Регулирование скорости вращения

Регулирование скорости вращения

Регулирование скорости вращения. Как установлено выше, частота вращения асинхронного двигателя n = n0. Из этого уравнения видно, что можно управлять скоростью n, изменяя частоту(и число пар полюсов p и скольжения 5). Управление скоростью осуществляется путем изменения частоты (и основано на изменении скорости вращения поля статора) 60б Пирог-он гладкий и в широком диапазоне. Однако этот способ регулировки не получил широкого распространения, так как необходимо менять специальный преобразователь частоты (тиристорный или электромеханический), с которым соединены 1 или более одновременно регулируемых асинхронных двигателей.

• Количество пар полюсов в обмотке статора двигателя может быть изменено путем размещения 2 обмоток разных пар полюсов в пазу статора, или одной из 1 обмоток, где вы можете получить разное количество полюсов в двигателе. На рис. 7.10 показана 1 возможная схема для 1 фазы обмотки статора(для остальных 2 фаз схемы） Также), вы можете использовать переключатель для изменения количества пар полюсов в машине. Переключатель левое положение, числовые П-4 и синхронная скорость 60 ^ 60 * 50 ^ 0 By = = = 750 об / мин, правая сторона-p = 2, n0 = 1500 об / мин. Асинхронный двигатель, который может переключать обмотки на другое число полюсов, называется многоскоростным. Его можно использовать на 2, 3, и 4 уровнях скорости.

Ротор многоскоростного двигателя имеет клеточный тип. Недостатки многоскоростных двигателей: большие габариты, повышенная стоимость, сложность конструкции переключателя обмотки статора, пошаговая регулировка скорости вращения. Скорость вращения короткозамкнутого асинхронного двигателя можно регулировать путем изменения напряжения питания и*.В основе метода лежит зависимость электромагнитного момента от мощности 2-го источника (на рисунке 7.11 показаны механические свойства, полученные при различных напряжениях Vy и Vt> > 0 > 1), Если статический момент не изменяется, то скорость вращения равна u> Pn> Pi. РНС. 7.11.О проблеме регулирования скорости вращения из-за колебаний напряжения.

• Недостатками данного способа являются малый диапазон регулирования скорости и необходимость применения трехфазного регулятора напряжения-автоматического трансформатора или индукционного регулятора. В последнее время импульсно-инерционный метод иногда используется для регулирования частоты вращения маломощного асинхронного двигателя. С его помощью двигатель после запуска периодически на короткое время выключается Он отключается от сети с помощью контактного или бесконтактного устройства. если через / P указывает на продолжительность работы двигателя и через / P указывает на продолжительность остановки、 Оти/ / p + ^ n Значение / 0tn можно отрегулировать автоматически Например, его можно популяризировать с помощью электронного таймера.

Уменьшение / 0 уменьшает среднюю частоту вращения двигателя. Это связано с тем, что Ротор долго вращается по инерции и теряет скорость. В асинхронном двигателе с фазным ротором скорость вращения регулируется введением активного сопротивления настроенного реостата в цепь Ротора. Механические свойства двигателя, построенного при различных значениях активного сопротивления цепи ротора (см. рис. 7.8), показывают, что с увеличением gd при L / CT = SOP81 увеличивается и частота вращения двигателя decreases. At при этом потери энергии управляющего реостата возрастут, но это нецелесообразно.

• Анализ различных методов управления скоростью вращения асинхронных двигателей показывает, что каждый из них не лишен отрицательных качеств. Асинхронные трехфазные маломощные двигатели автоматических устройств в большинстве случаев выполняют вспомогательные функции, не требующие регулирования скорости. В СССР выпускается серия трехфазных маломощных асинхронных двигателей (50-600 Вт), например AOL, AB, APN и др. Эти серии включают моторы конструированные для различных напряжений тока (127, 220 и 380 V) и синхронной скорости / t0 = 1500 n 3000 rpm.

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

1. САР генератора

Каждая из САР или ее узлов может иметь различную структуру, состоять из различных по конструкции и принципу действия элементов, выполнять все или часть из рассмотренных выше операций по регулированию. Поэтому для САР, применяемых в теплоэлектрическом подвижном составе, характерно большое разнообразие как по выполнению отдельных систем или их узлов, так и по сочетанию их между собой. Кроме того, как указывалось, нередко САР используются совместно с некоторыми системами саморегулирования.

Из многочисленных САР, применяемых в теплоэлектрическом подвижном составе рассмотрим

САР электромашинного регулирования по угловой скорости генератора (тахометрическая схема)

В системе возбуждения генератора сочетается саморегулирование при помощи возбудителя с радиально расщепленными полюсами и система автоматического регулирования, позволяющая повысить использование мощности дизеля и улучшить пусковые характеристики тепловоза.

Цепи САР включают в себя: G -тяговый генератор; L₁ — независимая обмотка возбуждения генератора; РН — регулятор напряжения; G1 — вспомогательный генератор; G2, G3 — тахогенераторы; G4 — возбудитель; L4₁…L4₆ — обмотки возбуждения возбудителя; VD1, VD2 — диоды.

