При стартиране на електродвигателя консумацията на ток се превишава 7 пъти, което допринася за преждевременната повреда на електрическите и механичните части на двигателя. За да предотвратите това, използвайте контрола на скоростта на двигателя. Има много модели от фабричния план, но за да направите сами такова устройство, трябва да знаете принципа на електродвигателя и как да контролирате скоростта на ротора.
Обща информация
Електродвигателите с променлив ток са широко използвани в много области на човешкия живот, а именно модели с асинхронен тип. Основната цел на двигателя като електрическа машина е превръщането на електрическата енергия в механична енергия . Асинхронен в превод означава едновременно, тъй като скоростта на ротора е различна от честотата на променливото напрежение (U) в статора. Има два типа асинхронни двигатели по вид мощност:
- Еднофазна.
- Три фази.
Еднофазни се използват за домашни нужди на домакинството, а трифазни се използват в производството. В трифазните асинхронни двигатели (наричани по-долу TAD) се използват два вида ротори:
- затворен;
- фаза.
Затворените вериги съставляват около 95% от всички използвани двигатели и имат значителна мощност (от 250 W и повече). Фазовият тип е структурно различен от кръвното налягане, но рядко се използва в сравнение с първия. Роторът е стоманена фигура с цилиндрична форма, която се поставя вътре в статора, а върху повърхността му се притиска сърцевина.
Клетка и фазови ротори
Високопроводящи мед (за машини с голяма мощност) или алуминиеви пръти (за машини с по-ниска мощност), запоени или вградени в повърхността на сърцевината и късо съединени от двата пръстена, играят ролята на електромагнити с полюси, обърнати към статора. Навиващите пръти нямат никаква изолация, тъй като напрежението в такава намотка е нула.
По-често използваните за прътите на двигатели алуминий със средна мощност се характеризират с ниска плътност и висока електрическа проводимост.
За да се намалят по-високите хармоници на електромоторната сила (EMF) и да се изключи пулсацията на магнитното поле, прътовете на ротора имат изчислен ъгъл на наклон спрямо оста на въртене по определен начин . Ако се използва електрически двигател с малка мощност, тогава каналите са затворени конструкции, които отделят ротора от пролуката, за да се увеличи индуктивният компонент на съпротивлението.
Роторът под формата на фазова конструкция или тип се характеризира с намотка, краищата му са свързани под формата на "звезда" и са прикрепени към контактните пръстени (на вала), по протежение на които графитните четки се плъзгат. За да се елиминират вихровите токове, повърхността на намотките е покрита с оксиден филм. Освен това към веригата на намотката на ротора се добавя резистор, който ви позволява да промените съпротивлението (R) на веригата на ротора, за да намалите входящите токове (Ip). Двигателните токове влияят неблагоприятно върху електрическите и механичните части на електродвигателя. Променливи резистори, използвани за управление на Ip:
- Метал или стъпка с ръчно изместване.
- Течност (поради потапяне до дълбочината на електродите).
Четките, изработени от графит, се износват, а някои модели са оборудвани с дизайн с късо съединение, който повдига четките и затваря пръстените след стартиране на двигателя. HELLs с фазов ротор са по-гъвкави по отношение на регулирането на Ip.
Характеристики на дизайна
Индукционният двигател няма изразени полюси, за разлика от постояннотоковия двигател. Броят на полюсите се определя от броя намотки в намотките на неподвижната част (статора) и метода на свързване. В асинхронна машина с 4 намотки преминава магнитен поток. Статорът е изработен от листове от специална стомана (електрическа стомана), намалявайки вихровите токове до нула, при което се получава значително нагряване на намотката. Това води до масивна прекъсване верига.
Желязо или сърцевина на ротора се натискат директно върху вала. Между ротора и статора има минимална въздушна междина. Намотката на ротора е направена под формата на "клетка за катерици" и е направена от медни или алуминиеви пръти.
В електродвигатели с мощност до 100 кВт се използва алуминий, който има ниска плътност - за изливане в каналите на сърцевината на ротора. Но въпреки подобно устройство, двигатели от този тип се загряват. За решаване на този проблем се използват вентилатори за принудително охлаждане, които са монтирани на вала. Тези двигатели са прости и надеждни. Въпреки това, двигателите консумират голям ток по време на стартиране, 7 пъти по-голям от номиналния. Поради това те имат нисък стартов въртящ момент, тъй като по-голямата част от енергията на електричество отива за загряване на намотките.
Електродвигателите, които имат повишен стартов въртящ момент, се различават от обикновения асинхронен дизайн на ротора. Роторът е направен под формата на двойна клетка за катерици. Тези модели са подобни на фазовите видове производство на ротор. Състои се от вътрешни и външни „клечки за катерици”, като външната е начална и има голям активен и малък реактивен R. Външната има малък активен и високо реактивен R. Когато скоростта се увеличава, преминавам към вътрешната клетка и работи като ротор с клетка-клетка.
