Регулятор оборотов электродвигателя: изменение скорости вращения и схемы на тиристорах
Однофазные применяются для домашних бытовых нужд, а трехфазные используются на производстве. В трехфазных асинхронных двигателях (далее ТАД) используются два вида роторов:
Замкнутые составляют около 95% от всех применяемых двигателей и обладают значительной мощностью (от 250 Вт и выше). Фазный тип конструктивно отличается от АД, но применяется достаточно редко по сравнению с первым. Ротор представляет собой стальную фигуру цилиндрической формы, которая помещается внутрь статора, причем на его поверхность напрессован сердечник.
Короткозамкнутый и фазный роторы
Впаянные или залитые в поверхность сердечника и накоротко замкнутые с торцов двумя кольцами высокопроводящие медные (для машин большой мощности) или алюминиевые стержни (для машин меньшей мощности) играют роль электромагнитов с полюсами, обращенными к статору. Стержни обмотки не имеют какой-либо изоляции, так как напряжение в такой обмотке нулевое.
Более часто используемый для стержней двигателей средней мощности алюминий отличается малой плотностью и высокой электропроводностью.
Щетки, выполненные из графита, изнашиваются, и некоторые модели оборудованы короткозамкнутым конструктивным исполнением, которое поднимает щетки и замыкает кольца после запуска мотора. АД с фазным ротором являются более гибкими в плане регулирования Iп.
Конструктивные особенности
Железняк или сердечник ротора напрессовывается непосредственно на вал. Между ротором и статором существует минимальный воздушный зазор. Обмотка ротора выполняется в виде «беличьей клетки» и сделана из медных или алюминиевых стержней.
Принцип работы
Прямой и реостатный пуск асинхронного двигателя
Виды и критерии выбора
Для выбора регулятора нужно руководствоваться определенными характеристиками для конкретного случая. Среди всех критериев можно выбрать следующие:
Кроме того, регулятор подбирается мощнее, чем сам электродвигатель по формуле: Pрег = 1,3 * Pдвиг (Pрег, Pдвиг — мощность регулятора и двигателя соответственно). Его нужно выбирать на разные диапазоны U, так как универсальность играет важную роль.
Устройство на тиристорах
В этой модели, представленной на схеме 1, применяются 2 тиристора, включенных встречно-параллельно, хотя их можно заменить одним симистором.
Схема 1 — Тиристорная регулировка оборотов коллекторного двигателя без потери мощности.
Эта схема производит регулирование с помощью открытия или закрытия тиристоров (симистора) при фазовом переходе через нейтраль. Для корректного управления коллекторным двигателем применяют следующие способы модификации схемы 1:
- Установка защитных LRC-цепей, состоящих из конденсаторов, резисторов и дросселей.
- Добавление на входе емкости.
- Использование тиристоров или симистора, ток которых превышает номинальное значение силы тока двигателя в диапазоне от 3..8 раз.
Этот тип регуляторов имеет достоинства и недостатки. К первым относятся низкая стоимость, маленький вес и габариты. Ко вторым следует отнести следующие:
Этот тип регулятора ставится в вентиляторы, кондиционеры, стиральные машины и электродрели . Отлично выполняет свои функции, несмотря на недостатки.
Транзисторный тип
Еще одним названием регулятора транзисторного типа является автотрансформатор или ШИМ-регулятор (схема 2). Он изменяет номинал U по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ) при помощи выходного каскада, в котором применяются транзисторы типа IGBT.
Коммутация транзисторов происходит с высокой частотой и благодаря этому можно изменить ширину импульсов. Следовательно, при этом изменится и значение U. Чем длиннее импульс и короче паузы, тем выше значение U и наоборот. Положительные аспекты применения этой разновидности следующие:
Основной недостаток применения заключается в том, что расстояние до электромотора должно быть не более 4 метров.
Регулирование за счет частоты
Для регулирования оборотов используется конденсатор, включенный с обмотками однофазного двигателя (схема 3). Этот преобразователь частоты (ПЧ) имеет емкостное R, которое зависит от частоты протекающего переменного тока. Выходной каскад такого ПЧ выполнен на IGBT-транзисторах.
У специализированного ПЧ есть свои преимущества и недостатки. Преимуществами являются следующие:
Существует возможность управлять работой электромотора при определенных условиях, а также защита от перегрузок и токов КЗ. Кроме того, возможно расширять функционал при помощи подключения цифровых датчиков, мониторинга параметров работы и использования PID-регулятора. К минусам можно отнести ограничения при управлении частотой и довольно высокую стоимость.
Пуск двигателя с фазным ротором
Пусковые характеристики асинхронного мотора зависят от особенностей его конструкции, а именно от устройства ротора.
Запуск асинхронного мотора сопровождается переходным процессом машины, связанным с переходом ротора из состояния покоя в состояние равномерного вращения, при котором момент мотора уравновешивает момент сил сопротивления на валу машины.
Для асинхронного мотора с фазным ротором исходный пусковой момент, соответственный скольжению s п= 1, находится в зависимости от активных сопротивлений регулируемых резисторов, введенных в цепь ротора.
Рис. 1. Запуск трехфазного асинхронного мотора с фазным ротором: а — графики зависимости крутящего момента мотора с фазным ротором от скольжения при разных активных сопротивлениях резисторов в цепи ротора, б — схема включения резисторов и замыкающих контактов ускорения в цепь ротора.
Так, при замкнутых контактах ускорения У1, У2, т. е. при пуске асинхронного мотора с замкнутыми накоротко контактными кольцами, исходный пусковой момент Мп1 = (0,5 -1,0) Мном, а исходный пусковой ток I п = (4,5 — 7) I ном и поболее.
Введение в цепь ротора мотора регулируемых резисторов, именуемых пусковыми, не только лишь понижает исходный пусковой ток, но сразу наращивает исходный пусковой момент, который может добиться наибольшего момента Mmax (рис. 1 , а, кривая 3), если критичное скольжение мотора с фазным ротором
где R д ‘ — активное сопротивление резистора, находящегося в фазе обмотки ротора мотора, приведенное к фазе обмотки статора. Предстоящее повышение активного сопротивления пускового резистора нецелесообразно, потому что оно приводит к ослаблению исходного пускового момента и выходу точки наибольшего момента в область скольжения s > 1, что исключает возможность разгона ротора.
Нужное активное сопротивление резисторов для запуска мотора с фазным ротором определяют, исходя из требований запуска, который может быть легким, когда Мп = (0,1 — 0,4) M ном, обычным, если Мп — (0,5 — 0,75) Мном, и томным при Мп ≥ Мном.
Рис. 2. Пусковые свойства трехфазного асинхронного мотора с фазным ротором
