Auto-noginsk.ru

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

Несколько способов управления однофазным асинхронным двигателем

Несколько способов управления однофазным асинхронным двигателем

Достоинства и недостатки различных способов управления асинхронными двигателями. Выводы, сделанные по опыту практического применения.

В настоящее время получили большое распространение асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Это вызвано тем, что такие машины не имеют щеточного узла, их ротор сделан из алюминия и технологически очень прост, а значит, сама конструкция получается очень надежной. Рассмотрим несколько способов управления однофазным асинхронным электродвигателем.

Конденсаторный однофазный электродвигатель

Наиболее распространенным типом асинхронного однофазного электродвигателя является двигатель с двумя статорными обмотками. Первая и вторая обмотки идентичны по количеству витков, но последовательно с одной из обмоток включают конденсатор. Конденсатор обеспечивает сдвиг фаз между обмотками для образования вращающегося магнитного поля для ротора.

Частотный способ управления

Основным способом управления таким двигателем, применяемым в настоящее время, является частотный способ. Этот способ реализуется с помощью специальных приборов, называемых ШИМ инверторами. Эти инверторы, в свою очередь, бывают однофазными и трехфазными, что определяется количеством пар силовых выходов для управления обмотками двигателя. Для управления однофазным двигателем может быть применен как однофазный, так и трехфазный инвертор. Пример самодельной конструкции — частотный преобразователь своими руками.

Управление однофазным ШИМ инвертором

При таком управлении обе обмотки двигателя включены параллельно. Два выхода инвертора подключаются к точкам соединения обмоток. Инвертор формирует напряжение с варируемой частотой и с линейной зависимостью напряжение к частоте. Регулировать частоту можно как вниз, так и вверх. Диапазон регулировки обычно не превышает 1:10, т.к. емкость конденсатора в одной из обмоток напрямую зависит от частоты.

Достоинства

Основные достоинства этого метода – это простота ввода в эксплуатацию, не требующая переделки конструкции двигателя; надежная работа, т.к. частотный преобразователь специально разработан для управления такими типами двигателей; хорошие характеристики (ПИД-регулятор, предустановленные скорости, низкий пусковой ток, защитные функции и т.д.)

Недостатки

К недостаткам относятся: только однонаправленное вращение; более высокая стоимость и дефицит однофазных преобразователей по сравнению с трехфазными, по причине их малого выпуска.

Управление трехфазным ШИМ инвертором

В данном случае обмотки двигателя включают последовательно. Выходы трехфазного преобразователя подключают к средней точке и к концам обмоток электродвигателя. Конденсатор при этом из схемы исключают (требуется некоторая переделка двигателя) Так как обмотки двигателя сдвинуты на 90 градусов, а инвертор дает сдвиг фаз на 120 градусов, то поле не будет идеально круговым и это отрицательно скажется на параметрах регулирования.

Поле будет пульсирующим. Так как порядок коммутации выводов инвертора можно менять программным путем, то легко добиться изменения чередования напряжений на обмотках, следовательно, менять направление вращения ротора двигателя.

Достоинства

К достоинствам следует отнести: доступность на рынке и сравнительно низкую цену; возможность реверсивной работы обычного нереверсивного двигателя; более широкий, чем у однофазного преобразователя диапазон регулировки; возможности программируемых функций как у однофазного инвертора или даже шире за счет большего количества коммутируемых выходов.

Недостатки

Недостатки это: пониженный и пульсирующий момент однофазного двигателя; повышенный его нагрев; не все стандартные преобразователи готовы для такой работы, т.к. некоторые производители прямо запрещают использовать свои изделия в таком режиме.

Фазовое управление с помощью симисторного регулятора (диммера)

Этот метод самый «древний», он обусловлен отсутствием до недавнего времени в широкой продаже частотных регуляторов и их относительно высокой ценой. При таком управлении обмотки двигателя остаются включенными параллельно. Одна из обмоток включена последовательно с фазосдвигающим конденсатором. К точкам параллельного соединения обмоток подключается симисторный регулятор.

На выходе этого регулятора формируется однофазное напряжение с постоянной частотой (50 Гц) и регулируемым среднеквадратическим значением. Это происходит за счет регулирования напряжения открывания симистора, т.е. изменяется время открытого состояния симистора за период следования сетевого напряжения.

Момент на валу двигателя, при таком регулировании, будет снижаться пропорционально напряжению, критическое скольжение будет неизменным.

Достоинства

Основные достоинства: исключительная простота устройства управления; возможность собрать и починить такое устройство любым радиолюбителем; на порядок или даже несколько порядков более низкая цена по сравнению с частотными приводами.

Недостатки

Основные недостатки это: регулирование оборотов только на понижение; диапазон регулирования с помощью диммера только 2:1; стабильность скорости только удовлетворительная; допустимая нагрузка резко снижается с уменьшением скорости; перегрев двигателя на низких скоростях, т.к. не хватает производительности встроенного вентилятора двигателя; необходимость завышения мощности двигателя.

Выводы

Исходя из всего вышеперечисленного, необходимо настоятельно рекомендовать применение частотных приводов для управления асинхронными двигателями. Такие приводы (ШИМ инверторы) кроме несомненных удобств по управлению, позволяют получить высокий КПД установок и добиться роста коэффициента мощности (cos фи) до 0.98, т.е. реализовать программу энергосбережения.