Кроме обмоток возбуждения L4₃…L4₆, назначением которых является изменение магнитного потока генератора для создания характеристики, близкой к гиперболе, в возбудителе предусмотрены на ненасыщенных полюсах обмотки L4₁ и L4₂. Обмотка L4₁ служит для повышения использования мощности дизеля путем автоматического регулирования по его угловой скорости. Она действует согласно с независимой обмоткой L4₃. Обмотка L4₂ предназначена для автоматического регулирования пускового тока генератора, и ее н.с. направлена навстречу н.с. обмотки L4₃.

Рассмотрим сначала работу узла регулирования мощности (АРМ), считая ток в обмотке L4₂ равным нулю. Обмотка L4₁ включена на разность напряжений тахогенератора G2, приводимого от вала двигатель-генератора, и вспомогательного генератора G1. Регулятор напряжения РН поддерживает постоянным напряжение U_G1 вспомогательного генератора.

Сопротивление в цепи независимой обмотки возбудителя подобрано так, что при отсутствии тока в обмотке L4₁ генератор не может полностью нагрузить тепловой двигатель. Сопротивление R1 в цепи обмотки возбуждения тахогенератора G2 подобрано таким образом, что при максимальной угловой скорости, поддерживаемой регулятором теплового двигателя, ток в регулирующей обмотке достигает максимально допустимого значения. Это значение, соответствующее максимальному возбуждению возбудителя и сохраняется неизменным, пока момент сопротивления генератора меньше свободного момента теплового двигателя при максимальной подаче топлива. При этом действует регулятор теплового двигателя, поддерживая постоянную угловую скорость его и меняя подачу топлива в зависимости от момента генератора. Когда шток регулятора достигает положения упора, дальнейшее повышение момента вызывает снижение угловой скорости. При этом резко уменьшается ток регулирующей обмотки L4₁ и новое равновесие между моментом теплового двигателя и генератора восстанавливается при некотором снижении угловой скорости. Наоборот, уменьшение момента генератора или увеличение свободного момента теплового двигателя (например, вследствие выключения части вспомогательной нагрузки) повышает угловую скорость, в результате возрастает момент генератора. Таким образом, схема поддерживает приблизительно постоянную угловую скорость путем изменения возбуждения возбудителя.

В схеме отсутствует регулятор генератора как самостоятельный аппарат, и поэтому она может быть отнесена к системам саморегулирования. Однако по своим характеристикам и динамическим свойствам она может быть причислена к замкнутым системам раздельного регулирования. Узел схемы, состоящий из тахогенератора G2, вспомогательного генератора G1 и регулирующей обмотки L4₁, может рассматриваться как регулятор прямого действия. В регуляторе имеется элемент сравнения, состоящий из тахогенератора, измеряющего угловую скорость и являющегося измерительным органом, и вспомогательного генератора, напряжение которого определяет величину угловой скорости, поддерживаемой регулирующим устройством, и который, следовательно, может рассматриваться как задающий орган. В качестве исполнительного органа служит регулирующая обмотка L4₁ возбудителя, изменяющая его магнитный поток, являющийся регулирующим параметром.

Диод VD1 защищает цепь АРМ от повышенного тока при снижении угловой скорости дизеля.

Для цепи регулирующей обмотки при установившемся режиме справедливо равенство

де Е_G2, Ф_G2 — э. д. с. и магнитный поток тахогенератора; R_L41 — сопротивление регулирующей обмотки; R_G2 — сопротивление цепи якоря тахогенератора G2 (вместе с соединительными проводами узла АРМ); и₁— падение напряжения в диоде VD1 и на щетках тахогенератора.

Изменение тока в обмотке РВ является результатом отклонения угловой скорости и ЭДС тахогенератора. В установившемся режиме ток должен достигнуть величины, при которой момент генератора М_г становится равным свободному моменту теплового двигателя М_д.

В свою очередь угловая скорость устанавливается в соответствии с равенством (1) в зависимости от тока регулирующей обмотки. При отклонениях М_д или М_г изменяется i_рв, при этом изменяются падения напряжения в цепи регулирующей обмотки, а следовательно, и угловая скорость двигатель-генератора. Таким образом, регулирование угловой скорости является статическим.

Изменение тока в обмотке L4₁ является результатом отклонения угловой скорости и ЭДС тахогенератора G2. В установившемся режиме ток должен достигнуть величины, при которой момент генератора М_г становится равным свободному моменту теплового двигателя М_д.

В свою очередь угловая скорость устанавливается в зависимости от тока регулирующей обмотки. При отклонениях М_д или М_г изменяется i_L41, при этом изменяются падения напряжения в цепи регулирующей обмотки и угловая скорость двигатель-генератора. Таким образом, регулирование угловой скорости является статическим.

Ток в регулирующей обмотке L4₁ устанавливается в процессе регулирования таким, чтобы момент сопротивления генератора при любом его значении был равен свободному моменту дизеля.

