Регулятор частоти обертання асинхронних трифазних двигунів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Електродвигуни

 Коментарі до статті

Пропоную увазі читачів схему (рис.1) та конструкцію пристрою, що дозволяє регулювати частоту обертання трифазного асинхронного двигуна (АТ) у діапазоні 300...8000 об/хв (надалі - РЧВ). Упевнений, що воно буде корисним багатьом радіоаматорам, оскільки надає трифазним асинхронним двигунам нові якісні показники: живлення від однофазної мережі практично без втрати потужності, можливість регулювання пускового моменту, підвищення ККД, незалежність напряму обертання від фази поданої напруги, регулювання в широких діапазонах частот як на холостому ходу, так і при навантаженні, а головне, можливість підвищувати максимальну частоту обертання з 3000 до 6000...10000 об/хв.

(Натисніть для збільшення)

Основні характеристики РЧВ:

• Напруга живлення ~220 В
• Потужність, не більше 15 Вт (без урахування потужності двигуна)
• Тип двигуна трифазний асинхронний Fн=3000 об/хв, Рн=120 Вт.

Як відомо, існує кілька способів регулювання частоти обертання АТ - зміною напруги живлення, навантаження на валу, застосуванням спеціальної обмотки ротора з регульованим опором, а також частотне регулювання, що є найбільш ефективним методом, оскільки дозволяє зберегти енергетичні характеристики АТ і застосувати найбільш дешеві та надійні АТ із короткозамкненим ротором. Перш ніж розглянути роботу РЧВ, необхідно нагадати читачеві основні характеристики АТ.

1. Коефіцієнт корисної дії ККД = (Рв / Рп), де Рв - механічна потужність на валу двигуна, Рп - електрична потужність, що споживається з мережі. На неодруженому ходу ККД=0, оскільки Рв=0. При номінальній потужності на валу Рн ККД має максимальне значення (0,75...0,95) для різних двигунів.

2. Струми фаз АТ показані на рис.2.

3. Частота обертання магнітного поля статора n1=(60Fп)/р (об/хв), де Fп - частота струму живлення, Гц; р – число пар полюсів статора. Таким чином, за стандартної частоти Fп=50 Гц магнітне поле залежно від числа пар полюсів обертається з частотою (див. таблицю).

4. Ковзання S=(Fп-Fр)/Fп (%). Частота обертання ротора .р завжди менша за частоту Fп на величину ковзання S (2...6%), наприклад Fр=960; 1420; 2840 об/хв. Принцип дії АТ заснований на взаємодії магнітного поля, що обертається, статора з струмами, які наводяться цим полем у провідниках обмотки ротора.

5. Обертальний момент М=Рв/О, де - кутова швидкість обертання ротора О=2πFв/60.

6. Перевантажувальна здатність Кп = Мкр / Мн = 1,5 ... 2,5, де Мкркритичний момент; Мн – номінальний момент.

7. Cosϕ=Iса/Iср=0,1...0,2 при номінальній частоті обертання, де Iса - струм статора активний, Iср - струм статора реактивний. Збільшення навантаження двигуна супроводжується збільшенням активної складової статора і, отже, збільшенням cosϕ до 0,8 ... 0,9. Звідси ясна роль завантаження двигуна з метою поліпшення мережі живлення.

8. Пусковий струм Iп - струм статора при пуску АТ, Iп / Iн = 5 ... 7. Пусковий момент АТ невеликий. При запуску АТ повинен розвивати момент, що перевищує гальмівний момент механізму, інакше він не розгорнеться. Мп/Мн = 0,8 ... 1,5.

Функціональна схема РЧВ представлена ​​на рис.3.

Задающий генератор призначений зміни частоти живлячого АТ струму. Він здійснює зміну частоти обертання ротора. Формувач імпульсів трифазної послідовності (ФІТ) перетворює постійну напругу три напруги прямокутної форми, зсунуті по фазі на 120°. Попередній підсилювач узгодить малопотужні виходи ФІТ з потужним кінцевим каскадом, завданням якого є харчування фаз АТ необхідним за формою та частотою струмом. Блок живлення виробляє напруги +5, +9 і +300 для живлення РЧВ.

