Регулятор обертів електродвигуна: зміна швидкості обертання і схеми на тиристорах

При пуску електродвигуна відбувається перевищення споживання струму в 7 разів, що сприяє передчасному виходу з ладу електричної і механічної частин мотора. Для запобігання цьому слід застосовувати регулятор обертів електродвигуна. Існує багато моделей заводського плану, але для того щоб зробити такий пристрій самостійно, необхідно знати принцип дії електродвигуна і способи регулювання оборотів ротора.

Загальні відомості

Електродвигуни змінного струму набули широкого поширення в багатьох сферах життєдіяльності людини, а саме – моделі асинхронного типу. Основне призначення двигуна як електричної машини – трансформація електричної енергії в механічну. Асинхронний в перекладі означає неодночасний, так як частота обертання ротора відрізняється від частоти змінної напруги (U) в статорі. Існує два різновиди асинхронних двигунів за типом харчування:

Однофазні застосовуються для домашніх побутових потреб, а трифазні використовуються на виробництві. У трифазних асинхронних двигунах (далі ТАД) використовуються два види роторів:

Замкнені складають близько 95% від всіх застосовуваних двигунів і мають значну потужність (від 250 Вт і вище). Фазний тип конструктивно відрізняється від АТ, але застосовується досить рідко в порівнянні з першим. Ротор являє собою сталеву фігуру циліндричної форми, яка поміщається всередину статора, причому на його поверхню напрессован сердечник.

Короткозамкнений і фазний ротори

Впаяні або залиті в поверхню сердечника і з’єднує безпосередньо замкнуті з торців двома кільцями високопровідні мідні (для машин великої потужності) або алюмінієві стрижні (для машин меншої потужності) грають роль електромагнітів з полюсами, зверненими до статора. Стрижні обмотки не мають будь-якої ізоляції, так як напруга в такий обмотці нульове.

Більш часто використовуваний для стрижнів двигунів середньої потужності алюміній відрізняється малою щільністю і високою електропровідністю.

Для зменшення вищих гармонік електрорушійної сили (ЕРС) і виключення пульсації магнітного поля стрижні ротора мають певним чином розрахований кут нахилу щодо осі обертання. Якщо використовується електромотор маленької потужності, то пази являють собою закриті конструкції, які відокремлюють ротор від зазору з метою збільшення індуктивної складової опору.

Ротор у вигляді фазного виконання або типу характеризуються обмоткою, кінці її з’єднані по типу «зірка» і приєднані до контактних кілець (на валу), по яких ковзають графітові щітки. Для усунення вихрових струмів поверхню обмоток покривається оксидною плівкою. Крім того, в ланцюг обмотки ротора додається резистор, що дозволяє змінювати активний опір (R) роторному ланцюзі для зменшення значень пускових струмів (I п). Пускові струми негативно впливають на електричну і механічну частини електромотора. Змінні резистори, використовувані для регулювання Iп:

1. Металеві або ступінчасті з ручним перемиканням.
2. Рідинні (за рахунок занурення на глибину електродів).

Щітки, виконані з графіту, зношуються, і деякі моделі обладнані короткозамкненим конструктивним виконанням, яке піднімає щітки і замикає кільця після запуску мотора. АТ з фазним ротором є більш гнучкими в плані регулювання Iп.

Конструктивні особливості

Асинхронний двигун не має виражених полюсів на відміну від електромотора постійного струму. Число полюсів визначається кількістю котушок в обмотках нерухомої частини (статор) і способом з’єднання. У асинхронної машині з 4-ма котушками проходить магнітний потік. Статор виконується з листів спецсталі (електротехнічна сталь), які зводять до нуля вихрові струми, при яких відбувається значне нагрівання обмоток. Він призводить до масового межвитковое замикання.

Железняк або сердечник ротора напресовується безпосередньо на вал. Між ротором і статором існує мінімальний повітряний зазор. Обмотка ротора виконується у вигляді «білячої клітини» і зроблена з мідних або алюмінієвих стрижнів.

У електромоторах потужністю до 100 кВт застосовується алюміній, що володіє незначною щільністю – для заливки в пази сердечника ротора. Але незважаючи на такий пристрій, двигуни цього типу гріються. Для вирішення цієї проблеми використовуються вентилятори для примусового охолодження, які насаджуються на вал. Ці двигуни прості і надійні. Однак двигуни споживають при пуску великий струм, в 7 разів більше номінального. Через це вони мають низький пусковий момент, так як більша частина енергії електрики йде на нагрів обмоток.

Електромотори, у яких підвищений момент пуску, відрізняються від звичайних асинхронних конструкцією ротора. Ротор виготовляється у вигляді подвійної «білячої клітини». Ці моделі мають схожість з фазними типами виготовлення ротора. Він складається з внутрішньої і зовнішньої «болючих клітин», причому зовнішня є пусковий і володіє великим активним і малим реактивним R. Зовнішня має незначний активним і високим реактивним R. При збільшенні частоти обертання I перемикається на внутрішню клітку і працює в вигляді короткозамкнутого ротора.

Принцип роботи

При протіканні I по обмотці статора в кожній з них створюється магнітний потік (Ф). Ці Ф зрушені на 120 градусів відносно один одного. Отриманий Ф є обертовим, що створює електрорушійну силу (ЕРС) в алюмінієвих або мідних провідниках. В результаті цього і створюється пусковий магнітний момент електромотора, і ротор починає обертатися. Цей процес називається ще в деяких джерелах ковзанням (S), що показує різницю частоти n1 електромагнітного поля стартера, яке стає більше, ніж частота, отримана при обертанні ротора n2. Обчислюється у відсотках і має вигляд: S = ((n1-n2) / n1) * 100%.

Значення S при початковому старті електромотора дорівнює приблизно 1, але при зростанні значень n2 стає менше. У цей момент I в роторі зменшується, отже, і ЕРС стає менше номіналом. При холостому ході S мінімально, але при збільшенні моменту статичного взаємодії ротора і статора ця величина досягає критичного значення. Якщо виконується нерівність: S> Sкр, то мотор працює нормально, однак при перевищенні значення Sкр він може «перекинутися». Перекидання викликає нестабільну роботу, але з плином часу зникає.

Методи настройки оборотів

Для запобігання негативного впливу під час пуску потрібно зменшити обороти електродвигуна 220 в або 380 в. Існує кілька способів досягнення цієї мети:

1. Зміна значення R ланцюга ротора.
2. Зміна U в обмотці статора.
3. Зміна частоти U.
4. Перемикання полюсів.

При зміні значення R роторної частини за допомогою додаткових резисторів призводить до зниження частоти обертання, але в результаті цього зменшується потужність. Отже, виходить значна втрата електроенергії. Цей тип регулювання слід застосовувати для фазного ротора.

При зміні значень U на обмотки котушки можливе механічне або електричне керування частотою обертання ротора. У цьому випадку використовується регулятор U. Використання такого способу дозволяє застосовувати його тільки при вентиляторному характері навантаження (наприклад, регулятор оборотів вентилятора 220в). Для всіх інших випадків застосовують трифазні автоматичні трансформатори, що дозволяють плавно змінювати значення U, або тиристорні регулятори.

Виходячи з формули залежності частоти обертання від частоти живлячої U можна виробляти регулювання кількості обертів ротора. Частота магнітного поля статора обчислюється за формулою: Nст = 60 * f / p (f – частота струму мережі живлення, p – число пар полюсів). Цей спосіб забезпечує можливість плавного регулювання частоти обертання роторної частини. Для отримання високого коефіцієнта корисної дії потрібно змінювати частоту і U. Цей спосіб є оптимальним для двигунів з короткозамкненим ротором, так як втрати потужності мінімальні. Існує два методи зміни кількості пар полюсів:

1. У статор (в пази) потрібно укласти 2 обмотки з різним числом p.
2. Обмотка складається з двох частин, з’єднаних паралельно або послідовно.

Основним недоліком цього методу є підтримка ступеневої характеру зміни частоти електромотора з короткозамкненим ротором.

Види та критерії вибору

Для вибору регулятора потрібно керуватися певними характеристиками для конкретного випадку. Серед всіх критеріїв можна вибрати наступні:

1. За типом управління. Для двигунів колекторного типу застосовуються регулятори з векторної або скалярної системою управління.
2. Потужність є основним параметром, від якого потрібно відштовхуватися.
3. За діапазону U.
4. За діапазону частот. Потрібно вибирати модель, яка відповідає вимогам користувача для конкретного випадку.
5. Інші характеристики, в які включені гарантія, габарити, комплектація.

Крім того, регулятор підбирається могутніше, ніж сам електродвигун за формулою: Pрег = 1,3 * Pдвіг (Pрег, Pдвіг – потужність регулятора і двигуна відповідно). Його потрібно вибирати на різні діапазони U, так як універсальність грає важливу роль.

Пристрій на тиристорах

У цій моделі, представленої на схемі 1, застосовуються 2 тиристора, включених зустрічно-паралельно, хоча їх можна замінити одним симистором.

Схема 1 – тиристорні регулювання обертів колекторного двигуна без втрати потужності.

Ця схема виробляє регулювання за допомогою відкриття або закриття тиристорів (симистора) при фазовому переході через нейтраль. Для коректного управління колекторним двигуном застосовують такі способи модифікації схеми 1:

1. Установка захисних LRC-ланцюгів, що складаються з конденсаторів, резисторів і дроселів.
2. Додавання на вході ємності.
3. Використання тиристорів або симистора, ток яких перевищує номінальне значення сили струму двигуна в діапазоні від 3..8 раз.

Цей тип регуляторів має переваги і недоліки. До перших відносяться низька вартість, мала вага і габарити. До других слід віднести наступні:

• застосування для моторів невеликої потужності;
• відбувається шум і ривки мотора;
• при використанні схеми на сімісторов відбувається потрапляння постійного U на двигун.

Цей тип регулятора ставиться в вентилятори, кондиціонери, пральні машини і електродрилі. Відмінно виконує свої функції, не дивлячись на недоліки.

транзисторний тип

Ще однією назвою регулятора транзисторного типу є автотрансформатор або ШІМ-регулятор (схема 2). Він змінює номінал U за принципом широтно-імпульсної модуляції (ШІМ) за допомогою вихідного каскаду, в якому застосовуються транзистори типу IGBT.

Схема 2 – Транзисторний ШІМ-регулятор оборотів.

Комутація транзисторів відбувається з високою частотою і завдяки цьому можна змінити ширину імпульсів. Отже, при цьому зміниться і значення U. Чим довше імпульс і коротше паузи, тим вище значення U і навпаки. Позитивні аспекти застосування цього різновиду наступні:

1. Незначна вага приладу при низьких габаритах.
2. Досить низька вартість.
3. При низьких оборотах відсутність шуму.
4. Управління за рахунок низьких значень U (0..12 В).

Основний недолік застосування полягає в тому, що відстань до електромотора має бути не більше 4 метрів.

Регулювання за рахунок частоти

Регулювання оборотів моторів різних типів за рахунок частоти набуло широкого застосування. Частотне перетворення займає лідируючу позицію на ринку збуту пристроїв-регуляторів обертів і здійснення плавного пуску. Завдяки своїй універсальності можливо впливати на потужність, продуктивність і швидкість будь-якого пристрою з електродвигуном. Ці пристрої застосовуються для однофазних і трифазних двигунів. Застосовуються такі види частотних перетворювачів:

Для регулювання оборотів використовується конденсатор, включений з обмотками однофазного двигуна (схема 3). Цей перетворювач частоти (ПЧ) має ємнісний R, яке залежить від частоти протікає змінного струму. Вихідний каскад такого ПЧ виконаний на IGBT-транзисторах.

Схема 3 – Частотний регулятор оборотів.

У спеціалізованого ПЧ є свої переваги і недоліки. Перевагами є наступні:

Існує можливість управляти роботою електромотора при певних умовах, а також захист від перевантажень і струмів КЗ. Крім того, можливо розширювати функціонал за допомогою підключення цифрових датчиків, моніторингу параметрів роботи і використання PID-регулятора. До мінусів можна віднести обмеження при управлінні частотою і досить високу вартість.

Для трифазних АД застосовуються також пристрої регулювання частоти (схема 4). Регулятор має на виході три фази для підключення електромотора.

Схема 4 – ПЧ для трифазного двигуна.

У цього варіанту теж є свої сильні і слабкі сторони. До перших можна віднести наступні: низьку вартість, вибір потужності, широкий діапазон частотного регулювання, а також всі переваги однофазних перетворювачів частоти. Серед всіх негативних сторін можна виділити основні: попередній підбір і нагрів при пуску.

Виготовлення своїми руками

Якщо немає можливості, а також бажання купувати регулятор заводського типу, то можна зібрати його своїми руками. Хоча регулятори типу »tda1085» зарекомендували себе дуже добре. Для цього потрібно детально ознайомитися з теорією і приступити до практики. Дуже популярні схеми сімісторного виконання, зокрема регулятор оборотів асинхронного двигуна 220в (схема 5). Зробити його нескладно. Він збирається на сімісторов ВТ138, добре підходить для цих цілей.

Схема 5 – Простий регулятор оборотів на сімісторов.

Цей регулятор може бути використаний і для регулювання обертів двигуна постійного струму 12 вольт, так як є досить простим і універсальним. Обороти регулюються завдяки зміні параметрів Р1, який визначає фазу вхідного сигналу, який відкриває перехід симистора.

Принцип роботи простий. При запуску двигуна відбувається його загальмування, індуктивність зміняться в меншу сторону і сприяє збільшенню U в ланцюзі «R2-> P1-> C2». При розряді С2 симистор відкривається протягом деякого часу.

Існує ще одна схема. Вона працює трохи по-іншому: шляхом забезпечення ходу енергії зворотного типу, яке є оптимально вигідним. У схему включений досить потужний тиристор.

Схема 6 – Пристрій тиристорного регулятора.

Схема складається з генератора сигналу управління, підсилювача, тиристора і ділянки кола, що виконує функції стабілізатора обертання ротора.

Найбільш універсальною схемою є регулятор на сімісторов і динисторе (схема 7). Він здатний плавно зменшити швидкість обертання валу, задати реверс двигуна (змінити напрямок обертання) і знизити пусковий струм.

1. С1 заряджається до U пробою динистора D1 через R2.
2. D1 при пробитті відкриває перехід симистора D2, який відповідає за управління навантаженням.

Напруга при навантаженні прямо пропорційно залежить від частотної складової при відкритті D2, що залежить від R2. Схема застосовується в пилососах. Вона містить універсальне електронне управління, а також здатність простого підключення живлення 380 В. Всі деталі слід розташувати на друкованій платі, виготовленої з лазерно-прасувальну технології (ЛУТ). Детально з цієї технології виготовлення плат можна ознайомитися в інтернеті.

Таким чином, при виборі регулятора обертів електродвигуна можлива покупка заводського або виготовлення своїми руками. Саморобний регулятор зробити досить просто, так як при розумінні принципу дії пристрою можна з легкістю зібрати його. Крім того, слід дотримуватися правил безпеки при здійсненні монтажу деталей і при роботі з електрикою.

Где находится датчик скорости на ВАЗ-2112 16 клапанов: фото, видео Автомобиль : ВАЗ-2112 . Спрашивает : Чуев Сергей. Суть вопроса : Где находится датчик скорости на ВАЗ-2112, хочу его заменить, но никак не найду где он? Здравствуйте! Подскажите, пожалуйста,

Классическая электропроводка на мотоцикл Урал Решая проблему надежности системы зажигания на своем мотоцикле Урал, я пришел к выводу о необходимости установки БСЗ… Рассмотрев огромное изобилие вариантов бесконтактных систем

Урал мотоцикл полный привод видео Имею свою небольшую фирму, дела идут вроде неплохо, но и не так, как хотелось бы. Знакомые подсказали, что для раскрутки, нужен сайт визитка. Но в этом совсем ничего не понимаю. Интернетом пользуюсь,

Нива 4х4 видео бездорожье Современная жизнь – это жизнь маятник. Нам всем каждый день нужно куда-то идти, бежать, ехать. У каждого свои способы передвижения кто-то ходит пешком, кто-то ездит на автомобиле, кто-то на метро, кто-то

Електродвигун – принцип роботи, пристрій, класифікація.

Інтернет-магазин інженерного обладнання «ОВК Комплект» пропонує своїм відвідувачам ознайомитися з принципом роботи, пристроєм та класифікацією електродвигунів, а згодом купити електродвигун за найрозумнішою ціною в Україні! Ці пристрої є незамінною основою для функціонування більшої частини техніки як побутового, так і промислового застосування. Тому в сучасному суспільстві їх сфера застосування не має меж. А актуальність такої покупки може виникнути будь-якої пори року.

На сьогоднішній день практично в будь-якому механічному пристосуванні використовується поєднання кінетичної та потенційної енергії – механічна енергія, яка є джерелом рушійної сили, що відповідає за роботу всієї системи. З відкриттям електрики механічну енергію можна перетворювати з електричної, шляхом застосування електромеханічної машини – електродвигуна.

Принцип роботи електродвигуна

Функціонує електричний двигун із принципу електромагнітної індукції – фізичний процес генерації електричного струму в замкнутому контурі за умови зміни магнітного потоку, що переміщується крізь нього. Перший електродвигун за таким принципом був створений в 1821 році вченим з Британії Майклом Фарадеєм і був не закріплений сталевий дріт, який був занурений у чан із ртуттю, де в середині був встановлений вічний магніт. Під впливом електричного впливу на провід останній утворював навколо себе циклічне магнітне поле, що змушувало його кружляти навколо магніту.

Надалі принцип дії електродвигуна (електромагнетизму) до розуму довів російський учений Б. С. Якобі. Він перший у 1834 році зміг винайти технічне пристосування, яке було в змозі створювати кругове обертання, що породжувало привид у рух механічні пристрої. Розвиваючи цю ідею, Якобі досяг зростання потужності свого першого прототипу електродвигуна з 15 Вт до 550 Вт. У 1839 році електричний двигун цього генія міг розвинути 1 кінську силу, що дозволяло переміщати човен з вагою близько тонни річкою проти течії.

Пристрій електродвигуна

В основі конструкції будь-якого електродвигуна лежить наявність двох найважливіших елементів – нерухома частина “статор” (“індуктор” для двигунів постійної напруги) і рухома частина “ротор” (“якір” для машин постійної напруги). Під впливом електричного струму на обмотки статора, генерується електромагнітне поле, що обертається, під впливом якого на обмотку ротора і викликаючи тим самим струм індукції, примушує його обертатися в певному напрямку. Цей процес пояснюється законом Ампера: на провідник під напругою, впроваджений у зону електромагнітного поля, діє електрорушійна сила (ЕРС). Електродвигуни відрізняються за параметром частоти обертання ротора (якоря), який залежить від кількості пар магнітних полюсів та частоти напруги живлення мережі.

Типи електродвигунів

Сучасні види електродвигунів мають широку класифікацію за різними конструктивними та функціональними ознаками. Насамперед їх прийнято ділити за принципом виникнення крутного моменту на:

• Електродвигун гістерезисний – у процесі перемагнічування ротора виникає властивість фізичної системи, гістерез, який власне і створює крутний момент. Електрообладнання даного типу дуже рідко знаходять застосування у промисловій сфері.
• Електромагнітний електродвигун – найпоширеніший тип, що застосовується практично у всіх побутових та промислових областях.

Ця група, у свою чергу, ділиться за характером споживання харчування на:

• Ел двигун постійного струму – живиться від мережі з постійною напругою. Такий вид пристрою може бути виконаний також у різних варіантах: з відсутністю щітково-колекторного вузла або з його наявністю. В останньому передбачена градація за типом збудження на: двигуни з незалежним збудженням та самозбудженням, які теж можуть різнитися за характером обмотки та бути виконані у таких формах: паралельно, послідовно, змішано.
• Електричний двигун змінного струму – живлення здійснюється від мережі зі змінним типом напруги.

Такий вид електромагнітних перетворювачів класифікуються за принципом роботи на:

• Синхронний електродвигун – суть полягає в синхронному обертанні ротора з електромагнітним полем статора при однаковій частоті. Такі пристрої відрізняються особливо високою потужністю, що досягає сотні кіловат і більше того.
• Асинхронний двигун змінного струму – функціонує на основі того, що частота обертання електромагнітного поля статора не збігається з частотою обертання ротора, за типом виконання обмотки який може бути короткозамкнутим або фазовим. За кількістю фаз асинхронні електродвигуни виступають в однофазному або трифазному варіантах.

Київ, Дніпро, Запоріжжя, Одеса, Харків, Львів, Вінниця, Житомир, Івано-Франківськ, Кіровоград, Кременчук, Донецьк, Луганськ, Луцьк, Миколаїв, Полтава, Рівне, Суми, Тернопіль, Ужгород, Херсон, Хмельницький, Черкаси, Чернівці, Чернігів та інші населені пункти.