Узел АРМ, как и регулятор теплового двигателя, является регулятором угловой скорости дизель-генератора. Однако цели их применения различны. Регулятор теплового двигателя поддерживает постоянную угловую скорость при изменении развиваемой генератором мощности и устанавливает подачу топлива в соответствии с последней, т. е. режим дизеля определяется режимом генератора. Регулятор генератора имеет целью обеспечить полное использование мощности дизеля путем изменения возбуждения генератора при неизменной подаче топлива, причем мощность, потребляемая генератором, определяется величиной свободной мощности, передаваемой от дизеля на вал генератора. Наличие двух отдельных регуляторов, поддерживающих одну величину, вызывает необходимость строгого разграничения областей их работы и взаимной настройки.

Регулятор дизеля должен действовать, пока генератор не может полностью нагрузить его из-за ограничения по напряжению. Для возможно большего использования мощности дизеля целесообразно обеспечить при этом наибольшее допустимое возбуждение генератора. Следовательно, в области тока нагрузки от 0 до I_гмин нужно посредством изменения тока возбуждения тахогенератора G2 установить наибольший ток регулирующей обмотки. Так как в этой области угловая скорость поддерживается постоянной, ток регулирующей обмотки не изменяется, т.е. регулятор генератора не действует.

Для того чтобы регулятор генератора выполнял свое назначение — поддерживал (с той или иной точностью) постоянный режим работы дизеля, необходимо постоянство подачи топлива. Для этого нужно, чтобы в области I_г>I_гмин магнитный поток тягового генератора при максимальном значении тока регулирующей обмотки и любых условиях (нагретые обмотки возбуждения и т. п.) был больше потока, соответствующего наибольшему свободному моменту дизеля. Тогда при I_г>I_гмин регулирующий орган дизеля достигает положения упора. Дальнейшее увеличение тока нагрузки приводит к перегрузке дизеля, его угловая скорость снижается, в результате чего ток регулирующей обмотки уменьшается до тех пор, пока момент генератора не станет равным свободному моменту дизеля. Система возбуждения возбудителя при отключенной обмотке L4₁ должна настраиваться так, чтобы при всех условиях магнитный поток генератора был меньше потока, соответствующего минимальному свободному моменту дизеля. Это нужно для того, чтобы ток в обмотке РВ был всегда больше нуля.

При заданном напряжении вспомогательного генератора настройка регулятора генератора на определенную угловую скорость может осуществляться посредством изменения тока возбуждения тахогенератора.

Если регулятор теплового двигателя вследствие неправильной настройки или нарушения ее в эксплуатации поддерживает не номинальную угловую скорость, а меньшую, то максимальный ток L4₁ уменьшится и дизель может оказаться недогруженным. Необходимость взаимной настройки и опасность нарушения ее являются существенным недостатком схемы.

Обмотка L4₂ узла регулирования пускового тока (АРТ) включена на разность напряжения U_c, пропорционального току нагрузки, и напряжения тахогенератора G3. В тепловозах ТЭЗ и ТЭ7 узел АРТ включен на суммарное падение напряжения в обмотках возбуждения одной группы тяговых двигателей и в обмотке дополнительных полюсов генератора.

Узел регулирования пускового тока приходит в действие, когда входное напряжение U_с становится больше ЭДС тахогенератора G3. Возбуждение тахогенератора G3 устанавливается так, чтобы при номинальной угловой скорости двигатель-генератора ЭДС тахогенератора равнялась входному напряжению U_с при токе тяговых двигателей, близком к предельному по условиям сцепления колес с рельсами или коммутации генератора. При токе в силовой цепи, меньшем этого значения и называемым током отсечки, в цепи тахогенератора G3 протекает незначительный ток, равный обратному току вентиля VD2. При превышении тока отсечки в обмотке L4₂ появляется ток i_L42.

При установившемся режиме для цепи обмотки ПВ справедливо уравнение

где R_с — эквивалентное сопротивление участка силовой цепи, с которого снимается напряжение; u₂ — падение напряжения на диоде VD2 и под щётками G3; R_L42 — сопротивление обмотки L4₂ и соединительных проводов; R_G3 — сопротивление цепи якоря G3.

При увеличении U_с растет ток i_L42, что вызывает уменьшение напряжения на зажимах возбудителя и генератора.

Ток в обмотке L4₂ достигает максимального значения при трогании поезда, когда ЭДС тяговых двигателей равна нулю и напряжение генератора равно падению напряжения в силовой цепи. При разгоне поезда ток генератора уменьшается. В результате снижается ток i_L42 и увеличивается напряжение генератора по кривой АВ. При i_L42 = 0 размагничивающее действие обмотки L4₂ прекращается, что соответствует выходу на характеристику полной мощности двигатель-генератора (точка В).

Желательно, чтобы сила тяги в процессе пуска не изменялась, для чего необходимо сохранение постоянного значения тока генератора. Точное выполнение этого условия затрудняется тем, что для повышения напряжения генератора требуется снижение тока i_L42, следствием чего будет уменьшение членов правой части равенства, в то время как для уменьшения отклонения тока генератора при пуске необходимо добиваться их постоянства. Для этой цели элементы цепи следует выполнять с минимальным сопротивлением.

