Источник питания трехфазного электродвигателя от однофазной сети с регулировкой частоты вращения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Электродвигатели

 Комментарии к статье

Асинхронные электродвигатели (в том числе трехфазные) находят широкое применение в быту и на производстве для привода машин и механизмов, скорость работы которых постоянна или изменяется с помощью редукторов с переменным передаточным числом и других механических приспособлений. Там, где необходимо плавно регулировать частоту вращения вала, предпочтение отдают, как правило, более дорогим и менее надежным коллекторным электродвигателям, у которых эту операцию выполнить просто - достаточно изменять напряжение питания или ток в обмотке возбуждения. Чтобы управлять частотой вращения вала асинхронного двигателя, приходится изменять не только напряжение, но и частоту переменного тока в его обмотках. Автор предлагаемой статьи рассказывает о своем решении этой задачи. Разработанное им устройство позволяет питать от однофазной сети асинхронный трехфазный двигатель мощностью до 3,5 кВт и изменять частоту его вращения более чем в 10 раз.

Нередко возникает необходимость плавно изменять скорость работы машин и механизмов, снабженных электроприводом. Обычно применяемые в таких случаях коллекторные электродвигатели дороги, требуют периодического обслуживания и уступают асинхронным в надежности, сроке службы и массогабаритных показателях.

Промышленность выпускает устройства частотного регулирования скорости вращения асинхронных двигателей.

Эти приборы сложны и дороги, поэтому применяют их лишь в ответственных случаях, например, в приводах станков с ЧПУ. Схемы подобных регуляторов для самостоятельного изготовления были опубликованы и в журнале "Радио" [1, 2]. К сожалению, рассчитаны они на двигатели очень небольшой мощности

Основная проблема, возникающая при разработке частотного регулятора, состоит в необходимости изменять вместе с частотой и эффективное значение подаваемого на обмотки двигателя напряжения. Дело в том, что со снижением частоты переменного тока уменьшается индуктивное сопротивление обмотки, что приводит к недопустимому возрастанию протекающего по ней тока. Чтобы избежать перегрева обмотки и насыщения магнитопровода статора, необходимо снижать напряжение питания двигателя.

Один из способов сделать это, рекомендованный в [3], состоит в подключении двигателя через регулируемый автотрансформатор, подвижный контакт которого механически связан с регулятором частоты. Способ, нужно сказать, весьма неудобный, так как масса и размеры автотрансформатора сравнимы с аналогичными показателями самого двигателя, а надежность подвижного контакта при передаче большой мощности вызывает сомнения. Гораздо удобнее изменять эффективное значение напряжения с помощью широтноимпульсной модуляции (ШИМ) [4]. В основе предлагаемого регулируемого источника питания асинхронного трехфазного электродвигателя лежит именно такой метод.

Источник построен по схеме, изображенной на рис. 1.

Мощный выпрямитель, входящий в состав блока питания и защиты БПЗ, преобразует однофазное переменное напряжение 220 В 50 Гц в постоянное 300 В. С помощью трех сдвоенных силовых ключей СК1 - СКЗ коммутируют обмотки трехфазного электродвигателя М1, подключая их в нужных очередности и полярности к выходу выпрямителя. Цепи VD1L1 и VD2L2 защищают ключи от бросков тока нагрузки.

Импульсы, управляющие ключами, генерируют блок ФИУ - формирователь управляющих импульсов. В БПЗ имеются еще несколько маломощных выпрямителей для питания ФИУ и СК, а также узел токовой защиты, отключающий устройство от сети при превышении допустимого значения потребляемого тока.

Схема ФИУ показана на рис. 2.

(нажмите для увеличения)

На микросхеме DD1 выполнен генератор тактовых импульсов. Их частоту регулируют переменным резистором R4.1 от 30 до 400 Гц. Частота импульсов на выходах микросхем DD4 и DD5 в шесть раз ниже - от 5 до 66,7 Гц. Ток именно такой частоты потечет в обмотках двигателя М1 (см. рис. 1), задавая частоту вращения его вала. Уменьшать частоту ниже указанного предела не стоит, станет заметной неравномерность вращения вала. А при частоте выше номинальной (50 Гц) резко падает момент на валу двигателя.

Цепи R5VD3C3-R10VD8C8 задерживают фронты управляющих импульсов, оставляя их спады незадержанными. Это необходимо, чтобы выходные транзисторы ключей, составляющих пару (например, СК1.1 и СК1.2), даже на очень короткое время не оказались открытыми одновременно, что было бы равносильно короткому замыканию источника постоянного напряжения 300 В и привело бы в лучшем случае к перегреву, а в худшем - к выходу из строя этих транзисторов, а с ними и других элементов СК.

На входы логических элементов DD6.1-DD6.4, DD2.3, DD2.4, кроме импульсов частотой 5...66,7 Гц, поступают более высокочастотные импульсы регулируемой скважности от генератора на элементах DD2.1, DD2.2. Переменные резисторы R4.1 и R4.2 спарены, поэтому на выходах перечисленных выше элементов одновременно с изменением частоты повторения пачек изменяется скважность заполняющих эти пачки импульсов.

Резисторы R2 и R3 подобраны таким образом, что при номинальных или повышенных оборотах на двигатель поступает практически полное напряжение, а с их уменьшением оно снижается приблизительно в два раза. В результате при пониженной в десять раз частоте ток, потребляемый электродвигателем, лишь незначительно превышает номинальный.

Инверторы DD7.1-DD7.6 с повышенной нагрузочной способностью служат буферными элементами. В их выходные цепи включены светодиоды оптронов, установленных в ключах СК1-СКЗ и обеспечивающих гальваническую развязку между цепями управления и силовыми узлами источника.

Схема СК представлена на рис. 3. Всего таких ключей шесть (по два на каждую фазу). В интервалы времени, когда через светодиод оптрона U1 ток не течет, вследствие чего его фотодиод имеет высокое сопротивление, транзисторы VT1 и VT2 открыты, VT3 и VT4 закрыты - ключ разомкнут. При протекании тока через светодиод ключ замкнут. Элементы VD3-VD6, R3 и С1 обеспечивают форсированное закрывание транзистора VT4, что снижает потери энергии и облегчает тепловой режим ключа.

Диод VD7 защищает транзистор VT4 от выбросов напряжения на индуктивной нагрузке. Подробнее узнать об устройстве силовых ключей и способах их защиты можно в книге [4]. До знакомства с ней автор сжег немало дорогих транзисторов большой мощности.

Схема БПЗ показана на рис. 4.

Ко вторичным обмоткам трансформатора Т1 подключены четыре выпрямителя. Первый из них, на диодном мосте VD1, служит для питания узлов управления ключей СК1.2-СКЗ.2. От него же через стабилизатор на транзисторе VT1 питают микросхемы ФИУ. Для питания узлов управления ключей СК1.1 - СК3.1, находящихся под высоким потенциалом, служат три изолированных выпрямителя на диодных мостах VD2- VD4.

Силовой выпрямитель собран на диодах VD7-VD10 и снабжен сглаживающим фильтром C7L1C8. Нажатием на кнопку SB2 замыкают цепь обмотки контактора КМ1. Сработавший контактор остается в таком состоянии благодаря замкнувшимся контактам КМ1.2. Напряжение 220 В, 50 Гц поступает на диодный мост VD7-VD10 через замкнувшиеся контакты КМ 1.1 и первичную обмотку трансформатора тока Т2 Вы ключают контактор и электродвигатель М1 (см. рис. 1) нажатием на кнопку SB1.

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора Т2, выпрямленное диодным мостом VD6, пропорционально потребляемому от сети току. Как только часть этого напряжения, снимаемая с движка переменного резистора R2, превысит порог открывания тринистора VS1, реле К1 сработает и своими контактами К1.1 разомкнет цепь обмотки контактора КМ1, отключая силовой выпрямитель от сети.

Трансформатор Т1 габаритной мощностью не менее 60 Вт должен иметь четыре хорошо изолированных вторичных обмотки на напряжение 12 В Обмотка II - на ток 2 А. обмотки III-V - на 0,7 А. Вместо многообмоточного можно использовать несколько трансформаторов с меньшим числом обмоток.

Магнитопровод трансформатора Т2 - кольцо К28х6х9 из феррита 2000НМ. Его вторичная обмотка содержит 300 витков провода ПЭЛ 0,22, а роль первичной выполняет пропущенный в отверстие кольца провод, идущий к диодному мосту VD7-VD10.

Реле К1 - РЭС22 (РФ4.500.121) можно заменить любым с напряжением срабатывания 12 В и, по крайней мере, одной группой нормально замкнутых контактов. Контактор КМ1 с обмоткой на 220 В выбирают исходя из мощности электродвигателя. Катушки L1 и L2 (рис. 1) - бескаркасные, содержат по 25 витков провода ПЭЛ 1,5, намотанных внавал на оправке диаметром 30 мм.

К деталям и конструкции узлов СК (см. рис. 3) следует отнестись с особым вниманием. Именно эти узлы приносят больше всего неприятностей и материального ущерба в случае выхода из строя. Все детали перед монтажом обязательно должны быть тщательно проверены, а "подозрительные" беспощадно отбракованы. Транзистор VT4 устанавливают на теплоотвод достаточной площади (в авторском варианте - 400 см2). Рядом с ним на том же теплоотводе размещают транзистор VT3, а выводы диода VD7 припаивают непосредственно к выводам транзистора VT4.

Пару транзисторов КТ8110А, КТ8155А можно заменить одним составным МТКД-40-5-3. Он снабжен внутренним защитным диодом, поэтому диод VD7 в случае такой замены не нужен. Близкие по параметрам составные транзисторы МТКД-40-5-2 в данном случае не годятся, так как не имеют внешнего вывода базы второго (мощного) транзистора. Теплоотводящая поверхность транзисторов МТКД-40 5 3 электрически изолирована от полупроводниковой структуры, поэтому транзисторы всех ключей можно установить на общем теплоотводе.

Все силовые цепи должны быть выполнены жесткими, по возможности короткими и прямыми проводами и удалены от цепей ФИУ. Сечение каждого провода должно соответствовать протекающему току. Причем опасно не только занижать, но и завышать диаметр проводов. Цепи VD1L1 и VD2L2 (см. рис. 1) монтируют в непосредственной близости от ключей, припаивая их к выводам соответствующих транзисторов. Если блок силовых ключей не получился компактным, аналогичными защитными цепями желательно снабдить каждую пару СК.

При налаживании источника, прежде всего, с помощью осциллографа проверяют наличие и форму импульсов на выводах микросхем ФИУ Затем, не подавая напряжение на диодный мост VD7-VD10 (см. рис. 4) и не подключая двигатель М1, проверяют, поступают ли импульсы на базы транзисторов VT3 во всех СК.

После этого отключают ФИУ, а на диодный мост подают сетевое напряжение через регулируемый автотрансформатор, постепенно увеличивая его от 0 до 220 В. Двигатель остается не подключенным. Потребляемый С К ток не должен превышать нескольких десятков микроампер. Убедившись в этом, понижают напряжение на выходе автотрансформатора до нуля и, временно заблокировав ШИМ (для этого достаточно разорвать в ФИУ провод, соединяющий выход элемента DD2.2 со входами элементов DD2.3, DD2.4, DD5.1- DD5.4), включают ФИУ. Вновь постепенно увеличивая напряжение, подаваемое на СК, проверяют потребляемый ток. Он станет больше, но даже на максимальной частоте не должен превышать 100 мкА„ Операцию повторяют, разблокировав ШИМ и контролируя осциллографом форму напряжения в точках, предназначенных для подключения обмоток двигателя.

Если все проверки прошли успешно, можно подключить к источнику трехфазный электродвигатель сравнительно небольшой мощности (до 1 кВт) и проверить его работу при уменьшенном напряжении на холостом ходу, а затем - и при номинальных сетевом напряжении и механической нагрузке. Следует постоянно контролировать температуру силовых транзисторов и общий ток, потребляемый от сети. Убедившись в полной работоспособности источника, можно питать от него электродвигатели мощностью до 3,5 кВт.

Литература

1. Дубровский А. Регулятор частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей. - Радио, 2001, № 4, с. 42, 43.
2. Пышкин В. Трехфазный инвертор. - Радио, 2000, № 2. с. 35.
3. Калугин С. Доработка регулятора частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей. - Радио, 2002, № 3, с. 31.
4. Воронин П. Силовые полупроводниковые ключи. - М.: Додэка, 2001.

Автор: В.Нарыжный, г.Батайск Ростовской обл.

Смотрите другие статьи раздела Электродвигатели.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Гибридный хромбук HP Chromebook X2 11.04.2018 Компания HP представила первый в своем роде гибридный хромбук Chromebook X2, то есть этот планшет с подключаемой клавиатурой работает под управлением операционной системы Chrome OS. В основе устройства лежит двухъядерный процессор Intel Core M3-7Y30 тактовой частотой 1 - 2,6 ГГц. Дисплей - 12,3-дюймовый IPS разрешением Quad HD 2400х1600 пикселей, прикрытый защитным стеклом Corning Gorilla Glass 4. Корпус устройства выполнен из металла, а клавиатура подключается при помощи магнитного шарнира. Память - от 4 до 8 ГБ оперативной и 32 ГБ постоянной на встроенном накопителе eMMC. Есть камеры разрешением 13 и 5 мегапикселей, модули Wi-Fi (802.11ac 2х2) и Bluetooth 4.2, два порта USB 3.0 Type-C. Продажи новинки стартуют 10 июня по цене от $599.

Другие интересные новости:

▪ Умный стайлер Dyson Airwrap

▪ Проблемы плавания в сиропе

▪ Пшеница и горошек будут расти быстрее

▪ Класс с переменным освещением

▪ Новая система улавливания углерода

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Опыты по физике. Подборка статей

▪ статья Тиски из пассатижей. Советы домашнему мастеру

▪ статья Моют ли еноты свою пищу? Подробный ответ

▪ статья Почтальон. Должностная инструкция

▪ статья Ремонт зеркал. Простые рецепты и советы

▪ статья Автоматическое зарядное устройство аккумуляторов 7Д-0,1. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026