Pri pokretanju elektromotora potrošnja struje premašuje se 7 puta, što doprinosi preranom kvaru električnih i mehaničkih dijelova motora. Da biste to spriječili, koristite kontrolu brzine motora. Postoje mnogi modeli tvorničkog plana, ali da biste sami napravili takav uređaj, morate znati načelo elektromotora i kako kontrolirati brzinu rotora.
Opće informacije
Naizmjenični električni motori naširoko se koriste u mnogim područjima ljudskog života, naime, modeli asinhronog tipa. Glavna svrha motora kao električnog stroja je transformacija električne energije u mehaničku energiju . Asinkrono u prijevodu znači ne simultano, jer je brzina rotora različita od frekvencije izmjeničnog napona (U) u statoru. Postoje dvije vrste asinkronih motora prema vrsti snage:
- Jednofazna.
- Tri faze.
Jednofazna se koristi za potrebe kućanstva, a trofazna se koristi u proizvodnji. U trofaznim asinkronim motorima (u daljnjem tekstu TAD) koriste se dvije vrste rotora:
- zatvorena;
- faza.
Zatvoreni krugovi čine oko 95% svih rabljenih motora i imaju značajnu snagu (od 250 W i više). Tip faze se strukturno razlikuje od krvnog tlaka, ali se rijetko koristi u usporedbi s prvim. Rotor je čelična figura cilindričnog oblika koja je postavljena unutar statora, a na njegovu površinu je pritisnuta jezgra.
Kavez za vjeverice i fazni rotori
Visoko vodljivi bakar (za strojeve velike snage) ili aluminijske šipke (za strojeve manje snage) lemljeni ili ugrađeni u površinu jezgre i kratki spoj s krajeva dvama prstenovima igraju ulogu elektromagneta sa polovima okrenutim prema statoru. Šipke za namatanje nemaju nikakvu izolaciju, jer je napon u takvom namotu nula.
Češće se koristi za šipke motora srednje snage aluminija karakterizira niska gustoća i velika električna vodljivost.
Da bi se smanjile veće harmonike elektromotorne sile (EMF) i isključila pulsacija magnetskog polja, šipke rotora imaju na određeni način izračunati kut nagiba u odnosu na os rotacije. Ako se koristi električni motor male snage, tada su brazde zatvorene konstrukcije koje razdvajaju rotor od zazora kako bi se povećala induktivna komponenta otpora.
Rotor u obliku izvedbe ili vrste faze karakterizira navijanje, njegovi krajevi povezani su u obliku "zvijezde" i pričvršćeni su na kontaktne prstenove (na osovini), duž kojih se grafitne četke klize. Da bi se uklonili vrtložne struje, površina namota prekrivena je oksidnim filmom. Pored toga, u krug namota rotora dodaje se otpornik, koji vam omogućuje da promijenite otpor (R) kruga rotora kako biste smanjili ulazne struje (Ip). Prolazne struje nepovoljno djeluju na električne i mehaničke dijelove elektromotora. Promjenljivi otpornici koji se koriste za upravljanje Ip:
- Metal ili korak s ručnim pomakom.
- Tekućina (zbog uranjanja u dubinu elektroda).
Četke izrađene od grafita troše se, a neki su modeli opremljeni dizajnom kratkog spoja koji podiže četke i zatvara prstenove nakon pokretanja motora. HELLS s faznim rotorom su fleksibilniji u pogledu regulacije Ip.
Značajke dizajna
Indukcijski motor nema izražene polove, za razliku od istosmjernog motora. Broj polova određuje se brojem zavojnica u namotima fiksnog dijela (statora) i načinom spajanja. U asinhronom stroju s 4 zavojnice magnetski tok prolazi. Stator je izrađen od listova posebnog čelika (električni čelik), smanjujući vrtložne struje na nulu, pri čemu dolazi do značajnog zagrijavanja namotaja. Dovodi do masivnog međupokretačkog kruga.
Željezo ili jezgra rotora pritišće se izravno na osovinu. Između rotora i statora postoji najmanji zračni razmak. Namota rotora izrađena je u obliku "kaveza za vjeverice", a izrađena je od bakrenih ili aluminijskih šipki.