Увеличение сопротивления R_с и ЭДС Е_G3 уменьшает относительное влияние отклонения переменных членов правой части, а также и отклонение пускового тока.

Возможна также компенсация изменения падений напряжения в цепи АРТ обратным по знаку изменением ЭДС тахогенератора G3. Для этой цели в тахогенераторе предусмотрена последовательная обмотка возбуждения, действующая навстречу независимой, и возможность поворота щеток.

Особенностью данной схемы является автоматическое изменение тока отсечки без всяких переключений в схеме при отклонениях угловой скорости двигатель-генератора. Ток отсечки, т.е. ток начала действия узла АРТ,

ЭДС тахогенератора изменяется пропорционально угловой скорости и ток отсечки, следовательно, также пропорционален ей. Поэтому при повороте рукоятки контроллера одновременно с увеличением мощности теплового двигателя растет пусковой ток и ускорение поезда, устанавливающиеся в результате работы узла АРТ. Статизм регулирования с понижением угловой скорости возрастает в связи с относительным увеличением влияния переменных членов. Поэтому пусковые характеристики генератора с понижением угловой скорости делаются более пологими.

Существенным недостатком схемы АРТ является зависимость тока отсечки от температуры обмоток, с которых снимается входное напряжение U_с, в связи с изменением их сопротивления. Кроме того, вследствие гистерезиса в магнитных цепях тахогенератора G3 и возбудителя ток отсечки при увеличении напряжения генератора (во время пуска поезда) больше, чем ток отсечки при снижении напряжения (ограничение тока).

Рассмотренная схема решает задачу полного использования мощности теплового двигателя, регулирования пускового тока и ограничения максимального тока. Пусковая сила тяги изменяется в зависимости от угловой скорости двигатель-генератора без всяких переключений. Режимы работы двигатель-генератора при частичных нагрузках определяются характеристиками возбудителя с расщепленными полюсами.

Достоинством схемы является ее простота и значительный запас устойчивости. В случае неисправности в узле АРМ он может быть отключен. Наличие возбудителя с расщепленными полюсами обеспечивает возможность удовлетворительной работы тепловоза, но с пониженным использованием мощности.

регулятор оборотов для однофазных асинхронных двигателей с конденсатором

Optidrive E2 — первый в мире полностью цифровой серийно-выпускаемый частотно-регулируемый привод для однофазных двигателей.

Разработанный, как недорогой и удобный в обращении частотный преоразователь Optidrive E2 применим для работы с конденсаторными асинхронными двигателями (PCS) и однофазными двигателями с расщепленными (экранированными) полюсами.

В Optidrive E2 используется революционная методика управления двигателем, за счет которой достигается надежный и интеллектуальный пуск однофазного двигателя.

Для большинства приложений достаточно настроить только 14 базовых параметров Optidrive E2, что позволяет обеспечить быстрый ввод привода в эксплуатацию. Для более продвинутых пользователей доступен расширенный набор параметров.

Основные преимущества

• Модели с номинальным напряжением 115V и 220V

• Однофазный вход / однофазный выход

• Очень компактный корпус, простой механический и электрический монтаж, удобство и простота эксплуатации

• Быстрая настройка — заводские значения параметров подходят для большинства применений

• Отладка и поиск неисправностей с помощью параметров мониторинга (P-00), запоминание значений напряжения и тока

• Работа с переменным и постоянным моментом

• Уникальный автоматический подъем напряжения при старте

• Индикация тока и скорости (об/мин) двигателя

• Перегрузка 150% в течение 60 сек и 175% в течение 2 сек

• Встроенный тормозной транзистор (кроме габарита S1)

• Встроенный Modbus RTU

Автоматический подъем напряжения и частоты при старте

Для гарантрованно надежного старта, частотный преобразователь Optidrive E2 на начальной рампе поднимает напряжение и частоту до номинальных значений, а затем снижает до заданного значения. См. нижеприведенную диаграмму.

Модельный ряд

Четыре способа управления однофазными асинхронными моторами с пусковой обмоткой.

Каждый день инженеры проектируют системы, в которых используются асинхронные двигатели с однофазным питанием. В свою очередь, управление скоростью однофазных двигателей желательно в большинстве применений, так как это не только обеспечивает требуемую скорость, но и уменьшает потребление электроэнергии, и снижает уровень акустического шума.

Большинство серийно выпускаемых однофазных двигателей не реверсивные, т.е. они разработаны, чтобы вращаться только в одном направлении. Изменить направление их вращения можно только с помощью дополнительных средств: добавочной обмотки, внешних реле и переключателей, механического редуктора и т.д. Так же, если позволяет конструкция двигателя, реверсировать его можно с помощью преобразователей для регулировки скорости.

Существует множество разновидностей асинхронных двигателей с однофазным питанием. Конструкция и принцип их действия подробно описаны в литературе по электромеханике. Наиболее распространенным типом является двигатель с двумя статорными обмотками, одна из которых имеет в своей цепи постоянно-включенный рабочий конденсатор, который обеспечивает сдвиг тока в обмотках на 90 электрических градусов для образования вращающегося магнитного поля. Такой двигатель называется конденсаторным. О нем и пойдет речь в данной статье.

Основным способом плавной регулировки скорости конденсаторного однофазного двигателя является частотный метод, реализуемый с помощью трехфазных или однофазных ШИМ-инверторов (преобразователей частоты), а также метод фазовой регулировки напряжения с помощью тиристорных регуляторов мощности и ЛАТРа. Рассмотрим эти методы подробнее.

Вариант 1. V/F управление с помощью однофазного ШИМ-инвертора

На выходе инвертора, состоящего из четырех IGBT-транзисторов (рис.1), формируется однофазное напряжение с переменной частотой и среднеквадратичным значением с линейной зависимостью V/F (вольт-частотная характеристика). За счет конденсатора в обмотке двигателя получается поле, близкое к круговому. Данный способ управления реализуется с помощью специализированных преобразователей частоты, которые разработаны исключительно для управления однофазными двигателями. В них, как правило реализованы специальные алгоритмы, управления двигателем, обеспечивающие устойчивый пуск и стабильную работу в заявленном диапазоне частот.

Регулировать частоту можно, как вниз, так и вверх от номинальной, но в отличие от частотно-регулируемых трехфазных приводов, диапазон регулирования однофазного двигателя меньше. Оно, как правило, не превышает 1:10, за счет того, что емкостное сопротивление напрямую зависит от частоты.

К основным достоинствам данного метода управления можно отнести: 1) простоту ввода в эксплуатацию, т.к. не требуется конструктивных изменений двигателя; 2) гарантированно надежную и устойчивую работу, так как частотный преобразователь специально разработан для таких двигателей и в нем учтены все особенности их эксплуатации; 3) хорошие характеристики управления и возможности, присущие большинству преобразователей частоты (аналоговые и дискретные входы/выходы, ПИД-регулятор, предустановленные скорости, коммуникационные интерфейсы, защитные функции, и т.д.).

К недостаткам относится: 1) только однонаправленное вращение (невозможность без внешних коммутирующих устройств реверсировать двигатель); 2) достаточно высокая стоимость частотных преобразователей для однофазных двигателей, так как в настоящее время серийным выпуском данных изделий, в отличие от трехфазных, занимается весьма ограниченное количество фирм.

Вариант 2. V/F управление с помощью трехфазного ШИМ-инвертора

В данном случае используется стандартный преобразователь частоты с мостовой схемой IGBT-транзисторов (рис.2), формируемый на выходе трехфазное напряжение с фазовым сдвигом на 120 градусов. Обе обмотки однофазного двигателя и их средняя точка подключаются ко трем выходным фазам инвертора. Конденсатор, при этом, из схемы должен быть исключен. Так как обмотки геометрически сдвинуты на 90 градусов , а напряжение, прикладываемое к ним – на 120 электрических градусов, то полученное поле не будет круговым, и как следствие, момент будет пульсирующим. Причем среднее его значение за период будет меньше (рис.2), чем в случае питания от напряжений со сдвигом 90 гадусов.

При схеме подключения на рис.2 действующее напряжение на главной обмотке (Vгл) будет равно разности напряжений фаз A и C, а напряжение на дополнительной обмотке (Vдоп) = Vb-Vc. Изменяя порядок коммутации IGBT-транзисторов, можно легко изменять чередование напряжение на обмотках, а следовательно и направление вращения двигателя (рис.3) без каких-либо дополнительных аппаратных средств.

Здесь стоит отметить, что не любой преобразователь частоты подойдет для управления однофазным двигателем, так как токи в фазах будут не симметричны, и в случае наличия защиты от асимметрии выходных фаз, работа преобразователя будет блокироваться. Как впрочем, и не любой конденсаторный двигатель подойдет для данного способа, так как у некоторых типов двигателей весьма затруднительно или невозможно убрать емкость из дополнительной обмотки.

Итак, достоинствами метода являются: 1) доступность на рынке и достаточно низкая цена преобразователей частоты с трехфазным выходом; 2) возможность реверсивной работы; 3) хороший диапазон регулирования скорости и возможности, присущие большинству преобразователей частоты (аналоговые и дискретные входы/выходы, ПИД-регулятор, предустановленные скорости, коммуникационные интерфейсы, защитные функции, и т.д.).

Недостатки метода: 1) пониженный и пульсирующий момент двигателя, повышенный его нагрев; 2) не все преобразователи частоты и конденсаторные двигатели годятся для данного метода, требуется предварительный анализ характеристик преобразователя и конструкции двигателя. К тому же, большинство производителей частотных преобразователей в своих инструкциях запрещают подключение однофазных двигателей, и в случае поломки могут снять с изделия свои гарантийные обязательства.

Вариант 3. Фазовая регулировка напряжения с помощью тиристорного регулятора

Отсутствие до недавнего времени доступного и качественного преобразователя частоты для однофазных двигателей приводило к поиску других решений, одно из которых — изменение напряжения статора при неизменной его частоте.

