Як можна регулювати обороти асинхронного двигуна: огляд способів

Завдяки надійності і простоті конструкції асинхронні двигуни (АД) набули широкого поширення. У більшості верстатів, промисловому і побутовому обладнанні застосовуються електродвигуни такого типу. Зміна швидкості обертання АД проводиться механічно (додатковим навантаженням на валу, баластом, передавальними механізмами, редукторами і т.д.) або електричними способами. Електричне регулювання більш складне, але і набагато більш зручне і універсальне.

Для багатьох агрегатів застосовується саме електричне управління. Воно забезпечує точне і плавне регулювання пуску і роботи двигуна. Електричне управління проводиться за рахунок:

  • зміни частоти струму;
  • сили струму;
  • рівня напруги.

У цій статті ми розглянемо популярні способи, як може здійснюватися регулювання обертів асинхронного двигуна на 220 і 380.

Зміна швидкості АД з короткозамкненим ротором

Існує кілька способів:

  • Управління обертанням за рахунок зміни електромагнітного поля статора: частотне регулювання і зміна числа пар полюсів.
  • Зміна ковзання електромотора за рахунок зменшення або збільшення напруги (може застосовуватися для АТ з фазним ротором).

Частотне регулювання

В даному випадку регулювання здійснюється за допомогою підключеного до двигуна пристрою для перетворення частоти. Для цього застосовуються потужні тиристорні перетворювачі. Процес частотного регулювання можна розглянути на прикладі формули ЕРС трансформатора:

U1 = 4,44w1k1fΦ

Цей вираз означає, що для збереження постійного магнітного потоку, що означає збереження перевантажувальної здатності електромотора, слід одночасно з перетворенням частоти коригувати і рівень напруги живлення. Якщо зберігається вираз, обчислене за формулою:

U1 / f1 = U'1 / f'1

то це означає, що критичний момент не змінений. А механічні характеристики відповідають малюнку нижче, якщо ви не розумієте, що означають ці характеристики, то в цьому випадку регулювання відбувається без втрати потужності і моменту.

Перевагами даного методу є:

  • плавне регулювання;
  • зміна швидкості обертання ротора в більшу і меншу сторону;
  • жорсткі механічні характеристики;
    економічність.

Недолік один - необхідність в частотному перетворювачі, тобто збільшення вартості механізму. До слова, на сучасному ринку представлені моделі з однофазним і трифазним входом, вартість яких при потужності 2-3 кВт лежить в діапазоні 100-150 доларів, що не дуже дорого для повноцінної регулювання приводу верстатів в приватній майстерні.

Перемикання числа пар полюсів

Даний метод застосовується для багатошвидкісних двигунів зі складною обмоткою, що дозволяє змінювати число пар її полюсів. Саме широке застосування отримали двохшвидкісні, тришвидкісні і чотиришвидкісні АТ. Принцип регулювання найпростіше розглянути на основі двохшвидкісного АТ. У такій машині обмотка кожної фази складається з двох полуобмоток. Швидкість обертання змінюється при підключенні їх послідовно або паралельно.

У чотиришвидкісному електродвигуні обмотка виконана у вигляді двох незалежних одна від одної частин. При зміні числа пар полюсів першої обмотки проводиться зміна швидкості роботи електромотора з 3000 до 1500 оборотів в хвилину. За допомогою другої обмотки проводиться регулювання обертання 1000 і 500 оборотів в хвилину.

При зміні числа пар полюсів відбувається і зміна критичного моменту. Для його збереження незмінним, потрібно одночасно зі зміною числа пар полюсів регулювати і напругу живлення, наприклад, перемиканням схеми зірка-трикутник і їх варіаціями.

Переваги даного методу:

  • жорсткі механічні характеристики двигуна;
  • високий ККД.

Недоліки:

  • ступінчаста регулювання;
  • велику вагу і габаритні розміри;
  • висока вартість електромотора.

Способи управління швидкістю АД з фазним ротором

Зміна швидкості обертання АД з фазним ротором проводиться шляхом зміни ковзання. Розглянемо основні варіанти і способи.

Зміна напруги живлення

Цей спосіб також застосовується для АТ з КЗ ротором. Асинхронний двигун підключається через автотрансформатор або ЛАТР. Якщо зменшувати напругу живлення, частота обертання двигуна знизиться.

Але такий режим зменшує перевантажувальну здатність двигуна. Цей спосіб застосовується для регулювання в межах напруги не вище номінального, так як збільшення номінальної напруги приведе до виходу електродвигуна з ладу.

Активний опір в ланцюзі ротора

При використанні даного методу в ланцюг ротора підключається реостат або набір постійних резисторів великої потужності. Цей пристрій призначений для плавного збільшення опору.

Ковзання зростає пропорційно збільшенню опору, а швидкість обертання валу електромотора при цьому знижується.

переваги:

  • великий діапазон регулювання в бік зниження швидкості обертання.

недоліки:

  • зниження ККД;
  • збільшення втрат;
  • погіршення механічних характеристик.

Асинхронний вентильний каскад і машини подвійного живлення

Зміна швидкості роботи асинхронних електродвигунів в даних випадках виконується шляхом зміни ковзання. При цьому швидкість обертання електромагнітного поля незмінна. Напруга подається безпосередньо на обмотки статора. Регулювання відбувається за рахунок використання потужності ковзання, яка трансформується в ланцюг ротора, і утворює додаткову ЕРС. Такі методи використовуються тільки в спеціальних машинах і великих промислових пристроях.

Плавний пуск асинхронних електродвигунів

АТ крім безумовних переваг, мають істотні недоліки. Це ривок на старті і великі пускові струми, в 7 разів перевищують номінальні. Для м'якого старту електродвигуна використовуються наступні методи:

  • перемикання обмоток по схемі зірка - трикутник;
  • включення електродвигуна через автотрансформатор;
  • використання спеціалізованих пристроїв для плавного пуску.

У більшості частотних регуляторів є функція плавного пуску двигуна. Це не тільки знижує пускові струми, а й зменшує навантаження на виконавчі механізми. Тому регулювання частоти і плавний пуск досить сильно пов'язані між собою.

Як зробити пристрій для зміни швидкості обертання електродвигуна своїми руками

Для регулювання малопотужних однофазних АТ можна використовувати диммери. Однак цей спосіб ненадійний і володіє серйозними недоліками: зниженням ККД, серйозним перегрівом пристрою і небезпекою пошкодження двигуна.

Для надійного і якісного регулювання обертів електродвигунів на 220, найкраще підходить частотне регулювання.

Наведена нижче схема дозволяє зібрати частотне пристрій для регулювання електромоторів потужністю до 500 Вт. Зміна швидкості обертання проводиться в межах від 1000 до 4000 оборотів в хвилину.

Пристрій складається з генератора, що задає із змінною частотою, що складається з мультивібратора, зібраного на мікросхемі К561ЛА7, лічильника на мікросхемі К561ИЕ8, напівмоста регулятора. Вихідний трансформатор Т1 виконує розв'язку верхнього і нижнього транзисторів напівмоста.

Демпфуюча ланцюг С4, R7 гасить сплески напруги небезпечні для силових транзисторів VT3, VT4. Випрямляч, подвоювач напруги мережі живлення, включає в себе діодний міст VD9, з конденсатором фільтра на яких відбувається подвоєння напруги харчування напівмоста.

Напруга первинної обмотки: 2х12В, вторинної обмотки 12В. Первинна обмотка трансформатора управління ключами, складається з 120 витків мідного дроту перетином 0,7 мм, з відведенням від середини. Вторинна - дві обмотки, кожна по 60 витків приводу перетином 0,7 мм.

Вторинні обмотки необхідно максимально надійно ізолювати один від одного, так як різниця потенціалів між ними доходить до 640 В. Підключення вихідних обмоток до затворам ключів проводиться в протифазі.

Ось ми і розглянули способи регулювання обертів асинхронних двигунів. Якщо виникли питання, задавайте їх у коментарях під статтею!

Матеріали по темі:

Додати коментар


Захисний код
Оновити