассматривать механические способы изменения скорости вращения, например редукторы, муфты, шестерёнчатые трансмиссии мы не будем. Также не затронем способ изменения количества полюсов обмоток.
Как выбрать
Чтобы найти ту разновидность регулятора оборотов, которая подстроит двигатель для работы в определенных условиях, необходимо изучить расчетные показатели, которые выдает мотор при штатной нагрузке. Важным нюансом являются условия эксплуатации, с учетом которых изготовлен электродвигатель, а также их способ функционирования и конструкция.
Регуляторы векторного типа сочетаются с коллекторными двигателями. Важно обратить внимание на мощность регулятора, которая должна несколько превышать аналогичный показатель мотора для стабильной и безопасной работы привода. Векторный тип управления настраивается в зависимости от характера обратной связи, а также показателей постоянного магнитного потока. Скалярное управление рассчитывается от фактической нагрузки на вал двигателя. Этот способ является более простым, но не отличается надежностью.
Регулятор постоянно защищает двигатель, для чего в нем стоит узел контроля напряжения. Чтобы этот комплекс срабатывал в нужные моменты, следует выбирать модель с широким диапазоном. Следует проверить, чтобы число и размеры входных контактов соответствовали спецификациям имеющейся разновидности электродвигателя. Также входное напряжение проходит через аппаратную широтно-импульсную модуляцию, для реализации которой используется ШИМ-регулятор.
Диапазон доступных величин выбирается относительно имеющегося оборудования. К примеру, для простого вентилятора будет достаточно от 500 до 1000 оборотов в минуту. Более быстроходные агрегаты, такие как станки и другие производственные системы, могут вращаться до 3000 об/мин.
Не менее важным техническим нюансом являются габаритные размеры регулятора. Настраивая двигатель для работы в связке с настроечным модулем оборотов, необходимо учитывать наличие свободного пространства для установки последнего. Обычно для монтажа регулятора оборотов предусматривается ниша, полка или свободное место другого характера.
Принцип действия
Говоря о бытовых и промышленных устройствах, таких как электропривод для медогонки 220В, подогреватель двигателя 220В с помпой и других системах, стоит помнить, что в момент запуска этих и других электроприводов происходит деформация обмотки силового узла с одновременным его нагревом. Приемником напряжения выступает контроллер, который осуществляет выпрямление тока через диод. Далее энергия направляется на систему конденсаторов, играющих роль фильтра. Выходной поток мощности представляет собой ток, проведенный через ШИМ-регулятор и выпущенный на обмотки ротора, настраивая двигатель для работы на определенной частоте вращения.
Настройка оборотов электрического привода медогонки или другого производственного оборудования выполняется несколькими способами изменения параметров подаваемого в обмотки двигателя энергоснабжения:
- снижение или увеличение показателя напряжения;
- изменение текущей частоты;
- регулировка силы тока.
Наиболее часто используемые типы регулировки оборотов:
- автотрансформаторная система реализована в виде движущегося контакта, который соприкасается с обмоткой. Это изменяет скорость вращения ротора. Такой тип управления используется в подогревателях двигателя 220В с помпой и других системах, где нужна четкая синусоида переменного напряжения и высокое сопротивление вероятной перегрузке;
- симисторное, или тиристорное, регулирование скорости меняет уровень подаваемого напряжения посредством активации тиристорной пары, собранной встречно, либо же их включение одновременно с симистором. Эта схема применяется не только в промышленных асинхронных электромоторах, но и в небольших бытовых приборах, таких как электрический привод медогонки, диммер, различные переключатели и пр.;
- внедрение сопротивления выполняется посредством одного или нескольких типов преобразователей – переменных резисторов, разделяющих устройств и др. Эта методика положительно зарекомендовала себя в однофазных конфигурациях моторов, где с ее помощью производится контроль скольжения. Изменение разницы между скоростью якоря и величиной магнитного поля статора эффективно способствует снижению оборотов. Для реализации настройки сопротивлением используются высокомощные электрические двигатели, так как на них можно дать меньше напряжения. При этом стандартное соотношение будет равно до двух раз в меньшую сторону.
Каждый тип управления имеет свои преимущества. Осуществлять выбор необходимо под конкретный двигатель (однофазный, трехфазный и т.д.), а также согласно параметрам потребителя.