Коллекторный двигатель и регулировка его оборотов

При эксплуатации коллекторных электродвигателей нередко возникает необходимость в регулировании оборотов устройства. Важно при этом не снизить общие показатели мотора, чтобы работа не пошла насмарку. Рассмотрим же детально особенности самостоятельного регулирования.

Регулятор по схеме

Силовые агрегаты данного типа активно используются в бытовой электрической технике, инструментах: стиральных машинах, болгарках, пылесосах, дрелях, квадрокоптерах и др. это обусловливается высокой результативностью приборов, которые демонстрируют большое число оборотов и высоким крутящим моментом (также и пусковым). Данных технических характеристик с лихвой хватает на обеспечения работы техники и инструментов на требуемом уровне.

Сами моторы работают от сетей как постоянного, так и переменного токов, от обычных бытовых сетей. Чтобы осуществить управление скоростями оборотов ротора такого двигателя, необходимо использовать специальные регуляторы. При этом потери в мощностях будут минимальными.

Общие параметры

Принцип работы и общая конструкция таких силовых агрегатов известны большинству, ведь при создании или модернизации конструкции не обойтись без познаний в данной категории. Состоит мотор из таких ключевых элементов:

  • ротора;
  • статора;
  • коммутационного узла щеточно-коллекторного типа.

При подаче питания на ротор и статор, на каждом из них образовываются магнитные поля, которые взаимодействуют между собой. Это в свою очередь вызывает вращения у ротора.

Подача питания на этот компонент осуществляется с применением графитовых щеток, которые плотно прилегают к ламелям коллектора. Чтобы изменить направленность оборотов ротора, нужно поменять положение фаз напряжения на одном из двух элементов: статоре или роторе.

Обмотки этих приспособлений могут получать питание от источников, или подключаться друг к другу параллельно. Именно на основе этой особенности силовые агрегаты классифицируются на параллельные и последовательные. От этого зависит способ возбуждения медных обмоток.

Если говорить про коллекторные моторы последовательного типа, то именно они чаще всего применяются в бытовых электрических приборах. Это обусловливается тем, что именно такое возбуждение дает возможность получать самый устойчивый к перегрузкам мотор.

Регуляторы стандартные

Что касается данных компонентов, то они реализуются множеством способов. Первая и самая простая схема – тиристорная. Такая технология применяется в бытовых приборах: стиральных машинах, дрелях, шуруповертах, пылесосах, и др. С легкостью подключаются к сетям переменного тока, в том числе и бытового назначения.

Стандартная схема

Работа этой схемы довольно простая: на всех участках сетевых токов, конденсатор получает ток при помощи резистора. Зарядка осуществляется до уровня открытия динистора, который подключен к регулирующим электродам сисмстора. После этого последний открывается и через него проходит ток к нагрузкам КД.

Схема дает возможность продуктивно регулировать время подзарядки конденсатора в управленческой цепи, а также определяя среднюю мощность напряжения, подаваемую на мотор.

Давайте упорядочим все шаги работы данной схемы. Вот они:

  1. подача тока к конденсатору от источника питания на 220 вольт;
  2. напряжение для пробоя динистора подается также, но уже через резистор переменного типа;
  3. непосредственно пробой;
  4. открытие симистора. Компонент работает непосредственно с показателями нагрузки;
  5. чем выше напряжение – тем чаще симистор открывается.

Данная технология обеспечивает простое, но в то же время эффективное регулирование интенсивности оборотов. Но, в то же время применение стандартной схемы не обеспечивает обратной связи, что также стоит учитывать при ее реализации. Исходя из этого, нужно также знать, что при изменении показателей нагрузки, параллельно будут нуждаться в настройке обороты мотора.

Схема симисторная

Этот механизм имеет много общих параметров с диммером, применяемом для регулирования уровня яркости ламп накалывания. Обратная связь также отсутствует. Реализовать реверс по току моно, но с применением вспомогательной электроники. Это делается для того, чтобы беспрепятственно удерживать мощность на заданных показателях, не допуская перегревов и перегрузок.

Реостатная схема

Относится к модифицированным схемам, но, несмотря на это, ее реализация также отличается простотой. С помощью получается стабилизировать обороты, а также рассеивать огромное количество вырабатываемого тепла. Регулировка осуществляется с помощью радиатора, который нужно заранее заготовить. Надо обеспечить и эффективный отвод тепла, что приводит к потерям энергии и, как следствие – коэффициента полезного действия. Для того чтобы предотвратить эти недостатки, рекомендуют применять активное охлаждение на постоянной основе.

Реостатная схема

Полученный регулятор ограничитель отличается своей эффективностью, при реализации смены числа оборотов двигателя. Также достичь производительности помогут силовые транзисторы, «отбирающие» определенную долю напряжения. Это обусловливается тем, что количество тока из сети 220В доходит до мотора в меньшем объеме, благодаря этому, силовой агрегат не сталкивается с большими нагрузками.

Интегральная

Стабилизация также относится к модифицированным схемам. Здесь в основе процесса регулирования лежит таймер интегрального действия. Его основная задача – контролировать уровни нагрузки на электродвигатель. Здесь также находят свое применение транзисторы. Особенность обусловливается микроконтроллером, входящим в состав системы, при этом, обладающим высокими параметрами выходного напряжения.

В ситуациях, когда имеет место нагрузка в 0,1 ампер, все токи поступают напрямую на плату, обходя транзисторы. Чтобы обеспечить эффективную работу регулятора, необходимо, чтобы на затворе было напряжение 12в. Следовательно, для слаженной работы, электрическая цепь и уровень напряжения в источнике питания должны соответствовать этому диапазону. Ресурс регулятора позволяет устанавливать компонент в мощных модификациях, для точного и быстрого регулирования их работы.

Интегральная схема

Самостоятельное создание регулятора

Заводские регуляторы представлены в широком ассортименте, как в интернете, так и обыкновенных магазинах. Но, если у вас нет желания приобретать готовый компонент и вы хотите собрать его самостоятельно – это реально осуществить. Чтобы задача была успешной – необходимо следовать алгоритму конструкции и иметь в наличии все необходимые компоненты.

  • проводки;
  • готовая схема;
  • конденсаторные схемы;
  • тиристор;
  • резистор;
  • паяльник.

Ориентируясь на схему компоновки, мощностной и оборотный регулятор будет отвечать за контроль первого полупериода. Самодельный стабилизатор имеет такой алгоритм работы (пример нашей модели):

  1. прибор, подключенный к стандартной сети питания на 220в, принимает ток на конденсатор;
  2. компонент сразу же срабатывает, после получения заряда;
  3. передача нагрузки к резисторам и нижним кабелям;
  4. соединение положительного конденсаторного контакта к тиристорному электроду;
  5. подача одного заряда напряжения на достаточном уровне;
  6. открытие второго полупроводника;
  7. конденсатор подает на тиристор нагрузку, он в свою очередь пропускает ее через себя;
  8. конденсатор разряжается;
  9. повторение полупериода;

Если мощность двигателя постоянного или переменного тока большая – регулятор обеспечивает экономную работу устройства. Для использования приспособления в своих бытовых, мощности и ресурса хватает. Но, когда нужно осуществлять регулирование оборотов без потери мощности и более крупных и производительных агрегатов, тогда стоит обратить внимание все же на заводские модификации. Несмотря на то, что такой вариант получится дороже, он обеспечит 100%-ю работоспособность и надежность.

А сейчас давайте рассмотрим другие, нестандартные, но довольно распространенные методы регулировки и стабилизации.

Способ 2

Здесь используется микросхема типа TDA 1085 со стандартной платой. Можно при желании создать собственную, «модернизировав» и изменив неподходящие элементы. К примеру, можно применять двухстороннюю печатную плату. Конденсаторные и резисторные детали могут применяться при поверхностном монтаже. Рекомендуется развести друг от друга низко- и высоковольтные цепи. А «земля» должна разводиться с учетом параметров микросхемы.

Пример собранной платы

В результате получается компактная двусторонняя плата, обеспечивающая точное регулирование.

Частотная регулировка

Для решения этой задачи применяются частотные преобразователи (драйверы, инверторы), которые присоединяются к прибору. Они обеспечивают выпрямление напряжения, поступающего от источника. Агрегаты внутри формируют напряжение и частоты на необходимых уровнях. Далее осуществляется подача этих параметров на эл двигатель.

Стабилизация коллекторного двигателя 12в Все характеристики, необходимые для регулирования работы, частотник рассчитывает сам, ориентируясь на внутренние алгоритмы, которые установлены производителем.

Из преимуществ такого способа стоит выделить:

  • быстрое достижение плавности регулировки частот оборотов электрического мотора;
  • возможность изменения скоростей и направлений вращения моторов;
  • требуемые параметры поддерживаются самостоятельно;
  • экономические выгоды.

Из слабых сторон стоит выделить обязательность наличия преобразователя, который нужно приобретать отдельно. Но, справедливости ради отметим, что цена на частотники невысокая и они легко впишутся в бюджет любого дома, хозяйства, предприятия.

Изменение числа полюсов

Уменьшение или увеличение количества пар полюсов – еще один эффективный способ провести регулировку. Этот вариант особо актуален для моделей двигателей многоскоростного действия со сложными роторными обмотками. Данные элементы разделены на определенные группы и чередуются в процессе работы. Осуществляется это посредством коммутации, подключением последовательным или параллельным способом.

К преимуществам такого варианта регулировки относят:

  • высокий КПД силового агрегата;
  • требовательные механические выходные характеристики.

Стоимость реализации – одна из самых высоких, если сравнивать с другими технологиями. Вес и размеры готовой установки также немаленькие, что требует наличия свободного места для монтажа. Сам мониторинг оборотов осуществляется со ступенью в 1500 – 3000 оборотов в минуту.

Проведение регулирование в моторах АС

Устройства, работающие от переменного напряжения, также поддерживают регулирование оборотов. Рассмотрим вкратце основные способы такого управления, характерные для АС модификаций с фазными роторами.

При помощи напряжения

Для этого используются автотрансформаторы типа ЛАТР, которые осуществляют изменение напряжения на моторных обмотках. Таким образом производится и регулирование оборотов вала.

Метод является подходящим также и для вариаций с короткозамкнутыми роторами. Оператор имеет возможность проводить управление в пределах от минимальных до номинальных параметров двигателя.