Принцип на работа
Когато теча по намотката на статора, във всеки от тях се създава магнитен поток (Ф). Тези f са изместени на 120 градуса един спрямо друг. Полученото f се върти, създавайки електромоторна сила (EMF) в алуминиеви или медни проводници. В резултат на това се създава началният магнитен момент на електродвигателя и роторът започва да се върти. Този процес се нарича също в някои източници плъзгане (S), което показва разликата в честотата n1 на електромагнитното поле на стартера, която става по-голяма от честотата, получена чрез въртене на ротора n2. Изчислява се като процент и има формата: S = ((n1-n2) / n1) * 100%.
Стойността на S при първоначалния старт на електродвигателя е приблизително 1, но с увеличаване на стойностите на n2 тя става по-малка. В този момент аз в ротора намалява, следователно ЕМП става по-малка от номиналната стойност. При празен ход S е минимален, но с увеличаване на момента на статично взаимодействие на ротора и статора, тази стойност достига критична стойност. Ако има следното неравенство: S> Scr, двигателят работи нормално, но ако стойността на Scr е надвишена, може да се „преобърне“. Преобръщане предизвиква нестабилна работа, но с времето изчезва.
Методи за настройка на скоростта
За да се предотвратят отрицателни ефекти по време на стартиране, е необходимо да се намали скоростта на електродвигателя 220 V или 380 V. Има няколко начина за постигане на това:
- Промяна в стойността на R на веригата на ротора.
- Променете U в намотката на статора.
- Променете честотата на U.
- Превключване на полюсите.
При промяна на стойността на R на роторната част с помощта на допълнителни резистори, тя намалява скоростта, но в резултат на това мощността намалява. Поради това се получава значителна загуба на електроенергия. Този тип регулиране трябва да се прилага към фазовия ротор.
При промяна на стойностите на U на намотката на статора е възможно механично или електрическо управление на скоростта на ротора. В този случай се използва контролерът U. Използването на този метод ви позволява да го използвате само с характера на вентилатора на товара (например, управление на скоростта на вентилатора 220v). За всички останали случаи се използват трифазни автоматични трансформатори, които ви позволяват плавно да променяте стойностите на U или тиристорни регулатори.
Въз основа на формулата на зависимостта на скоростта на въртене от честотата на захранването U, е възможно да се регулира броят на въртенията на ротора. Честотата на въртящото се магнитно поле на статора се изчислява по формулата: Nst = 60 * f / p (f е честотата на токозахранващата мрежа, p е броят на полюсните двойки). Този метод осигурява възможност за гладко управление на скоростта на въртене на роторната част. За да се постигне висока ефективност, е необходимо да се промени честотата и U. Този метод е оптимален за моторите с клетка с клетка, тъй като загубите на мощност са минимални. Има два метода за промяна на броя на двойките полюси:
- В статора (в каналите) трябва да се положат 2 намотки с различно число p.
- Намотката се състои от две части, свързани паралелно или последователно.
Основният недостатък на този метод е поддържането на стъпаловиден характер на смяната на честотата на електродвигателя с клетка-клетка.
Видове и критерии за подбор
За да изберете регулатор, трябва да се ръководите от определени характеристики за конкретен случай. Сред всички критерии можете да изберете следното:
По вид управление. За двигатели от колекторния тип се използват регулатори с векторна или скаларна система за управление.- Мощността е основният параметър, от който трябва да надграждате.
- U обхват.
- В честотния обхват. Трябва да изберете модел, който отговаря на изискванията на потребителя за конкретен случай.
- Други характеристики, които включват гаранция, размери, оборудване.
В допълнение, регулаторът се избира по-мощно от самия електромотор по формулата: Preg = 1, 3 * Pmot (Preg, Pmot - съответно мощността на регулатора и двигателя). Той трябва да бъде избран за различни диапазони на U, тъй като универсалността играе важна роля.
Тиристорно устройство
В този модел, показан на схема 1, се използват 2 тиристора, свързани в противоположна, въпреки че могат да бъдат заменени с един триак.
Схема 1 - Контрол на скоростта на тиристор на колекторния двигател без загуба на мощност.
Тази схема прави регулиране чрез отваряне или затваряне на тиристорите (триак) по време на фазовия преход през неутрала. За правилното управление на колекторния двигател се използват следните методи за промяна на верига 1:
- Монтаж на защитни LRC вериги, състоящи се от кондензатори, резистори и дросели.
- Добавяне на входящ капацитет.
- Използването на тиристори или триаци, чийто ток надвишава номиналната стойност на тока на двигателя в диапазона от 3..8 пъти.
Този тип регулатор има предимства и недостатъци. Първите включват ниска цена, ниско тегло и размер. Вторият трябва да включва следното:
- приложение за двигатели с ниска мощност;
- има шум и потрепване на мотора;
- когато използвате схема на триаци, постоянна U удря двигателя.
Този тип контролер е инсталиран във вентилатори, климатици, перални и електрически бормашини. Той изпълнява функциите си перфектно, въпреки недостатъците.
Тип транзистор
Друго име за регулатора на типа транзистор е автотрансформатор или PWM контролер (схема 2). Той променя стойността на U според принципа на модулация на импулсна ширина (PWM), използвайки изходния етап, който използва транзистори като IGBT.
Схема 2 - PWM контролер на скоростта на транзистора.
Превключването на транзисторите става на висока честота и поради това можете да промените ширината на импулса. Следователно стойността U също ще се промени. Колкото по-дълъг е импулсът и колкото по-къса е паузата, толкова по-висока е стойността на U и обратно. Положителните аспекти на използването на този сорт са, както следва:
- Ниско тегло при ниски размери.
- Доста ниска цена.
- При ниски обороти, без шум.
- Контрол поради ниски стойности на U (0..12 V).
Основният недостатък на приложението е, че разстоянието до електромотора трябва да бъде не повече от 4 метра.
Честотен контрол
Контролът на скоростта на различни видове двигатели поради честотата е широко използван. Преобразуването на честотата заема водеща позиция на пазара на продажби на устройства за контрол на скоростта и прилагането на мек старт. Поради своята гъвкавост е възможно да се повлияе на мощността, производителността и скоростта на всяко устройство с електрически мотор. Тези устройства се използват за еднофазни и трифазни двигатели. Използват се следните видове честотни преобразуватели:
- Специализирана еднофазна.
- Трифазен без кондензатор.
За контрол на скоростта се използва кондензатор, включен в намотките на еднофазен двигател (схема 3). Този честотен преобразувател (IF) има капацитивен R, който зависи от честотата на протичащия променлив ток. Изходният етап на такъв инвертор е направен върху IGBT транзистори.
Схема 3 - Честотен регулатор на скоростта.
Специализиран инвертор има своите предимства и недостатъци. Ползите са както следва:
- Управление на кръвното налягане без човешка намеса.
- Стабилност.
- Допълнителни функции.
Възможно е да се контролира работата на електродвигателя при определени условия, както и защита срещу претоварвания и токове на късо съединение. Освен това е възможно да се разшири функционалността чрез свързване на цифрови сензори, наблюдение на параметрите на работа и използване на PID контролера. Недостатъците включват ограничения за регулиране на честотата и доста висока цена.
За трифазни БП се използват и устройства за регулиране на честотата (Схема 4). Регулаторът има три фази на изхода за свързване на електродвигател.
Схема 4 - IF за трифазен двигател.
Тази опция също има своите силни и слаби страни. Първите включват следното: ниска цена, избор на мощност, широк диапазон на регулиране на честотата, както и всички предимства на еднофазните честотни преобразуватели. Сред всички отрицателни страни могат да бъдат разграничени основните: предварителен подбор и загряване по време на стартиране.
Направи си сам
Ако няма възможност, както и желание за придобиване на регулатор от фабричен тип, тогава можете да го сглобите със собствените си ръце. Въпреки че регулатори като "tda1085" са се доказали много добре. За да направите това, трябва да се запознаете с теорията и да започнете да практикувате. Схемите на триак дизайн са много популярни, по-специално регулатора на скоростта на асинхронен двигател 220 V (схема 5). Направете го лесно. Той отива на VT138 триак, добре подходящ за тези цели.
Схема 5 - Прост регулатор на скоростта на триака.
Този регулатор може да се използва и за регулиране на скоростта на DC мотора 12 волта, тъй като е доста прост и универсален. Завоите се регулират поради промяна в параметрите P1, която определя фазата на входящия сигнал, който отваря триачния преход.
Принципът на работа е прост. Когато двигателят стартира, той се забавя, индуктивността се променя на по-малка страна и допринася за увеличаване на U във веригата "R2-> P1-> C2". С разряд C2 триакът се отваря за известно време.
Има друга схема. Той работи по малко по-различен начин: като предоставя обратния вид енергия, който е оптимално изгоден. В схемата е включен доста мощен тиристор.
Схема 6 - Тиристорен регулатор на устройството.
Веригата се състои от генератор на контролен сигнал, усилвател, тиристор и част от веригата, която действа като стабилизатор за въртене на ротора.
Най-универсалната схема е регулаторът на триака и динистора (схема 7). Той е в състояние плавно да намали скоростта на въртене на вала, да настрои обратния мотор (да промени посоката на въртене) и да намали пусковия ток.
Принципът на работа на веригата:
- C1 се зарежда до U разбивка на динистора D1 до R2.
- D1 при пробиване отваря прехода на триака D2, който е отговорен за контрола на товара.
Напрежението на натоварването е пряко пропорционално на честотния компонент при отваряне на D2, в зависимост от R2. Веригата се използва в прахосмукачките. Той съдържа универсално електронно управление, както и възможност за лесно свързване на захранване от 380 V. Всички детайли трябва да бъдат поставени на печатна платка, направена по лазерно-желязна технология (LUT). Подробности за тази технология за производство на платки можете да намерите в Интернет.
По този начин, когато избирате регулатор на скоростта за електромотор, е възможно да закупите фабричен такъв или да го направите сами. Изработката на домашен регулатор е доста проста, защото ако разберете принципа на устройството, можете лесно да го сглобите. Освен това трябва да се спазват правилата за безопасност при инсталиране на части и при работа с електричество.