Регулятор оборотов для однофазных асинхронных двигателей с конденсатором

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

Регуляторы скорости для однофазных асинхронных двигателей

Симисторный регулятор скорости СРМ используют для того, чтобы обеспечить плавное регулирование в период активной работы однофазного асинхронного двигателя. Основной механизм работы основывается на регулировке величин напряжения на двигателях вентиляторов. Обеспечение регулировки происходит от минимальных возможных значений (при которых вентиляторы начинают обеспечивать стабильное вращение) до напряжения питающих сетей 220В.

Разрешается задействовать до нескольких вентиляторов в одновременном режиме, когда суммарные потребляемые токи не превышают предельно допустимых величин. Для того чтобы присоединить регуляторы скорости необходимо использовать зажим для гибкого провода. В отличие от той или иной модели используются провода с необходимым сечением, а также усиленная затяжка.

В зависимости от модели (СРМ W либо СРМ W/M) выходные цепи регуляторов имеют защиту от перегрузок, либо не имеют, где последние модели защищены от перегрузок. Первый вариант устройства сопровождается универсальной конструкцией, поскольку его использование допускается как во внутренних, так и при наружных монтажных работах.

Чтобы благополучным образом управлять значительным количеством электродвигателей, которые имеют внешний ротор, допускается использовать корректировку напряжения при питании. Это позволит отрегулировать скорость в период вращения представленного электродвигателя (значительная часть функций уточняется у изготовителя), для которых поставляют трансформаторный регулятор. Перечень устройств предлагается в разнообразных вариантах по типу исполнения.

Большинство устройств работает за счет пятиступенчатых переключателей, которые способны задавать необходимое напряжение. Многие регуляторы скорости имеют расширенные возможности, поскольку их оснащают важным функционалом, способным обеспечить полноценную защиту электродвигателей. Ключевыми достоинствами трансформаторного регулятора можно с уверенностью назвать обеспечение скорости при вращении без возникновения электромагнитных помех, которые могут повлиять на электродвигатели. Большая часть представленных устройств эксплуатируются в зоне, чувствительной к электромагнитным излучениям.

Основные достоинства устройства

Благодаря регулированию скорости за счет изменения величины напряжения уменьшаются потери мощности. При регулировке частот вращения за счет снижения чисел в полюсах, происходит ступенчатым образом. Эта методика идеально подойдет для специального многоскоростного двигателя, с наличием нескольких обмоток в неподвижных частях.

Сегодня асинхронные двигатели являются наиболее распространенными электроприводами для использования в технологическом оборудовании. Основное назначение представленных электромашин — регулярное вращение вала.

Имеется несколько методов регулировки:

• механический — вал подключается к редуктору, муфте и другому устройству;
• регулированием полюсов — изменением величин либо частот у питающих элементов у обмотки статоров.

При механическом регулировании усложняется кинематическая схема электроприводов, из-за чего случается потеря мощности и нерациональный расход электрической энергии. Более перспективным методом при регулировании скорости роторов будет являться преобразователь частот в питающем напряжении. Методика позволит обеспечить и сохранить механические характеристики во всех диапазонах и предоставить множество прочих достоинств.

Однофазный преобразователь частот

Однофазный асинхронный электродвигатель широко распространен в приводе насосного агрегата, вентилятора, а также маломощного станка. Чтобы обеспечить регулировку частот при вращении, представлены электрические машины, которые используют 2 ключевых метода:

• корректировка величин напряжения в питании;
• корректировка частоты питающего напряжения.

Получается, что управлять однофазным и трехфазным асинхронным электродвигателем при автоматической регулировке, в значительной степени легче и практичнее в сравнении с механическими способами.

42. Устройство, принцип действия и область использования однофазных асинхронных двигателей.

Рисунок. Поперечный разрез статора однофазного асинхронного двигателя (а) и направление вращающих моментов, действующих на его ротор (б).

Обмотка статора однофазного двигателя (рис. 4.60, а) расположена в пазах, занимающих примерно две трети окружности статора, которая соответствует паре полюсов. В результате распределение МДС и индукции в воздушном зазоре близко к синусоидальному. Поскольку по обмотке проходит переменный ток, МДС пульсирует во времени с частотой сети. Индукция в произвольной точке воздушного зазора.

В основе принципа действия находится короткозамкнутый ротор. Магнитное поле представлено в виде двух кругов с противоположными последовательностями, то есть поля вращаются в разные стороны, но с одинаковой скоростью.Если ротор предварительно разогнать в нужную сторону, то он продолжит вращение в ту же сторону. Поэтому запускают однофазный АД, нажав кнопку пуска. При этом вызывается возбуждение в статоре. Токи активируют магнитное поле вращаться, а в воздушном зазоре возникает магнитная индукция. За несколько секунд разгон ротора равняется номинальной скорости. Отпуская кнопку впуска, двигатель переходит с режима двух фаз на одну фазу. Однофазовый режим поддерживается составляющей переменного поля магнитов, которая вращается быстрее ротора из-за скольжения.

Область использования – широко используются в бытовых приборах с однофазным током (например, стиральные машины, вентилятор, холодильник).

Принцип работы и число оборотов асинхронных двигателей

Данный вопрос рассмотрим на примере АДКР, как наиболее распространенного типа электродвигателей подъемно-транспортном и обрабатывающем оборудовании. Напряжение от сети подается на обмотку статора, каждая из трех фаз которой смещена геометрически на 120°. После подачи напряжения возникает магнитное поле, создающее путем индукции ЭДС и ток в обмотках ротора. Последнее вызывает электромагнитные силы, заставляющие ротор вращаться. Еще одна причина, по которой все это происходит, а именно, возникает ЭДС, является разность оборотов статора и ротора.

Одной из ключевых характеристик любого АДКР является частота вращения, расчет которой можно вести по следующей зависимости:

n = 60f / p, об/мин

где f – частота сетевого напряжения, Гц; р – число полюсных пар статора.

Все технические характеристики указываются на металлической табличке, закрепленной на корпусе. Но если она отсутствует по какой-то причине, то определить число оборотов нужно вручную по косвенным показателям. Как правило, используется три основных метода:

• Расчет количества катушек. Полученное значение сопоставляется с действующими нормами для напряжения 220 и 380В (см. табл. ниже);

• Расчет оборотов с учетом диаметрального шага обмотки. Для определения используется формула вида:

где 2p – число полюсов; Z₁ – количество пазов в сердечнике статора; y – собственно, шаг укладки обмотки.

Стандартные значения оборотов:

• Расчет числа полюсов по сердечнику статора. Используются математические формулы, где учитываются геометрические параметры изделия:

2p = 0,35Z₁b / h или 2p = 0,5D_i / h,

где 2p – число полюсов; Z₁ – количество пазов в статоре; b – ширина зубца, см; h – высота спинки, см; D_i – внутренний диаметр, образованный зубцами сердечника, см.

После этого по полученным данным и магнитной индукции нужно определить количество витков, которое сверяется с паспортными данными двигателей.

Способы подключения мотора

А теперь давайте рассмотрим несколько способов подключений:

• конденсаторный способ;
• частотный способ;
• фазовое управление с помощью симистора;

Какой из способов лучше всего? Знаете, всё зависит от задачи, которую нужно решить. А так на вкус и цвет, сами знаете.

Если вы мало знакомы с преобразователем частоты, можете ознакомиться в статье «Чего вы не знаете о преобразователе частоты?»

Конденсаторный способ подключений

Бюджетное подключение трехфазных моторов к однофазной сети. Просто цепляем конденсатор последовательно в цепи обмотки и превращаем аппарат из трехфазного в однофазный. Вот схема:

Сп — пусковой конденсатор, а Ср — рабочий конденсатор. Как подбирать ёмкость в этом случае я расписывать не буду. В просторах интернета есть полно информации по этому поводу.

Фазовое управление с помощью симистора

Это один из самый старых способов управления. Две обмотки двигателя подключаются параллельно, одна из них с конденсатором. К точкам обмоток соединяем симисторный регулятор. Их актуальность, по-моему мнению, ещё не пропала. Лучше всего использовать для не тяжёлых нагрузок (вентиляторы, насосы).

Важно! Учитывайте, что сим. блоки в основном предназначены для активной нагрузки. Так как мотор — это индуктивная нагрузка, поэтому активный ток делим примерно на 10. Если ток активной нагрузки равен 50, то индуктивный будет 5.

На выходе устройства формируется напряжение сетевой частоты 50 Гц и настраивается среднеквадратичное число. Таким образом мы меняем время открытого состояния симистора за период следования напряжения. Единственный недостаток: момент на валу падает относительно снижения напряжения. Вот вам пример Autonics SPK1:

Входы для регулировки скорости универсальные. Сюда можно подключить и потенциометр 1 кОм, и датчик с токовым сигналом 4-20 мА, и напряжение 0-5 В.

Частотный способ

О популярности преобразователя частоты нет смысла говорить. Так как это устройство давно известно всем. Частотный способ является основным в нашем 21 веке. Скорость регулируется с помощью ШИМ-модуляции. Достаточно сложный девайс, требующий отдельной статьи. По входному напряжению существуют как и 380 В, так и 220В. Но что же получается по выходу?

На рынке есть готовые варианты и на однофазный, и на трёхфазный электродвигатель. Просто нужно подобрать схемное решение.

Но, бывают случаи когда ПЧ с однофазным выходом не по карману. Или у вас на полке лежит трёхфазный ПЧ. Давайте рассмотрим вариант подключения мотора к преобразователю частоты.

Особенности подключения

Как было сказано выше, не каждый частотный преобразователь может работать с однофазным двигателем, поскольку при его подключении третья (неподключенная) фаза фактически будет в обрыве, что вызовет ошибку. Поэтому необходимо внимательно ознакомиться с документацией к ПЧ — производитель должен явно указать, что имеется возможность подключения и работы однофазной нагрузки.

Поскольку однофазный двигатель содержит конденсатор, при изменении рабочей частоты не удастся обеспечить нужный сдвиг фаз, и двигатель на пониженных частотах (менее 30 Гц) будет перегреваться. Это следует учитывать при выборе диапазона рабочих частот и способа охлаждения привода.

При однофазном подключении двигателя оперативный реверс через панель управления или настройки ПЧ невозможен. Поменять направление вращения можно, изменив схему подключения обмоток внутри двигателя.

Заключение

На технорынке сегодня предлагаются в большом ассортименте регуляторы и частотные преобразователи для асинхронных электродвигателей переменного тока.

Управление способом варьирования частоты на данный момент – самый оптимальный способ, т. к. он позволяет плавно регулировать скорость асинхронного ЭД в широчайшем диапазоне, без значительных потерь и снижения перегрузочных способностей.

Тем не менее, на основе расчёта, можно самостоятельно собрать простое и эффективное устройство с регулированием оборотов вращения однофазных электродвигателей с помощью тиристоров.