Auto-noginsk.ru

Авто Ногинск
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Регулятор оборотов коллекторного двигателя без потерь

Регулятор оборотов коллекторного двигателя без потерь

Обороты двигателя

Для выполнения многих видов работ по обработке древесины, металла или других типов материалов требуются не высокие скорости, а хорошее тяговое усилие. Правильнее будет сказать — момент. Именно благодаря ему запланированную работу можно выполнить качественно и с минимальными потерями мощности. Для этого в качестве приводного устройства применяются моторы постоянного тока (или коллекторные), в которых выпрямление питающего напряжения осуществляется самим агрегатом. Тогда для достижения требуемых рабочих характеристик необходима регулировка оборотов коллекторного двигателя без потери мощности.

Особенности регулирования скорости

Важно знать, что каждый двигатель при вращении потребляет не только активную, но и реактивную мощность. При этом уровень реактивной мощности будет больше, что связано с характером нагрузки. В данном случае задачей конструирования устройств регулирования скорости вращения коллекторных двигателей является уменьшение разницы между активной и реактивной мощностями. Поэтому подобные преобразователи будут довольно сложными, и самостоятельно их изготовить непросто.

Своими руками можно сконструировать лишь некоторое подобие регулятора, но говорить о сохранении мощности не стоит. Что такое мощность? С точки зрения электрических показателей, это произведение потребляемого тока, умноженное на напряжение. Результат даст некое значение, которое включает активную и реактивную составляющие. Для выделения только активной, то есть сведения потерь к нулю, необходимо изменить характер нагрузки на активную. Такими характеристиками обладают только полупроводниковые резисторы.

Следовательно, необходимо индуктивность заменить на резистор, но это невозможно, потому что двигатель превратится во что-то иное и явно не станет приводить что-либо в движение. Задача регулирования без потерь заключается в том, чтобы сохранить момент, а не мощность: она все равно будет изменяться. Справиться с подобной задачей сможет только преобразователь, который будет управлять скоростью за счёт изменения длительности импульса открытия тиристоров или силовых транзисторов.

Обобщенная схема регулятора

Как устроен регулятор

Примером регулятора, который осуществляет принцип управления мотором без потерь мощности, можно рассмотреть тиристорный преобразователь. Это пропорционально-интегральные схемы с обратной связью, которые обеспечивают жесткое регулирование характеристик, начиная от разгона-торможения и заканчивая реверсом. Самым эффективным является импульсно-фазовое управление: частота следования импульсов отпирания синхронизируется с частотой сети. Это позволяет сохранять момент без роста потерь в реактивной составляющей. Обобщенную схему можно представить несколькими блоками:

  • силовой управляемый выпрямитель;
  • блок управления выпрямителем или схема импульсно-фазового регулирования;
  • обратная связь по тахогенератору;
  • блок регулирования тока в обмотках двигателя.

Перед тем как углубляться в более точное устройство и принцип регулирования, необходимо определиться с типом коллекторного двигателя. От этого будет зависеть схема управления его рабочими характеристиками.

Разновидности коллекторных двигателей

Известно, как минимум, два типа коллекторных двигателей. К первому относятся устройства с якорем и обмоткой возбуждения на статоре. Ко второму можно отнести приспособления с якорем и постоянными магнитами. Также необходимо определиться, для каких целей требуется сконструировать регулятор:

Виды регуляторов

  • Если необходимо регулировать простым движением (например, вращением шлифовального камня или сверлением), то обороты потребуется изменять в пределах от какого-то минимального значения, неравному нулю, — до максимального. Примерный показатель: от 1000 до 3000 об/мин. Для этого подойдёт упрощённая схема на 1 тиристоре или на паре транзисторов.
  • Если необходимо управлять скоростью от 0 до максимума, тогда придется использовать полноценные схемы преобразователей с обратной связью и жёсткими характеристиками регулирования. Обычно у мастеров-самоучек или любителей оказываются именно коллекторные двигатели с обмоткой возбуждения и тахогенератором. Таким мотором является агрегат, используемый в любой современной стиральной машине и часто выходящий из строя. Поэтому рассмотрим принцип управления именно этим двигателем, изучив его устройство более подробно.

Конструкция мотора

Конструктивно двигатель от стиральной машины «Индезит» несложен, но при проектировании регулятора управления его скоростью необходимо учесть параметры. Моторы могут быть различными по характеристикам, из-за чего будет изменяться и управление. Также учитывается режим работы, от чего будет зависеть конструкция преобразователя. Конструктивно коллекторный мотор состоит из следующих компонентов:

  • Якорь, на нем имеется обмотка, уложенная в пазы сердечника.
  • Коллектор, механический выпрямитель переменного напряжения сети, посредством которого оно передается на обмотку.
  • Статор с обмоткой возбуждения. Он необходим для создания постоянного магнитного поля, в котором будет вращаться якорь.

Принцип работы двигателя

При увеличении тока в цепи двигателя, включенного по стандартной схеме, обмотка возбуждения включена последовательно с якорем. При таком включении мы увеличиваем и магнитное поле, воздействующее на якорь, что позволяет добиться линейности характеристик. Если поле будет неизменным, то получить хорошую динамику сложнее, не говоря уже о больших потерях мощности. Такие двигатели лучше использовать на низких скоростях, так как ими удобнее управлять на малых дискретных перемещениях.

Организовав раздельное управление возбуждением и якорем, можно добиться высокой точности позиционирования вала двигателя, но схема управления тогда существенно усложнится. Поэтому подробнее рассмотрим регулятор, который позволяет изменять скорость вращения от 0 до максимальной величины, но без позиционирования. Это может пригодиться, если из двигателя от стиральной машины будет изготавливаться полноценный сверлильный станок с возможностью нарезания резьбы.

Выбор схемы

Выяснив все условия, при которых будет использоваться мотор, можно начинать изготавливать регулятор оборотов коллекторного двигателя. Начинать стоит с выбора подходящей схемы, которая обеспечит вас всеми необходимыми характеристиками и возможностями. Следует вспомнить их:

  • Регулирование скорости от 0 до максимума.
  • Обеспечение хорошего крутящего момента на низких скоростях.
  • Плавность регулирования оборотов.
Читайте так же:
Регулировка кардана зил 130

Рассматривая множество схем в интернете, можно сделать вывод о том, что мало кто занимается созданием подобных «агрегатов». Это связано со сложностью принципа управления, так как необходимо организовать регулирование многих параметров. Угол открытия тиристоров, длительность импульса управления, время разгона-торможения, скорость нарастания момента. Данными функциями занимается схема на контроллере, выполняющая сложные интегральные вычисления и преобразования. Рассмотрим одну из схем, которая пользуется популярностью у мастеров-самоучек или тех, кто просто хочет с пользой применить старый двигатель от стиральной машины.

Всем нашим критериям отвечает схема управления скоростью вращения коллекторным двигателем, собранная на специализированной микросхеме TDA 1085. Это полностью готовый драйвер для управления моторами, которые позволяют регулировать скорость от 0 до максимального значения, обеспечивая поддержание момента за счёт использования тахогенератора.

Особенности конструкции

Сфера применения регулятора

Микросхема оснащена всем необходимым для осуществления качественного управления двигателем в различных скоростных режимах, начиная от торможения, заканчивая разгоном и вращением с максимальной скоростью. Поэтому ее использование намного упрощает конструкцию, одновременно делая весь привод универсальным, так как можно выбирать любые обороты с неизменным моментом на валу и использовать не только в качестве привода конвейерной ленты или сверлильного станка, но и для перемещения стола.

Характеристики микросхемы можно найти на официальном сайте. Мы укажем основные особенности, которые потребуются для конструирования преобразователя. К ним можно отнести: интегрированную схему преобразования частоты в напряжение, генератор разгона, устройство плавного пуска, блок обработки сигналов Тахо, модуль ограничения тока и прочее. Как видите, схема оснащена рядом защит, которые обеспечат стабильность функционирования регулятора в разных режимах.

На рисунке ниже изображена типовая схема включения микросхемы.

Схема несложная, поэтому вполне воспроизводима своими руками. Есть некоторые особенности, к которым относятся предельные значения и способ регулирования скоростью:

Схема регулятор без потерь

  • Максимальный ток в обмотках двигателя не должен превышать 10 А (при условии той комплектации, которая представлена на схеме). Если применить симистор с большим прямым током, то мощность может быть выше. Учтите, что потребуется изменить сопротивление в цепи обратной связи в меньшую сторону, а также индуктивность шунта.
  • Максимальная скорость вращения достигается 3200 об/мин. Эта характеристика зависит от типа двигателя. Схема может управлять моторами до 16 тыс. об/мин.
  • Время разгона до максимальной скорости достигает 1 секунды.
  • Нормальный разгон обеспечивается за 10 секунд от 800 до 1300 об/мин.
  • На двигателе использован 8-полюсный тахогенератор с максимальным выходным напряжением на 6000 об/мин 30 В. То есть он должен выдавать 8мВ на 1 об/мин. При 15000 об/мин на нем должно быть напряжение 12 В.
  • Для управления двигателем используется симистор на 15А и предельным напряжением 600 В.

Если потребуется организовать реверс двигателя, то для этого придется дополнить схему пускателем, который будет переключать направление обмотки возбуждения. Также потребуется схема контроля нулевых оборотов, чтобы давать разрешение на реверс. На рисунке не указано.

Принцип управления

При задании скорости вращения вала двигателя резистором в цепи вывода 5 на выходе формируется последовательность импульсов для отпирания симистора на определенную величину угла. Интенсивность оборотов отслеживается по тахогенератору, что происходит в цифровом формате. Драйвер преобразует полученные импульсы в аналоговое напряжение, из-за чего скорость вала стабилизируется на едином значении, независимо от нагрузки. Если напряжение с тахогенератора изменится, то внутренний регулятор увеличит уровень выходного сигнала управления симистора, что приведёт к повышению скорости.

Микросхема может управлять двумя линейными ускорениями, позволяющими добиваться требуемой от двигателя динамики. Одно из них устанавливается по Ramp 6 вывод схемы. Данный регулятор используется самими производителями стиральных машин, поэтому он обладает всеми преимуществами для того, чтобы быть использованным в бытовых целях. Это обеспечивается благодаря наличию следующих блоков:

Особенности запуска двигателя

  • Стабилизатор напряжения для обеспечения нормальной работы схемы управления. Он реализован по выводам 9, 10.
  • Схема контроля скорости вращения. Реализована по выводам МС 4, 11, 12. При необходимости регулятор можно перевести на аналоговый датчик, тогда выводы 8 и 12 объединяются.
  • Блок пусковых импульсов. Он реализован по выводам 1, 2, 13, 14, 15. Выполняет регулировку длительности импульсов управления, задержку, формирования их из постоянного напряжения и калибровку.
  • Устройство генерации напряжения пилообразной формы. Выводы 5, 6 и 7. Он используется для регулирования скорости согласно заданному значению.
  • Схема усилителя управления. Вывод 16. Позволяет отрегулировать разницу между заданной и фактической скоростью.
  • Устройство ограничения тока по выводу 3. При повышении напряжения на нем происходит уменьшение угла отпирания симистора.

Использование подобной схемы обеспечивает полноценное управление коллекторным мотором в любых режимах. Благодаря принудительному регулированию ускорения можно добиваться необходимой скорости разгона до заданной частоты вращения. Такой регулятор можно применять для всех современных двигателей от стиралок, используемых в иных целях.

Регулировка оборотов двухфазного двигателя

Двигатель то был рассчитан на работу при 5060 Герц. Не вдаваясь в теорию, которую и сам плохо помню, просто приведу пример, что двигатели одной серии но с разным количеством пар полюсов (то есть рассчитанные на разные номинальные обороты) имеют сильные различия в массогабаритных показателях. Это обусловлено тем, что в забытой мной формуле мощности 3 фазного асинхронного электродвигателя присутствовует значение частоты (точно помню). Так вот, такие преобразователи частоты могут и применяются с успехом на двигателях с так называемой вентиляторной нагрузкой на валу (центробежные и прямоточные насосы и вентиляторы), где при понижении оборотов понижается и момент(нагрузка) на валу, но не на системах с постоянным моментом (редукторы и прочее). При её понижении, Вы банально перегружаете двигатель, он становится ещё более асинхронным, чем рассчитано инженерами-проектировщиками, скольжение ротора относительно вращающегося ЭМ поля растёт, что приводит к потерям и перегреву. Надо либо заменить двигатель на более мощный, либо с большим числом пар полюсов (рассчитанный на меньшие номинальные обороты).

Читайте так же:
При каком пробеге надо регулировать клапана на гранте

То есть задача сводится к рассчёту требуемой мощности при минимальных оборотах.
Приближённо:

Где Т — момент на валу
Р — мощность развиваемая двигателем (отбрасываем потери на нагрев и механические при нормальном режиме невелики)
величина Ws = 4*3.14 * f / # of poles

f = частота на выходе преобразователя
# of poles — количество пар полюсов двигателя

Как видите, понижение частоты снижает и развиваемую двигателем мощность.

Сообщений: 12774
Откуда: Мск
Регистрация: Февраль 2003

написано 27 Декабря 2007 09:57Инфо &#149 Правка &#149 Ответить &#149 IP

Сообщений: 2195
Откуда: Engine Control Room
Регистрация: Апрель 2003

написано 27 Декабря 2007 11:46Инфо &#149 Правка &#149 Ответить &#149 IP

Фактически Вы имеете 2 фазый двигатель с обмотками намотанными для работы в системе со сдвигом фаз на 90 градусов. 3 фазный преобразователь выдаёт жёсткий сдвиг на 120. При включении на 2 фазы с конденсатором при падении частоты его ёмкость становится недостаточной и он не обеспечивает сдвиг на 90 градусов. Таким образом, скольжение ротора относительно ЭМ поля и сдвиг его фаз в обмотке у вас больше номинального что и вызывает такие потери и перегрев. Думаю, что существуют преобразователи частоты и для этого типа двигателей.

Сообщений: 5959
Откуда: SPb
Регистрация: Июнь 2001

написано 27 Декабря 2007 12:44Инфо &#149 Правка &#149 Ответить &#149 IP

Сообщений: 12775
Откуда: Мск
Регистрация: Февраль 2003

написано 27 Декабря 2007 14:09Инфо &#149 Правка &#149 Ответить &#149 IP

Сообщений: 9444
Откуда: Санктъ-Питербурхъ
Регистрация: Декабрь 2000

написано 27 Декабря 2007 17:50Инфо &#149 Правка &#149 Ответить &#149 IP

Сообщений: 12779
Откуда: Мск
Регистрация: Февраль 2003

написано 27 Декабря 2007 18:20Инфо &#149 Правка &#149 Ответить &#149 IP

В данном случае превалирует индуктивная составляющая, что и приводит к уменьшению сопротивления и увеличению потребляемого тока.
Да, но инвертор предназначен именно для регулирования оборотов, причем инверторы выпускают много фирм, неужели специалисты-разработчики с «мицубиши» не знают школьного курса физики?
Более того, на витрине в магазине (Митино) мотор крутится целыми днями (для привлечения внимания) на вал одета ленточка — два-три оборота в секунду, ничего не греется.

Давайте скорее совет что делать.

Сообщений: 2196
Откуда: Engine Control Room
Регистрация: Апрель 2003

написано 27 Декабря 2007 18:47Инфо &#149 Правка &#149 Ответить &#149 IP

Да, Вы правы, греется из-за неверного сдвига фаз относительно обмотки. Смените смазку в подшипниках, обмотка может и выдержит этот режим, а вот подшипники высохнут раньше. Вдобавок, сам двигатель видимо тоже нуждается в каком-то обдуве от собственного вентилятора или приводимого им. А Вы это охлаждение ему ликвидировали. Собственно и 3 фазный двигатель может работать на 2 фазах, при этом потребляемый ток возрастёт примерно в 1.44 раза, а момент на валу упадёт вместе с оборотами и вырастет скольжение (по сути потери). Вам нужно просто иметь ввиду, что ток и следовательно потребляемая мощность напрямую зависят от момента на валу, при снижении оборотов с 2500 до 300 момент там в основном создаётся подшипниками и потерями самого двигателя.

Весельчак У

Забудьте, потери при этом методе растут слишком быстро. Рассчётный же КПД 98%. А там перегрев и прочее неприятное. Регулировать напряжением то можно, как раз для этой мощности потери не будут играть особой роли, только надо обеспечить обратную связь чтобы двигатель с гарантией стартовал и не останавливался. Кстати, промыщленные преобразователи частоты позволяют так-же регулировать и напряжение.

Сообщений: 9449
Откуда: Санктъ-Питербурхъ
Регистрация: Декабрь 2000

написано 29 Декабря 2007 19:05Инфо &#149 Правка &#149 Ответить &#149 IP

Сообщений: 12785
Откуда: Мск
Регистрация: Февраль 2003

написано 29 Декабря 2007 19:54Инфо &#149 Правка &#149 Ответить &#149 IP

Добавление от 29 Декабря 2007 21:58:

Добавление от 30 Декабря 2007 00:32:

Напряжение одинаковое на всем диапазоне частот.
Может есть смысл последовательно с мотором включить конденсатор?
Для ограничения тока.

Сообщений: 5667
Откуда: Санкт-Петербург,Россия
Регистрация: Июнь 2003

написано 30 Декабря 2007 09:50Инфо &#149 Правка &#149 Ответить &#149 IP

Скажи пожалуйста, как ты собираешся использовать этот двигатель? В качестве вентилятора?

Сообщений: 12786
Откуда: Мск
Регистрация: Февраль 2003

написано 30 Декабря 2007 11:27Инфо &#149 Правка &#149 Ответить &#149 IP

Сообщений: 5670
Откуда: Санкт-Петербург,Россия
Регистрация: Июнь 2003

написано 30 Декабря 2007 12:31Инфо &#149 Правка &#149 Ответить &#149 IP

А низкие обороты действительно нужны?

Сообщений: 12787
Откуда: Мск
Регистрация: Февраль 2003

написано 31 Декабря 2007 00:13Инфо &#149 Правка &#149 Ответить &#149 IP
Читайте так же:
Как отрегулировать клещевые тормоза на детском велосипеде

Сообщений: 5674
Откуда: Санкт-Петербург,Россия
Регистрация: Июнь 2003

написано 31 Декабря 2007 01:33Инфо &#149 Правка &#149 Ответить &#149 IP

Тип двигателя не пробовал определить? Почему именно этот преобразователь был куплен?

Сообщений: 12790
Откуда: Мск
Регистрация: Февраль 2003

написано 31 Декабря 2007 01:48Инфо &#149 Правка &#149 Ответить &#149 IP

Сообщений: 5676
Откуда: Санкт-Петербург,Россия
Регистрация: Июнь 2003

написано 31 Декабря 2007 10:36Инфо &#149 Правка &#149 Ответить &#149 IP

Двигателей переменного тока существует всяких дофига. Синхронный у тебя двигатель или асинхронный, например?

Преобразователь.. из всего многообразия этот был наиболее подходящим.

Ты сам это определял ? По каким критериям?
Маркировку двигателя сюда запости для полноты картины.
Я не большой спец по электрическим машинам, но мне ясно, что данных, которые ты привёл по двигателю, несколько недостаточно, чтобы правильно выбрать устройство управления.

Частотное регулирование асинхронного двигателя

Unfortunately, you are using an outdated browser. Please update your browser to improve performance, quality of the displayed material, and improve security.

Частотное регулирование асинхронного двигателя

Частотник или (полностью) частотный преобразователь позволяет осуществлять частотное регулирование электродвигателя. Регулирование скорости (частоты) при эксплуатации данного устройства подразумевает возможности плавного изменения частоты оборотов ротора в большую или в меньшую сторону относительно номинальной.

  • транспортеров;
  • насосного оборудования;
  • вентиляторов и другой техники

Преимущества

Электрический привод постоянного тока не отличается особой надежностью: во время эксплуатации имеет место искрение щеток, что быстро изнашивает коллектор. Во взрывоопасной среде или запыленных помещениях такое устройство использовать нельзя. К тому же его цена остается довольно внушительной.

  • проще в плане конструкции;
  • дешевле стоит;
  • более надежен, потому что не имеет подвижных контактов;
  • меньше по размеру при аналогичной мощности (проще установить, легче спланировать систему);
  • легче.

Два важных преимущества асинхронных двигателей – их простое производство и неприхотливость по части обслуживания. Есть, правда, и недостатки, к которым относится сложность организации изменения скоростных характеристик электродвигателя. Здесь не подходят классические решения – изменение напряжения через дополнительные сопротивления в цепи обмоток.

Хотя теория частотного регулирования разработана еще в 30-е годы XX века, реализовать управление асинхронным электродвигателем с помощью регулятора частоты до недавнего времени было сложно. Причина – высокая стоимость производства и (соответственно) продажи преобразователей частоты.

Ситуация изменилась с появлением схем с IGBT-транзисторами (БТИЗ, биполярные транзисторы с изолированным затвором, производительные микропроцессорные системы). На их базе производителям из Японии, Европы и США удалось снизить стоимость изготовления частотного преобразователя, не теряя в его технических характеристиках.

Виды управления скоростями

Существует несколько видов управления асинхронным электродвигателем, среди которых самым распространенным в последние годы стал метод векторного или векторного бездатчивокового регулирования скорости. Он нередко встречается в частотном преобразователе, который изначально применяет скалярное управление без клемм для присоединения датчика скорости.

Собственно, вид регулирования асинхронного двигателя частотным преобразователем , зависит от класса последнего. А делят регуляторы частоты по нескольким признакам.

  1. По типу управления – на устройства ручного и автоматического регулирования.
  2. В зависимости от вида выходной нагрузки частотный преобразователь делится по способу исполнения:
    • на устройства для электроприводов насосного и вентиляторного оборудования;
    • механизмы для привода общепромышленного назначения;
    • частотные преобразователи для электродвигателей, которые эксплуатируются в сложных условиях (с перегрузками).

Частотные преобразователи последних поколений, кроме разных по исполнению вариаций, могут иметь еще и разный набор функций. К последним относятся 2 вида управления (ручной и автоматический) скоростью вращения и его направлением, потенциометр на основной панели, система настройки диапазонов выходных частот (0–800 Гц).

Принцип

Задачи частотника в системе частотного регулирования асинхронного электродвигателя:

  • изменение показателей электродвигателя в автоматическом режиме через обработку сигналов с датчиков, установленных на периферии;
  • приведение привода в действие, согласно настройкам (программируемый алгоритм работы по времени);
  • поддержание функции автоматического восстановления первоначальных настроек работы в случаях кратковременных остановок (прерываний питания);
  • удаленное управление переходными процессами с пульта; от перегрузок.

Принцип частотного регулирования асинхронного двигателя выражен в формуле:

Формула - Принцип частотного регулирования

Его суть: изменяя частоту f1 питающего напряжения, можно менять угловую скорость магнитного поля статора при неизменном количестве пар полюсов, обозначенных в формуле p. Такой метод обеспечивает оптимальные характеристики работы асинхронного электродвигателя, но и оптимальные показатели регулирования частоты:

  • мягкое (плавное) регулирование скоростей в большом диапазоне частоты;
  • повышенная жесткость механических показателей;
  • регулирование частоты вращений вала без повышения скольжения электродвигателя (за счет чего потери мощности сводятся к предельному минимуму).

Одним из условий частотного регулирования скорости асинхронного двигателя является одновременное с частотой вращений изменение напряжения, которое к нему подводится. Это нужно для повышения энергетических показателей работы электропривода (КПД, коэффициенты мощности, способности выдерживать перегрузки).

Закон частотного регулирования асинхронного двигателя (закон напряжения) определяется типом момента нагрузки (обозначается как Мс).

  • Когда Мс = const, напряжение на статоре регулируется пропорционально частоте вращения, согласно выражению:
  • Если характер момента нагрузки – вентиляторный, то применяется выражение:
  • Если момент нагрузки обратно пропорционален частоте:

Другими словами, для реализации поставленных перед ним задач (плавное бесступенчатое частотное регулирование частоты оборотов вала асинхронного электродвигателя) частотный преобразователь должен одновременно:

  • менять частоту оборотов;
  • регулировать на статоре напряжение.

Технические характеристики для учета

  • Диапазон изменения – Д. Представляет собой предел, до которого возможно регулирование. Вычисляется как соотношение минимальной и максимальной частоты вращения.
  • Степень плавности частотного регулирования. Рассчитывается по минимальному скачку частоты вращения вала электродвигателя при переходе от одной механической характеристики к другой.
  • Зона регулирования (направление изменения вращения). Номинальные условия эксплуатации задают естественный набор характеристик электродвигателя, которые при управлении частотой вращения начнут изменяться. На выходе асинхронный электродвигатель получит новые – искусственные – характеристики, которые, как правило, ниже, чем естественные.
Читайте так же:
Как отрегулировать кулису на шансе

Правила регулирования частоты

При этом важно учитывать следующее правило. При повышении количества оборотов вала относительно паспортных данных электродвигателя частота его источника питания не должна увеличиваться более, чем в 1,5–2 раза от номинальной.

Такой метод управления – частотное регулирование асинхронного двигателя – более всего оправдывает себя в механизмах и короткозамкнутым ротором. В случае с ним ввиду отсутствия скольжения потери мощности остаются минимальными, а выходные механические характеристики – с высокой жесткостью.

Плюсы электродвигателя с регулированием скорости

Основной плюс электродвигателя, управляемого с помощью частотного преобразователя, – высокий опрокидывающий момент. Это он обеспечивает стабильную эксплуатацию электропривода и подключенного к нему оборудования в большом диапазоне частот вращения.

Благодаря данному факту применение асинхронных электродвигателей с регулированием скорости позволяет отказаться от ряда механизмов (снижается потеря мощности, к которой приводит их использование), получая высокий КПД.

Подключение двухскоростного асинхронного двигателя

Капитальный ремонт токарного станка в процессе. Главный двигатель - двухскоростной

В те времена, когда преобразователи частоты для асинхронных двигателей были роскошью (более 20 лет назад), в промышленном оборудовании в случае необходимости применялись двигатели постоянного тока, в которых имелась возможность регулировать частоту оборотов.

Способ этот был громоздкий, и наряду с ним использовался ещё один, попроще – применялись двускоростные (многоскоростные) двигатели, в которых обмотки подключаются и переключаются определённым образом по схеме Даландера, что позволяет изменять скорость вращения.

Двигатели постоянного тока с изменением скорости и управлением от электронного блока используются в дорогостоящем промышленном оборудовании.

А вот двухскоростные двигатели встречаются в станках производства СССР 1980-х годов средней ценовой категории. И по подключению лично у меня возникали проблемы, в связи с путаницей и недостатком информации.

Последние примеры – токарный станок спец. исполнения, лесопилка. Подробности будут ниже.

Исполнение обмоток напоминает соединение “треугольником”, в связи с этим переключение может быть ассоциировано со “звездой-треугольником”. И это сбивает с толку.

Схема “Звезда – Треугольник” используется для лёгкого пуска двигателей (при этом скорость в обоих режимах одинакова!), а двухскоростные двигатели с переключением обмоток – для переключения рабочих скоростей.

Существуют двигатели не только с двумя, но и с бОльшим количеством скоростей. Но я буду говорить о том, что лично подключал и держал в руках:

Двухскоростной асинхронный электродвигатель

Двухскоростной асинхронный электродвигатель Даландера

Поменьше теории, побольше практики. И как обычно, от простого к сложному.

Двухскоростной асинхронный электродвигатель

Обмотки двухскоростного двигателя выглядят таким образом:

Схема двухскоростного двигателя Даландера

При подключении выводов U1, V1, W1 такого двигателя к трехфазному напряжению он будет включен в “треугольник” на пониженную скорость.

А если выводы U1, V1, W1 замкнуть между собой, а питание подать на выводы U2, V2, W2, то получатся две “звезды” (YY), и скорость будет в 2 раза выше.

Что будет, если обмотки вершин треугольника U1, V1, W1 и середин сторон U2, V2, W2 поменять местами? Я думаю, ничего не изменится, тут дело только в названиях. Хотя, я не пробовал. Кто знает – напишите в комментариях к статье.

Схемы подключения

Кто немного не в курсе, как подключаются к трехфазной сети асинхронные электродвигатели – настоятельно рекомендую ознакомиться с моей статьёй Подключение двигателя через магнитный контактор. Я предполагаю, что читатель знает, как включается электродвигатель, зачем и какая нужна защита двигателя, поэтому в этой статье я эти вопросы опускаю.

В теории всё просто, а на практике приходится поломать голову.

Очевидно, что включение обмоток двигателя Даландера можно реализовать двумя путями – через переключатель и через контакторы.

Переключение скоростей с помощью переключателя

Рассмотрим сначала схему попроще – через переключатель типа ПКП-25-2. Тем более, что только такие принципиальные схемы мне и встречались.

Переключатель должен иметь три положения, одно из которых (среднее) соответствует выключенному двигателю. Про устройство переключателя – чуть позже.

Подключение двухскоростного двигателя. Схема на переключателе ПКП.

Крестиками на пунктирах положения переключателя SA1 отмечены замкнутые состояния контактов. То есть, в положении 1 питание от L1, L2, L3 подается на треугольник (выводы U1, V1, W1). Выводы U2, V2, W2 остаются не подключенными. Двигатель вращается на первой, пониженной скорости.

При переключении SA1 в положение 2 выводы U1, V1, W1 замыкаются друг с другом, а питание подается на U2, V2, W2.

Переключение скоростей с помощью контакторов

Схема включения двигателя на разных скоростях на контакторах

Здесь на первую скорость двигатель включает контактор КМ1, на вторую – КМ2. Очевидно, что физически КМ2 должен состоять из двух контакторов, поскольку необходимо замыкание сразу пяти силовых контактов.

Практическая реализация схемы подключения двухскоростного электродвигателя

На практике мне попадались только схемы на переключателях ПКП-25-2. Это универсальное чудо советской коммутации, у которого может быть миллион возможных сочетаний контактов. Внутри есть кулачок (их тоже несколько вариантов по форме), который можно переставлять.

Читайте так же:
Чем регулируют обороты электроинструмент

Это реальная головоломка и ребус, требующий высокой концентрации сознания. Хорошо, что каждый контакт просматривается в небольшую щёлку, и можно посмотреть, когда он замкнут или разомкнут. Кроме того, через эти прорези в корпусе можно чистить контакты.

Количество положений может быть несколько, их количество ограничивается упорами, показанными на фото:

Переключатель пакетный ПКП-25-2

Переключатель пакетный ПКП-25-2

Переключатель ПКП 25. Головоломка на любителя.

Переключатель пакетный ПКП-25-2

Переключатель пакетный ПКП-25-2 – контакты

Практическое применение

Как я уже говорил, такие двигатели мне встречались в советских станках, которые я восстанавливал.

А именно – циркулярный деревообрабатывающий станок ЦА-2А-1, там используется двухскоростной асинхронный двигатель 4АМ100L8/4У3. Его основные параметры – первая скорость (треугольник) 700 об/мин, ток 5,0А, мощность 1,4 кВт, звёзды – 1410 об/мин, ток 5,0 А, мощность 2,4 кВт.

Меня просили сделать несколько скоростей, для разной древесины и для разной остроты циркулярной пилы. Но увы – без преобразователя частоты здесь не обойтись.

Другой старичок – токарный станок спец.исполнения УТ16П, там стоит двигатель 720/1440 об/мин, 8,9/11 А, 3,2/5,3 кВт:

Шильдик двухскоростного электродвигателя 11 кВт

Шильдик двухскоростного электродвигателя 11 кВт токарного станка

Переключение также переключателем, а схема станка выглядит так:

схема электрическая токарного станка

схема электрическая токарного станка

В этой схеме есть ошибка, как раз по теме статьи. Во первых, переключение скоростей осуществляется не реле Р2, а выключателем В2. А второе (и главное) – схема переключения абсолютно не соответствует реальности. И она меня сбила с толку, я пытался подключить по ней. Пока не сотворил вот такую схему:

Реальная схема включения двухскоростного двигателя токарного станка УТ16П

Реальная схема включения двухскоростного двигателя токарного станка УТ16П

Дополнительно – внешний вид и расположение элементов электросхемы.

схема токарного станка - внешний вид

схема токарного станка – внешний вид

схема электрическая токарного станка - расположение элементов

схема электрическая токарного станка – расположение элементов

Друзья! Кому попадаются такие станки и двигателя, пишите, делитесь опытом, задавайте вопросы, буду рад!

Обновление Март 2017

Выкладываю фото и схемы практического включения двухскоростного электродвигателя.

Двигатель работает на гидростанции. На пониженной скорости он дает малое давление, позволяющее управлять механизмами с гидравлическим приводом более точно. На повышенной скорости – давление возрастает примерно в 2 раза, и скорость перемещения соответственно.

Борно двигателя - на клеммы приходят 6 проводов

Борно двухскоростного двигателя – на клеммы приходят 6 проводов

Схема двухскоростного двигателя

Схема двухскоростного двигателя

Двухскоростной двигатель гидростанции

Двухскоростной двигатель гидростанции

Контакторы двухскоростного двигателя. Левый включает в треугольник (низкая скорость), правые - в схему двойная звезда

Контакторы двухскоростного двигателя. Левый включает в треугольник (низкая скорость), правые – двойная звезда

Мотор-автоматы. Видно, что ток треугольника - до 8А, ток звезд - до 13А

Мотор-автоматы. Видно, что ток треугольника – до 8А, ток звезд – до 13А

Схема включения силовой части двигателя Даландера.

Схема включения части управления двухскоростного двигателя Даландера.

Коротко о схеме включения двигателя Даландера.

Двигатель включается через реле времени с задержкой отключения.

Реле времени 215А2 включается сразу, а отключается через 5 секунд. Это нужно, чтобы двигатель и контакторы не дергать по пустякам, и кратковременные остановки гидравлических перемещений не отключали двигатель гидростанции.

Далее реле 261К0 включает режим работы треугольник, реле 261К1 – звёзды.

Видео работы двигателя по схеме Даландера

К сожалению, видео на русском по этой теме нет.

Ещё схема, переключение скоростей – через Стоп:

Заточной станок (точило) на двигателе Даландера

Недавно попался заточной станок с двухскоростным двигателем, выкладываю его схему.

Схема заточного станка на двигателе Даландера

Схема заточного станка на двухскоростном двигателе Даландера

Меня часто спрашивают, какую защиту сделать этому двигателю? Вот, на схеме – простое тепловое реле (РТ1), настроенное на бОльший ток (около 11 А).

Вот шильдик двигателя:

Параметры двухскоростного двигателя

Параметры двухскоростного двигателя заточного станка

А вот – его обозначения выводов:

Выводы двухскоростного двигателя

Выводы двухскоростного двигателя

Как думаете, почему вместо схемы подключения показан прямоугольничек ПС (переключатель скоростей)? Правильно, схема тогда была бы в 2 раза больше и сложнее.

Скачать

Если тема интересует более глубоко, рекомендую ознакомиться с литературой, приведенной на странице Скачать.

Вот одна из книг, приведенных там:
• Ломоносов, В.Ю.; Поливанов, К.М.; Михайлов, О.П. Электротехника. / Ломоносов, В.Ю.; Поливанов, К.М.; Михайлов, О.П. Электротехника. Одна из лучших книг, посвящённых основам электротехники. Изложение начинается с самых основ: объясняется, что такое напряжение, сила тока и сопротивление, приводятся указания по расчёту простейших электрических цепей, рассказывается о взаимосвязи и взаимозависимости электрических и магнитных явлений. Объясняется, что такое переменный ток, как устроен генератор переменного тока. Описывается, что такое конденсатор и что собой представляет катушка индуктивности, какова их роль в цепях переменного тока. Объясняется, что такое трёхфазный ток, как устроены генераторы трёхфазного тока и как организуется его передача. Отдельная глава посвящена полупроводниковым приборам: в ней речь идёт о полупроводниковых диодах, о транзисторах и о тиристорах; об использовании полупроводниковых приборов для выпрямления переменного тока и в качестве полупроводниковых ключей. Коротко описываются достижения микроэлектроники. Последняя треть книги целиком посвящена электрическим машинам, агрегатам и оборудованию: в 10 главе речь идёт о машинах постоянного тока (генераторах и двигателях); 11 глава посвящена трансформаторам; о машинах переменного тока (однофазных и трёхфазных, синхронных и асинхронных) подробно рассказывается в 12 главе; выключатели, электромагниты и реле описываются в главе 13; в главе 14 речь идёт о составлении электрических схем. Последняя, 15 глава, посвящена измерениям в электротехнике. Эта книга — отличный способ изучить основы электротехники, понять основополагающие принципы работы электрических машин и агрегатов., zip, 13.87 MB, скачан: 2336 раз./

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector