Асинхронные электродвигатели – самые распространенные электрические машины, применяемые в приводах промышленного и бытового оборудования. Главные их достоинства: относительно небольшая масса при высокой мощности, простая конструкция, низкая цена.
Рассмотрим способы регулирования частоты вращения ротора асинхронных двигателей. Теоретически скорость вала можно разгуливать несколькими способами:
На практике чаще всего используют 2 метода:
- Изменение числа полюсов статора.
- Регулирование напряжения на обмотках статора или ротора.
- Изменение частоты питающего напряжения.
Для регулировки скорости асинхронных электрических машин также применяют механические редукторы. Рассмотрим устройство асинхронного электродвигателя и преимущества и недостатки каждого метода изменения частоты вращения.
Устройство асинхронного электродвигателя
Различают 2 основных типа асинхронных электрических машин с фазным и короткозамкнутым ротором. Конструкция последних показана на рисунке:
Двигатель состоит из вращающегося ротора, неподвижного статора, корпуса и станины. В статор уложена трехфазная обмотка с угловым расстоянием 120 °, соединенная по схеме «звезда» или «треугольник».
Конструкция ротора – так называемая «беличья клетка» состоит из стержней загнутых между 2 кольцами.
При подаче напряжения на обмотки статора возникает магнитное поле, которое наводит ток во вращающейся части, при взаимодействии полей ротор начинает вращаться в ту же сторону, что и магнитное поле статора. Частота вращения подвижной части несколько отстает от скорости вращения поля, эта разность называется скольжением.
Электрические машины с фазным ротором отличаются конструкций вращающейся части. В ней уложена трехфазная обмотка, соединенная по схеме «звезда» и подключенная к регулировочному реостату. Таким образом, ток в ней можно регулировать, изменяя частоту вращения и момент.
Конструкция двигателей с фазным ротором более сложная, к преимуществам таких электрических машин относят улучшенные пусковые характеристики.
Методы регулирования частоты вращения изменением числа пар полюсов и напряжения на обмотках
Частота вращения вала асинхронных двигателей определяется из формулы: n = 60f / p, где f – частота напряжения сети Гц, р – число пар полюсов статора.
Таким образом, подавая напряжение на разные секции обмоток, можно изменять количество подключенных пар полюсов и регулировать скорость двигателя. К недостаткам такого метода относятся усложнение конструкции.
Кроме того, регулировать скорость можно только ступенчато на число, кратное количеству пар полюсов.
Еще один метод изменения скорости двигателя – регулировка величины питающего напряжения. Он непригоден для асинхронных двигателей с коротко-замкнутым ротором, так как при снижении напряжения на обмотках статора значительно снижает жесткость механических характеристик.
Область применения такого способа – приводы с асинхронными двигателями с фазным ротором. Для регулирования напряжения в цепь ободок вращающейся части вводится реостат. Таким образом, можно плавно изменять скорость вращения вала до синхронной частоты 3000 об/мин.
К недостаткам относят значительную потерю напряжения на резистивном элементе, недостаточную эффективность при небольшой нагрузке.
Механические характеристики при этом также ухудшаются.
Частотное регулирование скорости асинхронных двигателей
Скоростью вращения асинхронных двигателей также можно управлять путем изменения частоты питающего напряжения. С появлением быстропереключаемых транзисторов и тиристоров стало возможным применять электронные инверторы для изменения частоты напряжения, подаваемого на статор.
Такой метод лишен всех недостатков управления напряжением и обладает следующими преимуществами:
- Сохранение жесткости характеристик на любой скорости независимо от нагрузки.
- Плавное, бесступенчатое изменение скорости вращения.
- Возможность регулировки вверх и вниз от синхронной скорости.
- Небольшие габариты и масса.
Частотные преобразователи не требуют изменения конструкции электродвигателей. Они могут применяться для всех типов электрических машин переменного тока с фазным или короткозамкнутым ротором.
Различают несколько типов ПЧ и методов частотного управления. Рассмотрим наиболее распространенные типы и способы.
Виды преобразователей частоты
Одна из самых первых схем частотных преобразователей – устройства с непосредственной связью с сетью. ПЧ такого типа имеют гальваническую связь с электросетью и обычно построены на базе быстропереключаемых тиристоров. Полупроводниковые элементы включены по мостовым, перекрестным, нулевым и встречно-параллельным схемам.
