Trendy

Typy regulátorů otáček s výkonem: kolektorové a asynchronní motory a možnosti nastavení – Interlavka

Téměř všechny domácí spotřebiče a elektrické nářadí používají komutátorový motor. Novější modely úhlových brusek, šroubováků, ručních frézek, vysavačů, mixérů a dalších mají regulaci otáček motoru, pozdější modely však tuto funkci nemají. Není vždy vhodné pracovat s takovými nástroji a domácími spotřebiči, a proto existují regulátory rychlosti s údržbou energie.

Typy motorů a princip činnosti

Motory se dělí na tři typy: kartáčové, asynchronní a bezkomutátorové. Většina elektrického nářadí má první typ. Tento elektromotor má poměrně kompaktní rozměry. Jeho výkon je výrazně vyšší než u asynchronního motoru a jeho cena je poměrně nízká. Pokud jde o asynchronní, tento typ se používá především v kovodělném průmyslu a hojně se používají i v uhelných dolech. Je poměrně vzácné je najít v každodenním životě.

Bezkomutátorový elektromotor se používá tam, kde je vyžadována vysoká rychlost, přesné polohování a malé rozměry. Například v různých lékařských zařízeních, leteckém modelářství. Princip fungování je celkem jednoduchý. Pokud se mezi kladné vývody permanentního magnetu umístí obdélníkový rám s osou otáčení, začne se otáčet. Směr závisí na směru proudu v rámu. Tento typ se skládá z kotvy a statoru. Kotva se otáčí, ale stator zůstává nehybný. Na kotvě zpravidla není jeden rám, ale 4,5 a více.

Asynchronní motor pracuje na jiném principu. Vlivem střídavého magnetického pole v cívkách statoru dochází k jeho otáčení. Pokud se ponoříte do kurzu fyziky, můžete si vzpomenout, že kolem vodiče, kterým prochází proud, se vytváří jakési magnetické pole, které způsobuje rotaci rotoru.

Princip činnosti bezkomutátorového typu je založen na zahrnutí vinutí tak, že magnetická pole statoru a rotoru jsou navzájem ortogonální a točivý moment je regulován speciálním ovladačem.

Na obrázku je jasně vidět, že pro pohyb rotoru je nutné provést potřebné přepnutí, ale také nelze regulovat otáčky. Bezkomutátorový motor však dokáže nabrat rychlost velmi rychle.

Konstrukce komutátorového motoru

Komutátorový elektromotor se skládá ze statoru a rotoru. Rotor je ta část

se otáčí, zatímco stator stojí. Další součástí elektromotoru jsou grafitové kartáčky, kterými protéká proud do kotvy. V závislosti na konfiguraci mohou být přítomny Hallovy senzory, které umožňují plynulé spouštění a regulaci rychlosti. Čím vyšší je přiváděné napětí, tím vyšší je rychlost. Tento typ může pracovat se střídavým nebo stejnosměrným proudem.

Podle klasifikace lze kolektorové motory rozdělit na ty, které pracují na střídavý a stejnosměrný proud. Lze je také rozdělit podle typu buzení vinutí: motory s paralelním, sériovým a smíšeným (paralelně-sériovým) buzením.

Typy úprav

Možností nastavení rychlosti je poměrně dost.. Zde jsou ty hlavní:

Napájecí zdroj s regulací výstupního napětí.
Tovární seřizovací zařízení dodávaná s elektromotorem.
Tlačítkové regulátory a standardní regulátory, které jednoduše omezují napětí.

Tyto typy regulace jsou špatné, protože jak se napětí snižuje nebo zvyšuje, výkon také klesá. U některých elektrických nástrojů je to přijatelné, ale jak ukazuje praxe, ve většině případů je to nepřijatelné kvůli silnému poklesu výkonu, a tedy i účinnosti.

Přečtěte si více

Základová jáma: kopání příkopu, funkce a vývojové zařízení, jakou velikost jámy kopat a kopat bagrem

Nejpřijatelnější možností by byl regulátor založený na triaku nebo tyristoru. Takový regulátor nejenže nesnižuje výkon při poklesu napětí, umožňuje také plynulejší start a regulaci otáček. Kromě toho lze takové schéma vytvořit ručně. Níže je obrázek regulátoru otáček s údržbou napájení. Obvod je sestaven na základě triaku BTA 41 800 V.

Všechny jmenovité hodnoty elektrických součástí jsou uvedeny na schématu.. Toto je obvod po sestavení, funguje poměrně stabilně a zajišťuje plynulé nastavení motoru kolektoru. Při poklesu výstupního napětí se výkon nesnižuje, což je výrazné plus.

Na přání si můžete sami sestavit regulátor otáček kolektorového motoru na 220 V. Tento obvod je sestaven na základě tyristoru VTA26-600, který musí být nejprve nainstalován na radiátor, protože tento prvek se při zatížení poměrně hodně zahřívá.

Do hotového okruhu je možné připojit elektromotor, jehož výkon nepřesahuje 4 kW.

Diagram vypadá takto.

Úspěšně se vyrovná s nastavením takového elektrického nářadí, jako je vrtačka, bruska, kotoučová pila, skládačka. V případě potřeby lze okruh použít jako regulátor výkonu pro topná tělesa, ohřívače a jako stmívač. Mezi nevýhody patří nemožnost regulace výkonu zařízení, která jsou napájena stejnosměrným proudem.

Regulátory stejnosměrného napájení

Někdy je potřeba upravit otáčky stejnosměrného komutátorového motoru.

Pokud spotřebitel nemá vysoký výkon, pak je možné zapojit do série proměnný odpor, ale pak účinnost takového regulátoru prudce klesne. Existují obvody, které umožňují regulovat rychlost celkem plynule bez snížení účinnosti. Tento regulátor je vhodný pro změnu jasu různých svítidel, napájecí napětí nepřesahující 12 V. Tento obvod funguje také jako stabilizátor rychlosti; při změně mechanického zatížení hřídele zůstávají otáčky nezměněny.

Tento obvod regulátoru otáček motoru 12V DC je docela vhodný pro regulaci a stabilizaci otáček motorů s proudem nepřesahujícím 5A. Tento obvod obsahuje budič bipolárního tranzistoru a časovač 7555, který zajišťuje stabilní provoz a plynulou rychlost regulace. Cena dílů je poměrně nízká, což je nepochybná výhoda. Regulátor otáček elektromotoru 12V si můžete sestavit i sami.

Asynchronní motor a regulátor otáček

Typicky se tento typ používá v různých průmyslových odvětvích, od dolů po kovodělný průmysl. Například v uhelných dolech se pro plynulý rozběh dopravníkových pásů používá startér APM, který má vestavěné tyristorové zařízení umožňující plynulý rozběh dopravníku. Asynchronní jednofázový motor se používá i v automobilech, ventilátorech kamen, motorech pohánějících stěrače, domácích ventilátorech napájených 220 V. V autě motory pracují na konstantní napětí 12 voltů, ale nezabezpečují plynulý rozběh.

K regulaci otáček asynchronního motoru se používají tzv. frekvenční měniče. Tyto převodníky umožňují radikálně změnit tvar a frekvenci signálu. Takové měniče jsou zpravidla sestaveny na základě výkonných polovodičových tranzistorů a pulzních modulátorů a všechny prvky jsou řízeny regulátorem PWM.

Je důležité si pamatovat: čím hladší je akcelerace motoru, tím menší je přetížení motoru. To platí pro převodovky, dopravníky, výkonná čerpadla, výtahy. Zde je jedno schéma zapojení regulátoru otáček asynchronního motoru 220 V.

Přečtěte si více

Jak naostřit tvrdokovový vrták doma. Pravidla pro ostření tvrdokovových vrtáků | Doma od začátku do konce

Pomocí tohoto obvodu můžete regulovat otáčky motorů, jejichž výkon nepřesahuje 1 tisíc wattů. Při sestavování tohoto obvodu je třeba vzít v úvahu některé nuance:

Typ připojení trojúhelník.
Je vyžadován třífázový můstkový ovladač IR2133.
Mikrokontrolér AT90SPWM3B.
K flashování mikrokontroléru potřebujete programátor.
Výkonné tranzistory IRG4BC30W nebo jejich analogy.
LCD displej jako indikátor.
Spínaný zdroj, který si můžete koupit nebo sestavit sami.

Z důvodu značného zahřívání musí být diodový můstek a výkonové tranzistory namontovány na radiátoru. Pokud plánujete připojit motor s výkonem do 400 W, pak není nutné instalovat teplotní senzor a pro ovládání můžete použít optoizolátor.

Pro zvýšení životnosti různých typů motorů se doporučuje používat regulátory otáček, které řeší velké množství problémů.

Manažeři společnosti zodpoví všechny vaše dotazy, vyberou potřebné vybavení a připraví obchodní nabídku.

Často vyvstává úkol změnit rychlost jednofázového motoru. Podívejme se, jaké metody pro to existují a která z nich je vhodná ve vašem případě.

Jednofázové asynchronní motory jsou napájeny z běžné sítě střídavého napětí 220 V.

Nejběžnější konstrukce takových motorů obsahuje dvě (nebo více) vinutí – pracovní a fázový posuv. Pracovní je napájen přímo a přídavný je napájen přes kondenzátor, který posune fázi o 90 stupňů, čímž vznikne rotující magnetické pole. Proto se takové motory také nazývají dvoufázové nebo kondenzátorové motory.

Je nutné regulovat rychlost otáčení takových motorů, například pro:

změny proudění vzduchu ve ventilačním systému
kontrola výkonu čerpadla
změny rychlosti pohybujících se částí, například u obráběcích strojů, dopravníků

Ve ventilačních systémech to umožňuje šetřit energii, snížit hladinu akustického hluku instalace a nastavit požadovaný výkon.

Způsoby regulace

Nebudeme uvažovat mechanické způsoby změny rychlosti otáčení, například převodovky, spojky, ozubené převody. Nebudeme se také dotýkat způsobu změny počtu pólů vinutí.

Zvažme metody se změnou elektrických parametrů:

změna napájecího napětí motoru
změna frekvence napájecího napětí

Regulace napětí

Regulace rychlosti tímto způsobem je spojena se změnou tzv prokluz motoru — rozdíl mezi rychlostí otáčení magnetického pole vytvářeného stacionárním statorem motoru a jeho pohybujícím se rotorem:

n₁ – rychlost rotace magnetického pole

n₂ — rychlost otáčení rotoru

V tomto případě se nutně uvolňuje kluzná energie – což způsobuje větší zahřívání vinutí motoru.

Tato metoda má malý regulační rozsah, přibližně 2:1, a lze ji také provádět pouze směrem dolů – tedy snížením napájecího napětí.

Při regulaci otáček tímto způsobem je nutné instalovat předimenzované motory.

Ale navzdory tomu se tato metoda používá poměrně často u motorů s nízkým výkonem se zatížením ventilátoru.

V praxi se k tomu používají různé obvody regulátorů.

Regulace napětí autotransformátoru

Autotransformátor je obyčejný transformátor, ale s jedním vinutím a odbočkami z některých závitů. V tomto případě není galvanické oddělení od sítě, ale v tomto případě není potřeba, takže je dosaženo úspor díky absenci sekundárního vinutí.

Přečtěte si více

Jak dostat zápach kočičí moči z matrace: účinné způsoby, jak odstranit a neutralizovat zápach

Diagram ukazuje autotransformátor T1, vypínač SW1, ke kterým přicházejí odbočky s různým napětím, a motor M1.

Nastavení se provádí v krocích, obvykle se nepoužívá více než 5 kroků regulace.

Výhody tohoto schématu:

nezkreslený průběh výstupního napětí (čistá sinusovka)
dobrá přetížitelnost transformátoru

velká hmotnost a rozměry transformátoru (v závislosti na výkonu motoru zátěže)
všechny nevýhody spojené s regulací napětí

Tyristorový regulátor otáček motoru

Tento obvod používá klíče – dva tyristory zapojené zády k sobě (napětí je střídavé, takže každý tyristor prochází vlastní půlvlnou napětí) nebo triak.

Řídicí obvod reguluje okamžik otevření a zavření tyristorů vzhledem k fázovému přechodu přes nulu, podle toho je kus „odříznut“ na začátku nebo méně často na konci napěťové vlny.

Tím se změní efektivní hodnota napětí.

Tento obvod je poměrně široce používán k regulaci aktivních zátěží – žárovek a všech druhů topných zařízení (tzv. stmívače).

Dalším způsobem regulace je přeskakování půlcyklů napěťové vlny, ale při síťové frekvenci 50 Hz to bude na motoru znát – hluk a škubání při provozu.

Pro řízení motorů jsou regulátory upraveny kvůli charakteristikám indukční zátěže:

nainstalujte ochranné obvody LRC pro ochranu vypínače (kondenzátory, rezistory, tlumivky)
přidejte na výstup kondenzátor pro úpravu průběhu napětí
omezit minimální výkon regulace napětí – pro zaručený start motoru
použijte tyristory s proudem několikanásobně vyšším než je proud elektromotoru

Výhody tyristorových regulátorů:

nízké náklady
nízká hmotnost a rozměry

lze použít pro motory s nízkým výkonem
Během provozu se může objevit hluk, praskání a škubání motoru.
při použití triaků je na motor přivedeno konstantní napětí
všechny nevýhody regulace napětí

Stojí za zmínku, že u většiny moderních klimatizací střední a vyšší úrovně se rychlost ventilátoru upravuje tímto způsobem.

Tranzistorový regulátor napětí

Jak sám výrobce nazývá, elektronický autotransformátor neboli PWM regulátor.

Napětí se mění na principu PWM (pulsně šířková modulace) a v koncovém stupni jsou použity tranzistory – polní nebo bipolární s izolovaným hradlem (IGBT).

Výstupní tranzistory jsou spínány na vysoké frekvenci (asi 50 kHz), pokud změníte šířku impulsů a pauz mezi nimi, změní se i výsledné napětí na zátěži. Čím kratší pulz a delší pauza mezi nimi, tím nižší je výsledné napětí a příkon.

U motoru je při frekvenci několika desítek kHz změna šířky impulsu ekvivalentní změně napětí.

Koncový stupeň je stejný jako u frekvenčního měniče, jen pro jednu fázi je místo šesti diodový usměrňovač a dva tranzistory a řídicí obvod mění výstupní napětí.

Výhody elektronického autotransformátoru:

Malé rozměry a hmotnost zařízení
Nízké náklady
Čistý, nezkreslený průběh výstupního proudu
Žádný hukot při nízkých otáčkách
Ovládání signálu 0-10 V

Vzdálenost od zařízení k motoru není větší než 5 metrů (tato nevýhoda odpadá při použití dálkového ovladače)
Všechny nevýhody regulace napětí

Regulace frekvence

Zrovna nedávno (před 10 lety) byl na trhu omezený počet frekvenčních regulátorů pro otáčky motoru a byly poměrně drahé. Důvodem bylo, že neexistovaly levné vysokonapěťové výkonové tranzistory a moduly.

Ale vývoj v oblasti polovodičové elektroniky umožnil přinést na trh výkonové IGBT moduly. V důsledku toho se na trhu masivně objevují invertorové klimatizace, svařovací invertory a frekvenční měniče.

Frekvenční převod je v tuto chvíli hlavním způsobem regulace výkonu, výkonu, rychlosti všech zařízení a mechanismů poháněných elektromotorem.

Frekvenční měniče jsou však určeny pro řízení třífázových elektromotorů.

Jednofázové motory lze ovládat:

specializované jednofázové měniče
třífázové měniče s výjimkou kondenzátoru

Měniče pro jednofázové motory

V současnosti pouze jediný výrobce ohlašuje sériovou výrobu specializovaného měniče pro kondenzátorové motory – INVERTEK DRIVES.

Toto je model Optidrive E2

Pro stabilní startování a provoz motoru se používají speciální algoritmy.

V tomto případě je možné nastavení frekvence směrem nahoru, ale v omezeném frekvenčním rozsahu tomu brání kondenzátor nainstalovaný v obvodu vinutí s fázovým posunem, protože jeho odpor přímo závisí na frekvenci proudu:

f – aktuální frekvence

C – kapacita kondenzátoru

Koncový stupeň používá můstkový obvod se čtyřmi výstupními IGBT tranzistory:

Optidrive E2 umožňuje ovládat motor bez vyjmutí kondenzátoru z obvodu, to znamená bez změny konstrukce motoru – u některých modelů je to docela obtížné.

Výhody specializovaného frekvenčního měniče:

inteligentní řízení motoru
Stabilně stabilní chod motoru
Obrovské možnosti moderních měničů:
- schopnost řídit chod motoru pro udržení určitých charakteristik (tlak vody, průtok vzduchu, rychlost při měnícím se zatížení)
- četné ochrany (motor a samotné zařízení)
- senzorové vstupy (digitální a analogové)
- různé výstupy
- komunikační rozhraní (pro ovládání, monitorování)
- přednastavené rychlosti
- PID regulátor
Nevýhody použití jednofázového měniče:

Typy regulátorů otáček s výkonem: kolektorové a asynchronní motory a možnosti nastavení – Interlavka

Typy motorů a princip činnosti

Konstrukce komutátorového motoru

Typy úprav

Regulátory stejnosměrného napájení

Asynchronní motor a regulátor otáček