На выходе тиристорного регулятора, состоящего из двух, включенных встречно-параллельно тиристоров (рис.4), формируется однофазное напряжение с постоянной частотой и регулируемым среднеквадратичным значением за счет изменения угла (альфа) открывания тиристоров.

Критический момент при таком регулировании будет снижаться пропорционально напряжению, критическое скольжение в останется неизменным.

Вариант 4. Регулировка напряжения с помощью ЛАТРа.

Четвертый способ регулировки ЛАТРом отличается от третьего способа не сильно. Отличие в том что мотор не так сильно грется, потому что питается чистым синусом и более высокая надежность ЛАТРа. Недостаток ЛАТРа помимо размеров, трудность в реализации автоматическеского подъема напряжения при старте, ну и плюс все недостатки тиристорного регулятора, кроме искажения синуса.

Проведём оценку метода.
1) Регулирование однозонное – только вниз от основной скорости.
2) Диапазон регулирования в разомкнутом контуре, примерно, 2:1; стабильность скорости удовлетворительная; плавность высокая.
3) Допустимая нагрузка резко снижается с уменьшением скорости.
4) Рассмотренный способ регулирования неэффективен для использования в продолжительном режиме. Даже для самой благоприятной нагрузке — вентиляторной необходимо двух-трехкратное завышение установленной мощности двигателя, интенсивный внешний обдув, так как, допустим, если двигатель вращается 750 об/мин (когда синхронная частота 1500) — скольжение 0,5, и 0,5 мощности идет в нагрузку, а 0,5 — греет ротор (не считая других потерь).
5) Тиристорный регулятор — простое устройство в 3-4 раза более дешевое, чем преобразователь частоты, и именно эта особенность системы регулировки скорости напряжением приводила в ряде случаев к её неоправданному применению.

Заключение

Все четыре способа имеют право на существование, только выбор одного из них нужно делать исходя из конкретной прикладной задачи.

Безусловно, наиболее универсальным и наименее трудоемким на стадии проектирования является первый метод – регулирование с помощью преобразователя частоты с однофазным выходом. Этот способ годится для большинства применений и помимо конденсаторных двигателей его можно использовать и для управления однофазными двигателями с экранированными полюсами.

Второй способ – регулирование с помощью преобразователя частоты с трехфазным выходом, — требует предварительного изучения, как преобразователя, так и двигателя на предмет возможности совместной работы. И рекомендуется всегда выбирать преобразователь с существенным запасом мощности по отношению к двигателю. Этот метод оптимален в реверсивных приложениях.

Третий и чеврертый способ – регулирование скорости изменением напряжения, — может в ряде случаев использоваться для кратковременного снижения скорости маломощных вентиляторов и насосов, и весьма полезен и эффективен для снижения пусковых токов, для экономии энергии при недогрузках. Этот метод является самым бюджетным, но как подчеркивалось ранее, тиристорные регуляторы не должны применяться для регулирования скорости сколько-нибудь мощных двигателей, приводящих во вращение машины, работающие в продолжительном режиме.

Двигатели с постоянными магнитами

Магнитное поле для синхронной машины может быть обеспечено с помощью постоянных магнитов , изготовленных из неодима-бор-железа, самарий-кобальта или феррита на роторе. В некоторых двигателях эти магниты прикреплены с помощью клея на поверхности сердечника ротора, так что магнитное поле направлено радиально через воздушный зазор. В других конструкциях магниты вставляются в поверхность сердечника ротора или вставляются в пазы чуть ниже поверхности. Другая форма двигателя с постоянными магнитами имеет направленные по окружности магниты, размещенные в радиальных пазах, которые обеспечивают магнитный поток к железным полюсам, которые, в свою очередь, создают радиальное поле в воздушном зазоре.

Основное применение двигателей с постоянными магнитами — это приводы с регулируемой скоростью, в которых статор питается от источника с регулируемой частотой и напряжением с электронным управлением. Такие приводы способны точно регулировать скорость и положение. Благодаря отсутствию потерь мощности в роторе, по сравнению с асинхронными двигателями, они также обладают высокой эффективностью.

Двигатели с постоянными магнитами могут быть разработаны для работы с синхронной скоростью от источника постоянного напряжения и частоты. Магниты встроены в железо ротора, а демпферная обмотка размещена в пазах на поверхности ротора для обеспечения возможности запуска. Однако у такого двигателя нет средств управления коэффициентом мощности статора.

Двигатели с гистерезисом

Отличительной особенностью синхронных двигателей является то, что скорость однозначно связана с частотой питающей сети. В результате несколько специальных типов синхронных двигателей нашли широкое применение в таких устройствах, как часы, магнитофоны и фонографы. Одним из наиболее широко используемых является гистерезисный двигатель, в котором ротор состоит из кольца полупостоянного магнита. материал вроде высокоуглеродистой стали. На полной скорости двигатель работает как синхронная машина с постоянными магнитами. Если скорость снижается за счет выхода ротора из синхронизма, поле статора вызывает циклическое намагничивание материала ротора вокруг его петли гистерезиса, в результате чего поле ротора отстает от поля статора на несколько градусов и продолжает создавать крутящий момент. Эти двигатели обеспечивают хороший пусковой момент с очень низкой пульсацией и очень тихие. Их эффективность невысока, а приложения ограничены малыми номинальными мощностями.

Электродвигатели реактивного сопротивления

Реактивные двигатели работают по принципу создания сил, которые заставляют железные полюса, несущие магнитный поток, совмещаться с каждым из них. Одной из форм реактивного двигателя показаны в поперечном сечении на фигуре . Ротор состоит из четырех железных полюсов без электрических обмоток. Статор имеет шесть полюсов с токоведущей катушкой на каждом. В состоянии, представленном на рисунке, ток только что прошел через катушки a и a ‘, создав крутящий момент на роторе, выравнивая два его полюса с полюсами статора a — a ‘. Теперь ток отключается в катушках а и а ‘и включается в катушки. б и б ‘. Это создает вращающий момент против часовой стрелки на роторе, выравнивая два полюса ротора с полюсами статора b и b ‘. Затем этот процесс повторяется с катушками статора c и c ‘, а затем с катушками a и a ‘. Крутящий момент зависит от величины токов катушки, но не зависит от ее полярности. Направление вращения можно изменить, изменив порядок включения катушек. У реактивных двигателей могут быть другие конфигурации полюсов, например, восемь полюсов статора и шесть полюсов ротора.

Токи в катушках статора обычно регулируются полупроводниковыми переключателями, соединяющими катушки с источником постоянного напряжения. Сигнал от датчика положения, установленного на валу двигателя, используется для активации переключателей в соответствующие моменты времени. Часто магнитный датчик на основе Используется эффект Холла . (Эффект Холла включает в себя развитие поперечного электрического поля в полупроводниковом материале, когда он несет ток и находится в магнитном поле, перпендикулярном току.) Общая система известна как самосинхронный моторный привод. Он может работать в широком регулируемом диапазоне скоростей.

В другой конфигурации реактивного двигателя статор выполнен аналогично асинхронному двигателю и питается от трехфазного регулируемого источника питания. Ротор состоит из продольных металлических пластин, разделенных немагнитными прокладками. Поток от статора встречает гораздо меньшее сопротивление вдоль пластин, чем поперек них.

Реактивные двигатели могут быть рассчитаны на работу с постоянной скоростью от источника постоянного тока. Ротор имеет выступающие полюса без обмоток возбуждения. Статор имеет цилиндрическую форму и содержит трехфазную обмотку, аналогичную обмотке асинхронной машины. Демпферная обмотка установлена ​​на поверхности ротора, чтобы машина могла запускаться как асинхронный двигатель. После того, как ротор синхронизируется с вращающимся полем статора, он работает как синхронный двигатель с постоянной скоростью.

Однофазные синхронные двигатели

Вращающееся поле может создаваться в синхронных двигателях от однофазного источника с использованием того же метода, что и для однофазных асинхронных двигателей. Если основная обмотка статора подключена непосредственно к источнику питания, вспомогательная обмотка может быть подключена через конденсатор. В качестве альтернативы можно использовать вспомогательную обмотку с более высоким сопротивлением, как показано на рисунке . Для небольших часовых двигателей конструкция статора с расщепленными полюсами широко используется в сочетании с ротором гистерезисного типа (см. Выше). КПД этих двигателей очень низкий, обычно менее 2 процентов, но и стоимость невысока.

Коллекторные двигатели постоянного тока

Элементарная форма двигателя постоянного тока (DC) показана на рисунке 6 статьи об электрическом генераторе . Стационарное магнитное поле создается поперек ротора полюсами статора. Эти полюса могут быть окружены катушками возбуждения, по которым проходит постоянный ток , или они могут содержать постоянные магниты. Ротор или якорь состоит из стального сердечника с катушкой, размещенной в пазах. Концы катушки подсоединены к стержням переключателя коллектора, установленного на валу ротора. Стационарные графитовые щетки ведут к внешним клеммам.

Предположим, что источник постоянного тока подключен к клеммы якоря таким образом, чтобы ток поступал на положительную клемму. Этот ток взаимодействует с магнитный поток для создания крутящего момента против часовой стрелки, который, в свою очередь, ускоряет ротор. Когда ротор поворачивается примерно на 120 °, соединение от источника питания к катушке якоря меняет местами коммутатор. Новое направление тока в катушке якоря таково, что он продолжает создавать вращающий момент против часовой стрелки, пока катушка находится под полюсом. В катушке якоря создается напряжение, пропорциональное скорости. В то время как это напряжение катушки является переменным, действие коммутатора создает однонаправленное напряжение на клеммах двигателя с указанной полярностью. Электрический вход будет произведением этого напряжения на клеммах и входного тока. Выходная механическая мощность будет произведением крутящего момента ротора и скорости.

В практическом двигателе постоянного тока обмотка якоря состоит из нескольких катушек в пазах, каждая из которых охватывает 1 / p периферии ротора для p- полюсов. В небольших двигателях количество катушек может составлять всего шесть, в то время как в больших двигателях оно может достигать 300. Все катушки соединены последовательно, и каждый переход соединен с шиной коммутатора. Все катушки под полюсами способствуют созданию крутящего момента.

Типичный небольшой двигатель постоянного тока, такой как те, что используются в автомобильных вентиляторах, содержит два полюса, изготовленные из ферритового материала с постоянными магнитами. Когда требуется более высокий крутящий момент, как, например, в стартере автомобиля, могут использоваться более сильные магниты, такие как неодим-железо-бор. Когда клеммы этого двигателя подключены к источнику постоянного постоянного напряжения, например аккумуляторной батарее. , начальный ток будет ограничиваться только сопротивлением обмотки якоря и щеток. Крутящий момент, создаваемый взаимодействием этого тока с полем, ускоряет ротор. В обмотке создается напряжение, пропорциональное скорости. Это напряжение противоположно напряжению источника, что снижает ток и крутящий момент. Без механической нагрузки генерируемое напряжение возрастет до значения, почти равного напряжению источника, позволяя току ровно столько, чтобы обеспечить момент трения. Приложение крутящего момента нагрузки замедляет ротор, уменьшая генерируемое напряжение, увеличивая ток и создавая крутящий момент, соответствующий крутящему моменту нагрузки.

В более мощных двигателях сопротивление обмотки якоря слишком мало, чтобы ограничить ток при запуске до значения, которое может переключаться коммутатором. Эти двигатели обычно запускаются с резистором, подключенным последовательно к источнику питания якоря. Это сопротивление обычно уменьшается поэтапно по мере увеличения скорости.

Коллекторные двигатели с постоянными магнитами не имеют возможности регулирования скорости при подключении к источнику постоянного напряжения. Если требуется регулировка скорости, поле постоянного магнита можно заменить железными полюсами с катушками возбуждения. На эти катушки может подаваться ток от того же источника, что и для якоря, или от отдельного источника. Для регулировки тока возбуждения можно использовать последовательный переменный резистор. При максимальном токе возбуждения и, следовательно, максимальном магнитном потоке генерируемое напряжение будет равно напряжению питания при минимальном значении скорости холостого хода. Если ток возбуждения уменьшается, двигатель должен будет вращаться быстрее из-за уменьшенного магнитного потока, чтобы генерировать такое же напряжение, и скорость холостого хода будет увеличена. При заданном номинальном токе якоря доступный крутящий момент будет уменьшен из-за уменьшения магнитного потока. Мотор, однако,

Коллекторные двигатели с регулируемым током возбуждения известны как параллельные двигатели или двигатели с независимым возбуждением. Обычно доступный диапазон скоростей составляет менее 2: 1, но специальные двигатели могут обеспечивать диапазон скоростей до 10: 1.

Другой вид коллекторного двигателя — это последовательный двигатель, в котором обмотки возбуждения с относительно небольшим количеством витков пропускают тот же ток, что и якорь. При высоком значении тока магнитный поток высокий, что делает крутящий момент большим, а скорость низкой. По мере уменьшения тока крутящий момент уменьшается, а скорость увеличивается. В прошлом такие двигатели широко использовались в электромобилях, таких как поезда метро и вилочные погрузчики.

У больших двигателей постоянного тока обычно четыре или более полюсов для уменьшения толщины необходимого железа в ярме статора и уменьшения длины торцевых соединений на катушках якоря. Эти двигатели также могут иметь дополнительные небольшие полюса, или промежуточные полюса, размещенные между главными полюсами и имеющие катушки, по которым проходит ток питания. Эти полюса размещены так, чтобы генерировать небольшое напряжение в каждой катушке якоря, поскольку она закорачивается коммутатором. Это способствует быстрому изменению направления тока в катушке и предотвращает искрение коллектора.

Коллекторные двигатели постоянного тока широко используются на сталелитейных заводах, бумажных фабриках, роботах и ​​станках, где требуется точное управление скоростью или реверсированием скорости, или и тем, и другим. Поле питается от отдельного источника напряжения, обычно с постоянным током поля, или от постоянных магнитов. Якорь запитан от источника регулируемого напряжения. Тогда скорость приблизительно пропорциональна напряжению источника. Реверс напряжения питания якоря с контролируемой скоростью меняет направление вращения двигателя.

Коллекторные двигатели переменного тока

Специально разработанный двигатель с последовательным коллектором может работать от однофазного источника переменного напряжения. Когда ток питания меняется на противоположное, как магнитное поле, так и ток якоря меняются местами. Таким образом крутящий момент остается в том же направлении. Эти двигатели часто называют универсальными двигателями, потому что они могут использоваться как с источником постоянного напряжения, так и с источником переменного напряжения 60 Гц. Они находят широкое применение в такой мелкой бытовой технике, как миксеры, переносные инструменты и пылесосы.