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:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Технология передачи аудио-сообщений при помощи лазерного света 10.02.2019 Новая технология, разработанная в одной из лабораторий Массачусетского технологического института, позволяет передавать аудио-сообщения, предназначенные для ушей только одного человека, на расстояние до нескольких метров. Ключевую роль в этой технологии играет свет специально настроенного лазера, который возбуждает и заставляет колебаться молекулы воды, находящиеся в воздухе. Область применения такой технологии достаточно широка, начиная от военных технологий, целевой рекламы и многого другого, где в силу каких-либо причин использование наушников является неприемлемым или нецелесообразным. Не стоит волноваться по поводу "лазера, нацеленного на ваше ухо", разработчики технологии утверждают, что все это полностью безопасно для человека. "Это - первая подобная система, в которой используются лазеры, излучение которые полностью безопасно для глаз и кожи человека" - рассказывается Чарльз М. Уинн (Charles M. Wynn), руководитель исследовательской группы. Основным компонентом системы является тулиевый лазер, излучающий в диапазоне 1.9 микрометра. Свет этого диапазона эффективно поглощается молекулами воды водяного пара, присутствующего в воздухе, что приводит к возникновению фотоакустического эффекта. При этом, для качественной работы новой лазерной технологии требуется очень малое количество воды в воздухе, она будет нормально работать даже в самых сухих условиях. Некоторое время ученые потратили на выбор одной из методик передачи звука при помощи лазерного света. Первой технологией являлась простейшая амплитудная модуляция лазерного света, которая позволяла воспроизвести звук, улавливаемый микрофоном, на расстоянии до 2.5 метров. Во втором методе модуляция света не использовалась, ключевым моментом этого метода, который получил название динамической фотоакустической спектроскопии, являлись зеркала и многократное отражение света, создававшего биения на требуемой звуковой частоте. Этот второй метод позволяет получать звуковые колебания большей амплитуды или предавать звуковую информацию на большие расстояния. В результате проб различных методов ученые разработали свой метод, использующий только лучшие черты от двух описанных выше методов передачи звука. И в результате экспериментальный образец устройства обеспечил передачу звука с уровнем в 60 децибелл (уровень нормального разговора) на расстоянии до нескольких метров.

Другие интересные новости:

▪ Эффективный способ борьбы с комарами

▪ Птичьему гриппу слишком холодно

▪ В Сингапуре выпустят iPhone 4S без камеры

▪ Датчик изображения Samsung ISOCELL GN2

▪ Среди пчел тоже есть правши и левши

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Сборка кубика Рубика. Подборка статей

▪ статья Стать на горло собственной песне. Крылатое выражение

▪ статья Почему капитану Куку не удалось открыть Антарктиду? Подробный ответ

▪ статья Монолыжа-серфер. Личный транспорт

▪ статья Автомобильный УНЧ на микросхеме TDA1562Q. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Паяет... кухонная плита. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025