На рис.4 представлені всі необхідні осцилограми.

На елементах DD1.1...DD1.3 зібраний генератор, що задає - мультивібратор зі змінюваною частотою генерації в межах 30...800 Гц. Змінюють частоту змінним резистором R2. ФІТ складається з лічильника DD2, елемента "І-НЕ" DD1.4 та чотирьох елементів "Виключає АБО" DD3.1 ... DD3.4. На транзисторах VT2...VT13 зібрані три ідентичні попередні підсилювачі (по одному на кожну фазу АТ).

Розглянемо принцип дії однієї з них (верхнього за схемою). Коли виході елемента DD3.2 з'являється високий рівень, відкривається складовий транзистор VT2,VT5. З виходу елемента DD3.2 високий рівень надходить на вхід оптопари DD4, у результаті на її виході встановлюється низький рівень, який закриває складовий транзистор VT8, VT11. Аналогічно працюють і решта двох підсилювачів, тільки з різницею по фазі 120°. Для розв'язки по напрузі транзистори VT2, VT5 і VT8, VT11 живляться від окремих джерел +9, а транзистори VT14 ... VT19 - від джерела +300 В. Діоди VD10, VD13, VD16, VD17

 служать для розв'язки за напругою і більш надійного замикання транзисторів VT14 і VT15.

Одна з головних умов нормальної роботи транзисторів VT14 та VT15 – вони не повинні бути одночасно відкриті. Для цього на вхід складеного транзистора VT8, VT11 напруга, що управляє, надходить з виходу оптопари DD4, що забезпечує деяку затримку його перемикання. При появі на вході оптопари DD4 високого рівня через елементи R8 VD7 відкривається складовий транзистор VT2,VT5, а транзистор VT15 закривається. Одночасно починається заряджання конденсатора С9. Через 40 мкс після появи високого рівня на вході оптопари DD4 на її виході з'являється низький рівень, складовий транзистор VT8, VT11 закривається, транзистор VT14 відкривається. Поява на вході оптопари DD4 низького рівня не може миттєво закрити складовий транзистор VT2,VT5, так як розряд конденсатора С9 ланцюга R9, база, емітер підтримує цей транзистор протягом 140 мкс у відкритому стані, а транзистор VT15 - в закритому. Час затримки вимикання оптопари DD4 становить 100 мкс, тому транзистор VT14 закривається раніше, ніж відкривається транзистор VT15.

Діоди VD22...VD23 захищають транзистори VT14,VT15 від підвищення напруги при комутації індуктивного навантаження - обмоток АТ, а також для замикання струмів обмоток у відрізки часу, коли напруга змінює полярність (при перемиканні транзисторів VT14,VT15). Наприклад, після закриття транзисторів VT14 і VT17 струм деякий час проходить у колишньому напрямку - від фази А до фази, замикаючись через діод VD24, джерело живлення, VD23, поки не зменшиться до нуля.

Розглянемо принцип дії кінцевого каскаду з прикладу фаз А і У. При відкритті транзисторів VT14 і VT17 на початок фази А подається позитивний потенціал, а до кінця - негативний. Після їх закриття відкриваються транзистори VT15 і VT16 і тепер, навпаки, до кінця фази А подається позитивний потенціал, а до початку - негативний. Таким чином, на фази А, В і З подаються змінні напруги прямокутної форми зі зсувом по фазі 120 ° (див. рис.4). Частота напруги живлення визначається частотою перемикання цих транзисторів. Завдяки почерговому відкриттю транзисторів, струм послідовно проходить по контурах обмоток статора АВ-АС-ВСВА-СА-СВ-АВ, що створює магнітне поле, що обертається.

Форми фазних струмів представлені рис. 5.

Описана вище схема побудови кінцевого каскаду – трифазна бруківка [1]. Її перевагою є те, що у кривих фазних струмів відсутні треті гармонійні складові.

Для живлення низьковольтних каскадів використовується стабілізатор VD1,VT1,VD6, що дозволяє отримати +5 для живлення мікросхем DD1...DD3, а також +9 для живлення попередніх підсилювачів (VT2...VT7). Кожна верхня пара попередніх підсилювачів живиться від свого випрямляча: VT8, VT11 – від VD3, VT9, VT12 – від VD4, VT10, VT13 – від VD5.

