Как снизить обороты электродвигателя: Как снизить обороты электродвигателя 🚩 как регулировать обороты асинхронного двигателя 🚩 Авто 🚩 Другое

Содержание

Как уменьшить обороты электродвигателя схемы и описание

Как уменьшить обороты электродвигателя

егулировка оборотов электродвигателя часто бывает необходима как в производственных, так и каких то бытовых целях. В первом случае для уменьшения или увеличения частоты вращения применяются промышленные регуляторы напряжения – инверторные частотные преобразователи. А с вопросом, как регулировать обороты электродвигателя в домашних условиях, попробуем разобраться подробнее.

Необходимо сразу сказать, что для разных типов однофазных и трехфазных электрических машин должны применяться разные регуляторы мощности. Т.е. для асинхронных машин применение тиристорных регуляторов, являющихся основными для изменения вращения коллекторных двигателей, недопустимо.

Лучший способ уменьшить обороты вашего устройства – не в регулировке частоты вращения самого движка, а посредством редуктора или ременной передачи. При этом сохранится самое главное – мощность устройства.

Немного теории об устройстве и области применения коллекторных электродвигателей

Электродвигатели этого типа могут быть постоянного или переменного тока, с последовательным, параллельным или смешанным возбуждением ( для переменного тока применяется только первые два вида возбуждения).

Коллекторный электродвигатель состоит из ротора, статора, коллектора и щеток. Ток в цепи, проходящий через соединенные определенным образом обмотки статора и ротора, создает магнитное поле, заставляющее последний вращаться. Напряжение на ротор передается при помощи щеток из мягкого электропроводного материала, чаще всего это графит или медно-графитовая смесь. Если изменить направление тока в роторе или статоре, вал начнет вращаться в другую сторону, причем это всегда делается с выводами ротора, что бы не происходило перемагничивание сердечников.

При одновременном изменении подключения и ротора и статора реверсирования не произойдет. Существуют также трехфазные коллекторные электродвигатели, но это уже совсем другая история.

Электродвигатели постоянного тока с параллельным возбуждением

Обмотка возбуждения (статорная) в двигателе с параллельным возбуждением состоит из большого количества витков тонкого провода и включена параллельно ротору, сопротивление обмотки которого намного меньше. Поэтому для уменьшения тока во время запуска электродвигателей мощностью более 1 Квт в цепь ротора включают пусковой реостат. Управление оборотами электродвигателя при такой схеме включения производится путем изменения тока только в цепи статора, т.к. способ понижения напряжения на клеммах очень не экономичен и требует применение регулятора большой мощности.

Если нагрузка мала, то при случайном обрыве обмотки статора при использовании такой схемы частота вращения превысит максимально допустимую и электродвигатель может пойти “вразнос”

Электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением

Обмотка возбуждения такого электродвигателя имеет небольшое число витков толстого провода, и при ее последовательном включении в цепь якоря ток во всей цепи будет одинаков. Электродвигатели этого типа более выносливы при перегрузках и поэтому наиболее часто встречаются в бытовых устройствах.

Регулировка оборотов электродвигателя постоянного тока с последовательно включенной обмоткой статора может производиться двумя способами:
  1. Подключением параллельно статору регулировочного устройства, изменяющего магнитный поток. Однако этот способ довольно сложен в реализации и не применяется в бытовых устройствах.
  2. Регулирование (снижение) оборотов с помощью уменьшения напряжения. Этот способ применяется практически во всех электрических устройствах – бытовых приборах, инструменте и т.д.

Электродвигатели коллекторные переменного тока

Эти однофазные моторы имеют меньший КПД, чем двигатели постоянного тока, но из за простоты изготовления и схем управления нашли наиболее широкое применение в бытовой технике и электроинструменте. Их можно назвать “универсальными”, т.к. они способны работать как при переменном, так и при постоянном токе. Это обусловлено тем, что при включении в сеть переменного напряжение направление магнитного поля и тока будет изменяться в статоре и роторе одновременно, не вызывая изменения направления вращения. Реверс таких устройств осуществляется переполюсовкой концов ротора.

Для улучшения характеристик в мощных (промышленных) коллекторных электродвигателях переменного тока применяются дополнительные полюса и компенсационные обмотки. В двигателях бытовых устройств таких приспособлений нет.

Регуляторы оборотов электродвигателя

Схемы изменения частоты вращения электродвигателей в большинстве случаев построены на тиристорных регуляторах, ввиду своей простоты и надежности.

Принцип работы представленной схемы следующий: конденсатор С1 заряжается до напряжения пробоя динистора D1 через переменный резистор R2, динистор пробивается и открывает симистор D2, управляющий нагрузкой. Напряжение на нагрузке зависит от частоты открывания D2, зависящее в свою очередь от положения движка переменного сопротивления. Данная схема не снабжена обратной связью, т.е. при изменении нагрузки обороты также будут меняться и их придется подстраивать. По такой же схеме происходит управление оборотами импортных бытовых пылесосов.

Вот так работает хороший регулятор оборотов двигателя:

Изменение скорости вращения вала двигателя в стиральной машине, например, происходит с задействованием обратной связи от таходатчика, поэтому ее обороты при любой нагрузке постоянны.

http://proelectrika.com

Как уменьшить обороты электродвигателя 220в без потери мощности

Самостоятельное изготовление регулятора оборотов электродвигателя

Регулятор оборотов в двигателе нужен для совершения плавного разгона и торможения. Широкое распространение получили такие приборы в современной промышленности. Благодаря им происходит измерение скорости движения в конвейере, на различных устройствах, а также при вращении вентилятора. Двигатели с производительностью на 12 Вольт применяются в целых системах управления и в автомобилях.

Устройство системы

Коллекторный тип двигателя состоит главным образом из ротора, статора, а также щёток и тахогенератора.

  1. Ротор — это часть вращения, статор — это внешний по типу магнит.
  2. Щётки, которые произведены из графита — это главная часть скользящего контакта, через которую на вращающийся якорь и стоит подавать напряжение.
  3. Тахогенератор —это устройство, которое производит слежку за характеристикой вращения прибора. Если происходит нарушение в размеренности процесса вращения, то он корректирует поступающий в двигатель уровень напряжения, тем самым делая его наиболее плавным и медленным.
  4. Статор. Такая деталь может включать в себя не один магнит, а, к примеру, две пары полюсов. Вместе с этим на месте статических магнитов здесь будут находиться катушки электромагнитов. Совершать работу такое устройство способно как от постоянного тока, так и от переменного.

Схема регулятора оборотов коллекторного двигателя

В виде регуляторов оборотов электродвигателей 220 В и 380 В применяются особые частотные преобразователи. Такие устройства относят к высокотехнологическим, они и помогают совершить кардинальное преобразование характеристики тока (форму сигнала, а также частоту). В их комплектации имеются мощные полупроводниковые транзисторы, а также широтно-импульсный модулятор. Весь процесс осуществления работы устройства происходит с помощью управления специальным блоком на микроконтроллере. Изменение скорости во вращении ротора двигателей происходит довольно медленно.

Именно по этой причине частотные преобразователи применяются в нагруженных устройствах. Чем медленнее будет происходить процесс разгона, тем меньшая нагрузка будет совершена на редуктор, а также конвейер. Во всех частотниках можно найти несколько степеней защиты: по нагрузке, току, напряжению и другим показателям.

Некоторые модели частотных преобразователей совершают питание от однофазового напряжения (оно будет доходить до 220 Вольт), создают из него трехфазовое. Это помогает совершить подключение асинхронного мотора в домашних условиях без применения особо сложных схем и конструкций. При этом потребитель сможет не потерять мощность во время работы с таким прибором.

Зачем используют такой прибор-регулятор

Если говорить про двигатели регуляторов, то обороты нужны:

  1. Для существенной экономии электроэнергии. Так, не любому механизму нужно много энергии для выполнения работы вращения мотора, в некоторых случаях можно уменьшить вращение на 20−30 процентов, что поможет значительно сократить расходы на электроэнергию сразу в несколько раз.
  2. Для защиты всех механизмов, а также электронных типов цепей. При помощи преобразовательной частоты можно осуществлять определённый контроль за общей температурой, давлением, а также другими показателями прибора. В случае когда двигатель работает в виде определённого насоса, то в ёмкости, в которую совершается накачка воздуха либо жидкости, стоит вводить определённый датчик давления. Во время достижения максимальной отметки мотор попросту автоматически закончит свою работу.
  3. Для процесса плавного запуска. Нет особой необходимости применять дополнительные электронные виды оборудования — все можно осуществить при помощи изменения в настройках частотного преобразователя.
  4. Для снижения уровня расходов на обслуживание устройств. С помощью таких регуляторов оборотов в двигателях 220 В можно значительно уменьшить возможность выхода из строя приборов, а также отдельных типов механизмов.