Устройства с непосредственной связью обеспечивают стабильную работу на малых скоростях двигателей, обладают высоким КПД. Преобразователи также могут обеспечивать возврат электроэнергии в сеть в режиме торможения двигателей.
При необходимости мощность устройств возможно увеличить путем подключения дополнительных блоков.
К недостаткам устройств относятся: несинусоидальная форма напряжения, возможность регулирования скорости только в меньшую сторону, относительная сложность схемы управления.
Наиболее распространенные в низковольтном приводе преобразователи частоты выполнены на базе схемы двойного преобразования с явно выраженным звеном постоянного тока.
Силовая часть схемы состоит:
- Из диодного трехфазного выпрямителя. Блок обеспечивает преобразование переменного тока в постоянный.
- Из звена постоянного тока. Емкостной элемент обеспечивает фильтрацию постоянной составляющей и сглаживание пульсаций, возникающих при работе инвертора.
- Из инвертора. Функциональный блок на быстропереключаемых транзисторах преобразовывает постоянное напряжение в переменное. Частота задается алгоритмом открытия/ закрытия полупроводниковых элементов и определяется широтно-импульсным модулятором.
Схемы двойного преобразования обеспечивают чистую синусоидальную форму напряжения на выходе, позволяют управлять скоростью выше и ниже синхронной частоты, обеспечивают жесткость характеристик во всем диапазоне. К недостаткам относят некоторую потерю мощности за счет двойного преобразования электроэнергии, сложность конструкции, относительно высокую стоимость.
Заключение
Управление скоростью вращения вала частотой питающего напряжения статора – самый эффективный способ. Преобразователи частоты:
- Уменьшают пусковые токи.
- Существенно сокращают потребление электроэнергии.
- Позволяют регулировать момент при динамической нагрузке.
- Плавно регулируют частоту вращения вала в широком диапазоне.
Устройства также обеспечивают защиту от перекоса фаз, перегрузки, коротких замыканий и перепадов напряжения. Современные ПЧ также позволяют реализовать любой закон автоматического регулирования, осуществлять удаленное управление, вести журнал событий и многое другое.
Расчеты преобразователя частоты для асинхронных двигателей
Зачастую приходится понижать скорость вращения двигателя, выполняющего определенные задачи в механизме. Уменьшение числа оборотов элеткродвигателя можно добиться с помощью самодельных приборов, управляющих схем стандартного изготовления.
Электродвигатели переменного тока часто используются в деятельности человека, на металлообрабатывающих станках, транспорта, крановых механизмов и другого оборудования. Двигатели превращают энергию переменного тока питания во вращение вала и агрегатов. Используются в основном асинхронные двигатели переменного тока.
Ротор, а также и статор двигателя состоят из катушек провода, уложенного в сердечник, изготовленный из специальной стали. Классификация электродвигателей следует от способа закладки обмотки.
Обмотка из латунных и медных стержней вставляется в сердечник, по краям устанавливаются кольца. Такая катушка провода называется короткозамкнутым (КР) ротором.
Электродвигатели небольшой мощности имеют стержни, а также диски, которые были отлиты вместе. Для электродвигателей с мощным моментом детали отливаются отдельно, затем свариваются.
Обмотка статора может быть подключена двумя методами: треугольником, звездой.
Фазный ротор состоит из 3-фазной роторной обмотки, подключенной контактными кольцами и щетками к питанию. Обмотка соединена «звездой».
Расчет количества оборотов асинхронного двигателя
Распространенным двигателем на станках и подъемных устройствах является двигатель с короткозамкнутым ротором, поэтому пример для расчета следует брать для него. Сетевое напряжение поступает на статорную обмотку. Обмотки смещены друг от друга на 120 градусов. Возникшее поле электромагнитной индукции возбуждает электрический ток в обмотке. Ротор начинает работать под действием ЭМС.
- Основной характеристикой работы двигателя является число оборотов в минуту. Рассчитываем это значение:
- n = 60 f / p, обор / мин;
- где f – частота сети, герц, р – количество полюсов статора (в парах).
На корпусе электродвигателя имеется табличка с техническими данными. Если ее нет, то можно самому рассчитать число оборотов вала оборудования по другим имеющимся данным. Расчет производится тремя способами.
- Расчет числа катушек, которое сравнивается с нормами для разного напряжения, следует по таблице:
- Расчет скорости работы по шагу диаметра обмотки по формуле:
2 p = Z1 / y, где 2р – количество полюсов, Z1 – число пазов в статоре, у – шаг обмотки.
Выбираем из таблицы подходящие обороты двигателя:
- Высчитываем количество полюсов по параметрам сердечника по формуле:
- 2p = 0,35 Z1 b / h или 2 p = 0,5 Di / h,
- где 2р – количество полюсов, Z1 – число пазов, b – размер зуба, см, h – высота спинки, см, Di – диаметр по зубцам, см.
- По результатам расчета и индукции следует число витков обмотки, сравнивается со значениями мотора по паспорту.
Как изменить скорость работы двигателя?
Изменять скорость вращающего момента механизма оборудования можно различными способами, например, механическими редукторами с переключением передач, муфтами и другими устройствами. Но это не всегда возможно. Практически используется 7 способов коррекции частоты вращения регулируемых приводов. Все способы разделены на два основных направления.
- Коррекция магнитного поля путем воздействия на частоту тока, уменьшение или увеличение числа пар полюсов, коррекция напряжения. Направление характерно моторам с короткозамкнутым (КР) ротором.
- Скольжение корректируется напряжением питания, добавлением еще одного резистора в цепь схемы ротора, установкой двойного питания, использованием каскада вентилей. Такое направление используется для роторов с фазами.
Регулировка частоты и напряжения с помощью частотного преобразователя, путем создания дополнительной катушки с переключением полюсов пар, являются самыми востребованными способами.
Распространенные схемы регуляторов
Существует множество частотных преобразователей для асинхронных двигателей, а также различных регуляторов для них. Самостоятельно возможно изготовить прибор для регулировки частоты, применяя транзисторы или тиристоры. Прибор работает как в быту, так и для станочного оборудования, крановых механизмов, различных регулируемых приводов агрегатов.
Мощный регулятор частоты и напряжения показан на схеме. Прибор плавно изменяет параметры привода, экономит энергию, снижает расходы на обслуживание.
Для применения этой схемы в быту, она сложная. Если использовать симистор рабочим элементом, то схема упрощается, и выглядит иначе.
Регулировка будет происходить работой потенциометра, определяюцим фазу импульса входа, и открывающего симистор.
Эффект эксплуатации станков, обрабатывающих металл, подъемных устройств также следует из вращения двигателя, как и сами его эксплуатационные параметры. В продаже имеется множество приборов для регулировки частоты, однако можно вполне собрать такой прибор собственными силами.
Как выбрать частотный преобразователь?
Если проанализировать цены и функции преобразователей частоты, то можно понять, что по цене определяется количество встроенных функции частотного преобразователя. Дорогие модели обладают большой функциональностью. Но для выбора прибора лучше руководствоваться требуемыми условиями применения.
- Частотники бывают с двумя видами управления: скалярное, векторное. При скалярном управлении прибор действует при определенных значениях выходной разности потенциалов и частотой, работают в примитивных домашних приборах, например, вентиляторах. При векторном управлении сила тока устанавливается достаточно точно.
- При выборе прибора параметры мощности играют определяющую роль. Величина мощности расширяет сферу использования, упрощает обслуживание.
- При выборе устройства учитывается интервал рабочего напряжения сети, что снижает опасность выхода его из строя из-за резких перепадов разности потенциалов. При чрезмерном повышении напряжения конденсаторы сети могут взорваться.
- Частота – немаловажный фактор. Его величина определяется требованиями производства. Наименьшее значение говорит о возможности использования скорости в оптимальном режиме работы. Для получения большего интервала частоты применяют частотники с векторным управлением. В реальности часто используются инверторы с интервалом частот от 10 до 10 Гц.
- Частотный преобразователь, имеющий много разных выходов и входов удобен в пользовании, но стоимость его выше, настройка сложнее. Разъемы частотников бывают трех типов: аналоговые, дискретные, цифровые. Связь обратного вида вводных команд производится через аналоговые разъемы. Цифровые клеммы производят ввод сигналов от датчиков цифрового типа.
