Регулятор частоти обертання асинхронного двигуна

Регулятор частоти обертання двигуна

03.10.2016

Регулятор частоти обертання двигуна

Регулятор частоти обертання двигуна

Регулятор частоти обертання двигуна, що стабілізує його швидкість при зміні навантаження, істотно підвищує експлуатаційні можливості таких побутових приладів, як електродриль, електропила, кухонний комбайн і г. д. Відомий простий і ефективний однополуперіодний регулятор колекторного електродвигуна послідовного порушено-ня, стабілізуючий швидкість обертання за рахунок зворотного зв’язку за величиною противо-ЕРС, що виникає на роторі двигуна і залежить від його навантаження. На жаль, такого регулятора властивий суттєвий недолік — в ньому використовується високочутливий тиристор з струмом відкривання менше 100 мкА. Підібрати йому заміну практично неможливо. В опублікованій статті автор пропонує свій варіант схемотехнічного рішення регулятора, в якому зняті обмеження на параметри тиристора. Перш ніж перейти до опису модернізованого регулятора електроприводу, зупинимося коротко на принципі дії простого регулюючого пристрою [1].


Його принципова схема наведена на рис, 1, Це — міст, ліве плече якого утворено дільником напруги мережі R1 — R2C1 -VD1, а праве-тиристором VS1 і двигуном М1. Керуючий перехід тиристора включений е діагональ моста. Відкриває тиристор сигнал являє собою суму складаються в противофаэе сигналів; напруги мережі, що встановлюється движок резистора R2f і противо-ЕРС з ротора електродвигуна — При незмінності напруг міст збалансований і частота обертання двигуна також не змінюється. Збільшення навантаження на валу двигуна знижує його обороти і відповідно зменшує величину противо-ЕРС, що призводить до разбалансу моста, В результаті сигнал, що надходить на керуючий перехід тиристора, зростає, і в наступному позитивному полупериоде він відкривається з меншою затримкою, збільшуючи таким чином підводиться до двигуна потужність.

В результаті зниження частоти обертання двигуна із-за збільшення навантаження виявляється істотно меншою, ніж було б за відсутності регулятора. В даному випадку регулювання виходить досить стійким, так як усувається неузгодженість у кожному позитивному полупериоде мережевої напруги. Найбільше ефект стабілізації виражений при малій і середній частотах обертання двигуна. З підвищенням регулювального напруги на резисторі R2 і збільшенням числа обертів двигуна ступінь підтримки незмінній швидкості двигуна погіршується. Тиристор VS1 в регуляторі виконує дві функції; порогову по сигналу неузгодженості мосту і силову — по комутованому струму через двигун. Діоди VD1, VD2 забезпечують однополуперіодний режим роботи пристрою^ оскільки порівняння напруг від резистора R2 і противр-ЕРС можливо тільки при відсутності струму через двигун. Конденсатор С1 в дільнику напруги мережі розширює зону регулювання в бік малих швидкостей, а конденсатор С2 в ланцюзі керуючого електрода тиристора знижує чутливість регулятора до іскріння щіток двигуна.

Однополуперіодний режим двигуна призводить до зниження потужності, що віддається. Для досягнення максимальних потужності і швидкості необхідно зашунтувати тиристор, натиснувши на кнопку SA1. У цьому випадку на двигун будуть подаватися обидві напівхвилі напруги. Як уже зазначалося, основний недолік розглянутого регулятора полягає в необхідності використання високочутливого тиристора з струмом відкривання менше 100 мкА, який практично нічим замінити. Введення транзисторного аналога тиристора дозволяє зняти обмеження на параметри відкривання VS1 при збереженні тих же регулювальних характеристик. Установка стабілітрона в дільник напруги мережі знижує зміни швидкості двигуна при коливаннях напруги.

Схема модернізованого регулятора представлена на рис, 2. Як і розглянута вище пристрій, регулятор працює тільки при позитивній полуволне мережевого напряхения. Напруга неузгодженості мосту через діод VD2 і резистор R10 надходить до переходу база — емітер транзистора VT2, Чутливість даного пристрою і якість його регулювання вище, так як напруга відкривання транзисторів істотно менше* ніж у тиристорів. Струм управління за аналогією з регулятором, представленим на рис. 1, обраний рівним 0,1 мА шляхом шунтування переходу транзистора резистором R7. Якщо напруга, що надходить з движка резистора R2, вище напруги на роторі двигуна, то транзистор VT2 відкривається і відкриває VT1, Ці прилади утворюють аналог тиристора і при включенні формують потужний імпульс розрядного струму конденсатора СЗ, який через струмообмежуючий резистор R9 надходить на керуючий електрод симістора VS1, Симистор включається, на двигун подається напруга, і число його обертів збільшується. Якщо ж напруга на резисторі R2 нижче, ніж на роторі двигуна, симистор не включиться, число обертів скоротиться.

Накопичувальний конденсатор СЗ заряджається від мережі через резистор R5. Стабілітрон VD4 обмежує напругу на конденсаторі на рівні, дещо перевищує можливе напруга відкривання симісторів або тиристорів. Крім того, стабілітрон виключає поява зворотного напруги на транзисторах підсилювача. Конденсатор С4, крім зниження перешкод від іскріння щіток двигуна, виконує функцію інтегрування в ланцюзі зворотного зв’язку. Збільшення його ємності підвищує стійкість регулятора, що буває потрібно в разі поганого контакту щіток, що супроводжується їх сильним щирій, або при встановленні гранично малих швидкостей, коли може виникнути так зване «гойдання» обертів. Однак слід пам’ятати, що із збільшенням ємності конденсатора С4 динамічні характеристики приводу погіршуються і якість стабілізації швидкості знижується. Постійна ланцюга R5C3 така, що конденсатор СЗ заряджається швидше заряду конденсатора С4. Це зроблено для того, щоб у будь-який можливий момент відкривання транзистора VT2 на конденсаторі СЗ вже була присутня робоча напруга, необхідне для вироблення пускового імпульсу. Іноді така умова може бути порушена при різкому разбалансе мосту — при загальмованому двигуні (низький опір ротора) і максимальній напрузі на движку резистора R2 (великий відкриває струм з дільника). В результаті транзистори відкриваються до завершення зарядки конденсаторі СЗ, напруга на ньому відсутній, імпульсу розрядного струму не формується. Струм, що протікає через резистор R5, достатній для утримання відкритого стану транзисторів, але малий для включення симістора, і тому двигун не обертається. Таку можливість можна розцінити як позитивну, оскільки в цьому випадку і при заклинюванні приводу двигун відключається, Якщо ж вона небажана, її усувають деяким зниженням опорів резисторів R5 — R7 і (або) підвищенням опору резистора R1. Величина і форма напруги на резисторі R2 практично не залежать від зміни напруги завдяки наявності обмежувача R4 — VD1. В результаті коливання живлячої напруги не призводять до нестабільності встановлюється фазового кута відкривання симистара. Істотно знижується і нестабільність по напрузі мережі встановлюється швидкості двигуна. При незмінному фазовому куті швидкість змінюється тільки за рахунок зміни амплітуди напруги на двигуні.

Особливість описуваного регулятора полягає в застосуванні симістора. Справа в тому, що комутація максимальної швидкості замиканням ланцюга «анод-катод» передбачає наявність контактів SA1 миттєвої дії з достатньою розривною потужністю. При іншому виконанні контактів у них може виникнути іскріння або електрична дуга. Ла остання вкрай небажане, так як призводить до подгару контактів і друкованої плати і, отже, пожежонебезпечний. Симис-тор дозволяє перенести комутацію в ланцюг керуючого електрода, що повністю виключає іскріння на контактах, спрощує їх конструкції та прив’язку до регулировочному резистору R2. При регулюванні симистор працює як тиристор, а при замиканні контактів пропускає на двигун змінний струм. Транзистори під час відкритого стану симістора блокуються і не функціонують. Показане на схемі включення регулятора статарной і роторної обмоток оптимально для двигунів з роздільно виведеними кінцями обмоток. При застосуванні двигунів з внутрішнім з’єднанням роторною та статорної обмотки їх підключають на місце показаної на схемі роторної обмотки, а ланцюг статорної обмотки замінюють перемичкою. Однак за наявності статорної обмотки у ланцюзі зворотного зв’язку останній варіант регулятора має дещо гірші характеристики регулювання швидкості. Конденсатори С2, С6 усувають перешкоди, а ланцюжок R11C5 пригнічує іскріння щіток. Резистор R1 обмежує межі регулювання відкритого стану симістора початком позитивного напівперіоду. При зростанні навантаження на валу про-тиво-ЕРС двигуна додатково зрушує момент відмикання симістора до початку напівперіоду щодо положення, задається регулювальним резистором R2 на холостому ходу. Якщо резистор R1 був обраний на холостому ходу та під навантаженням противо-ЕРС як би переносить момент відкривання симістора за початок напівперіоду. В результаті він відкривається через період і виникає «провал-(зменшення) швидкості у верхньому положенні движка резистора R2, Це явище усувається збільшенням опору резистора R1.


Під час розробки регулятор випробовувався з різними колекторними електродвигунами: ДК77 (для побутових електроприладів та електроінструменту), МШ-2 (для швейних машин) і навіть з двигуном паралельного збудження СЛ261М. Управління такими істотно різними двигунами не вимагає внесення будь-яких змін в регулятор. При використанні двигуна з паралельним збудженням слід мати на увазі, що його статорна обмотка повинна живитися від окремого зовнішнього джерела і притому до подачі напруги через регулятор на якір.

Можливості регулятора ілюструють навантажувальні характеристики (суцільною лінією без VD1, штриховий з VD1), зняті з двигуном ДК77-280-12 при встановлюється на холостому ходу швидкості 1500 об/хв і різній напрузі мережі (рис, 3). Цей двигун потужністю 400 Вт при швидкості 1200 об/хв легко гальмується покладеної на його вал рукою аж до повної зупинки в тому випадку, якщо харчування на чого подавати через автотрансформатор, встановлюючи на холостому ходу ту ж швидкість 1500 об/хв.

При незначному ускладненні щодо прототипу регулятор абсолютно некритичний до розкиду параметрів елементів. Як сімісторов застосовні ТЗ, ТС2, 2ТС112иТС106 на струми 6,3-10-16 А, а також КУ208Г або 2У208Гна 5 А. Можна також використовувати тиристори КУ201Л, 2У201Л, КУ202Н-М, 2У202Н-М, КУ228И та інші за умови встановлення замикача по ланцюгу «анод-катод». Необхідність тепловідведення визначається величиною струму навантаження. Транзистори повинні допускати струм не нижче 250 мА і напругу не менше 15В, Функції VT1 можуть виконувати КТ350А, КТ209 (А-М), КТ501А, КТ502А (Б-Е), КТ661А, КТ681А та інші, a VT2 — КТ503А (Б-Е), КТ645А, КТ660А (Б), КТ684А (Б) і інші з аналогічними характеристиками. Діоди можуть бути на струм не нижче 10 мА і напругу не менше 400 В —КД105(Б-Г), КД209 (А-В), КД221 (В-Г), КД226 (В-Д), Д209,Д210,Д211,Д226,Д237(Б-В). Стабілітрон VD1 підійде на напругу стабілізації 120. 180 (КС630А, КС650А, KC680A, 2C920A, 2C950A, 2С980А) і може бути замінений ланцюжком послідовно включених малопотужних стабілітронів на сумарне напруга 150 Ст. Стабілітрон VD4 — будь маломощ-ний з напругою стабілізації 9. 11, крім термокомпенсированных. Конденсатори С1—С4 — керамічні КМ, КМ-6, К10-17 або плівкові К73-17. Конденсатори С5, С6 — К73-17 з номінальною напругою 630 (конденсатори типів і К73-17 на меншу номінальна напруга використовувати не можна). Постійні резистори — МЛТ або будь-які інші. Резистор R2 — РП1-64А, він може бути замінений будь-яким непроволочным змінним резистором з лінійною характеристикою (СПЗ-4М, СПЗ-6, СП3-9 та ін.). Вибір резистора з обратнолога-рифмической характеристикою (В) дозволить розширити плавність регулювання в зоні малих швидкостей двигуна, Подст-роечный резистор R3 — СПЗ-27, СПЗ-38. Його можна замінити підібраним постійним резистором. Замикач максимальної швидкості SA1 виконаний у вигляді рухомого пружинного пластинчастого контакту і нерухомої стійки на платі регулятора. Між резистором R2 і рухомим контактом знаходиться перехідна пластмасова втулка з кулачком, що забезпечує замикання рухомого контакту зі стійкою у верхньому по схемі положенні змінного резистора R2.

При налагодженні регулятора движок резистора R2 слід встановити в нижнє за схемою становище і подстроенным резистором R3 виставити бажану мінімальну швидкість обертання двигуна. Далі, змінюючи положення движка резистора R2, слід перевірити зміна оборотів від мінімальних до максимальних, відсутність «хитання» оборотів на мінімальній швидкості без навантаження, відсутність «провалу» в оборотах на максимальній швидкості однопівперіодного режиму під навантаженням, а також спрацьовування контактів максимальної швидкості. Хитання усувається збільшенням ємності конденсатора С4, а провал — збільшенням опору резистора R1, після чого знову уточнюють положення движка резистора R3. На закінчення необхідно відзначити, що в регуляторах даного типу таходатчи-ксм є виконавчий електродвигун і напруга зворотного зв’язку визначається залишковою намагніченістю магнітопроводу двигуна і стабільністю щіткового контакту. З цієї причини якість регулювання напряму залежить від зазначених характеристик застосовуваного двигуна. Однак гранична простота пристрою управління і хороші навантажувальні характеристики цілком компенсують цей недолік.

Ст. ЖГУЛЄВ

р. Серпухов

Джерело: shems.h1.ru

Короткий опис статті: регулятор частоти обертання асинхронного двигуна Регулятор частоти обертання двигуна Регулятор частоти обертання двигуна Регулятор частоти обертання двигуна, що стабілізує його швидкість при зміні навантаження, істотно підвищує эксплуат …

Джерело: Регулятор частоти обертання двигуна

Також ви можете прочитати