U elektromotorima snage do 100 kW koristi se aluminij koji ima malu gustoću - za ulijevanje u utore jezgre rotora. No, unatoč takvom uređaju, motori ove vrste se zagrijavaju. Da bi se riješio taj problem , ventilatori se koriste za prisilno hlađenje, koji su montirani na osovinu. Ovi motori su jednostavni i pouzdani. Međutim, motori troše veliku struju tijekom pokretanja, 7 puta veću od nazivne. Zbog toga imaju nizak startni okretni moment, jer većina energije električne energije ide na zagrijavanje namotaja.
Električni motori, koji imaju povećan startni okretni moment, razlikuju se od uobičajenih asinkronih oblika rotora. Rotor je izrađen u obliku dvostrukog "kaveza za vjeverice". Ovi su modeli slični faznim vrstama proizvodnje rotora. Sastoji se od unutarnjih i vanjskih "vjeverica", od kojih je vanjska početna i ima veliku aktivnu i malu reaktivnu R. Vanjska ima mali aktivni i visoko reaktivni R. Kada se brzina povećava, prelazim u unutarnju ćeliju i djeluje kao rotor u kavezu vjeverica.
Princip rada
Kad tečem duž namota statora, u svakom se od njih stvara magnetski tok (F). Ti su pomaknuti za 120 stupnjeva jedan u odnosu na drugi. Dobiveni f se okreće, stvarajući elektromotornu silu (EMF) u aluminijskim ili bakrenim vodičima. Kao rezultat toga stvara se početni magnetski trenutak elektromotora, a rotor se počinje okretati. Taj se postupak naziva i u nekim izvorima proklizavanja (S), što pokazuje razliku u frekvenciji n1 elektromagnetskog polja pokretača, koja postaje veća od frekvencije dobivene rotiranjem rotora n2. Izračunava se u postotku i ima oblik: S = ((n1-n2) / n1) * 100%.
Vrijednost S pri početnom pokretanju elektromotora je otprilike 1, ali s povećanjem vrijednosti n2 postaje manja. U ovom trenutku ja se u rotoru smanjuje, dakle, EMF postaje manji od nazivne vrijednosti. U praznom hodu S je minimalan, ali s porastom momenta statičke interakcije rotora i statora, ova vrijednost doseže kritičnu vrijednost. Ako vrijedi sljedeća nejednakost: S> Scr, motor radi normalno, ali ako je vrijednost Scr prekoračena, može se "prevrnuti". Pomicanje rublje uzrokuje nestabilan rad, ali s vremenom nestaje.
Načini podešavanja brzine
Kako bi se spriječili negativni učinci tijekom pokretanja, potrebno je smanjiti brzinu elektromotora 220 V ili 380 V. Nekoliko je načina da se to postigne:
- Promjena vrijednosti R lanca rotora.
- Promijenite U u namotu statora.
- Promijenite frekvenciju U.
- Prebacivanje pola.
Prilikom promjene vrijednosti R dijela rotora uz pomoć dodatnih otpornika smanjuje se brzina, ali kao rezultat toga snaga se smanjuje. Stoga se dobiva značajan gubitak električne energije. Ovu vrstu regulacije treba primijeniti na fazni rotor.
Pri promjeni vrijednosti U na zavojnici statora moguće je mehaničko ili električno upravljanje brzinom okretaja rotora. U ovom se slučaju koristi regulator U. Upotreba ove metode omogućuje vam upotrebu samo s obzirom na opterećenje ventilatora (na primjer, kontrola brzine ventilatora 220v). Za sve ostale slučajeve koriste se trofazni automatski transformatori koji vam omogućuju glatku promjenu U vrijednosti ili tiristorskih regulatora.
Na temelju formule ovisnosti brzine rotacije o frekvenciji dovoda U moguće je regulirati broj okretaja rotora. Učestalost rotirajućeg magnetskog polja statora izračunava se formulom: Nst = 60 * f / p (f je frekvencija mreže napajanja strujom, p je broj parova polova). Ova metoda pruža mogućnost glatkog upravljanja brzinom rotacije dijela rotora. Za postizanje visoke učinkovitosti potrebno je promijeniti frekvenciju i U. Ova je metoda optimalna za motore s kaveznim kavezima jer su gubici snage minimalni. Postoje dvije metode za promjenu broja parova:
- U stator (u utore) moraju se postaviti 2 namota različitog broja p.
- Namota se sastoji od dva dijela povezana paralelno ili u nizu.
Glavni nedostatak ove metode je održavanje stupnjevitog karaktera promjene frekvencije elektromotora iz kaveza vjeverice.
Vrste i kriteriji odabira
Da biste odabrali regulator, morate se voditi određenim karakteristikama za određeni slučaj. Među svim kriterijima možete odabrati sljedeće:
Prema vrsti upravljanja. Za motore sakupljača koriste se regulatori s vektorskim ili skalarnim upravljačkim sustavom.- Snaga je glavni parametar na kojem morate nadograditi.
- U rasponu.
- Prema frekvencijskom rasponu. Trebate odabrati model koji zadovoljava zahtjeve korisnika za određeni slučaj.
- Ostale karakteristike, koje uključuju jamstvo, dimenzije, opremu.
Pored toga, regulator je odabran snažnije od samog elektromotora prema formuli: Preg = 1, 3 * Pmot (Preg, Pmot - snaga regulatora i motora, respektivno). Mora biti izabran za različite domete U, jer svestranost igra važnu ulogu.
Tiristorski uređaj
U ovom modelu, prikazanom na shemi 1, koriste se 2 tiristora spojena suprotno-paralelno, iako se mogu zamijeniti jednim triakom.
Shema 1 - Tiristorsko upravljanje brzinom kolektora bez gubitka snage.
Ovaj krug regulira otvaranjem ili zatvaranjem tiristora (triac) tijekom faznog prijelaza kroz neutralni. Za ispravno upravljanje motorom sakupljača koriste se sljedeće metode izmjene kruga 1:
- Ugradnja zaštitnih LRC krugova koji se sastoje od kondenzatora, otpornika i prigušnica.
- Dodavanje ulaznog kapaciteta.
- Upotreba tiristora ili trijaka čija struja premašuje nazivnu vrijednost struje motora u rasponu od 3..8 puta.
Ova vrsta regulatora ima prednosti i nedostatke. Prvi uključuju nisku cijenu, malu težinu i veličinu. Drugi bi trebao sadržavati sljedeće:
- primjena za motore male snage;
- čuje se šum i trzanje motora;
- kada koristite krug na trijacima, konstanta U udara u motor.
Ova vrsta regulatora ugrađena je u ventilatore, klima uređaje, perilice rublja i električne bušilice. Svoje funkcije izvršava savršeno, usprkos nedostacima.
Tip tranzistora
Drugi naziv regulatora tipa tranzistora je autotransformator ili PWM regulator (sklop 2). Ona mijenja vrijednost U prema principu modulacije širine impulsa (PWM) koristeći izlazni stupanj, koji koristi tranzistore poput IGBT.
Shema 2 - PWM regulator brzine.
Prebacivanje tranzistora događa se velikom frekvencijom i zbog toga možete promijeniti širinu impulsa. Stoga će se mijenjati i vrijednost U: Što je dulji impuls i kraća je pauza, veća je U vrijednost i obrnuto. Pozitivni aspekti upotrebe ove sorte su sljedeći:
- Mala težina pri malim dimenzijama.
- Prilično niski troškovi.
- Na niskim obrtajima, bez buke.
- Upravljanje zbog niskih vrijednosti U (0..12 V).
Glavni nedostatak aplikacije je da udaljenost od elektromotora ne smije biti veća od 4 metra.
Regulacija frekvencije
Kontrola brzine raznih vrsta motora zbog frekvencije široko se koristi. Pretvaranje frekvencije zauzima vodeću poziciju na prodajnom tržištu uređaja za kontrolu brzine i implementaciju soft start-a. Zbog svoje svestranosti moguće je utjecati na snagu, performanse i brzinu bilo kojeg uređaja s električnim motorom. Ovi se uređaji koriste za jednofazne i trofazne motore. Koriste se sljedeće vrste pretvarača frekvencije:
- Specijalizirani jednofazni.
- Tri faze bez kondenzatora.
Za kontrolu brzine koristi se kondenzator, uključen u namotaje jednofaznog motora (krug 3). Ovaj pretvarač frekvencije (IF) ima kapacitivni R, što ovisi o frekvenciji protočne izmjenične struje. Izlazni stupanj takvog pretvarača izrađen je na IGBT tranzistorima.
Shema 3 - Regulator brzine frekvencije.
Specijalizirani pretvarač ima svoje prednosti i nedostatke. Prednosti su sljedeće:
- Upravljanje krvnim tlakom bez ljudske intervencije.
- Stabilnost.
- Dodatne značajke.
Moguće je kontrolirati rad elektromotora pod određenim uvjetima, kao i zaštititi od preopterećenja i struje kratkog spoja. Pored toga, moguće je proširiti funkcionalnost povezivanjem digitalnih senzora, nadziranjem radnih parametara i korištenjem PID kontrolera. Nedostaci uključuju ograničenje frekvencije i prilično visoke troškove.
Za trofazne BP-ove koriste se i uređaji za regulaciju frekvencije (Shema 4). Regulator ima tri faze na izlazu za spajanje elektromotora.
Shema 4 - IF za trofazni motor.
Ova opcija također ima svoje snage i slabosti. Prvi uključuju sljedeće: niske cijene, izbor snage, širok raspon regulacije frekvencije, kao i sve prednosti jednofaznih pretvarača frekvencije. Među svim negativnim stranama, mogu se razlikovati glavne: predizbor i grijanje tijekom pokretanja.
Izrada sam
Ako ne postoji mogućnost, kao i želja za nabavkom regulatora tvorničkog tipa, tada ga možete sastaviti vlastitim rukama. Iako su se regulatori poput "tda1085" pokazali vrlo dobro. Da biste to učinili, morate se upoznati s teorijom i početi vježbati. Sheme triac dizajna vrlo su popularne, posebno regulator brzine asinhronog motora 220 V (shema 5). Neka bude lako. On ide na VT138 triac, vrlo pogodan za ove svrhe.
Shema 5 - Jednostavan regulator brzine na trijacu.
Ovaj regulator se također može koristiti za podešavanje brzine istosmjernog motora od 12 volti, jer je prilično jednostavan i svestran. Okretači se reguliraju zbog promjene parametara P1, koja određuje fazu dolaznog signala, koji otvara trojanski prijelaz.
Princip rada je jednostavan. Kad se motor pokrene, on se usporava, induktivnost se mijenja na manju stranu i pridonosi povećanju U u krugu "R2-> P1 -> C2". S pražnjenjem C2, triac se otvara neko vrijeme.
Postoji još jedna shema. Djeluje na malo drugačiji način: pružajući obrnutu vrstu energije koja je optimalno isplativa. U krug je uključen prilično moćan tiristor.
Shema 6 - Regulator tiristora uređaja.
Krug se sastoji od generatora upravljačkog signala, pojačala, tiristora i dijela kruga koji djeluje kao stabilizator za rotaciju rotora.
Najviše univerzalni krug je regulator na trijaku i dinistor (krug 7). U stanju je glatko smanjiti brzinu vrtnje osovine, postaviti obrnuti motor (promijeniti smjer vrtnje) i smanjiti početnu struju.
Princip rada kruga:
- C1 se naplaćuje do U proboja dinista D1 do R2.
- D1 pri probijanju otvara prijelaz trijaca D2 koji je odgovoran za kontrolu opterećenja.
Napon opterećenja je izravno proporcionalan frekvencijskoj komponenti prilikom otvaranja D2, ovisno o R2. Krug se koristi u usisivačima. Sadrži univerzalno elektroničko upravljanje, kao i mogućnost jednostavnog povezivanja napajanja od 380 V. Svi dijelovi trebaju biti postavljeni na tiskanu ploču izrađenu tehnologijom laserskog željeza (LUT). Pojedinosti o tehnologiji izrade ploča mogu se naći na Internetu.
Dakle, pri odabiru regulatora brzine za električni motor moguće je kupiti tvornički ili ga sami izraditi. Izrada domaćeg regulatora prilično je jednostavna, jer ako razumijete princip uređaja, lako ga možete sastaviti. Uz to se moraju poštivati sigurnosna pravila pri postavljanju dijelova i pri radu s električnom energijom.