- Выбирая модель частотного преобразователя, нужно дать оценку управляющей шине. Ее характеристика подбирается под схему инвертора, что обуславливает число колодок. Наилучшим выбором работает частотник с запасом количества разъемов для дальнейшей модернизации прибора.
- Частотники, выдерживающие большие перегрузки (на 15% выше мощности мотора), при выборе имеют предпочтения. Чтобы не ошибиться при покупке преобразователя частоты, ознакомьтесь с инструкцией. В ней имеются главные параметры эксплуатации оборудования. Если нужен прибор для максимальных нагрузок, то необходимо выбирать частотник, сохраняющий ток на пике работы выше, чем на 10% от номинала.
Как подключить частотный преобразователь
Если кабель для подключения на 220 В с 1-й фазой, применяется схема «треугольника». Нельзя подключать частотник, если выходной ток выше 50% от номинального значения.
Если кабель питания на три фазы 380 В, то делается схема «звезды». Чтобы проще было подключать питание, предусмотрены контакты и клеммы с буквенными обозначениями.
- Контакты R, S, T предназначены для подключения сети питания по фазам.
- Клеммы U , V , W служат соединением электродвигателя. Для реверса достаточно изменить подключение двух проводов между собой.
В приборе должна быть колодка с клеммой подключения к земле. Подробней, как подключить, здесь.
Как обслуживать частотные преобразователи?
Для долгосрочной эксплуатации инвертора требуется контроль за его состоянием и выполнение предписаний по обслуживанию:
- Очищать от пыли внутренние элементы. Можно использовать компрессор для удаления пыли сжатым воздухом. Пылесос для этих целей не подходит.
- Периодически контролировать состояние узлов, производить замену. Срок службы электролитических конденсаторов составляет пять лет, предохранительных вставок – десять лет. Охлаждающие вентиляторы работают до замены 3 года. Шлейфы проводов используются шесть лет.
- Контроль напряжения шины постоянного тока и температура механизмов является необходимым мероприятием. При повышенной температуре термопроводящая паста засыхает и выводит из строя конденсаторы. Каждые 3 года на силовые клеммы наносят слой токопроводящей пасты.
- Условия и режим работы необходимо соблюдать в строгом соответствии. Температура окружающей среды не должна превышать 40 градусов. Пыль и влажность отрицательно влияют на состояние рабочих элементов прибора.
Окупаемость преобразователя частоты
Электроэнергия постоянно дорожает, руководители организаций вынуждены экономить разными путями. В условиях промышленного производства большая часть энергии расходуется механизмами, имеющими электродвигатели.
Изготовители устройств для электротехнических машин и агрегатов предлагают специальные устройства и приборы для управления электромоторами. Такие устройства экономят энергию электрического тока. Они называются инверторами или частотными преобразователями.
Финансовые затраты на покупку частотника не всегда оправдывают экономию средств, так как стоимость их сопоставима со стоимостью сэкономленной энергии. Не всегда привод механизма можно быстро оснастить инвертором. Какие сложности при этом возникают? Разберем способы запуска асинхронных двигателей для пониманию достоинств инверторов.
Методы запуска двигателей
Можно определить 4 метода пуска двигателей.
- Прямое включение, для моторов до 10 кВт. Способ неэффективен для ускорения, увеличения момента, перегрузок. Токи выше номинала в 7 раз.
- Включение с возможностью выбора схем «треугольника» и «звезды».
- Интегрирование устройства плавного пуска.
- Применение инвертора. Способ особенно эффективен для защиты мотора, ускорения, момента, экономии энергии.
Экономическое обоснование эффекта от инвертора
Время окупаемости инвертора рассчитывается отношением затрат на покупку к экономии энергии. Экономия обычно равна от 20 до 40% от номинальной мощности мотора.
Затраты снижают факторы, повышающие производительность частотных преобразователей:
- Уменьшение затрат на обслуживание.
- Повышение ресурса двигателя.
Экономия рассчитывается:
- где Э – экономия денег в рублях;
- Рпч – мощность инвертора;
- Ч – часов эксплуатации в день;
- Д – число дней;
- К – коэффициент ожидаемого процента экономии;
- Т – тариф энергии в рублях.
Время окупаемости равно отношению затрат на покупку инвертора к экономии денег. Расчеты показывают, что период окупаемости получается от 3 месяцев до 3 лет. Это зависит от мощности мотора.
Модуль №4. Частотное регулирование скорости асинхронного двигателя
Cпособы регулирования скорости вращения асинхронного двигателя
Асинхронные двигатели переменного тока являются самыми применяемыми электродвигателями абсолютно во всех хозяйственных сферах. В их преимуществах отмечается конструктивная простота и небольшая цена. При этом немаловажное значение имеет регулирование скорости асинхронного двигателя. Существующие способы показаны ниже.
Согласно структурной схеме скоростью электродвигателя можно управлять в двух направлениях, то есть изменением величин:
- скорость электромагнитного поля статора;
- скольжение двигателя.
Первый вариант коррекции, используемый для моделей с короткозамкнутым ротором, осуществляется за счет изменения:
- частоты,
- количества полюсных пар,
- напряжения.
В основе второго варианта, применяемого для модификации с фазным ротором, лежат:
- изменение напряжения питания;
- присоединение элемента сопротивления в цепь ротора;
- использование вентильного каскада;
- применение двойного питания.
Вследствие развития силовой преобразовательной техники на текущий момент в широком масштабе изготовляются всевозможные виды частотников, что определило активное применение частотно-регулируемого привода. Рассмотрим наиболее распространённые методы.
Частотное регулирование
Всего десять лет назад в торговой сети регуляторов частоты вращения скорости ЭД было небольшое количество. Причиной тому служило то, что тогда ещё не производились дешёвые силовые высоковольтные транзисторы и модули.
На сегодня частотное преобразование – самый распространённый способ регулирования скорости двигателей. Трёхфазные преобразователи частоты создаются для управления 3-фазными электродвигателями.
Однофазные же двигатели управляются:
- специальными однофазными преобразователями частоты;
- 3-фазными преобразователями частоты с устранением конденсатора.
Схемы регуляторов оборотов асинхронного двигателя
Для двигателей повседневного предназначения легко можно выполнить необходимые расчеты, и своими руками произвести сборку устройства на полупроводниковой микросхеме. Пример схемы регулятора электродвигателя приведён ниже. Такая схема позволяет добиться контроля параметров приводной системы, затрат на техническое обслуживание, снижения потребления электричества наполовину.
- Принципиальная схема регулятора оборотов вращения ЭД для повседневных нужд значительно упрощается, если применить так называемый симистор.
Обороты вращения ЭД регулируются с помощью потенциометра, определяющего фазу входного импульсного сигнала, открывающего симистор. На изображении видно, что в качестве ключей применяются два тиристора, подключённых встречно-параллельно.
Тиристорный регулятор оборотов ЭД 220 В достаточно часто применяется для регулирования такой нагрузки, как диммеры, вентиляторы и нагревательная техника.
От оборотов вращения асинхронного ЭД зависят технические показатели и эффективность работы двигательного оборудования.
Заключение
На технорынке сегодня предлагаются в большом ассортименте регуляторы и частотные преобразователи для асинхронных электродвигателей переменного тока.
Управление способом варьирования частоты на данный момент – самый оптимальный способ, т. к. он позволяет плавно регулировать скорость асинхронного ЭД в широчайшем диапазоне, без значительных потерь и снижения перегрузочных способностей.
Тем не менее, на основе расчёта, можно самостоятельно собрать простое и эффективное устройство с регулированием оборотов вращения однофазных электродвигателей с помощью тиристоров.
Как увеличить или уменьшить обороты электродвигателя?
Изменение скорости вращения вала электродвигателя имеет большое практическое значение. Возможность плавной регулировки позволяет исполнительному механизму обеспечить необходимую точность работы, повысить ресурс привода и электродвигателя, увеличить для оборудования межремонтный интервал.
Регулирование числа оборотов выполняется при разгоне, торможении и в рабочем режиме. Пусковой ток, возникающий в обмотке статора при пуске двигателя в работу под нагрузкой, достигает 5-7 кратной величины от номинального значения. Средства электрической защиты оборудования подбираются таким образом, чтобы при броске тока исключить ее срабатывание.
Поэтому применяют аппараты защиты и коммутации, учитывая значение пускового тока. Электрический кабель, подключаемый к электродвигателю так же должен выдерживать значение пускового тока. Сечение моторного кабеля выбирают с учетом токовой нагрузки в момент пуска.
Чтобы существенно уменьшить сечение питающего кабеля и выбрать оптимальную защиту, необходимо уменьшить пусковой ток. Для этих целей применяют устройства плавного пуска.
Наиболее распространенным способом является частотное регулирование скорости вращения. В схему подключения двигателя устанавливают частотный преобразователь (ПЧ). От пускового аппарата кабель подключается на вводные зажимы ПЧ, а с отходящих контактов преобразователя кабельная линия идет на клеммную коробку двигателя. ПЧ используется как для уменьшения, так и для увеличения скорости вращения. Установив желаемые параметры, регулирование числа оборотов осуществляется в автоматическом режиме. При выборе частотного преобразователя учитывают основные технические характеристики оборудования: — мощность подключаемого электродвигателя; — количество фаз (1 или 3);
— пределы регулирования.
Для подключения ПЧ в схему управления необходимо наличие набора гаечных ключей, головок, шестигранников, гидравлического пресса. В качестве изоляционных материалов применяют лакоткань и ПХВ изоленту. На жилы электрокабеля запрессовывают кабельные наконечники. Места переходов от наконечников на изоляцию жил покрывают изоляционной лентой. Ввод кабеля в клеммную коробку электродвигателя герметизируют лакотканью. Участок кабеля, подходящий к двигателю, защищают от механических повреждений с помощью металлорукавов.
Наиболее ответственные участки кабельной линии прокладывают в металлических трубах. В случае прокладки нескольких кабельных линий, их подвешивают на крюки, изоляторы, монтируют кабельные каналы или лотки.
Достоинствами применения ПЧ являются: • возможность плавной регулировки оборотов двигателя; • изменение скорости вращения ротора в большую и меньшую сторону; • стабильные механические характеристики; • экономичность работы.
К недостаткам такого способа можно отнести увеличение стоимости оборудования из-за необходимости приобретения преобразователя.
Данный способ применяется для регулирования числа оборотов в многоскоростных двигателях со сложной обмоткой. Наиболее распространены 2-х, 3-х и 4-х скоростные моторы. В таких двигателях статорная обмотка состоит из двух полуобмоток. Регулирование числа оборотов происходит, переключая обмотки в параллельную или последовательную схему работы. Изменяя число пар полюсов, изменяется критический момент на валу двигателя.
Переключением схемы обмоток электродвигателя сохраняется постоянство критического момента.
Достоинства этого способа регулирования: — стабильные механические характеристики; — высокое значение КПД. К недостаткам относится: — дискретное (ступенчатое) регулирование числа оборотов; — большие габаритно-весовые показатели оборудования; — высокая стоимость моторов. Регулирование скорости вращения с помощью контакторов Применение в схеме подключения электродвигателей контакторов, позволяет выполнять функцию пуска, останова или реверсивной работы (возможность изменения направление вращения ротора). При реверсировании важно помнить, что изменять направление вращения следует только после полной остановки двигателя. В противном случае подшипники электродвигателя заклинивают, что приводит к выходу их из строя и короткому замыканию статорной обмотки.
При этом возможно образование электрической дуги на коммутационных аппаратах. Часто наблюдаются серьезные неполадки технической части приводного механизма.
Как увеличить обороты электродвигателя — Евразийская Электротехническая Компания
Регулировка оборотов электродвигателя, в сторону увеличения, возможна, в пределах расчетной мощности двигателя.
Перед тем, как увеличить обороты электродвигателя, важно определить его тип:
- Коллекторный;
- Асинхронный;
- Синхронный;
- С электронным управлением.
Также, имеет значение область применения и условия эксплуатации агрегата. Все существующие способы сводятся к модификации параметров питания или изменении нагрузки на вал двигателя. Правило, справедливое для всех типов двигателей — увеличение числа оборотов должно осуществляться исключительно в рамках допустимых, для данной модели, значений.
Коллекторный электродвигатель
Повышение числа оборотов данного типа двигателя, достигается путем увеличения напряжения питания или уменьшения нагрузки на вал.
В некоторых случаях, допустимо применение шунтирования обмотки, однако такой способ нередко приводит к перегреву аппарата.
Перед тем, как повысить обороты электродвигателя коллекторного типа, следует учесть, что они имеют свойство разгоняться до скоростей недопустимо высоких, при работе без нагрузки. Особенно это касается агрегатов с последовательным возбуждением.
Асинхронный электродвигатель
Как увеличить обороты электродвигателя асинхронного типа? Как и в предыдущем варианте, приемлем метод увеличения напряжения питания. Однако эффективность данного способа не велика, учитывая нелинейность зависимости скорости и напряжения.
При этом, существенно изменяется значение КПД. Более действенный способ — использование трехфазного инвертора. С его помощью можно изменять частоту вращения, путем уменьшения частоты. Существуют инверторы для однофазных и для двухфазных двигателей.
Для эффективной работы двигателя, без потерь, нужно изменять не только частоту, но и подаваемое напряжение. Выбирая инвертор, следует обратить внимание на модель, которая обеспечит не только уменьшение частоты, но и создаст условия для понижения напряжения. Таким образом, буде учитываться снижение индуктивное сопротивление обмоток.
Синхронный электродвигатель
Перечисленные способы абсолютно не подходят для наращивания оборотов синхронного двигателя. В данном случае, эффективно использование трехфазного преобразователя частоты. Прибор дает возможность регулировать число оборотов как асинхронного, так и синхронного электродвигателя.
Электродвигатель с электронным управлением
Двигатели этого типа, по своим характеристикам очень близки к коллекторным, за исключением того, что не допускают реверс методом переполюсовки. По этой причине, для увеличения оборотов двигателя с электронным управлением обмотками, применимы те же меры, что и для коллекторного. При этом, справедливы и все предостережения: риск перегрева двигателя, при шунтировании обмотки.
Регулирование оборотов асинхронного двигателя: разные способы измнения скорости двигателей
Асинхронные двигатели (они же АД) довольно популярны среди современных технических средств из-за простой сборки и надёжности в работе. Многие станки и заводское оборудование сегодня оснащены именно такими электрическими двигателями.
Скорость вращения асинхронного двигателями производится разными способами, иногда механически с нагрузкой на вал, а иногда электрической регулировкой (у которой есть своим плюсы и минусы).
Чаще всего выбирают электрическое управление. Такое управление возможно благодаря силе тока, уровню напряжения в сети и частоте тока, которые влияют на работу электрического двигателя.
Сегодня мы расскажем о самых востребованных способах регулирование вращения асинхронного двигателя.
Асинхронный привод с ротором и регулирование оборотов
Есть два способа регулирования числа оборотов:
- Регулирование магнитного поля статора, где благодаря изменению числа пар плюсов можно управлять вращением;
- Регулирование напряжение, благодаря чему происходит изменение скольжения электрического мотора, и появляется возможность управления вращением.
Регулирование оборотов асинхронного привода
В этом способе регулирование возможно благодаря подключению к асинхронному электрическому двигателю специального аппарата для изменения частот. Делается это с помощью преобразователей. Более наглядно действие процесса можно увидеть на этой формуле:
Для сохранения магнитного потока, который в свою очередь сохраняет перегрузочную способность электрического мотора, нужно в одно время следить за уровнями частоты и напряжения. В виде формулы это выглядит так:
Критический момент не будет изменён. Другие характеристики можно увидеть на картинке ниже, и если Вы не понимаете, что означают эти характеристики, лучше не применять этот способ самостоятельно.
Плюсам способа: мягкость регулировки, возможность менять скорость оборотов, строгая неизменность характеристик и возможность сэкономить.
Минус следующий: нужен частотный преобразователь, из-за которого стоимость всего механизма возрастёт. Кстати, сегодня можно купить устройства на одну и на три фазы менее, чем за 150 долларов. Это хорошая цена за полноценный контроль.
Регулирование количества пар плюсов асинхронного привода
Применим для асинхронных двигателей с высокой скоростью и сложной обмоткой, которая и помогает изменять пары плюсов. Скорости двигателя могут быть разными, принцип контроля рассмотрим на двигателе с двумя скоростями.
В таком устройстве все фазы содержат две половинчатые обмотки. Вращение изменяется в зависимости от того, каким способом они подключены к двигателю.
В двигателях на четыре скорости обмотка выглядит как разрозненные детали. Когда количество пар меняет, скорость оборотов уменьшаются вполовину. Вторая обмотка будет действовать по такому же принципу.
Критический момент изменяется вместе с количеством пар. Чтобы он не менялся, нужно одновременно с изменением количества пар осуществлять контроль напряжение (может помочь переключать звезды-треугольника или иные варианты).
Плюсы такого варианта заключаются в высоком коэффициенте полезного действия и неизменным характеристикам двигателя.
Минус же выражается в ступенчатом регулировании, большом весе устройств, и электрический мотор обойдётся значительно дороже.
Двигатели с ротором на фазу и регулирование их скорости оборотов
При этих способах используют изменение скольжения, но варианты тоже могут быть разными.
Регулировка напряжения
Асинхронный двигатель подключается с помощью автотрансформатора. При уменьшении напряжения число оборотов, соответственно, станет меньше.
Этот вариант уменьшит перегрузочную способность асинхронного движка. Изменять напряжение можно только в пределах допустимого значения, поскольку выход из этого значение приведёт к поломке электрического двигателя.
Контроль сопротивления в роторе
Этот вариант подразумевает подключение резисторов к ротору. Это поможет плавно увеличить сопротивление.
Скольжение при этом вырастет, а скорость вращения, наоборот, станет ниже.
Плюсом является широкий диапазон регулирования с позиции уменьшения скорости оборотов.
Минусы: низкий коэффициент полезного действия и нестабильные механические характеристики.
Контроль с помощью двойной подпитки
Изменяется скольжение, влияющее на количество оборотов в промежуток времени, хотя скорость магнитного поля не изменится. Энергия в такой цепи будет подаваться на обмотки. Сам контроль произойдёт посредством силы скольжения, трансформированного в ротор с добавочной электродвижущей силой.
Такой вариант применим для габаритных машин с самыми мощными двигателями.
Мягкий старт начала работы
У АД есть свои минусы. Например, старт начинается слишком резко, что может привести к поломке в случае, если пусковой ток превысит значение напряжения.
Для того чтобы начать работу более медленно, есть разные варианты:
- обмотки переключаются по принципу звезды-треугольника;
- начать работу можно через автоматический трансформатор;
- для запуска используют специальные устройства.
Сегодня на многих регуляторах частоты присутствует возможность медленного начала раскрутки. Пусковой ток снизится вместе с общей нагрузкой на АД. Частота и начало работы тесно связаны друг с другом.
Самостоятельное создание устройства контроля вращения
Для двигателей на одну фазу с небольшой мощностью можно использовать приборы изменения электрической мощности. Плюсы такого варианта в надёжности, а минусы заключаются в низком коэффициенте полезного действия, перегреве двигателя и полного отключения асинхронного двигателя.
По схеме ниже можно сконструировать устройство контроля для мощности, не превышающей 500 Вт, при этом скорость оборотов можно увеличить в четыре раза.
В цепи есть генератор, частота которого не меняется. Он собран из мультивибратора, счётчика и полумоста. Есть специальный трансформатор, выполняющий разводку транзисторов.
В цепи С4 можно увидеть, как R7 останавливает скачки напряжения, чтобы сохранить работу транзисторов VT. Напряжение цепи удваивается выпрямителем, конструкция которого подразумевает мост, где напряжение увеличивается.
Жилы обмоток рассчитаны на мощность в 12 В. Первая обмотка трансформатора включает сто двадцать витков, сечение провода 0,7 миллиметров, провод отведён от середины. Вторая, включающая две обмотки в совокупности на сто двадцать витков, обладает той же толщиной сечения.
Важно! Обмотка, следующая второй, должна быть хорошо изолирована из-за большой разницы потенциала. В противофазе происходит соединение затворов ключей и выходных обмоток.
Это всё, что нужно знать о способах регулировки оборотов электрических двигателей. Надеемся, что благодаря этой информации Вы сможете подобрать тот вариант регулировки, который подойдёт именно вашему двигателю!
Загрузка...