Схемы, по которым происходит создание частотных преобразователей в электродвигателе, широко используются в большинстве бытовых устройств. Такую систему можно найти в источниках беспроводного питания, сварочных аппаратах, зарядках телефона, блоках питания персонального компьютера и ноутбука, стабилизаторах напряжения, блоках розжига ламп для подсветки современных мониторов, а также ЖК-телевизоров.

Регулятор оборотов электродвигателя 220в

Его можно изготовить совершенно самостоятельно, но для этого нужно будет изучить все возможные технические особенности прибора. По конструкции можно выделить сразу несколько разновидностей главных деталей. А именно:

  1. Сам электродвигатель.
  2. Микроконтроллерная система управления блока преобразования.
  3. Привод и механические детали, которые связаны с работой системы.
Перед самым началом запуска устройства, после подачи определённого напряжения на обмотки, начинается процесс вращения двигателя с максимальным показателем мощности. Именно такая особенность и будет отличать асинхронные устройства от остальных видов. Ко всему прочему происходит прибавление нагрузки от механизмов, которые приводят прибор в движение. В конечном счёте на начальном этапе работы устройства мощность, а также потребляемый ток лишь возрастают до максимальной отметки.

В это время происходит процесс выделения наибольшего количества тепла. Происходит перегрев в обмотках, а также в проводах. Использование частичного преобразования поможет не допустить этого. Если произвести установку плавного пуска, то до максимальной отметки скорости (которая также может регулироваться оборудованием и может быть не 1500 оборотов за минуту, а всего лишь 1000) двигатель начнёт разгоняться не в первый момент работы, а на протяжении последующих 10 секунд (при этом на каждую секунду устройство будет прибавлять по 100−150 оборотов). В это время процесс нагрузки на все механизмы и провода начинает уменьшаться в несколько раз.

Как сделать регулятор своими руками

Можно совершенно самостоятельно создать регулятор оборотов электродвигателя около 12 В. Для этого стоит использовать переключатель сразу нескольких положений, а также специальный проволочный резистор. При помощи последнего происходит изменение уровня напряжения питания (а вместе с этим и показателя частоты вращения). Такие же системы можно применять и для совершения асинхронных движений, но они будут менее эффективными.

Ещё много лет назад широко использовались механические регуляторы — они были построены на основе шестеренчатых приводов или же их вариаторов. Но такие устройства считались не очень надёжными. Электронные средства показывали себя в несколько раз лучше, так как они были не такими большими и позволяли совершать настройку более тонкого привода.

Для того чтобы создать регулятор вращения электродвигателя, стоит использовать сразу несколько устройств, которые можно либо купить в любом строительном магазине, либо снять со старых инвенторных устройств. Чтобы совершить процесс регулировки, стоит включить

специальную схему переменного резистора. С его помощью происходит процесс изменения амплитуды входящего на резистор сигнала.

Внедрение системы управления

Чтобы значительно улучшить характеристику даже самого простого оборудования, стоит в схему регулятора оборотов двигателя подключить микроконтроллерное управление. Для этого стоит выбрать тот процессор, в котором есть подходящее количество входов и выходов соответственно: для совершения подключения датчиков, кнопок, а также специальных электронных ключей.

Для осуществления экспериментов стоит использовать особенный микроконтроллер AtMega 128 — это наиболее простой в применении и широко используемый контроллер. В свободном использовании можно найти большое число схем с его применением. Чтобы устройство совершало правильную работу, в него стоит записать определённый алгоритм действий — отклики на определённые движения. К примеру, при достижении температуры в 60 градусов Цельсия (замер будет отмечаться на графике самого устройства), должно произойти автоматическое отключение работы устройства.

Регулировка работы

Теперь стоит поговорить о том, как можно осуществить регулировку оборотов в коллекторном двигателе. В связи с тем, что общая скорость вращения мотора может напрямую зависеть от величины подаваемого уровня напряжения, для этого вполне пригодны совершенно любые системы для регулировки, которые могут осуществлять такую функцию.

Стоит перечислить несколько разновидностей приборов:

  1. Лабораторные автотрансформеры (ЛАТР).
  2. Заводские платы регулировки, которые применяются в бытовых устройствах (можно взять даже те, которые используются в пылесосах, миксерах).
  3. Кнопки, которые применяются в конструкции электроинструментов.
  4. Бытовые разновидности регуляторов, которые оснащены особым плавным действием.
Но при этом все такие способы имеют определённый изъян. Совместно с процессами уменьшения оборотов уменьшается и общая мощность работы мотора. Иногда его можно остановить, даже просто дотронувшись рукой. В некоторых случаях это может быть вполне нормальным, но по большей части это считается серьёзной проблемой.

Наиболее приемлемым вариантом станет выполнение функции регулировки оборотов при помощи применения тахогенератора.

Его чаще всего устанавливают на заводе. Во время отклонения скорости вращения моторов через симистры в моторе будет происходить передача уже откорректированного электропитания, сопутствующего нужной скорости вращения. Если в такую ёмкость будет встроена регулировка вращения самого мотора, то мощность не будет потеряна.

Как же это выглядит в виде конструкции? Больше всего используется именно реостатная регулировка процесса вращения, которая создана на основе применения полупроводника.

В первом случае речь пойдёт о переменном сопротивлении с использованием механического процесса регулировки. Она будет последовательно подключена к коллекторному электродвигателю. Недостатком в этом случае станет дополнительное выделение некоторого количества тепла и дополнительная трата ресурса всего аккумулятора. Во время такой регулировки происходит общая потеря мощности в процессе совершения вращения мотора. Он считается наиболее экономичным вариантом. Не используется для довольно мощных моторов по вышеуказанным причинам.

Во втором случае во время применения полупроводников происходит процесс управления мотором при помощи подачи определённого числа импульсов. Схема способна совершать изменение длительности таких импульсов, что, в свою очередь, будет изменять общую скорость вращения мотора без потери показателя мощности.

Если вы не хотите самостоятельно изготавливать оборудование, а хотите купить уже полностью готовое к применению устройство, то стоит обратить особое внимание на главные параметры и характеристики, такие, как мощность, тип системы управления прибором, напряжение в устройстве, частоту, а также напряжение рабочего типа. Лучше всего будет производить расчёт общих характеристик всего механизма, в котором стоит применять регулятор общего напряжения двигателя. Стоит обязательно помнить, что нужно производить сопоставление с параметрами частотного преобразователя.

Управление скоростью вращения однофазных двигателей

Однофазные асинхронные двигатели питаются от обычной сети переменного напряжения 220 В.

Наиболее распространённая конструкция таких двигателей содержит две (или более) обмотки — рабочую и фазосдвигающую. Рабочая питается напрямую, а дополнительная через конденсатор, который сдвигает фазу на 90 градусов, что создаёт вращающееся магнитное поле. Поэтому такие двигатели ещё называют двухфазные или конденсаторные.

Регулировать скорость вращения таких двигателей необходимо, например, для:

  • изменения расхода воздуха в системе вентиляции
  • регулирования производительности насосов
  • изменения скорости движущихся деталей, например в станках, конвеерах

В системах вентиляции это позволяет экономить электроэнергию, снизить уровень акустического шума установки, установить необходимую производительность.

Способы регулирования

Рассматривать механические способы изменения скорости вращения, например редукторы, муфты, шестерёнчатые трансмиссии мы не будем. Также не затронем способ изменения количества полюсов обмоток.

Рассмотрим способы с изменением электрических параметров:

  • изменение напряжения питания двигателя
  • изменение частоты питающего напряжения

Регулирование напряжением

Регулирование скорости этим способом связано с изменением, так называемого, скольжения двигателя — разностью между скоростью вращения магнитного поля, создаваемого неподвижным статором двигателя и его движущимся ротором:

n1 скорость вращения магнитного поля

n2— скорость вращения ротора

При этом обязательно выделяется энергия скольжения — из-за чего сильнее нагреваются обмотки двигателя.

Данный способ имеет небольшой диапазон регулирования, примерно 2:1, а также может осуществляться только вниз — то есть, снижением питающего напряжения.

При регулировании скорости таким способом необходимо устанавливать двигатели завышенной мощности.

Но несмотря на это, этот способ используется довольно часто для двигателей небольшой мощности с вентиляторной нагрузкой.

На практике для этого применяют различные схемы регуляторов.

Автотрансформаторное регулирование напряжения

Автотрансформатор — это обычный трансформатор, но с одной обмоткой и с отводами от части витков. При этом нет гальванической развязки от сети, но она в данном случае и не нужна, поэтому получается экономия из-за отсутствия вторичной обмотки.

На схеме изображён автотрансформатор T1, переключатель SW1, на который приходят отводы с разным напряжением, и двигатель М1.

Регулировка получается ступенчатой, обычно используют не более 5 ступеней регулирования.

Преимущества данной схемы:
      • неискажённая форма выходного напряжения (чистая синусоида)
      • хорошая перегрузочная способность трансформатора
Недостатки:
      • большая масса и габариты трансформатора (зависят от мощности нагрузочного мотора)
      • все недостатки присущие регулировке напряжением

Тиристорный регулятор оборотов двигателя

В данной схеме используются ключи — два тиристора, включённых встречно-параллельно (напряжение переменное, поэтому каждый тиристор пропускает свою полуволну напряжения) или симистор.

Схема управления регулирует момент открытия и закрытия тиристоров относительно фазового перехода через ноль, соответственно «отрезается» кусок вначале или, реже в конце волны напряжения.

Таким образом изменяется среднеквадратичное значение напряжения.

Данная схема довольно широко используется для регулирования активной нагрузки — ламп накаливания и всевозможных нагревательных приборов (так называемые диммеры).

Ещё один способ регулирования — пропуск полупериодов волны напряжения, но при частоте в сети 50 Гц для двигателя это будет заметно — шумы и рывки при работе.

Для управления двигателями регуляторы модифицируют из-за особенностей индуктивной нагрузки:

  • устанавливают защитные LRC-цепи для защиты силового ключа (конденсаторы, резисторы, дроссели)
  • добавляют на выходе конденсатор для корректировки формы волны напряжения
  • ограничивают минимальную мощность регулирования напряжения — для гарантированного старта двигателя
  • используют тиристоры с током в несколько раз превышающим ток электромотора

Достоинства тиристорных регуляторов:

Недостатки:
      • можно использовать для двигателей небольшой мощности
      • при работе возможен шум, треск, рывки двигателя
      • при использовании симисторов на двигатель попадает постоянное напряжение
      • все недостатки регулирования напряжением

Стоит отметить, что в большинстве современных кондиционеров среднего и высшего уровня скорость вентилятора регулируется именно таким способом.

Транзисторный регулятор напряжения

Как называет его сам производитель — электронный автотрансформатор или ШИМ-регулятор.

Изменение напряжения осуществляется по принципу ШИМ (широтно-импульсная модуляция), а в выходном каскаде используются транзисторы — полевые или биполярные с изолированным затвором (IGBT).

Выходные транзисторы коммутируются с высокой частотой (около 50 кГц), если при этом изменить ширину импульсов и пауз между ними, то изменится и результирующее напряжение на нагрузке. Чем короче импульс и длиннее паузы между ними, тем меньше в итоге напряжение и подводимая мощность.

Для двигателя, на частоте в несколько десятков кГц, изменение ширины импульсов равносильно изменению напряжения.

Выходной каскад такой же как и у частотного преобразователя, только для одной фазы — диодный выпрямитель и два транзистора вместо шести, а схема управления изменяет выходное напряжение.

Плюсы электронного автотрансформатора:

        • Небольшие габариты и масса прибора
        • Невысокая стоимость
        • Чистая, неискажённая форма выходного тока
        • Отсутствует гул на низких оборотах
        • Управление сигналом 0-10 Вольт
Слабые стороны:
        • Расстояние от прибора до двигателя не более 5 метров (этот недостаток устраняется при использовании дистанционного регулятора)
        • Все недостатки регулировки напряжением

Частотное регулирование

Ещё совсем недавно (10 лет назад) частотных регуляторов скорости двигателей на рынке было ограниченное количество, и стоили они довольно дорого. Причина — не было дешёвых силовых высоковольтных транзисторов и модулей.

Но разработки в области твердотельной электроники позволили вывести на рынок силовые IGBT-модули. Как следствие — массовое появление на рынке инверторных кондиционеров, сварочных инверторов, преобразователей частоты.

На данный момент частотное преобразование — основной способ регулирования мощности, производительности, скорости всех устройств и механизмов приводом в которых является электродвигатель.

Однако, преобразователи частоты предназначены для управления трёхфазными электродвигателями.

Однофазные двигатели могут управляться:

  • специализированными однофазными ПЧ
  • трёхфазными ПЧ с исключением конденсатора

Преобразователи для однофазных двигателей

В настоящее время только один производитель заявляет о серийном выпуске специализированного ПЧ для конденсаторных двигателей — INVERTEK DRIVES.

Это модель Optidrive E2

Для стабильного запуска и работы двигателя используются специальные алгоритмы.

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:

f — частота тока

С — ёмкость конденсатора

В выходном каскаде используется мостовая схема с четырьмя выходными IGBT транзисторами:

Optidrive E2 позволяет управлять двигателем без исключения из схемы конденсатора, то есть без изменения конструкции двигателя — в некоторых моделях это сделать довольно сложно.

Преимущества специализированного частотного преобразователя:

        • интеллектуальное управление двигателем
        • стабильно устойчивая работа двигателя
        • огромные возможности современных ПЧ:
          • возможность управлять работой двигателя для поддержания определённых характеристик (давления воды, расхода воздуха, скорости при изменяющейся нагрузке)
          • многочисленные защиты (двигателя и самого прибора)
          • входы для датчиков (цифровые и аналоговые)
          • различные выходы
          • коммуникационный интерфейс (для управления, мониторинга)
          • предустановленные скорости
          • ПИД-регулятор
Минусы использования однофазного ПЧ:

Использование ЧП для трёхфазных двигателей

Стандартный частотник имеет на выходе трёхфазное напряжение. При подключении к ему однофазного двигателя из него извлекают конденсатор и соединяют по приведённой ниже схеме:

Геометрическое расположение обмоток друг относительно друга в статоре асинхронного двигателя составляет 90°:

Фазовый сдвиг трёхфазного напряжения -120°, как следствие этого — магнитное поле будет не круговое , а пульсирующее и его уровень будет меньше чем при питании со сдвигом в 90°.

В некоторых конденсаторных двигателях дополнительная обмотка выполняется более тонким проводом и соответственно имеет более высокое сопротивление.

При работе без конденсатора это приведёт к:

  • более сильному нагреву обмотки (срок службы сокращается, возможны кз и межвитковые замыкания)
  • разному току в обмотках

Многие ПЧ имеют защиту от асимметрии токов в обмотках, при невозможности отключить эту функцию в приборе работа по данной схеме будет невозможна

Преимущества:

          • более низкая стоимость по сравнению со специализированными ПЧ
          • огромный выбор по мощности и производителям
          • более широкий диапазон регулирования частоты
          • все преимущества ПЧ (входы/выходы, интеллектуальные алгоритмы работы, коммуникационные интерфейсы)

Недостатки метода:

          • необходимость предварительного подбора ПЧ и двигателя для совместной работы
          • пульсирующий и пониженный момент
          • повышенный нагрев
          • отсутствие гарантии при выходе из строя, т.к. трёхфазные ПЧ не предназначены для работы с однофазными двигателями

Описание регулятора оборотов электродвигателя без потери мощности

Каждый из нас дома имеет какой-то электроприбор, который работает в доме не один год. Но со временем мощность техники слабеет и не выполняет своих прямых предназначений. Именно тогда стоит обратить внимание на внутренности оборудования. В основном проблемы возникают с электродвигателем, который отвечает за функциональность техники. Тогда стоит обратить свое внимание на прибор, который регулирует обороты мощности двигателя без снижения их мощности.

Виды двигателей

Регулятор оборотов с поддержанием мощности — изобретение, которое вдохнет новую жизнь в электроприбор, и он будет работать как только что приобретенный товар. Но стоит помнить о том, что двигатели бывают разных форматов и у каждого своя предельная работа.

Двигатели разные по характеристикам. Это значит то, что та или иная техника работает на разных частотах оборота вала, запускающего механизм. Мотор может быть:

В основном трехфазные электромоторы встречаются на заводах или крупных фабриках. В домашних условиях используются однофазные и двухфазные. Данного электричества хватает на работу бытовой техники.

Регулятор оборотов мощности

Принципы работы

Регулятор оборотов электродвигателя 220 В без потери мощности используется для поддержки первоначальной заданной частоты оборотов вала. Это один из основных принципов данного прибора, который называется частотным регулятором.

С помощью него электроприбор работает в установленной частоте оборотов двигателя и не снижает ее. Также регулятор скорости двигателя влияет на охлаждение и вентиляцию мотора. C помощью мощности устанавливается скорость, которую можно как поднять, так и снизить.

Вопросом о том, как уменьшить обороты электродвигателя 220 В, задавались многие люди. Но данная процедура довольно проста. Стоит только изменить частоту питающего напряжения, что существенно снизит производительность вала мотора. Также можно изменить питание двигателя, задействуя при этом его катушки. Управление электричеством тесно связано с магнитным полем и скольжением электродвигателя. Для таких действий используют в основном автотрансформатор, бытовые регуляторы, которые уменьшают обороты данного механизма. Но стоит также помнить о том, что будет уменьшаться мощность двигателя.

Вращение вала

Двигатели делят на:

Регулятор скорости вращения асинхронного электродвигателя зависит от подключения тока к механизму. Суть работы асинхронного мотора зависит от магнитных катушек, через которые проходит рамка. Она поворачивается на скользящих контактах. И когда при повороте она развернется на 180 градусов, то по данным контактам связь потечет в обратном направлении. Таким образом, вращение останется неизменным. Но при этом действии нужный эффект не будет получен. Он войдет в силу после внесения в механизм пары десятков рамок данного типа.

Как можно уменьшить обороты электродвигателя

Электрика своими руками

егулировка оборотов электродвигателя часто бывает необходима как в производственных, так и каких то бытовых целях. В первом случае для уменьшения или увеличения частоты вращения применяются промышленные регуляторы напряжения – инверторные частотные преобразователи. А с вопросом, как регулировать обороты электродвигателя в домашних условиях, попробуем разобраться подробнее.

Необходимо сразу сказать, что для разных типов однофазных и трехфазных электрических машин должны применяться разные регуляторы мощности. Т.е. для асинхронных машин применение тиристорных регуляторов, являющихся основными для изменения вращения коллекторных двигателей, недопустимо.

Лучший способ уменьшить обороты вашего устройства – не в регулировке частоты вращения самого движка, а посредством редуктора или ременной передачи. При этом сохранится самое главное – мощность устройства.

Немного теории об устройстве и области применения коллекторных электродвигателей

Электродвигатели этого типа могут быть постоянного или переменного тока, с последовательным, параллельным или смешанным возбуждением ( для переменного тока применяется только первые два вида возбуждения).

Коллекторный электродвигатель состоит из ротора, статора, коллектора и щеток. Ток в цепи, проходящий через соединенные определенным образом обмотки статора и ротора, создает магнитное поле, заставляющее последний вращаться. Напряжение на ротор передается при помощи щеток из мягкого электропроводного материала, чаще всего это графит или медно-графитовая смесь. Если изменить направление тока в роторе или статоре, вал начнет вращаться в другую сторону, причем это всегда делается с выводами ротора, что бы не происходило перемагничивание сердечников.

При одновременном изменении подключения и ротора и статора реверсирования не произойдет. Существуют также трехфазные коллекторные электродвигатели, но это уже совсем другая история.

Электродвигатели постоянного тока с параллельным возбуждением

Обмотка возбуждения (статорная) в двигателе с параллельным возбуждением состоит из большого количества витков тонкого провода и включена параллельно ротору, сопротивление обмотки которого намного меньше. Поэтому для уменьшения тока во время запуска электродвигателей мощностью более 1 Квт в цепь ротора включают пусковой реостат. Управление оборотами электродвигателя при такой схеме включения производится путем изменения тока только в цепи статора, т.к. способ понижения напряжения на клеммах очень не экономичен и требует применение регулятора большой мощности.

Если нагрузка мала, то при случайном обрыве обмотки статора при использовании такой схемы частота вращения превысит максимально допустимую и электродвигатель может пойти “вразнос”

Электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением

Обмотка возбуждения такого электродвигателя имеет небольшое число витков толстого провода, и при ее последовательном включении в цепь якоря ток во всей цепи будет одинаков. Электродвигатели этого типа более выносливы при перегрузках и поэтому наиболее часто встречаются в бытовых устройствах.

Регулировка оборотов электродвигателя постоянного тока с последовательно включенной обмоткой статора может производиться двумя способами:
  1. Подключением параллельно статору регулировочного устройства, изменяющего магнитный поток. Однако этот способ довольно сложен в реализации и не применяется в бытовых устройствах.
  2. Регулирование (снижение) оборотов с помощью уменьшения напряжения. Этот способ применяется практически во всех электрических устройствах – бытовых приборах, инструменте и т.д.

Электродвигатели коллекторные переменного тока

Эти однофазные моторы имеют меньший КПД, чем двигатели постоянного тока, но из за простоты изготовления и схем управления нашли наиболее широкое применение в бытовой технике и электроинструменте. Их можно назвать “универсальными”, т.к. они способны работать как при переменном, так и при постоянном токе. Это обусловлено тем, что при включении в сеть переменного напряжение направление магнитного поля и тока будет изменяться в статоре и роторе одновременно, не вызывая изменения направления вращения. Реверс таких устройств осуществляется переполюсовкой концов ротора.

Для улучшения характеристик в мощных (промышленных) коллекторных электродвигателях переменного тока применяются дополнительные полюса и компенсационные обмотки. В двигателях бытовых устройств таких приспособлений нет.

Регуляторы оборотов электродвигателя

Схемы изменения частоты вращения электродвигателей в большинстве случаев построены на тиристорных регуляторах, ввиду своей простоты и надежности.

Принцип работы представленной схемы следующий: конденсатор С1 заряжается до напряжения пробоя динистора D1 через переменный резистор R2, динистор пробивается и открывает симистор D2, управляющий нагрузкой. Напряжение на нагрузке зависит от частоты открывания D2, зависящее в свою очередь от положения движка переменного сопротивления. Данная схема не снабжена обратной связью, т.е. при изменении нагрузки обороты также будут меняться и их придется подстраивать. По такой же схеме происходит управление оборотами импортных бытовых пылесосов.

Электрика своими руками

егулировка оборотов электродвигателя часто бывает необходима как в производственных, так и каких то бытовых целях. В первом случае для уменьшения или увеличения частоты вращения применяются промышленные регуляторы напряжения – инверторные частотные преобразователи. А с вопросом, как регулировать обороты электродвигателя в домашних условиях, попробуем разобраться подробнее.

Необходимо сразу сказать, что для разных типов однофазных и трехфазных электрических машин должны применяться разные регуляторы мощности. Т.е. для асинхронных машин применение тиристорных регуляторов, являющихся основными для изменения вращения коллекторных двигателей, недопустимо.

Лучший способ уменьшить обороты вашего устройства – не в регулировке частоты вращения самого движка, а посредством редуктора или ременной передачи. При этом сохранится самое главное – мощность устройства.

Немного теории об устройстве и области применения коллекторных электродвигателей

Электродвигатели этого типа могут быть постоянного или переменного тока, с последовательным, параллельным или смешанным возбуждением ( для переменного тока применяется только первые два вида возбуждения).

Коллекторный электродвигатель состоит из ротора, статора, коллектора и щеток. Ток в цепи, проходящий через соединенные определенным образом обмотки статора и ротора, создает магнитное поле, заставляющее последний вращаться. Напряжение на ротор передается при помощи щеток из мягкого электропроводного материала, чаще всего это графит или медно-графитовая смесь. Если изменить направление тока в роторе или статоре, вал начнет вращаться в другую сторону, причем это всегда делается с выводами ротора, что бы не происходило перемагничивание сердечников.

При одновременном изменении подключения и ротора и статора реверсирования не произойдет. Существуют также трехфазные коллекторные электродвигатели, но это уже совсем другая история.

Электродвигатели постоянного тока с параллельным возбуждением

Обмотка возбуждения (статорная) в двигателе с параллельным возбуждением состоит из большого количества витков тонкого провода и включена параллельно ротору, сопротивление обмотки которого намного меньше. Поэтому для уменьшения тока во время запуска электродвигателей мощностью более 1 Квт в цепь ротора включают пусковой реостат. Управление оборотами электродвигателя при такой схеме включения производится путем изменения тока только в цепи статора, т.к. способ понижения напряжения на клеммах очень не экономичен и требует применение регулятора большой мощности.

Если нагрузка мала, то при случайном обрыве обмотки статора при использовании такой схемы частота вращения превысит максимально допустимую и электродвигатель может пойти “вразнос”

Электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением

Обмотка возбуждения такого электродвигателя имеет небольшое число витков толстого провода, и при ее последовательном включении в цепь якоря ток во всей цепи будет одинаков. Электродвигатели этого типа более выносливы при перегрузках и поэтому наиболее часто встречаются в бытовых устройствах.

Регулировка оборотов электродвигателя постоянного тока с последовательно включенной обмоткой статора может производиться двумя способами:
  1. Подключением параллельно статору регулировочного устройства, изменяющего магнитный поток. Однако этот способ довольно сложен в реализации и не применяется в бытовых устройствах.
  2. Регулирование (снижение) оборотов с помощью уменьшения напряжения. Этот способ применяется практически во всех электрических устройствах – бытовых приборах, инструменте и т.д.

Электродвигатели коллекторные переменного тока

Эти однофазные моторы имеют меньший КПД, чем двигатели постоянного тока, но из за простоты изготовления и схем управления нашли наиболее широкое применение в бытовой технике и электроинструменте. Их можно назвать “универсальными”, т.к. они способны работать как при переменном, так и при постоянном токе. Это обусловлено тем, что при включении в сеть переменного напряжение направление магнитного поля и тока будет изменяться в статоре и роторе одновременно, не вызывая изменения направления вращения. Реверс таких устройств осуществляется переполюсовкой концов ротора.

Для улучшения характеристик в мощных (промышленных) коллекторных электродвигателях переменного тока применяются дополнительные полюса и компенсационные обмотки. В двигателях бытовых устройств таких приспособлений нет.

Регуляторы оборотов электродвигателя

Схемы изменения частоты вращения электродвигателей в большинстве случаев построены на тиристорных регуляторах, ввиду своей простоты и надежности.

Принцип работы представленной схемы следующий: конденсатор С1 заряжается до напряжения пробоя динистора D1 через переменный резистор R2, динистор пробивается и открывает симистор D2, управляющий нагрузкой. Напряжение на нагрузке зависит от частоты открывания D2, зависящее в свою очередь от положения движка переменного сопротивления. Данная схема не снабжена обратной связью, т.е. при изменении нагрузки обороты также будут меняться и их придется подстраивать. По такой же схеме происходит управление оборотами импортных бытовых пылесосов.

Однофазные асинхронные двигатели питаются от обычной сети переменного напряжения 220 В.

Наиболее распространённая конструкция таких двигателей содержит две (или более) обмотки — рабочую и фазосдвигающую. Рабочая питается напрямую, а дополнительная через конденсатор, который сдвигает фазу на 90 градусов, что создаёт вращающееся магнитное поле. Поэтому такие двигатели ещё называют двухфазные или конденсаторные.

Регулировать скорость вращения таких двигателей необходимо, например, для:

  • изменения расхода воздуха в системе вентиляции
  • регулирования производительности насосов
  • изменения скорости движущихся деталей, например в станках, конвеерах

В системах вентиляции это позволяет экономить электроэнергию, снизить уровень акустического шума установки, установить необходимую производительность.

Способы регулирования

Рассматривать механические способы изменения скорости вращения, например редукторы, муфты, шестерёнчатые трансмиссии мы не будем. Также не затронем способ изменения количества полюсов обмоток.

Рассмотрим способы с изменением электрических параметров:

  • изменение напряжения питания двигателя
  • изменение частоты питающего напряжения

Регулирование напряжением

Регулирование скорости этим способом связано с изменением, так называемого, скольжения двигателя — разностью между скоростью вращения магнитного поля, создаваемого неподвижным статором двигателя и его движущимся ротором:

n1 скорость вращения магнитного поля

n2— скорость вращения ротора

При этом обязательно выделяется энергия скольжения — из-за чего сильнее нагреваются обмотки двигателя.

Данный способ имеет небольшой диапазон регулирования, примерно 2:1, а также может осуществляться только вниз — то есть, снижением питающего напряжения.

При регулировании скорости таким способом необходимо устанавливать двигатели завышенной мощности.

Но несмотря на это, этот способ используется довольно часто для двигателей небольшой мощности с вентиляторной нагрузкой.

На практике для этого применяют различные схемы регуляторов.

Автотрансформаторное регулирование напряжения

Автотрансформатор — это обычный трансформатор, но с одной обмоткой и с отводами от части витков. При этом нет гальванической развязки от сети, но она в данном случае и не нужна, поэтому получается экономия из-за отсутствия вторичной обмотки.

На схеме изображён автотрансформатор T1, переключатель SW1, на который приходят отводы с разным напряжением, и двигатель М1.

Регулировка получается ступенчатой, обычно используют не более 5 ступеней регулирования.

Преимущества данной схемы:

  • неискажённая форма выходного напряжения (чистая синусоида)
  • хорошая перегрузочная способность трансформатора

Недостатки:

  • большая масса и габариты трансформатора (зависят от мощности нагрузочного мотора)
  • все недостатки присущие регулировке напряжением

Тиристорный регулятор оборотов двигателя

В данной схеме используются ключи — два тиристора, включённых встречно-параллельно (напряжение переменное, поэтому каждый тиристор пропускает свою полуволну напряжения) или симистор.

Схема управления регулирует момент открытия и закрытия тиристоров относительно фазового перехода через ноль, соответственно "отрезается" кусок вначале или, реже в конце волны напряжения.

Таким образом изменяется среднеквадратичное значение напряжения.

Данная схема довольно широко используется для регулирования активной нагрузки — ламп накаливания и всевозможных нагревательных приборов (так называемые диммеры).

Ещё один способ регулирования — пропуск полупериодов волны напряжения, но при частоте в сети 50 Гц для двигателя это будет заметно — шумы и рывки при работе.

Для управления двигателями регуляторы модифицируют из-за особенностей индуктивной нагрузки:

  • устанавливают защитные LRC-цепи для защиты силового ключа (конденсаторы, резисторы, дроссели)
  • добавляют на выходе конденсатор для корректировки формы волны напряжения
  • ограничивают минимальную мощность регулирования напряжения — для гарантированного старта двигателя
  • используют тиристоры с током в несколько раз превышающим ток электромотора

Достоинства тиристорных регуляторов:

Недостатки:

  • можно использовать для двигателей небольшой мощности
  • при работе возможен шум, треск, рывки двигателя
  • при использовании симисторов на двигатель попадает постоянное напряжение
  • все недостатки регулирования напряжением

Стоит отметить, что в большинстве современных кондиционеров среднего и высшего уровня скорость вентилятора регулируется именно таким способом.

Транзисторный регулятор напряжения

Как называет его сам производитель — электронный автотрансформатор или ШИМ-регулятор.

Изменение напряжения осуществляется по принципу ШИМ (широтно-импульсная модуляция), а в выходном каскаде используются транзисторы — полевые или биполярные с изолированным затвором (IGBT).

Выходные транзисторы коммутируются с высокой частотой (около 50 кГц), если при этом изменить ширину импульсов и пауз между ними, то изменится и результирующее напряжение на нагрузке. Чем короче импульс и длиннее паузы между ними, тем меньше в итоге напряжение и подводимая мощность.

Для двигателя, на частоте в несколько десятков кГц, изменение ширины импульсов равносильно изменению напряжения.

Выходной каскад такой же как и у частотного преобразователя, только для одной фазы — диодный выпрямитель и два транзистора вместо шести, а схема управления изменяет выходное напряжение.

Плюсы электронного автотрансформатора:

  • Небольшие габариты и масса прибора
  • Невысокая стоимость
  • Чистая, неискажённая форма выходного тока
  • Отсутствует гул на низких оборотах
  • Управление сигналом 0-10 Вольт

Слабые стороны:

  • Расстояние от прибора до двигателя не более 5 метров (этот недостаток устраняется при использовании дистанционного регулятора)
  • Все недостатки регулировки напряжением

Частотное регулирование

Ещё совсем недавно (10 лет назад) частотных регуляторов скорости двигателей на рынке было ограниченное количество, и стоили они довольно дорого. Причина — не было дешёвых силовых высоковольтных транзисторов и модулей.

Но разработки в области твердотельной электроники позволили вывести на рынок силовые IGBT-модули. Как следствие — массовое появление на рынке инверторных кондиционеров, сварочных инверторов, преобразователей частоты.

На данный момент частотное преобразование — основной способ регулирования мощности, производительности, скорости всех устройств и механизмов приводом в которых является электродвигатель.

Однако, преобразователи частоты предназначены для управления трёхфазными электродвигателями.

Однофазные двигатели могут управляться:

  • специализированными однофазными ПЧ
  • трёхфазными ПЧ с исключением конденсатора

Преобразователи для однофазных двигателей

В настоящее время только один производитель заявляет о серийном выпуске специализированного ПЧ для конденсаторных двигателей — INVERTEK DRIVES.

Это модель Optidrive E2

Для стабильного запуска и работы двигателя используются специальные алгоритмы.

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:

f — частота тока

С — ёмкость конденсатора

В выходном каскаде используется мостовая схема с четырьмя выходными IGBT транзисторами:

Optidrive E2 позволяет управлять двигателем без исключения из схемы конденсатора, то есть без изменения конструкции двигателя — в некоторых моделях это сделать довольно сложно.

Преимущества специализированного частотного преобразователя:

  • интеллектуальное управление двигателем
  • стабильно устойчивая работа двигателя
  • огромные возможности современных ПЧ:
  • возможность управлять работой двигателя для поддержания определённых характеристик (давления воды, расхода воздуха, скорости при изменяющейся нагрузке)
  • многочисленные защиты (двигателя и самого прибора)
  • входы для датчиков (цифровые и аналоговые)
  • различные выходы
  • коммуникационный интерфейс (для управления, мониторинга)
  • предустановленные скорости
  • ПИД-регулятор

Минусы использования однофазного ПЧ:

Использование ЧП для трёхфазных двигателей

Стандартный частотник имеет на выходе трёхфазное напряжение. При подключении к ему однофазного двигателя из него извлекают конденсатор и соединяют по приведённой ниже схеме:

Геометрическое расположение обмоток друг относительно друга в статоре асинхронного двигателя составляет 90°:

Фазовый сдвиг трёхфазного напряжения -120°, как следствие этого — магнитное поле будет не круговое , а пульсирующее и его уровень будет меньше чем при питании со сдвигом в 90°.

В некоторых конденсаторных двигателях дополнительная обмотка выполняется более тонким проводом и соответственно имеет более высокое сопротивление.

При работе без конденсатора это приведёт к:

  • более сильному нагреву обмотки (срок службы сокращается, возможны кз и межвитковые замыкания)
  • разному току в обмотках

Многие ПЧ имеют защиту от асимметрии токов в обмотках, при невозможности отключить эту функцию в приборе работа по данной схеме будет невозможна

Преимущества:

  • более низкая стоимость по сравнению со специализированными ПЧ
  • огромный выбор по мощности и производителям
  • более широкий диапазон регулирования частоты
  • все преимущества ПЧ (входы/выходы, интеллектуальные алгоритмы работы, коммуникационные интерфейсы)

Недостатки метода:

  • необходимость предварительного подбора ПЧ и двигателя для совместной работы
  • пульсирующий и пониженный момент
  • повышенный нагрев
  • отсутствие гарантии при выходе из строя, т.к. трёхфазные ПЧ не предназначены для работы с однофазными двигателями

Контроллеры скорости двигателя - как они работают (PMDC BLDC и AC, управление крутящим моментом и скоростью)

Для справки (в основном моей) мой пост о том, как работают контроллеры двигателей PMDC, находится здесь: Как работает контроллер (PMDC) (чтобы вы могли видеть).

Я пытаюсь понять, как на самом деле работают контроллеры, помимо простой аналогии с широтно-импульсной модуляцией, потому что я знаю, что это намного сложнее. Кроме того, мне становится ясно, что не только разные типы двигателей имеют разные характеристики кривых мощности, но вы не можете выделить в этом части контроллера.То есть, да, конструкции двигателей имеют разные основные черты, но контроллеры, которые ими управляют, тоже есть - в основном из-за того, что контроллер может (и должен делать), чтобы заставить двигатель вращаться. Ясно как грязь?

Как насчет аналогии с бензиновыми двигателями? Небольшой блочный 4-цилиндровый двигатель с турбонаддувом и впрыском топлива выдает мощность иначе, чем большой блок V8 с 4-цилиндровым двигателем, но на самом деле в конечном итоге может обеспечить такое же количество мощности. Я могу намного больше контролировать на маленьком 4-цилиндровом двигателе из-за турбонаддува и EFI, верно? На V8 я могу просто залить им больше бензина на 4 ствола.Примерно так - бесщеточный двигатель переменного тока имеет гораздо больше возможностей, чем обычный контроллер. Как обычно, аналогия, вероятно, вызывает больше вопросов, чем дает ответов. Ну что ж. Я старался.

Есть некоторые фундаментальные различия между тем, как контроллер мотора работает для щеточного двигателя PMDC и бесщеточного двигателя. Любой контроллер двигателя должен работать с каким-то устройством, которое знает, где находится двигатель (во время его вращения) и знает, когда подавать ток. В двигателе PMDC для этого используются щетки и коммутатор - физическое прикосновение к контакту, который размыкается и «заставляет» включать ток.В бесщеточном двигателе этого нет, и вместо этого используются датчики для определения положения. Я попытаюсь понять это, не вдаваясь в подробности о различных типах бесщеточных двигателей, а пока просто расскажу о бесщеточных двигателях постоянного тока.

Итак, я пошел искать информацию о контроллерах и нашел ее на сайте DigiKey: Использование управления замкнутым контуром в системах BLDC. Вся эта страница довольно устрашающая, но дала некоторые действительно простые объяснения, которые заставили меня осмыслить.Также немного о различиях между щеточными и бесщеточными двигателями. Здесь:

Преимущества двигателей BLDC перед щеточными двигателями постоянного тока:

  • Высокая эффективность
  • Более надежный и без дуги при коммутации - без щеток для обслуживания
  • Более высокая скорость и соотношение мощности и габаритов
  • В статоре выделяется тепло - легко снимается
  • Меньшая инерция - без коммутатора
  • Более высокая скорость разгона

Двигатели BLDC более эффективны, чем щеточные двигатели постоянного тока.При той же входной мощности двигатель BLDC преобразует больше электроэнергии в механическую мощность, чем щеточный двигатель, из-за отсутствия трения из-за щеток. В щеточной конструкции двигателя щетки используются для изменения полюсов электромагнита, чтобы двигатель продолжал вращаться. Из-за отсутствия щеток нет ничего, что могло бы механически обработать изменение полярности. В результате требуется электронный контроллер для непрерывного переключения фазы обмотки, которая будет поддерживать вращение двигателя.Для этого на обмотки статора подается питание в определенной последовательности, как показано на Рисунке 1. Двигатели BLDC имеют три фазы. Для движения двигателя в каждом цикле коммутации приводятся в действие две фазы. Одна фаза получает высокий уровень (VMotor), а другая - низкий уровень (GND). Оставшаяся фаза остается плавающей. На каждом этапе коммутации двигатель поворачивается на 60 градусов. По завершении всех циклов двигатель повернется на полные 360 градусов.

Рисунок 1: Выход датчика BLDC в зависимости отвремя коммутации.

Для реализации этой последовательности важно знать положение ротора. Это делается с помощью датчиков, таких как датчики на эффекте Холла (сенсорное управление), или путем измерения обратной ЭДС (бессенсорное управление). Датчики на эффекте Холла встроены в статор. Когда магнитные полюса ротора проходят рядом с датчиками Холла, они подают высокий или низкий сигнал, указывая на то, что северный или южный полюса проходят поблизости. Положение ротора определяется точной комбинацией сигналов трех датчиков Холла.

Sensored BLDC представлен в этом примечании к применению. Три датчика положения обеспечивают текущее положение ротора. Датчики положения переключаются на 180 электрических градусов электрического вращения. Временная диаграмма выходного сигнала датчика и требуемого напряжения привода двигателя показана на рисунке 1. Дополнительное использование широтно-импульсной модуляции (ШИМ) обеспечивает управление скоростью или крутящим моментом, как показано на фазах A, B и C на рисунке 1. цикл модулированного выходного управляющего сигнала (PWM) изменяется для изменения скорости и крутящего момента двигателя.

Я выделил два интересных момента. Во-первых, с трехфазным двигателем вы включаете две фазы и позволяете третьей плавать. Во-вторых, вы можете контролировать скорость и крутящий момент. Помните, что вольт = скорость, ток = крутящий момент, поэтому я переведу это как: мы можем контролировать как напряжение, так и ток импульсов. Хорошо, я чувствую, что мы чего-то добиваемся.

И, наконец, я добрался до главного: Основы управления двигателем: Режимы работы привода через Carotron - компанию, занимающуюся контроллерами двигателей.

Вот синопсис:

1.) Приводы постоянного тока - Контроль крутящего момента:

Для управления крутящим моментом двигателей постоянного тока привод постоянного тока регулирует ток якоря.

Напряжение якоря не регулируется, что позволяет двигателю работать с любой скоростью, необходимой для достижения заданного уровня тока / момента.

2.) Приводы переменного тока - Контроль крутящего момента:

Привод переменного тока использует комплексную обработку напряжения двигателя, тока, частоты и положения вращения, чтобы обеспечить возможность регулирования крутящего момента.Работа в режиме МОМЕНТ обычно требует обратной связи от энкодера. Даже оценка способности инверторного привода регулировать крутящий момент не является простой задачей. Не думайте, что инвертор и двигатель, работающие в режиме «крутящего момента», будут создавать линейный и пропорциональный выходной крутящий момент относительно задания. Полный контроль крутящего момента может зависеть от использования внешнего опорного вращающего момента цепи или управления, который имеет гибкость и регулируемость, чтобы компенсировать любой привод / двигатель недостатков.

3.) Приводы постоянного тока - Контроль скорости (скорости):

Для регулирования скорости двигателя постоянного тока привод обычно регулирует напряжение якоря. Насколько хорошо это работает, зависит от того, какой сигнал обратной связи используется для представления скорости двигателя.

Общие варианты выбора для некоторых приводов постоянного тока следующие:

  • AFB - Обратная связь якоря
  • TFB - обратная связь тахометра
  • EFB - обратная связь энкодера

(не забудьте посмотреть ссылку на источник, чтобы узнать больше по этому поводу.)

4.) Приводы переменного тока - Контроль скорости (скорости):

Преобразователи частоты

AC Inverter могут иметь несколько выбираемых методов управления. Вот несколько примеров:

  • Управление V / F (V / F, напряжение / частота - также называется управлением вольт на герц)
  • Управление V / F с PG или обратной связью тахометра
  • Вектор разомкнутого цикла
  • Замкнутый контур или вектор потока

В / Ф, напряжение / частота, Метод управления - также называемый управлением вольт на герц, является наиболее распространенным методом управления инвертором.Не требуя устройства обратной связи, он подходит для применения в двигателях общего назначения и с несколькими двигателями.

Управление напряжением / частотой с PG обратной связью обеспечивает лучшее регулирование скорости по сравнению с системой с обратной связью.

Вектор разомкнутого контура , иногда называемый бессенсорным вектором, использует более сложный алгоритм управления для обеспечения точного управления скоростью, быстрого отклика и более высокого крутящего момента на низкой скорости.

Вектор потока или вектор с обратной связью требует обратной связи от энкодера и обеспечивает точное управление скоростью и полным номинальным крутящим моментом в широком диапазоне скоростей - иногда даже при нулевых оборотах в минуту.

Инверторы

и их двигатели также могут работать в профиле «Постоянная мощность в лошадиных силах», где скорость двигателя может быть увеличена за пределы номинальной скорости с уменьшением номинальной мощности крутящего момента.

Хорошо, я чувствую, что это начало. Следующим шагом квеста будет изучение типичных двигателей и контроллеров, которые вы можете получить, и определение их типов и, следовательно, того, что вы можете с ними делать. Оставайтесь в курсе.

Нравится:

Нравится Загрузка...

Связанные

Системы электрической тяги |

Система, в которой электроэнергия используется в тяговых системах, например, в железных дорогах, трамваях, троллейбусах и т. Д., Называется электрической тягой. Электрификация пути относится к типу системы электроснабжения, которая используется при питании систем электровоза. Это может быть переменный или постоянный ток или композитный источник питания.

Выбор типа электрификации зависит от нескольких факторов, таких как доступность электроснабжения, тип области применения или такие услуги, как городские, пригородные и магистральные услуги и т. Д.

Существуют три основных типа электрических тяговых систем:

  1. Система электрификации постоянного тока (DC)
  2. Система электрификации переменного тока
  3. Композитная система.


1- Система электрификации постоянного тока

Выбор системы электрификации постоянного тока включает в себя множество преимуществ, таких как размеры и вес, быстрое ускорение и торможение электродвигателей постоянного тока, меньшая стоимость по сравнению с системами переменного тока, меньшее потребление энергии и т. Д.

В системах этого типа трехфазная мощность, полученная от электрических сетей, деэскалируется до низкого напряжения и преобразуется в постоянный ток выпрямителями и силовыми электронными преобразователями.

Этот тип источника постоянного тока подается на автомобиль двумя разными способами:

  • 3-я и 4-я рельсовая система работают при низких напряжениях (600-1200В)
  • В надземных рельсах используется высокое напряжение (1500-3000 В)

В состав систем электроснабжения электрификации постоянного тока входят;

  • Питание 300-500 В для специальных систем, таких как аккумуляторные.
  • 600-1200В для городских железных дорог, трамваев и легких поездов метро.
  • 1500-3000В для пригородных и магистральных перевозок, таких как легкое и тяжелое метро.

Благодаря высокому пусковому моменту и умеренному регулированию скорости, двигатели серии постоянного тока широко используются в тяговых системах постоянного тока. Они обеспечивают высокий крутящий момент на низких скоростях и низкий крутящий момент на высоких скоростях.

Преимущества;

  • В случае тяжелых поездов, требующих частых и быстрых ускорений, тяговые двигатели постоянного тока являются лучшим выбором по сравнению с двигателями переменного тока.
  • Электропоезд
  • постоянного тока потребляет меньше энергии по сравнению с агрегатом переменного тока при тех же условиях эксплуатации.
  • Оборудование тяги постоянного тока дешевле, легче и эффективнее, чем тяговая система переменного тока.
  • Не вызывает электрических помех на близлежащих линиях связи.

Недостатки;

  1. Дорогие подстанции требуются через частые промежутки времени.
  2. Воздушный трос или третья направляющая должны быть относительно большими и тяжелыми.
  3. Напряжение продолжает уменьшаться с увеличением длины.

2- Система электрификации переменного тока

Система тяги переменного тока стала очень популярной в настоящее время, и она чаще используется в большинстве систем тяги благодаря ряду преимуществ, таких как быстрая доступность и генерация переменного тока, который можно легко повышать или понижать, простое управление двигателями переменного тока. , меньшее количество подстанций и наличие легких воздушных контактных сетей, передающих низкие токи при высоких напряжениях и т. д.

Системы электропитания электрификации переменного тока включают одно-, трехфазные и композитные системы. Однофазные системы состоят из источника питания от 11 до 15 кВ при 16,7 Гц и 25 Гц для обеспечения регулируемой скорости коммутирующих двигателей переменного тока. Он использует понижающий трансформатор и преобразователи частоты для преобразования высокого напряжения и фиксированной промышленной частоты.

Однофазная конфигурация 25 кВ при 50 Гц - наиболее часто используемая конфигурация для электрификации переменного тока. Он используется для систем перевозки тяжелых грузов и магистральных линий, поскольку не требует преобразования частоты.Это один из широко используемых типов композитных систем, в которых питание преобразуется в постоянный ток для привода тяговых двигателей постоянного тока.

В трехфазной системе для привода локомотива используется трехфазный асинхронный двигатель, рассчитанный на 3,3 кВ, 16,7 Гц. Система распределения высокого напряжения с питанием 50 Гц преобразуется в электродвигатель этой мощности с помощью трансформаторов и преобразователей частоты. В этой системе используются две воздушные линии, а рельс является еще одной фазой, но это создает много проблем на пересечениях и перекрестках.

Преимущества;

  1. Требуется меньшее количество подстанций.
  2. Можно использовать более легкий провод электропитания.
  3. Пониженный вес опорной конструкции.
  4. Снижены капитальные затраты на электрификацию.

Недостатки;

  1. Значительные затраты на электрификацию.
  2. Повышенная стоимость обслуживания линий.
  3. Воздушные провода дополнительно ограничивают зазор в туннелях.
  4. Обновление требует дополнительных затрат, особенно если есть бригады и туннели.
  5. Железнодорожная тяга требует иммунной мощности, без порезов.

3- композитная система

Поезда

Composite System (или мультисистемы) используются для обеспечения непрерывного движения по маршрутам, электрифицированным с использованием более чем одной системы. Один из способов добиться этого - сменить локомотивы на коммутационных станциях. У этих станций есть воздушные провода, которые можно переключать с одного напряжения на другое. Другой способ - использовать мультисистемные локомотивы, которые могут работать при нескольких типах напряжения и тока.В Европе принято использовать четырехсистемные локомотивы. (1,5 кВ постоянного тока, 3 кВ постоянного тока, 15 кВ переменного тока 16 Гц, 25 кВ переменного тока 50 Гц).


Источники: различных презентаций slideshare.net, elprocus.com, electronicshub.org


Видео:

Независимый тест EmDrive «Бесщеточные двигатели, 3-фазные инверторы, схемы

Меня зовут Берка Юлиан, я живу в Нидерландах, я учился в Политехническом университете Бухареста, на факультете электротехники Румынии, и мне нравится строить такие вещи, как электромобили, скутеры, велосипеды, квадрокоптеры, бесщеточные двигатели и инверторы (ESC или контроллеры моторов)

Я очень увлечен электроникой, сейчас я работаю над улучшением бесщеточного контроллера и собираюсь создавать новые двигатели и автомобили.

Я готов сотрудничать в разных проектах или работать в творческой компании, разрабатывать и тестировать новые технологии.

Мой канал на YouTube находится на http://www.youtube.com/user/iulian207?feature=mhee



Если у вас есть какие-либо вопросы по поводу этих конструкций, вы можете отправить мне электронное письмо по адресу [email protected]


Я проектирую в Eagle-cad: схемы бесщеточного контроллера, схемы контроллера двигателя постоянного тока, схемы защиты и т. Д.
Я постоянно совершенствую свою конструкцию надежного бесщеточного контроллера со всей необходимой защитой (перегрузка по току, перегрев, выход неисправности, управление крутящим моментом), а также линейное ускорение и замедление и адаптация угла синхронизации.
Сейчас я также работаю над новой конструкцией большого 48-полюсного бесщеточного двигателя мощностью 60 кВт с прямым приводом.

Сейчас я строю новую лабораторию и буду признателен за любые небольшие пожертвования на новые материалы для магазина или оборудование для улучшения дизайна и создания новых интересных и инновационных проектов.

Репликация эксперимента по наблюдению тяги в устройстве EmDrive.

В устройстве используется магнетрон для создания микроволн, которые направляются в металлическую, полностью закрытую конически сужающуюся высокую резонансную полость Q с большей площадью на одном конце устройства и диэлектрическим резонатором перед более узким концом. Изобретатель утверждает, что устройство создает направленную тягу к узкому концу конической полости. Устройство (двигатель) требует источника электроэнергии для создания отражающих внутренних микроволн, но не имеет движущихся частей и не требует какой-либо реакционной массы в качестве топлива.Если будет доказано, что эта технология работает, как заявлено, эта технология может быть использована для приведения в движение транспортных средств, предназначенных для всех видов путешествий, включая наземные, морские, подводные, воздушные и космические полеты.

EmDrive - это устройство, изобретенное Роджером Шоуером в 1999 г. и успешно воспроизведенное группой из Китая под руководством Ян Хуана и командой НАСА в этом году. Устройство также было испытано в вакууме при наличии тяги на пороге, поэтому конвекция воздуха или другое возможное движение воздуха исключены.

Я воспроизведу эксперимент и попробую понаблюдать за тягой.

Материалы для привода.

  • Купер лист 0,3 мм (изначально предполагалось 0,6 мм)
  • Трансформатор
  • от СВЧ (мощность ~ 800-1200Вт)
  • Магнетрон из микроволновой печи: напряжение на аноде и катоде ~ 4кВ, и 3-4В при 13А для нити накала. Частота 2,45ГГц.
  • припой, винты 4мм, печатная плата

Испытательное оборудование: измерение тока, напряжение, измерение температуры, микрограммовая шкала.

3D-моделирование Frustrum в Autocad Inventor

Классификация электродвигателей - Часть третья ~ Электрические ноу-хау


В предыдущей теме »Классификация of Electric Motors - Part Two », я объяснил Бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC) и первый тип однофазного двигателя, с короткозамкнутым ротором, асинхронный двигатель; Асинхронные двигатели с экранированными полюсами.

Сегодня я объясню других типов асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, а также типы асинхронных двигателей с фазным ротором следующим образом.

Вы можете просмотреть следующие связанные темы для ознакомления и хорошей подписки.


1- Однофазный, с короткозамкнутым ротором, асинхронный двигатель:




В этой категории много типов, как показано на изображении ниже.


B- Асинхронный двигатель переменного тока, разделенный фазой



Конструкция и принцип работы:



Электродвигатель с расщепленной фазой также известен как электродвигатель с индукционным пуском / индукционным ходом.У него две обмотки: пусковая и основная. Пусковая обмотка сделана из провода меньшего диаметра и с меньшим количеством витков по сравнению с основной обмоткой, чтобы создать большее сопротивление, таким образом, поле пусковой обмотки расположено под другим углом, чем у основной обмотки, что заставляет двигатель начать вращение. Основная обмотка из более толстого провода обеспечивает работу двигателя в остальное время.

Преимущества и недостатки:


  1. Пусковой крутящий момент низкий, обычно от 100% до 175% номинального крутящего момента.
  2. Двигатель потребляет высокий пусковой ток, примерно от 700% до 1000% номинального тока.
  3. Максимальный создаваемый крутящий момент составляет от 250% до 350% от номинального крутящего момента.

Приложения:

Хорошие применения для двигателей с разделенной фазой включают небольшие измельчители, небольшие вентиляторы и воздуходувки, а также другие приложения с низким пусковым моментом и потребляемой мощностью от 1/20 до 1/3 л.с. Избегайте использования этого типа двигателя в любых приложениях, требующих высокой частоты циклов включения / выключения или высокого крутящего момента.

Типы:



Двухфазные двигатели предназначены для использования индуктивности, емкости или сопротивления для развития пускового момента, поэтому их несколько типов:
  1. Конденсаторный пуск.
  2. Асинхронный двигатель переменного тока с постоянным разделенным конденсатором (конденсаторная работа).
  3. Конденсаторный пуск / конденсаторный асинхронный двигатель переменного тока.
  4. Сопротивление-Старт.

1- Конденсаторный пуск



Конструкция и принцип работы:




Конденсаторный асинхронный двигатель переменного тока с разделенной фазой
Статор состоит из основной обмотки и пусковой (вспомогательной) обмотки.Пусковая обмотка подключена параллельно основной обмотке и физически размещена под прямым углом к ​​ней. Разность электрических фаз между двумя обмотками составляет 90 градусов, что достигается последовательным соединением вспомогательной обмотки с конденсатором и пусковым выключателем.

При первом включении двигателя пусковой выключатель замыкается. Это помещает конденсатор последовательно со вспомогательной обмоткой. Конденсатор имеет такую ​​емкость, что вспомогательная цепь фактически является резистивно-емкостной цепью (называемой емкостным реактивным сопротивлением и выражаемой как XC).В этой цепи ток опережает линейное напряжение примерно на 45º (потому что X C примерно равно R). Основная обмотка имеет достаточное сопротивление-индуктивность (называемое индуктивным сопротивлением и выражаемое как XL), чтобы ток отставал от линейного напряжения примерно на 45º (потому что X L примерно равно R). Таким образом, токи в каждой обмотке сдвинуты по фазе на 90º, как и генерируемые магнитные поля. Эффект заключается в том, что две обмотки действуют как двухфазный статор и создают вращающееся поле, необходимое для запуска двигателя.

Когда достигается почти полная скорость (75% от номинальной скорости), центробежное устройство (пусковой выключатель) отключает пусковую обмотку. Затем двигатель работает как простой однофазный асинхронный двигатель. Поскольку вспомогательная обмотка представляет собой только легкую обмотку, двигатель не развивает достаточный крутящий момент для запуска тяжелых нагрузок. Поэтому электродвигатели с расщепленной фазой бывают небольших размеров.

Преимущества и недостатки:


  1. Поскольку конденсатор включен последовательно с пусковой цепью, он создает больший пусковой момент, обычно от 200% до 400% от номинального крутящего момента.
  2. Пусковой ток, обычно от 450% до 575% от номинального тока, намного ниже, чем при расщепленной фазе из-за большего диаметра провода в цепи запуска.
  3. Размеры варьируются от дробной до 10 л.с. при 900 - 3600 об / мин.

2- Постоянный разделенный конденсатор (конденсаторная работа) Асинхронный двигатель переменного тока



Конструкция и принцип работы:



Постоянный разделенный конденсатор (конденсаторная работа) Асинхронный двигатель переменного тока

Двигатель с постоянным разделенным конденсатором (PSC) имеет рабочий конденсатор, постоянно включенный последовательно с пусковой обмоткой.Это делает пусковую обмотку вспомогательной обмоткой, когда двигатель достигает рабочей скорости.

Поскольку рабочий конденсатор должен быть рассчитан на непрерывное использование, он не может обеспечить пусковой импульс пускового конденсатора.

Типичный пусковой момент двигателя PSC низкий, от 30% до 150% от номинального момента.

Двигатели

PSC имеют низкий пусковой ток, обычно менее 200% номинального тока, что делает их идеальными для приложений с высокой частотой включения / выключения.

Преимущества


  1. Конструкция двигателя может быть легко изменена для использования с регуляторами скорости.
  2. Они также могут быть разработаны для обеспечения оптимального КПД и высокого коэффициента мощности (PF) при номинальной нагрузке.
  3. Они считаются самыми надежными из однофазных двигателей, главным образом потому, что не требуется центробежный пусковой выключатель.

Применения

Двигатели с постоянными разделенными конденсаторами имеют широкий спектр применения в зависимости от конструкции. К ним относятся вентиляторы, воздуходувки с низким начальным крутящим моментом и устройства с прерывистой цикличностью, например регулирующие механизмы, приводы ворот и устройства открывания гаражных ворот.

3- конденсаторный пуск / конденсаторный асинхронный двигатель переменного тока



Конструкция и принцип работы:

Пуск с конденсатором / Работа от конденсатора Асинхронный двигатель переменного тока с разделенной фазой

Этот двигатель имеет конденсатор пускового типа, соединенный последовательно со вспомогательной обмоткой, такой как конденсаторный пусковой двигатель, для высокого пускового момента.Как и двигатель PSC, он также имеет конденсатор рабочего типа, который включен последовательно со вспомогательной обмоткой после того, как пусковой конденсатор отключен от цепи. Это допускает высокий момент перегрузки.

Преимущества


  1. Этот тип двигателя может быть рассчитан на более низкие токи полной нагрузки и более высокий КПД.

Недостатки
  1. Этот двигатель дорогостоящий из-за пусковых и рабочих конденсаторов и центробежного переключателя.

Приложения

Он может обрабатывать приложения, слишком требовательные для любого другого типа однофазного двигателя.К ним относятся деревообрабатывающее оборудование, воздушные компрессоры, водяные насосы высокого давления, вакуумные насосы и другие устройства с высоким крутящим моментом, требующие от 1 до 10 л.с.

4- Начало сопротивления



Конструкция и принцип работы:

Начало сопротивления Двухфазный асинхронный двигатель переменного тока


Модифицированной версией конденсаторного пускового двигателя является пусковой двигатель с сопротивлением.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *