Регулятор частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Электродвигатели

 Комментарии к статье

Предлагаю вниманию читателей схему (рис.1) и конструкцию устройства, позволяющего регулировать частоту вращения трехфазного асинхронного двигателя (АД) в диапазоне 300...8000 об/мин (в дальнейшем - РЧВ). Уверен, что оно будет полезно многим радиолюбителям, так как придает трехфазным асинхронным двигателям новые качественные показатели: питание от однофазной сети практически без потери мощности, возможность регулирования пускового момента, повышение КПД, независимость направления вращения от фазы поданного напряжения, регулирование в широких диапазонах частоты вращения как на холостом ходу, так и при нагрузке, а главное, возможность повышать максимальную частоту вращения с 3000 до 6000...10000 об/мин.

(нажмите для увеличения)

Основные характеристики РЧВ:

• Напряжение питания ~220 В
• Потребляемая мощность, не более 15 Вт (без учета мощности двигателя)
• Тип двигателя трехфазный асинхронный Fн=3000 об/мин, Рн=120 Вт.

Как известно, существует несколько способов регулирования частоты вращения АД - изменением питающего напряжения, нагрузки на валу, применением специальной обмотки ротора с регулируемым сопротивлением, а также частотное регулирование, являющееся наиболее эффективным методом, так как позволяет сохранить энергетические характеристики АД и применить наиболее дешевые и надежные АД с короткозамкнутым ротором. Прежде чем рассмотреть работу РЧВ, необходимо напомнить читателю основные характеристики АД.

1. Коэффициент полезного действия КПД=(Рв/Рп), где Рв - механическая мощность на валу двигателя, Рп - электрическая мощность, потребляемая из сети. На холостом ходу КПД=0, так как Рв=0. При номинальной мощности на валу Рн КПД имеет максимальное значение (0,75 ... 0,95) для разных двигателей.

2. Токи фаз АД показаны на рис.2.

3. Частота вращения магнитного поля статора n1=(60Fп)/р (об/мин), где Fп - частота питающего тока, Гц; р - число пар полюсов статора. Таким образом, при стандартной частоте Fп=50 Гц магнитное поле в зависимости от числа пар полюсов вращается с частотой (см. таблицу).

4. Скольжение S=(Fп-Fр)/Fп (%). Частота вращения ротора .р всегда меньше частоты Fп на величину скольжения S (2...6%), например Fр=960; 1420; 2840 об/мин. Принцип действия АД основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с токами, которые наводятся этим полем в проводниках обмотки ротора.

5. Вращающий момент М=Рв/О, где О - угловая скорость вращения ротора О=2πFв/60.

6. Перегрузочная способность Кп=Мкр/Мн=1,5...2,5, где Мкркритический момент; Мн - номинальный момент.

7. Cosϕ=Iса/Iср=0,1...0,2 при номинальной частоте вращения, где Iса - ток статора активный, Iср - ток статора реактивный. Увеличение нагрузки двигателя сопровождается увеличением только активной составляющей статора и, следовательно, увеличением cosϕ до 0,8...0,9. Отсюда ясна роль загрузки двигателя с целью улучшения cosϕ питающей сети.

8. Пусковой ток Iп - ток статора при пуске АД, Iп/Iн=5 ... 7. Пусковой момент АД не велик. При запуске АД должен развивать момент, превышающий тормозной момент механизма, иначе он не развернется. Мп/Мн=0,8...1,5.

Функциональная схема РЧВ представлена на рис.3.

Задающий генератор предназначен для изменения частоты питающего АД тока. Он осуществляет изменение частоты вращения ротора. Формирователь импульсов трехфазной последовательности (ФИТ) преобразует постоянное напряжение в три напряжения прямоугольной формы, сдвинутые по фазе на 120°. Предварительный усилитель согласует маломощные выходы ФИТ с мощным оконечным каскадом, задачей которого служит питание фаз АД необходимым по форме и частоте током. Блок питания вырабатывает напряжения +5,+9 и +300 В для питания РЧВ.

На рис.4 представлены все необходимые осциллограммы.

На элементах DD1.1...DD1.3 собран задающий генератор - мультивибратор с изменяемой частотой генерации в пределах 30...800 Гц. Изменяют частоту переменным резистором R2. ФИТ состоит из счетчика DD2, элемента "И-НЕ" DD1.4 и четырех элементов "исключающее ИЛИ" DD3.1...DD3.4. На транзисторах VT2...VT13 собраны три идентичных предварительных усилителя (по одному на каждую фазу АД).

Рассмотрим принцип действия одного из них (верхнего по схеме). Когда на выходе элемента DD3.2 появляется высокий уровень, открывается составной транзистор VT2,VT5. С выхода элемента DD3.2 высокий уровень поступает на вход оптопары DD4, в результате чего на ее выходе устанавливается низкий уровень, который закрывает составной транзистор VT8,VT11. Аналогично работают и остальные два усилителя, только лишь с разностью по фазе 120 °. Для развязки по напряжению транзисторы VT2, VT5 и VT8, VT11 питаются от отдельных источников +9 В, а транзисторы VT14...VT19 - от источника +300 В. Диоды VD10, VD13, VD16, VD17

 служат для развязки по напряжению и для более надежного запирания транзисторов VT14 и VT15.

Одно из главных условий нормальной работы транзисторов VT14 и VT15 - они не должны быть одновременно открыты. Для этого на вход составного транзистора VT8, VT11 управляющее напряжение поступает с выхода оптопары DD4, что обеспечивает некоторую задержку его переключения. При появлении на входе оптопары DD4 высокого уровня через элементы R8, VD7 открывается составной транзистор VT2,VT5, а транзистор VT15 закрывается. Одновременно начинается зарядка конденсатора С9. Через 40 мкс после появления высокого уровня на входе оптопары DD4 на ее выходе появляется низкий уровень, составной транзистор VT8,VT11 закрывается, транзистор VT14 открывается. Появление на входе оптопары DD4 низкого уровня не может мгновенно закрыть составной транзистор VT2,VT5, так как разряд конденсатора С9 по цепи R9, база, эмиттер поддерживает этот транзистор в течение 140 мкс в открытом состоянии, а транзистор VT15 - в закрытом. Время задержки выключения оптопары DD4 составляет 100 мкс, поэтому транзистор VT14 закрывается раньше, чем открывается транзистор VT15.

Диоды VD22...VD23 защищают транзисторы VT14,VT15 от повышения напряжения при коммутации индуктивной нагрузки - обмоток АД, а также для замыкания токов обмоток в отрезки времени, когда напряжение изменяет полярность (при переключении транзисторов VT14,VT15). Например, после закрытия транзисторов VT14 и VT17 ток некоторое время проходит в прежнем направлении - от фазы А к фазе В, замыкаясь через диод VD24, источник питания, VD23, пока не уменьшится до нуля.

Рассмотрим принцип действия оконечного каскада на примере фаз А и В. При открытии транзисторов VT14 и VT17 к началу фазы А подается положительный потенциал, а к ее концу - отрицательный. После их закрытия открываются транзисторы VT15 и VT16, и теперь, наоборот, к концу фазы А подается положительный потенциал, а к началу - отрицательный. Таким образом, на фазы А, В и С подаются переменные напряжения прямоугольной формы со сдвигом по фазе 120° (см.рис.4). Частота питающего АД напряжения определяется частотой переключения этих транзисторов. Благодаря поочередному открытию транзисторов, ток последовательно проходит по контурам обмоток статора АВ-АС-ВСВА-СА-СВ-АВ, что создает вращающееся магнитное поле.

Формы фазных токов представлены на рис. 5.

Описанная выше схема построения оконечного каскада - трехфазная мостовая [1]. Ее достоинством является то, что в кривых фазных токов отсутствуют третьи гармонические составляющие.

Для питания низковольтных каскадов используется стабилизатор VD1,VT1,VD6, позволяющий получить +5 В для питания микросхем DD1...DD3, а также +9 В для питания предварительных усилителей (VT2...VT7). Каждая верхняя пара предварительных усилителей питается от своего выпрямителя: VT8,VT11 - от VD3, VT9,VT12 - от VD4, VT10,VT13 - от VD5.

Оконечные каскады питаются от двухполупериодного выпрямителя и LC-фильтра (VD2,L1,C3,C7) +300 В. Емкости конденсаторов С3 и С7 выбирают исходя из мощности АД, чем больше емкость, тем лучше, но не менее 20 мкФ при индуктивности дросселя L1 0,1 Гн.

В РЧВ можно применять постоянные резисторы типа МЛТ, ОМЛТ, ВС. Конденсатор С1 - любой керамический или металлобумажный; С2...С8 - любые оксидные. Дроссель L1 можно исключить, но при этом придется увеличить емкости каждого из конденсаторов C3 и С7 до 50 мкФ. Микросхема DD1 типа К155ЛА3, DD2 - К155ИЕ4, DD3 К155ЛП5. Оптопары DD4...DD6 - AOT165A1. Можно использовать и другие, у которых время задержки включения не более 100 мкс, а напряжение изоляции не менее 400 В.

Основное требование к транзисторам - высокий и примерно одинаковый у всех коэффициент усиления (не менее 50). Транзисторы VT2...VT4, VT8...VT10 типа КТ315А, их можно заменить на КТ315, КТ312, КТ3102 с любыми буквенными индексами. Транзисторы VT1, VT5...VT7, VT11...VT13 типа КТ817 или КТ815 с любым буквенным индексом. Транзисторы VT14...VT19 - КТ834А или КТ834Б. Для их замены можно использовать мощные высоковольтные транзисторы с коэффициентом усиления не менее 50. Так как выходные транзисторы работают в переключательном режиме, то необходимо установить их на радиаторы площадью 10 см2 каждый. Однако при использовании двигателей мощностью более 200 Вт потребуются радиаторы с большей площадью.

Мостовые выпрямители VD1,VD3...VD5 - КЦ405А. Выпрямитель VD2 - КЦ409А. При мощности АД более 300 Вт вместо мостового выпрямителя КЦ409А необходимо использовать мост из одиночных диодов, рассчитанных на обратное напряжение более 400 В и соответствующий ток. Стабилитрон VD6 - КС156А. Диоды VD7...VD21 - КД209А.

Диоды VD22...VD27 любые, рассчитанные на ток не менее 5 А и обратное напряжение не менее 400 В, например КД226В или КД226Г.

Трансформатор - любой мощностью не менее 15 Вт, имеющий четыре раздельные вторичные обмотки по 8 В каждая.

При налаживании устройства сначала отключают +300 В и проверяют наличие всех осциллограмм в указанных точках (см.рис.4). При необходимости подборкой конденсатора С1 или резистора R2 добиваются изменения частоты на коллекторе транзистора VT5 в пределах 5...130 Гц. Затем при отключенном АД вместо +300 В подают от внешнего источника напряжение +100...150 В, замыкают коллектор и эмиттер транзистора VT11, коллектор и эмиттер транзистора VT5 (чтобы закрыть на длительное время транзисторы VT14 и VT15) и измеряют ток в цепи коллектора транзистора VT14, который должен быть не более нескольких мкА - ток утечки транзисторов VT14 и VT15. Далее размыкают коллекторы и эмиттеры вышеуказанных транзисторов и устанавливают резистором R2 максимальную частоту генерации.

Подборкой емкости конденсатора С9 в сторону увеличения добиваются минимального тока в цепи коллектора транзистора VT14, который в идеальном случае равен току утечки транзисторов VT14 и VT15. Таким способом налаживают и остальные два оконечных усилителя. Далее подключают к выходу РЧВ (к гнезду Х7) АД, обмотки которого соединены звездой. Вместо +300 В подают от внешнего источника напряжение в пределах +100...150 В. АД должен начать вращаться. При необходимости изменить направление вращения меняют местами любые фазы АД.

Если оконечные транзисторы работают в правильном режиме, то они остаются длительное время чуть теплыми, в противном случае подбирают сопротивления резисторов R18, R20, R22, R23...R25.

Литература:

1. Радин В.И. Электронные машины: Асинхронные машины. -М.: Высш. шк., 1988.
2. Кравчик А.Э. Выбор и применение асинхронных двигателей. М.: Энергоатомиздат, 1987.
3. Лопухина Е.М. Асинхронные исполнительные микродвигатели для систем автоматики. -М.: Высш. шк., 1988.

Автор: А. Дубровский

Смотрите другие статьи раздела Электродвигатели.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Легчайшие 16-дюймовые ультрабуки Schenker Vision 16 и Vision 16 Pro 02.11.2022 Компания Schenker представила самые легкие в мире 16-дюймовые игровые ноутбуки. Практически их можно именовать игровыми ультрабуками. Две модели: Vision 16 и Vision 16 Pro. Технически они отличаются несильно, а корпус совсем один и тот же, потому и толщина одинакова - 17,1 мм. Масса варьируется от 1,4 до 1,6 кг в зависимости от конфигурации. То есть по толщине и массе 16-дюймовые игровые Vision 16 сравнимы со многими 14-дюймовыми моделями, которые вообще не предлагают дискретных видеокарт. По характеристикам новинки тоже очень схожи. Если не считать разъем HDMI (у Vision 16 есть HDMI 2.0, а Vision 16 Pro получил HDMI 2.1), разница только в графической подсистеме. Базовая модель доступна без дискретной видеокарты или GeForce RTX 3050 Ti. Для старших доступны RTX 3060, 3070 Ti или 3080. Сердцем служит Core i7-12700H, является от 16 до 64 ГБ ОЗУ, SSD объемом от 500 ГБ, USB-C, Thinderbolt 4(x2), а также аккумулятор емкостью 80 Втч. Экран во всех случаях характеризуется разрешением 2560х1600 точек и поддерживает кадровую частоту 90 Гц (для младшей модели) или 240 Гц (для старшей). Vision 16 стартует с 1550 евро, а Vision 16 Pro просят от 1900 евро.

Другие интересные новости:

▪ Мониторы ASUS VX279H-J и VX239H-J

▪ Употребление сыра может помочь сбросить вес

▪ Собаки чувствуют ложь

▪ Батарея, работающая на фотосинтезе

▪ Самолет из пластмассы

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Загадки для взрослых и детей. Подборка статей

▪ статья Сущность и характерные черты локальных войн и региональных вооруженных конфликтов. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Насколько широко в Средневековье использовались пытки железной девой? Подробный ответ

▪ статья Поллиноз. Медицинская помощь

▪ статья О звукопоглащающем материале. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Странный лимонад. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026