Кінцеві каскади живляться від двонапівперіодного випрямляча і LC-фільтра (VD2,L1,C3,C7) +300 В. Ємності конденсаторів С3 і С7 вибирають виходячи з потужності АТ, чим більше ємність, тим краще, але не менше 20 мкФ при індуктивності дроселя 1 Гн.

У РЧВ можна застосовувати постійні резистори типу МЛТ, ОМЛТ, НД. Конденсатор С1 - будь-який керамічний або металообладнання; С2...С8 – будь-які оксидні. Дросель L1 можна виключити, але при цьому доведеться збільшити ємності кожного з конденсаторів C3 та С7 до 50 мкФ. Мікросхема DD1 типу К155ЛА3, DD2 - К155ІЕ4, DD3 К155ЛП5. Оптопари DD4...DD6 - AOT165A1. Можна використовувати й інші, у яких час затримки включення трохи більше 100 мкс, а напруга ізоляції щонайменше 400 У.

Основна вимога до транзисторів - високий та приблизно однаковий у всіх коефіцієнт посилення (не менше 50). Транзистори VT2...VT4, VT8...VT10 типу КТ315А, їх можна замінити на КТ315, КТ312, КТ3102 з будь-якими літерними індексами. Транзистори VT1, VT5...VT7, VT11...VT13 типу КТ817 чи КТ815 з будь-яким буквеним індексом. Транзистори VT14...VT19 - КТ834А чи КТ834Б. Для їх заміни можна використовувати потужні високовольтні транзистори з коефіцієнтом посилення не менше 50. Так як вихідні транзистори працюють у перемикальному режимі, необхідно встановити їх на радіатори площею 10 см2 кожен. Однак при використанні двигунів потужністю понад 200 Вт потрібні радіатори з більшою площею.

Мостові випрямлячі VD1,VD3...VD5 - КЦ405А. Випрямляч VD2 – КЦ409А. При потужності АТ більше 300 Вт замість мостового випрямляча КЦ409А необхідно використовувати міст одиночних діодів, розрахованих на зворотну напругу більше 400 В і відповідний струм. Стабілітрон VD6 – КС156А. Діоди VD7...VD21 - КД209А.

Діоди VD22...VD27 будь-які, розраховані струм не менше 5 А і зворотне напруга щонайменше 400 У, наприклад КД226В чи КД226Г.

Трансформатор - будь-яка потужність не менше 15 Вт, що має чотири роздільні вторинні обмотки по 8 В кожна.

При налагодженні пристрою спочатку відключають +300 і перевіряють наявність всіх осцилограм у зазначених точках (див.рис.4). При необхідності підбирання конденсатора С1 або резистора R2 домагаються зміни частоти на колекторі транзистора VT5 в межах 5...130 Гц. Потім при відключеному АТ замість +300 подають від зовнішнього джерела напруга +100 ... 150 В, замикають колектор і емітер транзистора VT11, колектор і емітер транзистора VT5 (щоб закрити на тривалий час транзистори VT14 і VT15) транзистора VT14, який має бути не більше кількох мкА - струм витоку транзисторів VT14 та VT15. Далі розмикають колектори та емітери вищезгаданих транзисторів і встановлюють резистором R2 максимальну частоту генерації.

Підбіркою ємності конденсатора С9 у бік збільшення домагаються мінімального струму в колі колектора транзистора VT14, який в ідеальному випадку дорівнює струму витоку транзисторів VT14 і VT15. Таким способом налагоджують і решта двох кінцевих підсилювачів. Далі підключають до виходу РЧВ (до гнізда Х7) АТ, обмотки якого з'єднані зіркою. Замість +300 подають від зовнішнього джерела напруга в межах +100 ... 150 В. АТ повинен почати обертатися. При необхідності змінити напрямок обертання змінюють місцями будь-які фази артеріального тиску.

Якщо кінцеві транзистори працюють у правильному режимі, вони залишаються тривалий час трохи теплими, інакше підбирають опору резисторів R18, R20, R22, R23...R25.

література:

1. Радін В.І. Електронні машини: Асинхронні машини. -М.: Вищ. шк., 1988.
2. Кравчик А.Е. Вибір та застосування асинхронних двигунів. М.: Вища школа, 1987.
3. Лопухіна Є.М. Асинхронні виконавчі мікродвигуни для систем автоматики -М.: Вищ. шк., 1988.

Автор: О. Дубровський

Дивіться інші статті розділу Електродвигуни.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Плазмонний графеновий чіп 30.06.2013 Фізики з Массачусетського технологічного інституту створили електронну схему, яка дозволяє керувати плазмовими хвилями за допомогою комбінації графену та фероелектричних матеріалів. Експерименти вчених показали важливу можливість створення обчислювальних пристроїв з дуже високими робочими частотами і при цьому мають більший ступінь мініатюризації, ніж сучасні комп'ютерні чіпи. Фундаментальний принцип роботи пристрою ґрунтується на використанні плазмонів: псевдочастинок, якими фізики описують поведінку плазми. Під плазмою у тих даної роботи розуміється не розпечений іонізований газ, а розосереджені в графені носії заряду, які досить точно можна описати як сукупність заряджених частинок електронного газу. У цьому електронному газі, своєю чергою, виникають коливання, які несуть певну енергію. Енергія коливань у повній відповідності до законів квантової механіки квантується і саме квант таких коливань називають плазмоном. Плазмони відіграють важливу роль у фізиці твердого тіла, оскільки дозволяють, наприклад, передбачити та розрахувати оптичні властивості речовин. Але групу дослідників з MIT зацікавило не це, а можливість управління плазмонами, тобто можливість спрямовувати плазмові хвилі у потрібне місце. Таке управління важливо не тільки тому, що воно зайвий раз перевірить теоретичні моделі, але ще й тому, що плазмонні хвилі можуть мати набагато більшу частоту, ніж електромагнітні коливання в електронній техніці, що використовується сьогодні. Якщо типовий центральний процесор працює на частотах від сотень мегагерц до кількох гігагерц, то плазмонні хвилі в дослідах вчених показали важливу можливість досягнення позначки кілька терагерц, кілька тисяч гігагерц. Як повідомляють дослідники, вони змогли управляти плазмонами за рахунок комбінації двох матеріалів, графену та фероелектриків. Графен являє собою плоский лист товщиною один атом вуглецю, а фероелектриками або сегнетоэлектриками називаються речовини, здатні електризуватися під дією електричного поля і зберігати заряд після того, як зовнішнє поле знято. Розмістивши графеновий лист між двома пластинками ніобату літію фізики змогли направити плазмові хвилі у необхідному напрямку після того, як сформували із заряджених ділянок фероелектрика межі хвилеводу. Досліди показали, що між такими хвилеводами відстань може бути не більше 20 нанометрів і при цьому плазмові коливання не спотворюватимуть один одного. Дослідники вважають, що їхня робота відкриває шлях хоч і не до промислової реалізації методу, то як мінімум до продовження експериментів з графеном та фероелектриками. Одним із можливих додатків вчені називають оптоелектронні пристрої, в яких світло викликає плазмові коливання: попередні оцінки говорять на користь того, що вони будуть набагато компактнішими, ніж сучасні такого роду перетворювачі. Крім того, розробка може допомогти у створенні швидких систем запису та зчитування інформації з фероелектричних пристроїв: теоретично швидкість роботи може перевищити поточні показники в тисячі разів.

Інші цікаві новини:

▪ Фізкультурна ігра EA SPORTS Active 2.0

▪ Швидкісний поїзд Кореєю

▪ Алергія на людей

▪ Універсальна молекула проти всіх видів застуди

▪ Новий хімічний елемент

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Ваші історії. Добірка статей

▪ стаття Стереохімія. Історія та суть наукового відкриття

▪ стаття Що викликає сонячні затемнення? Детальна відповідь

▪ стаття Слюсар-обтяжник. Типова інструкція з охорони праці

▪ стаття Перші вітчизняні ЕОМ. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Зарядний пристрій-автомат для Ni-Cd акумуляторів Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024