Регулятор

Определение сопротивления

Переменное сопротивление реостата (или несколько таких явлений) реализуется непосредственно в цепи ротора. Оно воздействует на роторное поле и показатели тока, из-за чего получается изменять величины скольжения и точное число оборотов электродвигателя. Существует закономерность: чем уровень тока меньше, тем выше показатель скольжения двигателя и меньше скорость.

  • широкий диапазон регулирования оборотов электрического оборудования;
  • сдержанные выходные характеристики машины.

К недостаткам относят:

  • уменьшение продуктивности мотора;
  • общее снижение рабочих параметров механизма.

Применение двойного питания

Здесь используются двигатели с двойным питанием, подающимся через вентильные приспособления. Основной упор делается на изменение показателей скольжения. При регулировании работы крупных специализированных машин, компонент подает и регулирует величину ЭДС (электродвижущей силы) на ротор от отдельно выбранных источников напряжения.

Вывод

При подаче напряжения у асинхронных моделей моторов наблюдаются рывки ротора. Это явление негативно влияет на работу, как самого агрегата, так и его привода. Именно поэтому, регулировка осуществляется по принципу плавного старта. Он обеспечивается такими факторами:

  • старт посредством ЛАТР;
  • разгон и работу мотора путем переключения обмоток по схемам треугольник/звезда;
  • применение защитных устройств, например, частотного преобразователя.

Важно при регулировании оборотов не потерять в мощности. Применение вышеописанных методов позволит определить вращения без снижения продуктивности. Широкий выбор заводских моделей, но, можно реализовать деталь и самостоятельно.

Частотный привод 5-200 Гц (10-400 Гц)

В данной статье речь пойдет о частотном преобразователе, в простонародье, частотнике. Данный частотник, а в дальнейшем частотный привод, способен управлять 3-х фазным асинхронным двигателем. В данном частотном приводе (ЧП) я использую интеллектуальный силовой модуль компании International Rectifier, а конкретно IRAMS10UP60B (на AliExpress), единственное, что с ним сделал, это перегнул ножки, так что, по сути, модуль получился IRAMS10UP60B-2. Выбор на данный модуль пал преимущественно из-за встроенного драйвера. Главной особенностью встроенного драйвера является возможность использования 3 ШИМ вместо 6 ШИМ каналов. Кроме того цена на данный модуль на eBay около 270 рублей. В качестве управляющего контроллера использую ATmega48.

Разрабатывая данный привод я делал упор на эффективность конструкции, минимальную себестоимость, наличие необходимых защит, гибкость конструкции. В результате получился частотный привод со следующими характеристиками (функциями):

  1. Выходная частота 5-200 Гц
  2. Скорость набора частоты 5-50 Гц в секунду
  3. Скорость снижения частоты 5-50 Гц в секунду
  4. 4-х фиксированная скорость (каждая из которых от 5-200 Гц)
  5. Вольт добавка 0-20%
  6. Две "заводских" настройки, которые всегда можно активировать
  7. Функция намагничивания двигателя
  8. Функция полной остановки двигателя
  9. Вход для реверса (как без него)
  10. Возможность менять характеристику U/F
  11. Возможность задания частоты с помощью переменного резистора
  12. Контроль температуры IGBT модуля (сигнализация в случае перегрева и остановки привода)
  13. Контроль напряжения DC звена (повышенное-пониженное напряжение DC звена, сигнализация и остановка привода)
  14. Пред заряд DC звена
  15. Максимальная мощность с данным модулем 750 вт, но крутит и 1.1 кв на моем ЧПУ
  16. Все это на одной плате размером 8 х 13 см .

На данный момент защита от сверх тока или кз не реализованы (считаю нет смысла, хотя, свободную ногу в МК с прерыванием по изменению оставил)

Собственно, схема данного девайса :

Схема частотника на МК IRAMS10UP60B

Печатка частотника на atmega в lay

Проект в layout

Ниже фото того, что у меня получилось

Готовая печатка на МК

Печатная плата данного девайса (доступна в lay под утюг)

Готовый частотник на МК

На данном фото полностью рабочий экземпляр, проверенный и обкатанный (не имеет панельки расположен слева). Второй для теста atmega 48 перед отправкой (расположен справа).

Готовый частотник на МК со стороны дорожек

На данном фото тот самый irams (делал с запасом, должен поместится iramx16up60b )

Алгоритм работы устройства

Изначально МК (микроконтроллер) является настроенным на работу с электродвигателем номинальным напряжением 220 В при частоте вращающего поля 50Гц (т.е. обычный асинхронник, на котором написано 220 в 50 Гц). Скорость набора частоты установлена на уровне 15 Гц/сек.(т.е. разгон до 50 гц займет чуть более 3 сек., до 150 Гц-10 сек ). Вольт добавка установлена на уровне 10 %, длительность намагничивания 1 сек. (постоянная величина неизменна ), длительность торможения постоянным током 1 сек. (постоянная величина неизменна). Следует отметить ,что напряжение при намагничивании, как и при торможении, является напряжением вольт добавки и меняется одновременно. К слову, преобразователь частоты является скалярным, т.е. с ростом выходной частоты увеличивается выходное напряжение.

После подачи питания происходит заряд емкости dc звена. Как только напряжение достигает 220В (постоянное ) с определенной задержкой включается реле предзаряда и загорается единственный у меня светодиод L1. С этого момента привод готов к запуску. Для управления частотником имеется 6 входов:

  1. Вкл (если подать лишь этот вход, ЧП будет вращать двигатель с частотой 5 Гц)
  2. Вкл+реверс(если подать лишь этот вход, ЧП будет вращать двигатель с частотой 5 Гц, но в другую сторону)
  3. 1 фиксированная частота (задается R1)
  4. 2 фиксированная частота (задается R2)
  5. 3 фиксированная частота (задается R3)
  6. 4 фиксированная частота (задается R4)

В этом управлении есть одно Но. Если в процессе вращения двигателя менять задание на резисторе, то оно изменится лишь после повторной подачи команды (вкл.) или (вкл+реверс.). Иначе говоря, данные с резисторов читаются пока отсутствуют эти два сигнала. Если планируется регулировать скорость с помощью резистора в процессе работы, то необходимо установить джампер J1.В этом режиме активен лишь первый резистор, причем резистор R4 ограничивает максимальную частоту, то есть если его выставить на 50% (2.5 вольта 4 "штырь". на фото ниже 5 земля), то частота R1 будет регулироваться резистором от 5 до 100 Гц.

Для задании частоты вращение нужно учитывать, что 5v на входе в МК соответствует 200 Гц., 1v-40 Гц, 1.25v-50 Гц и т.д. Для измерения напряжение предусмотрены контакты 1-5, где 1-4 соответствуют номерам резисторов, 5- общий минус(на фото ниже). Резистор R5 служит для подстройки масштабирования напряжения DC звена 1 в -100 в (на схеме R30).

Уже собранный частотник на МК

Внимание! Плата находится под напряжением опасным для жизни. Входа управления развязаны оптопарами.

Особенности настройки

Настройка привода перед первым включением сводится к проверке монтажа электронных компонентов и настройки делителя напряжения для DC звена (R2).

100 Вольтам DC звена должно соответствовать 1 вольт на 23 (ножке МК)- это ВАЖНО. На этом настройка завершена.

Перед подачей сетевого напряжения необходимо промыть плату (удалить остатки канифоли) со стороны пайки растворителем или спиртом, желательно покрыть лаком.

Привод имеет "заводские " настройки, которые подходят как для двигателя с напряжением 220 В и частотой 50 Гц), так и для двигателя с напряжением 380 в и частотой 50 гц. Данные настройки всегда можно установить если вы не решаетесь сами настраивать привод. Для того чтобы установить "заводские " настройки для двигателя (220 в 50 Гц) :

  1. Включить привод
  2. Дождаться готовности (если подано питание только на МК , просто подождать 2-3 секунды)
  3. Нажать и удерживать кнопку В1 до тех пор, пока светодиод L1 не начнет мигать, отпустить кнопку В1
  4. Подать команду выбора 1 скорости. Как только светодиод перестанет мигать, убрать команду
  5. Привод настроен . В зависимости от того . светодиод горел (если не горел, то привод ожидает напряжения на DC звене).

При такой настройке автоматически в записываются следующие параметры:

  1. Номинальная частота двигателя при 220 В — 50 Гц
  2. Вольт добавка (напряжение намагничивания, торможения ) — 10%
  3. Интенсивность разгона 15 Гц./сек
  4. Интенсивность торможения 15 Гц./сек

Если подать сигнал выбора второй скорости, то в EEPROM запишутся следующие параметры (разница лишь в частоте):

  1. Номинальная частота двигателя при 220 В- 30 Гц
  2. Вольт добавка (Напряжение намагничивания, торможения ) 10%
  3. Интенсивность разгона 15 Гц./сек
  4. Интенсивность торможения 15 Гц./сек

Наконец, третий вариант Настройки:

  1. Нажать на кнопку В1 и держать
  2. Дождаться, когда светодиод начнет мигать
  3. Отпустить кнопку В1
  4. Не подавать напряжение на входа выбора 1-ой или 2-ой скорости
  5. Задать параметры подстроечными резисторами
  6. Нажать и удерживать кнопку В1 до тех пор, пока светодиод не начнет моргать

Таким образом, до тех пор, пока светодиод мигает, привод находится в режиме настройки. В этом режиме при подаче входа 1-ой или 2-ой скорости в EEPROM записываются параметры. Если не подавать напряжение на входа выбора 1-ой или 2-ой скорости, то фиксированные параметры в EEPROM не запишутся, а будут задаваться подстроечными резисторами.

  1. Резистор задает номинальную частоту двигателя при 220 В ( Так, например, если на двигателе написано 200 Гц /220 то резистор нужно выкрутить на максимум; если написано 100 Гц/ 220 в нужно добиться 2.5 Вольта на 1-ом контакте. (1 Вольт на первом контакте соответствует 40 Гц); если на двигателе написано 50 Гц/400 В то нужно выставить 27 Гц/0,68 В (например:(50/400)*220=27 Гц )так, как нам необходимо знать частоту двигателя при 220В питания двигателя. Диапазон изменения параметра 25 Гц — 200 Гц.(1 Вольту на контакте 1-ом соответствует 40 Гц)
  2. Резистор отвечает за вольт добавку. 1 Вольт на 2-ом контакте соответствует 4% напряжения вольт добавки (мое мнение выбрать на уровне 10% то есть 2.5 вольта повышать с осторожностью) Диапазон настройки 0-20% от напряжения сети (1 Вольту на контакте 2-ом соответствует 4%)
  3. Интенсивность разгона 1 В соответствует 10 Гц/сек (на мой взгляд оптимально 15 -25 Гц/сек) Диапазон настройки 5 Гц/сек — 50 Гц/сек. (1 вольту на контакте 3-ом соответствует 10 Гц/сек)
  4. Интенсивность торможения 1 В соответствует 10 Гц/сек (на мой взгляд оптимально 10 -15 Гц/сек) Диапазон настройки 5 Гц/сек — 50 Гц/сек. (1 вольту на контакте 4-ом соответствует 10 Гц/сек)

После того, как все резисторы выставлены нажимаем и держим кнопку В1 до тех пор пока светодиод не перестанет мигать. Если светодиод моргал и загорелся, то привод готов к запуску.Если светодиод моргал и НЕ загорелся, то ждем 5 секунд, и только потом отключаем питание от контроллера.

Ниже представлена вольт-частотная характеристика устройства для двигателя 220 в 50 Гц с вольт добавкой в 10 % .

вольт-частотная характеристика устройства для двигателя 220 в 50 Гц

  • Uмах- максимальное напряжение, которое способен выдать преобразователь
  • Uв.д.- напряжение вольт добавки в процентах от напряжении сети
  • Fн.д.- номинальная частота вращения двигателя при 220 В . ВАЖНО
  • Fmax- максимальная выходная частота преобразователя.

Еще один пример настройки

Предположим, у вас имеется двигатель, на котором указана номинальная частота 50 Гц , номинальное напряжение 80 В, Чтобы узнать какая будет номинальная частота при 220 В необходимо: 220 В разделить на номинальное напряжение и умножить на номинальную частоту (220/80*50=137 Гц). Таким образом, мы получим,что напряжение на 1 контакте (резисторе) нужно выставить 137/40=3,45 В.

Симуляция в протеусе разгон 0-50 Гц одной фазы (на 3-х фазах зависает комп )

Симуляция в протеусе разгон 0-50 Гц одной фазы

Как видно из скриншота с ростом частоты увеличивается амплитуда синуса. Разгон занимает примерно 3.1 сек.

По поводу питания

Рекомендую использовать трансформатор, так как это самый надежный вариант. На моих тестовых платах нет диодных мостов и стабилизатора для igbt модуля 7812. Для скачивания доступны две печатные платы. Первая та которая представлена в обзоре. Вторая имеет незначительные изменения, добавлен диодный мостик и стабилизатор. Защитный диод ставить обязательно P6KE18A или 1.5KE18A ставить обязательно.

Питание частотника на МК

Пример размещения трансформатора, как оказалось найти совсем нетрудно.

Какой двигатель можно подключить к данному преобразователю частоты?

Все зависит от модуля. В принципе можно подключить любой, главное, чтобы его сопротивление для модуля irams10up60 было более 9 Ом. Нужно учесть, что модуль irams10up60 рассчитан на маленький импульсный ток и имеет встроенную защиту на уровне 15 А Этого очень мало. Но для двигателей 50 Гц 220 В 750 Вт, этого за глаза. Если у вас высокооборотистый шпиндель, то скорее всего он имеет маленькое сопротивление обмоток. Данный модуль может пробьет импульсным током. При использовании модуля IRAMX16UP60B (ножки придется загнуть самостоятельно) мощность двигателя по даташиту возрастает с 0.75 до 2.2 кВт.

Главное у данного модуля: ток короткого замыкания 140 А против 47 А, защита настроена на уровне 25 А. Какой модуль использовать решать вам. Нужно помнить что на 1 кВт необходимо 1000 мкФ емкости dc звена.

По поводу защиты от КЗ. Если у привода сразу после выхода не ставить сглаживающий дроссель (ограничивает скорость нарастания тока) и коротнуть выход модуля, то модулю придет "хана". Если у вас модуль iramX, шансы есть. А вот с IRAMS шансов ноль, проверено.

Программа занимает 4096 кБ памяти из 4098. Все сжато и оптимизировано под размер программы по максимум. Время цикла есть фиксированная величина равная 10 мс.

На данный момент всё вышеописанное работает и испытано.

Если использовать кварц на 20 МГц, то привод получится 10-400 Гц; темп разгона 10-100 Гц/сек; частота ШИМа возрастет до 10кГц; время цикла упадет до 5мс.

Забегая вперед следующий частотный преобразователь будет реализован на ATmegа64, иметь разрядность ШИМ не 8, а 10 Бит, иметь дисплей и множество параметров.

Ниже смотрите видео настройки привода, проверки защиты перегрева, демонстрации работы (использую двигатель 380 В 50 Гц, а настройки для 220 В 50 Гц). Так сделал специально, чтобы проверить как работает ШИМ с минимальным заданием.)

Схема частотной регулировки скорости асинхронных двигателей

Регулирование скорости вращения и реверсирование асинхронных электродвигателей

Из этого уравнения следует, что скорость вращения можно регулировать путем:
а) изменения скольжения s;
б) изменения числа пар полюсов статорной обмотки р;
в) изменения частоты тока питающей сети f.

Регулирование скорости путем изменения скольжения.

Наиболее простым и распространенным способом регулирования скорости двигателей с контакными кольцами является введение в цепь ротора дополнительного сопротивления. В результате этого изменяется величина скольжения и, следовательно .изменяется и скорость. Величина максимального момента ММакс остается постоянной, а величина соответствующего ему скольжения и наклон характеристики меняются. Таким образом, скорость можно регулировать только вниз от номинальной скорости с диапазоном (2—3) : 1. Плавность регулирования скорости зависит от числа ступеней включаемого сопротивления. Регулировочные сопротивления должны быть рассчитаны на длительную нагрузку током.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Регулируя скорость таким образом, следует иметь в виду, что при мощности, уменьшающейся пропорционально скорости вращения, работа допускается в течение коротких отрезков времени (не свыше 0,5 ч) с интервалами, превышающими длительность рабочего периода в 3—4 раза. Длительная работа двигателя на пониженной скорости допустима только при соответствующем снижении момента вращения.

Регулирование скорости с помощью добавочного сопротивления в цепи ротора имеет недостатки: при нем неизбежны значительные потери энергии и снижение жесткости механической характеристики. Кроме того, оно приводит к неустойчивой работе электродвигателя на малых оборотах; в этом случае приходится включать большие сопротивления, что увеличивает крутизну характеристик и влечет за собой колебания скорости вращения при небольших изменениях момента сопротивления нагрузки. Вместе с тем данный способ регулирования скорости находит сравнительно широкое применение для электропривода механизмов с повторно-кратковременным режимом работы, как, например, в крановых установках, а также в приводах с вентиляторным моментом.

Искусственные механические характеристики при различных сопротивлениях в цепи ротора были приведены на рис. 25.

Регулирование скорости вращения двигателя изменением числа пар полюсов. Переключая обмотки статора на различные соединения, дающие разное число пар полюсов, можно изменять ступенями скорость вращения двигателя. Такое регулирование скорости экономично и дает механические характеристики, обладающие большой жесткостью, вследствие чего двигатели с изменением числа полюсов — многоскоростные — находят широкое применение в приводных, не требующих плавного регулирования скорости. Переключение числа пар полюсов достигается изменением схемы соединений статорной обмотки. Чтобы не производить переключений в роторной обмотке, двигатели с переключением полюсов выполняются с короткозамкнутым ротором. Промышленность выпускает двух-, трех- и четырехскоростные двигатели с короткозамкнутым ротором.

При выборе многоскоростного двигателя следует обращать внимание на характер изменения номинального момента и номинальной мощности при переходе от одной скорости к другой.

Для четырехскоростных двигателей можно получать следующие синхронные скорости вращения в об/мин: 3000/1500/1000/500; 3000/1500/750/375; 1500/1000/750/500; 1000/750/500/375. Диапазон регулирования скорости достигает (6: 1) — (8: 1). На рис. 29 приведены механические характеристики двухскоростных асинхронных двигателей. При переходе с высшей скорости вращения на низшую двигатель переходит в генераторный режим с отдачей энергии в сеть.

Регулирование скорости изменением частоты питающего тока. Регулирование скорости двигателя путем изменения частоты питающего тока позволяет иметь плавное регулирование в широком диапазоне (10: 1). Механические характеристики двигателя при этом достаточно жесткие и обеспечивают стабильную работу привода. В случае поддержания магнитного потока двигателя неизменным регулирование его скорости производится при постоянном моменте. Для этого необходимо при изменении частоты в том же направлении и в той же кратности изменять и величину напряжения, т. е. обеспечивать постоянство отношения —.

Рассматриваемый способ регулирования скорости может быть применен для одного или нескольких асинхронных двигателей, работающих в одном и том же режиме.

Рис. 29. Механические характеристики двухскоростных асинхронных двигателей трехфазного тока а — при постоянном моменте и различных номинальных мощностях при высшей и низшей скоростях; б — постоянная номинальная мощность, но различные номинальные

Ток различной частоты получается при помощи независимого источника энергии, частота которого может быть регулируемой. К таким источникам относятся преобразователи частоты электромашинные, электронно-ионные и полупроводниковые.

Несмотря на высокие начальные затраты на оборудование и сложную схему, частотный принцип регулирования скорости применяется в некоторых случаях в промышленности, главным образом для одновременного регулирования скорости вращения группы асинхронных двигателей одного производственного механизма. В электроприводах строительных машин этот способ регулирования скорости пока еще не нашел применения.

Регулирование скорости при помощи дросселей насыщения. Основным элементом управления при этом способе регулирования является дроссель насыщения (рис.30). На сердечнике дросселя имеется обмотка постоянного тока, включаемая в цепь управления. Вторая обмотка переменного тока находится в силовой цепи, подающей питание к обмотке статора двигателя. При изменении величины постоянного тока в обмотке управления дросселя изменяется индуктивное сопротивление его основной обмотки переменного тока, включенной в цепь статора. Вследствие этого изменяется напряжение, подводимое к статору двигателя. Мощность, потребляемая в цепи управления постоянного тока, незначительна, порядка одного или нескольких процентов от мощности силовой цепи.

Рис. 30. Схема асинхронного двигателя
а — с дросселями насыщения в цепи статора; б — механические характеристики двигателя без добавочного сопротивления; в — то же, с добавочным сопротивлением в цепи ротора двигателя

Большие преимущества дроссельное регулирование имеет при управлении кранами. Они заключаются в том, что эта система управления обеспечивает: широкий диапазон регулирования скорости, плавность изменения скорости при спуске груза и торможении, достаточную независимость регулирования скорости от нагрузки, контроль за величиной ускорения. Кроме того, она ограничивает величину поднимаемого груза и позволяет управление мощным силовым приводом выполнять путем изменения небольшого по величине тока в цепи намагничивания дросселя. Дроссельное управление целесообразно применять для строительных и других видов кранов с большой высотой подъема в тех случаях, когда наряду с высокой скоростью, необходимой для обеспечения достаточной производительности, требуются малые посадочные скорости, а толчки и раскачивание грузов недопустимы.

Асинхронный электропривод с дросселями насыщения находит также применение для механизмов, работающих в тяжелых условиях (при наличии агрессивной или взрывоопасной среды), поскольку в таком приводе можно создать схемы бесконтактного управления им.

Наиболее благоприятным видом нагрузки для рассматриваемого метода регулирования является вентиляторная нагрузка (центробежные насосы и вентиляторы), так как в этом случае при снижении скорости, а следовательно, и возрастании скольжения уменьшается величина момента, благодаря чему потери в цепи ротора при расширении диапазона регулирования не увеличиваются.

Недостатком дроссельного регулирования является значительное уменьшение максимального вращающего момента двигателя при снижении напряжения в цепи статора, так как у асинхронных двигателей момент пропорционален квадрату напряжения. Кроме того, включение дросселя насыщения, обладающего большой индуктивностью, приводит к снижению коэффициента мощности установки.

Регулирование скорости вращения при помощи электромагнитной муфты скольжения. Этот метод регулирования скорости предусматривает установку между валом приводного двигателя и валом производственного механизма электромагнитной муфты скольжения. Обе части муфты вращаются, причем ведущая часть соединена с приводным двигателем, работающим практически с неизменной скоростью (рис. 31). Ведомая часть муфты соединяется с производственным механизмом, скорость которого должна регулироваться; эта часть муфты не имеет механической связи с ведущей.

При вращении ведущей части муфты магнитное поле индуктора пересекает якорь и наводит в нем токи, взаимодействие которых с магнитным полем индуктора создает вращающий момент. Таким образом, за счет магнитной связи ведущая часть муфты увлекает за собой ведомую. С целью повышения жесткости характеристик и увеличения диапазона регулирования скорости обычно вводят обратные связи по скорости с помощью центро-)ежного регулятора или тахогенератора. Рассматриваемый метод регулирования скорости обеспечивает плавное и в широком диапазоне (примерно 8 : 1) регулирование. Общий к. п. д. привода определяется произведением к. п. д. муфты и к. п. д. приводного двигателя. Потери в самой муфте определяются в основном потерями скольжения, выделяющимися в якоре муфты. Если принять за 100% мощность, потребляемую производственным механизмом, то установленная мощность электропривода с электромагнитной муфтой должна составлять 200%. В последние годы рассматриваемый способ регулирования скорости начинает широко применяться.

Рис. 31. Электромагнитная муфта скольжения
1 — ротор, связанный с валом электродвигателя; 2 — якорь; 3 — зубцы с обмоткой; 4 — контактные кольца; 5 — щетки; 6 — ведомый вал механизма

Получение устойчивых низких скоростей асинхронного привода. В подъемных и других установках иногда необходимо осуществлять достаточно плавную остановку. С этой целью важно перед полной остановкой производить торможение с малой скоростью.

Получение пониженной скорости возможно при совместной работе двух связанных асинхронных двигателей, один из которых работает в двигательном режиме, другой— в режиме противовключения. Электрическая часть и механические характеристики привода приведены на рис. 32.

Более жесткую механическую характеристику при пониженной скорости можно получить в том случае, когда первая машина работает в двигательном режиме, а вторая — в режиме динамического торможения. Режим динамического торможения второй машины осуществляется путем подключения обмоток статора к источнику постоянного тока. Электрическая схема и механическая характеристика приведены на рис. 33.

Работа на пониженной скорости может быть достигнута также и при одном асинхронном двигателе. Применяемая для этого электрическая схема и механические характеристики приведены на рис. 34. Введением полупроводникового выпрямителя ВП достигается совмещение двигательного и тормозного режимов. Результирующая характеристика 2 на рис. 34 обладает значительной жесткостью при малых скоростях.

Рассмотренные способы регулирования для получения низких скоростей обладают малым к.п.д., поэтому не применяются при длительных режимах работы.

Рис. 32. Механические характеристики двух асинхронных двигателей’ при работе одного из них в режиме противовключения

Рис. 33. Механические характеристики двух асинхронных двигателей при работе одного из них в режиме динамического торможения

Рис. 34. Механические характеристики асинхронного двигателя (работа на пониженной скорости)
1 — реостатная; 2 — при совмещении двигательного и тормозного режимов

Существуют также более сложные системы регулирования скорости вращения асинхронных двигателей, например импульсная, каскадная и некоторые другие.

голоса
Рейтинг статьи
Читайте так же:
Регулировка дисков сцепления на мотоцикле
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector