Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Как включить трехфазный двигатель в однофазную сеть


Трехфазный двигатель в однофазной сети: 3 схемы

Владелец гаража или частного дома часто нуждается в работе станка либо наждака с асинхронным электродвигателем для обработки металлов, древесины. А в наличии имеется только напряжение 220 вольт.

Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети в этом случае можно выполнить несколькими способами. Здесь я буду рассматривать три доступные и распространенные схемы конденсаторного запуска.

Все они не раз опробованы на личном опыте.

Содержание статьи

Сразу предупреждаю опытных электриков, открывших эту статью: материал подготовлен для начинающих мастеров. Поэтому он объемный. Если нет желания все читать, то вот вам краткие советы:

  • используйте схему треугольник, предварительно проверив исправность двигателя;
  • выбирайте рабочие конденсаторы из расчета 70 микрофарад на 1 киловатт мощности, а пусковые увеличьте в 2-3 раза;
  • в процессе наладки откорректируйте емкости по величине нагрузки и нагреву обмоток;
  • не забывайте соблюдать меры безопасности с электрическим током и инструментом.

Все остальное рекомендую новичкам внимательно прочитать и осмыслить в той последовательности, как я излагаю.

На своем опыте не раз убеждался, что первоначальная проверка технического состояния оборудования позволяет исключить многие ошибки, экономит общее время работы, значительно предотвращает травмы и аварии.

Трехфазный асинхронный двигатель: на что обратить внимание до его подключения

За небольшим исключением асинхронник нам достается в неизвестном состоянии. Очень редко на него есть свидетельство о проверке и заверенная гарантия от электролаборатории.

Даже в этом случае я рекомендую убедиться в его исправности лично.

Механическое состояние статора и ротора: что может мешать работе двигателя

Неподвижный статор состоит из трех частей: среднего корпуса и двух боковых крышек, стянутых шпильками. Обращайте внимание на зазор между ними, усилие стягивания гайками.

Корпус должен быть плотно сжат. Внутри него на подшипниках вращается ротор. Попробуйте покрутить его от руки. Оцените приложенное усилие: как работают подшипники, нет ли биений.

Без должного опыта мелкие дефекты таким способом не выявить, но случай грубого заклинивания сразу проявится. Послушайте шумы: нет ли при вращении задевания ротором элементов статора.

После включения двигателя на холостой ход и непродолжительной работы еще раз послушайте звуки вращающихся частей.

В идеале лучше разобрать статор, оценить визуально его состояние, промыть загрязненные подшипники ротора и полностью заменить их смазку.

Электрические характеристики статорных обмоток: как проверять схему сборки

Все основные параметры электродвигателя производитель указывает на специальной табличке, прикрепленной к корпусу статора.

Этим заводским характеристикам можно верить только в том случае, если вы уверены, что после завода никто из электриков не изменил схему подключения обмоток и не сделал непроизвольных ошибок. А случаи такие мне попадались.

Да и сама табличка со временем может стереться или потеряться. Поэтому предлагаю разобраться с технологией раскрутки ротора.

Для понимания электротехнических процессов, протекающих внутри статора двигателя, удобно представить его в виде обыкновенного тороидального трансформатора, когда на кольцевом сердечнике магнитопроводе симметрично расположены три равнозначные обмотки.

Схема статора собрана внутри закрытого корпуса, из которого выведены только шесть концов обмоток.

Они маркируются и подключаются на закрытом крышкой клеммнике для сборки по схеме звезды или треугольника типовой перестановкой перемычек.

На правой части картинки показана сборка треугольника. Схему расположения перемычек для звезды публикую ниже.

Электрические методики проверки схемы сборки обмоток

Но не все так однозначно, как может показаться на первый взгляд. Существует целый ряд двигателей с отклонением от этих правил.

Например, производитель может выпускать электродвигатели не универсального использования, а для работы в конкретных условиях с подключением обмоток по схеме звезды.

В этом случае он может собрать три конца обмоток внутри корпуса статора, а наружу вывести только четыре провода для подключения к потенциалам фаз и нуля.

Монтаж этих концов обычно выполняется в районе задней крышки. Для переключения обмоток на треугольник потребуется вскрывать корпус и делать дополнительные выводы.

Это не сложная работа. Но она требует бережного обращения с лаковым покрытием медного провода. При изгибах проволоки возможно его повреждение, что повлечет нарушение изоляции и создаст межвитковое замыкание.

После перемонтажа схемы рекомендую дополнительно покрывать внешние слои обмоток лаком, а затем хорошо просушить их до окончательной сборки теплым воздухом.

Что делать, если маркировка выводов отсутствует

На старом асинхронном двигателе провода могут быть сняты с клемм, а заводская маркировка утеряна. Попадались и такие экземпляры, когда из корпуса просто торчали наружу шесть концов. Их необходимо вызвонить и промаркировать.

Работу выполняем в два этапа:

  1. Проверяем принадлежность концов обмоткам.
  2. Определяем и маркируем каждый вывод.

На первом этапе работаем мультиметром или тестером в режиме омметра. Ставим первый щуп произвольно на один вывод, а вторым — ищем из пяти оставшихся проводов тот, где прибор покажет закороченную цепь. Помечаем оба конца, как принадлежащие к одной обмотке.

С оставшимися четырьмя выводами поступаем аналогично. В итоге мы получаем три пары проводов от каждой обмотки.

Как найти конец и начало обмотки: 2 способа

Можно вести поиск с помощью вольтметра:

  1. и батарейки;
  2. или источника пониженного переменного напряжения.

Первый метод основан на том, что импульс тока, поданный на одну из трех обмоток, трансформируется в двух остальных.

Для этого на произвольно выбранный конец К1 подключают минус батарейки, а плюсовым контактом кратковременно касаются второго вывода. По цепи проходит импульсный бросок тока и наводит ЭДС в двух других обмотках.

С помощью вольтметра постоянного тока по отклонению стрелки проверяется полярность наведенного напряжения в каждой обмотке. Началом помечается тот вывод, который соответствует положительному потенциалу (стрелка прибора движется вправо при замыкании и влево при размыкании цепи батарейкой).

После маркировки концов рекомендую сделать контрольную проверку правильности их нанесения подачей импульса на другую обмотку.

Второй способ основан на использовании источника переменного напряжения безопасной величины 12-36 вольт.

Концы двух любых обмоток замыкают в параллель и на них подключают вольтметр. На оставшуюся третью обмотку подают переменное напряжение и смотрят на показание прибора.

Если наведенная ЭДС соответствует поданному напряжению, то эти две обмотки включены в одной полярности. Одинаково помечают их начала и концы. При нулевом показании вольтметра концы одной из обмоток необходимо вывернуть и сделать повторный замер.

Затем одну из промаркированных обмоток, например №3, соединяют с первой и подключают к ним вольтметр. На освободившуюся №2 снова подают переменное напряжение. По величине ЭДС на вольтметре судят о полярности выводов.

После окончания маркировки делают контрольный замер для проверки выполненной работы.

Когда нет под рукой понижающего трансформатора или безопасного блока питания, то опытный электрик с правом самостоятельной работы под напряжением, может воспользоваться обыкновенной лампой накаливания ватт на 60.

Ее используют в качестве делителя напряжения, подключая последовательно к одной обмотке электродвигателя. На собранную цепочку подают 220 вольт, а на двух других измеряют напряжение вольтметром.

Такая проверка опасна. Ею не стоит заниматься необученным людям: можно легко получить электрическую травму.

Как оценить состояние изоляции обмоток

Отдельная часть блогеров умалчивает о необходимости этой проверки. Они считают, что без нее можно обойтись в большинстве случаев.

Однако до включения двигателя под напряжение я рекомендую:

  • взять мегаомметр с выходным напряжением на 1000 вольт;
  • проверить им изоляцию между каждой отдельной обмоткой и корпусом, а также между всеми обмотками;
  • если она выше 0,5 Мом, то считать стартер исправным. В противном случае придется его ремонтировать. Довольно часто помогает просушка сухим и теплым воздухом.

Проверку изоляции электродвигателя мегаомметром необходимо обязательно проводить до его подключения под нагрузку. Однако она не способна выявить повреждения диэлектрического слоя, вызывающие межвитковые замыкания обмотки.

При сборке двигателя каждая катушка статора мотается медным проводом одной длины и сечения. Поэтому все они имеют строго одинаковое резистивное сопротивление.

Если в обмотке возникло межвитковое замыкание, то его, как правило, можно определить замером мультиметра в режиме омметра. Для этого внимательно анализируйте и сравнивайте активные сопротивления каждой цепочки.

Как проверяют магнитное поле статора на заводе

При подаче напряжения на исправный электродвигатель создается вращающееся магнитное поле. Его визуально оценивают с помощью металлического шарика, который повторяет вращение.

Я не призываю вас повторять такой опыт. Пример этот призван помочь понять, что работа асинхронного двигателя основана на взаимодействии магнитных полей статора и ротора.

Только правильное подключение обмоток обеспечивает вращение шарика или ротора.

Мощность электродвигателя и диаметр провода обмотки

Это две взаимосвязанных величины потому, что поперечное сечение проводника выбирается по способности противостоять нагреву от протекающего по нему току.

Чем толще провод, тем большую мощность можно передавать по нему с допустимым нагревом.

Если на двигателе отсутствует табличка, то о его мощности можно судить по двум признакам:

  1. Диаметру провода обмотки.
  2. Габаритам сердечника магнитопровода.

После вскрытия крышки статора проанализируйте их визуально.

Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети по схеме звезды

Начну с предупреждения: даже опытные электрики во время работы допускают ошибки, которые называются «человеческий фактор». Что уж говорить про домашних мастеров…

Поэтому рекомендую в обязательном порядке подачу напряжения на собранную схему выполнять только через отдельный автоматический выключатель SF, правильно подобранный по нагрузке. Он спасет жизнь и здоровье.

Схема подключения звезды показана на картинке.

Концы обмоток собраны в одну точку горизонтальными перемычками внутри клеммной коробки. На нее никакие внешние провода не подключены.

Фаза (через автоматический выключатель) и ноль бытовой проводки подаются на две разные клеммы начал обмоток. К свободной клемме (на рисунке Н2) подключена параллельная цепочка из двух конденсаторов: Cp — рабочий, Сп — пусковой.

Рабочий конденсатор соединен второй обкладкой жестко с фазным проводом, а пусковой — через дополнительный выключатель SA.

При запуске электродвигателя ротор необходимо раскрутить из состояния покоя. Он преодолевает усилия трения подшипников, противодействия среды. На этот период требуется повысить величину магнитного потока статора.

Делается это за счет увеличения тока через дополнительную цепочку пускового конденсатора. После выхода ротора на рабочий режим его нужно отключить. Иначе пусковой ток перегреет обмотку двигателя.

Выполнять отключение цепочки пуска простым переключателем не всегда удобно. Для автоматизации этого процесса используют схемы с реле или пускателями, работающими по времени.

Среди мастеров самодельщиков пользуется популярностью кнопка пуска от советских стиральных машин активаторного типа. У нее встроено два контакта, один из которых после включения отключается автоматически с задержкой: то, что надо в нашем случае.

Если приглядитесь внимательно на принцип подачи однофазного напряжения, то увидите, что 220 вольт приложены к двум последовательно подключенным обмоткам. Их общее электрическое сопротивление складывается, ослабляя величину протекающего тока.

Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети по схеме звезды используется для маломощных устройств, отличается повышенными потерями энергии до 50% от трехфазной системы питания.

Схема треугольник: преимущества и недостатки

Подключение электродвигателя по этому способу предполагает использование той же внешней цепочки, что и у звезды. Фаза, ноль и средняя точка нижних обкладок конденсаторов монтируются последовательно на три перемычки клеммной коробки.

За счет переключения выводов обмоток по схеме треугольника подводимое напряжение 220 создает больший ток в каждой обмотке, чем у звезды. Здесь меньшие потери энергии, выше КПД.

Подключение двигателя по схеме треугольника в однофазной сети позволяет полезно использовать до 70-80% потребляемой мощности.

Для формирования фазосдвигающей цепочки здесь требуется использовать меньшую емкость рабочих и пусковых конденсаторов.

При включении двигатель он может начать вращение не в ту сторону, которая требуется. Нужно сделать ему реверс.

Для этого достаточно в обеих схемах (звезды или треугольника) поменять местами приходящие от сети провода на клеммной колодке. Ток потечет по обмотке в противоположную сторону. Ротор изменит направление вращения.

Как подобрать конденсаторы: 3 важных критерия

Трехфазный двигатель создает вращающееся магнитное поле статора за счет равномерного прохождения синусоид токов по каждой обмотке, разнесенных в пространстве на 120 градусов.

В однофазной сети такой возможности нет. Если подключить одно напряжение на все 3 обмотки сразу, то вращения не будет — магнитные поля уравновесятся. Поэтому на одну часть схемы подают напряжение, как есть, а на другую сдвигают ток по углу вращения конденсаторами.

Сложение двух магнитных полей создает импульс моментов, раскручивающих ротор.

От характеристик конденсаторов (величины емкости и допустимого напряжения) зависит работоспособность создаваемой схемы.

Для маломощных двигателей с легким запуском на холостом ходу в отдельных случаях допустимо обойтись только рабочими конденсаторами. Всем остальным движкам потребуется пусковой блок.

Обращаю внимание на три важных параметра:

  1. емкость;
  2. допустимое рабочее напряжение;
  3. тип конструкции.

Как подобрать конденсаторы по емкости и напряжению

Существуют эмпиреческие формулы, позволяющие выполнять простой расчет по величине номинального тока и напряжения.

Однако люди в формулах часто путаются. Поэтому при контроле расчета рекомендую учесть, что для мощности в 1 киловатт требуется подбирать емкость на 70 микрофарад для рабочей цепочки. Зависимость линейная. Смело ей пользуйтесь.

Доверять всем этим методикам можно и нужно, но теоретические расчеты необходимо проверить на практике. Конкретная конструкция двигателя и прилагаемые нагрузки на него всегда требуют корректировок.

Конденсаторы рассчитываются под максимальное значение тока, допустимого по условиям нагрева провода. При этом расходуется много электроэнергии.

Если же электродвигатель преодолевает нагрузки меньшей величины, то емкость конденсаторов желательно снизить. Делают это опытным путем при наладке, замеряя и сравнивая токи в каждой фазе амперметром.

Чаще всего для пуска асинхронного электродвигателя используют металлобумажные конденсаторы.

Они хорошо работают, но обладают низкими номиналами. При сборке в конденсаторную батарею получается довольно габаритная конструкция, что не всегда удобно даже для стационарного станка.

Сейчас
промышленностью выпускаются малогабаритны электролитические конденсаторы, приспособленные для работы с электродвигателями на переменном токе.

Их внутреннее устройство изоляционных материалов приспособлено для работы под разным напряжением. Для рабочей цепочки оно составляет не менее 450 вольт.

У пусковой схемы с условиями кратковременного включения под нагрузку оно уменьшено до 330 за счет снижения толщины диэлектрического слоя. Эти конденсаторы меньше по габаритам.

Это важное условие следует хорошо понимать и применять на практике. Иначе конденсаторы на 330 вольт взорвутся при длительной работе.

Скорее всего для конкретного двигателя одним конденсатором не отделаться. Потребуется собирать батарею, используя последовательное и параллельное соединение их.

При параллельном подключении общая емкость суммируется, а напряжение не меняется.

Последовательное соединение конденсаторов уменьшает общую емкость и делит приложенное напряжение на части между ними.

Какие типы конденсаторов можно использовать

Номинальное напряжение сети 220 вольт — это действующая величина. Ее амплитудное значение составляет 310 вольт. Поэтому минимальный предел для кратковременной работы при запуске выбран 330 V.

Запас напряжения до 450 V для рабочих конденсаторов учитывает броски и импульсы, которые создаются в сети. Занижать его нельзя, а использование емкостей с большим резервом значительно увеличивает габариты батареи, что нерационально.

Для фазосдвигающей цепочки допустимо использовать полярные электролитические конденсаторы, которые созданы для протекания тока только в одну сторону. Схема их включения должна содержать токоограничивающий резистор в несколько Ом.

Без его использования они быстро выходят из строя.

Перед установкой любого конденсатора необходимо проверить его реальную емкость мультиметром, а не полагаться на заводскую маркировку. Особенно это актуально для электролитов: они зачастую преждевременно высыхают.

Схема сдвига фаз токов конденсаторами и дросселем: что мне не понравилось

Это третья обещанная в заголовке конструкция, которую я реализовал два десятка лет назад, проверил в работе, а потом забросил. Она позволяет использовать до 90% трехфазной мощности двигателя, но обладает недостатками. О них позже.

Собирал я преобразователь трехфазного напряжения на мощность 1 киловатт.

В его состав входят:

  • дроссель с индуктивным сопротивлением на 140 Ом;
  • конденсаторная батарея на 80 и 40 микрофарад;
  • регулируемый реостат на 140 Ом с мощностью 1000 ватт.

Одна фаза работает обычным способом. Вторая с конденсатором сдвигает ток вперед на 90 градусов по ходу вращения электромагнитного поля, а третья с дросселем формирует его отставание на такой же угол.

В создании фазосдвигающего магнитного момента участвуют токи всех трех фаз статора.

Корпус дросселя пришлось собирать механической конструкцией из дерева на пружинах с резьбовой настройкой воздушного зазора для наладки его характеристик.

Конструкция реостата — это вообще «жесть». Сейчас его можно собрать из мощных сопротивлений, купленных в Китае.

Мне даже приходила мысль использовать водяной реостат.

Но я от нее отказался: уж слишком опасная конструкция. Просто намотал на асбестовой трубе толстую стальную проволоку для проведения эксперимента, положил ее на кирпичи.

Когда запустил двигатель циркулярной пилы, то он работал нормально, выдерживал приложенные нагрузки, нормально распиливал довольно толстые колодки.

Все бы хорошо, но счетчик намотал двойную норму: этот преобразователь берет такую же мощность на себя, как и двигатель. Дроссель и проволока неплохо нагрелись.

Из-за высокого потребления электроэнергии, низкой безопасности, сложной конструкции я не рекомендую такой преобразователь.

Меры безопасности при подключении трехфазного двигателя: напоминание

Сначала я повторюсь с рекомендацией использовать все подключения только через отдельный автоматический выключатель. Это очень важно.

Работы по наладке схемы под напряжением должны выполнять обученные люди. Знание ТБ — обязательное условие.

Использование разделительного трансформатора значительно сокращает риск попасть под действие тока. Поэтому используйте его при любых наладочных работах под напряжением.

Специальный инструмент электрика с диэлектрическими рукоятками не только облегчает работу, но и сохраняет здоровье. Не пренебрегайте им!

В заключение рекомендую посмотреть полезное видео владельца Сергея Герасимчука по подключению трехфазного двигателя к однофазной сети.

Если остались вопросы или заметили неточности, то воспользуйтесь разделом комментариев.

Однофазная электроэнергия - Wikipedia

Тип распределения электроэнергии

Однофазный понижающий трансформатор в Канаде. Одна фаза питания (фаза-нейтраль) от коммунального предприятия преобразуется для потребителей в разделенную фазу.

В электротехнике, однофазная электроэнергия - это распределение электроэнергии переменного тока с использованием системы, в которой все напряжения питания изменяются в унисон. Однофазное распределение используется, когда нагрузка в основном освещается и нагревается, с небольшим количеством больших электродвигателей.Однофазный источник питания, подключенный к электродвигателю переменного тока, не создает вращающегося магнитного поля; однофазные двигатели нуждаются в дополнительных цепях для запуска (пусковой двигатель с конденсатором), и такие двигатели имеют мощность более 10 кВт.

Поскольку напряжение однофазной системы достигает пикового значения дважды в каждом цикле, мгновенная мощность не постоянна. [1]

Однофазная нагрузка может питаться от трехфазного распределительного трансформатора двумя способами: через соединение между одной фазой и нейтралью или через соединение между двумя фазами.Эти два дают разные напряжения от данного источника. Например, в трехфазной системе 120/208, которая является обычной в Северной Америке, межфазное напряжение составляет 120 вольт, а межфазное напряжение составляет 208 вольт. Это позволяет подключать однофазное освещение между фазой и нейтралью, а трехфазные двигатели подключать ко всем трем фазам. Это исключает необходимость в отдельном однофазном трансформаторе.

Стандартные частоты однофазных энергосистем 50 или 60 Гц.Специальные однофазные тяговые электрические сети могут работать на частоте 16,67 Гц или других частотах для питания электрических железных дорог. [2]

Разделение [править]

Однофазный обычно делится пополам на распределительном трансформаторе на вторичной обмотке для создания разделенной фазы электроэнергии для бытовых приборов и освещения. [2]

приложений [править]

В Северной Америке отдельные жилые дома и небольшие коммерческие здания со службами до 100 кВА (417 ампер при 240 вольт) обычно имеют трехпроводное однофазное распределение, особенно в сельских районах, где моторные нагрузки невелики и необычны.В сельской местности, где нет трехфазного питания, фермеры или домашние хозяйства, которые хотят использовать трехфазные двигатели, могут установить фазовый преобразователь. Более крупные потребители, такие как крупные здания, торговые центры, фабрики, офисные блоки и многоквартирные жилые дома, будут иметь трехфазное обслуживание. В густонаселенных районах городов распределение электроэнергии в сети используется многими потребителями, а многие трансформаторы питания подключены для обеспечения сотен или тысяч кВА, нагрузка сосредоточена на нескольких сотнях квадратных метров.

Мощные системы, скажем, сотни кВА или больше, почти всегда трехфазные. Наибольшая мощность, обычно доступная как однофазная, варьируется в соответствии со стандартами электроснабжения. В Соединенном Королевстве однофазное электроснабжение домохозяйства может быть рассчитано на 100 А или даже 125 А, что означает, что нет необходимости в трехфазном питании в домашних условиях или в небольших коммерческих условиях. Значительная часть остальной части Европы традиционно имела гораздо меньшие ограничения на размер однофазных источников, в результате чего даже дома снабжались трехфазными (в городских районах с трехфазными сетями питания).

Если отопительное оборудование, предназначенное для системы на 240 вольт, подключено к двум фазам источника питания на 208 вольт, оно будет производить только 75% от своего номинального эффекта нагрева. [требуется цитирования ] Однофазные двигатели могут иметь отводы, чтобы их можно было использовать как на напряжении 208, так и на 240 вольт.

Однофазное питание может использоваться для электрических железных дорог; Крупнейший однофазный генератор в мире на АЭС Неккарвестхайм поставил систему железных дорог по выделенной сети тяговых электростанций.

Заземление [править]

Как правило, третий проводник, называемый заземлением (или «защитным заземлением») (США) или защитным заземлением (Великобритания, Европа, МЭК), используется в качестве защиты от поражения электрическим током и обычно проводит значительный ток только при наличии неисправность цепи [2] Используются несколько различных систем заземления. В некоторых экстремальных сельских районах используется однопроводное распределение заземления.

См. Также [править]

Список литературы [править]

,

Три способа управления однофазным асинхронным двигателем

Каждый день инженеры разрабатывают продукты, в которых используются однофазные асинхронные двигатели. Регулирование скорости однофазных асинхронных двигателей является желательным в большинстве приложений управления двигателем, поскольку оно не только обеспечивает переменную скорость, но также снижает потребление энергии и слышимый шум.

Большинство однофазных асинхронных двигателей являются однонаправленными, что означает, что они предназначены для вращения в одном направлении.Либо добавив дополнительные обмотки, внешние реле и переключатели, либо добавив зубчатые механизмы, можно изменить направление вращения. Используя микроконтроллерные системы управления, можно добавить изменение скорости в систему. В дополнение к опции изменения скорости, направление вращения также может быть изменено в зависимости от используемых алгоритмов управления двигателем.

Двигатели с постоянным разделенным конденсатором (PSC) являются наиболее популярным типом однофазных асинхронных двигателей. В этой статье будут обсуждаться различные методы и топологии привода для управления скоростью двигателя PSC в одном и двух направлениях.

Интерфейс микроконтроллера

Микроконтроллер является мозгом системы. Часто контроллеры, используемые для управления двигателем, имеют специализированные периферийные устройства, такие как ШИМ управления двигателем, высокоскоростные аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и диагностические выводы. PIC18F2431 и dsPIC30F2010 от Microchip оба имеют эти встроенные функции.

Наличие доступа к специализированной микроконтроллерной периферии облегчает реализацию алгоритмов управления.

Каналы АЦП

используются для измерения тока двигателя, температуры двигателя и температуры радиатора (подключенных к выключателям питания). Третий канал АЦП используется для считывания уровней потенциометра, который затем используется для установки скорости двигателя. Дополнительные каналы АЦП могут использоваться в конечном приложении для считывания различных датчиков, таких как датчик приближения, датчики мутности, уровень воды, температура морозильной камеры и т. Д.

Входы и выходы общего назначения (входы / выходы) могут использоваться для сопряжения переключает и отображает в приложении.Например, в холодильной установке эти универсальные входы / выходы могут использоваться для управления ЖК-дисплеем, семисегментным светодиодным дисплеем, кнопочным интерфейсом и т. Д. Каналы связи, такие как I2C (TM) или SPI ( TM) используются для соединения платы управления двигателем с другой платой для обмена данными.

Интерфейсы неисправностей и диагностики включают входные линии со специальными функциями, такими как возможность отключения ШИМ в случае катастрофических неисправностей в системе. Например, в посудомоечной машине, если привод заблокирован из-за скопившихся отходов, это может помешать вращению двигателя.Эта блокировка может быть обнаружена в виде перегрузки по току в системе управления двигателем. Используя функции диагностики, эти типы неисправностей могут быть зарегистрированы и / или отображены, или переданы на ПК для устранения неисправностей обслуживающего персонала. Зачастую это предотвращает серьезные сбои и сокращает время простоя продукта, что приводит к снижению затрат на обслуживание.

Аппаратный интерфейс для PIC 18F2431 или dsPIC30F2010.

ШИМ являются основными периферийными устройствами, используемыми для управления двигателем. Используя вышеуказанные входы, алгоритм управления двигателем микроконтроллера определяет рабочий цикл ШИМ и схему выхода. Наиболее ценные функции ШИМ включают дополнительные каналы с программируемым временем простоя. ШИМ могут быть выровнены по краям или по центру. Выровненные по центру ШИМ имеют преимущество в том, что продукт излучает электромагнитные помехи.

Вариант № 1: однонаправленный контроль

Управление

VF в одном направлении делает топологию привода и алгоритм управления относительно простыми.Задача состоит в том, чтобы генерировать источник питания переменного напряжения и частоты из источника питания с фиксированным напряжением и частотой (такого как источник питания от настенной розетки). На рисунке на стр. 85 показано структурное представление этой топологии привода с тремя основными разделами сборки, которые обсуждались ранее. Обмотки двигателя подключены к центру каждого полумоста в секции выходного инвертора. Многие имеющиеся в продаже двигатели имеют как главную, так и пусковую обмотки, соединенные вместе с конденсатором, соединенным последовательно с пусковой обмоткой.При такой конфигурации двигатель может иметь только два выступающих провода (M1 и M2).

MCU, показанный на блок-схеме, имеет модуль PWM Power Control (PCPWM), который способен выводить до трех пар ШИМ с мертвой зоной между парами. Зона нечувствительности необходима в приложении управления асинхронным двигателем, чтобы избежать перекрестной проводимости шины постоянного тока через выключатели питания, когда один выключается, а другой включается. Диагностическая схема может включать в себя контроль тока двигателя, контроль напряжения шины постоянного тока и контроль температуры на радиаторе, подключенном к выключателям питания и двигателю.

Блок-схема топологии привода с тремя основными строительными секциями. При такой конфигурации двигатель может иметь только два выступающих провода (M1 и M2). Показанный MCU имеет модуль ШИМ, который способен выводить до трех пар ШИМ с мертвой зоной между парами.
Двунаправленный контроль с использованием H-моста.

Двунаправленный контроль

Большинство двигателей PSC предназначены для работы в одном направлении. Тем не менее, многие приложения требуют двунаправленного вращения двигателя. Исторически зубчатые механизмы или внешние реле и переключатели использовались для достижения двунаправленного вращения. При использовании механических передач вал двигателя вращается в одном направлении, а шестерни для прямого и обратного хода включаются и выключаются в соответствии с требуемым направлением. С помощью реле и переключателей полярность пусковой обмотки электрически меняется в зависимости от требуемого направления.

К сожалению, все эти компоненты увеличивают стоимость системы для базового управления ВКЛ и ВЫКЛ в двух направлениях.

В этом разделе мы обсудим два метода двунаправленного управления скоростью для двигателей PSC с использованием привода на основе микроконтроллера. Топологии привода, обсуждаемые здесь, создают эффективные напряжения, которые приводят в движение главную обмотку и начинают намотку при фазовых сдвигах на 90 градусов друг к другу. Это позволяет разработчику системы постоянно удалять конденсатор, последовательно включенный в пусковую обмотку, из цепи, что снижает общую стоимость системы.

Вариант № 2: H-Bridge Inverter

Этот метод имеет удвоитель напряжения на входной стороне; на выходной стороне используется H-мост или двухфазный инвертор (см. рисунок выше). Один конец главной и пусковой обмоток соединен с каждой полумостом; другие концы соединены вместе в нейтральной точке источника питания переменного тока, которая также служит центральной точкой удвоителя напряжения.

Для схемы управления требуется четыре ШИМ с двумя комплементарными парами и достаточной зоной нечувствительности между комплементарными выходами.PWM0-PWM1 и PWM2-PWM3 являются парами ШИМ с мертвой зоной. Используя ШИМ, шина постоянного тока синтезируется, чтобы обеспечить два синусоидальных напряжения при 90 градусах в противофазе с переменной амплитудой и переменной частотой, согласно профилю VF. Если напряжение, подаваемое на главную обмотку, отстает от пусковой обмотки на 90 градусов, то двигатель вращается в прямом направлении. Чтобы изменить направление вращения, напряжение, подаваемое на главную обмотку, должно привести к напряжению, подаваемому на пусковую обмотку.

Фазовые напряжения, когда двигатель работает в прямом и обратном направлении.

Этот инверторный способ управления двигателем типа PSC имеет следующие недостатки.

Основные и пусковые обмотки имеют разные электрические характеристики. Таким образом, ток, протекающий через каждый переключатель, не сбалансирован. Это может привести к преждевременному выходу из строя переключающих устройств в преобразователе.

Общая точка обмоток напрямую связана с нейтральным источником питания. Это может увеличить переключающие сигналы, проникающие в основной источник питания, и может увеличить шум, излучаемый на линию.В свою очередь, это может ограничивать уровень электромагнитных помех изделия, нарушая определенные цели и нормы проектирования.

Эффективное обрабатываемое напряжение постоянного тока является относительно высоким из-за цепи удвоителя входного напряжения.

Наконец, стоимость самой цепи удвоения напряжения высока из-за двух больших конденсаторов мощности.

Лучшим решением для минимизации этих проблем было бы использование трехфазного инверторного моста, как описано в следующем разделе.

Вариант № 3: Использование трехфазного инверторного моста

Входная секция заменена стандартным диодно-мостовым выпрямителем.Выходная секция имеет трехфазный инверторный мост. Основным отличием от предыдущей схемы является метод, используемый для подключения обмоток двигателя к инвертору. Один конец главной и стартовой обмоток соединен с одним полумостом каждая. Другие концы связаны между собой и соединены с третьей половинкой моста.

Управление с использованием трехфазного инверторного моста.

Благодаря этой топологии привода управление становится более эффективным.Однако алгоритм управления становится более сложным. Напряжения обмоток, Va, Vb и Vc, должны контролироваться для достижения разности фаз между эффективными напряжениями на основной и пусковой обмотках, чтобы иметь фазовый сдвиг на 90 градусов друг к другу.

Чтобы иметь равные уровни напряжения-напряжения на всех устройствах, что улучшает использование устройства и обеспечивает максимально возможное выходное напряжение для данного напряжения шины постоянного тока, все три напряжения фазы инвертора поддерживаются на одной амплитуде, как указано в :

| Ва | = | Vb | = | Vc |

Эффективное напряжение на главной и пусковой обмотках определяется следующим образом:

Vmain = Va-Vc

Vstart = Vb-Vc

Направление вращения можно легко контролировать с помощью фазового угла Vc относительно Va и Vb ,

На рисунках на странице 87 показаны фазные напряжения Va, Vb и Vc, действующие напряжения на основной обмотке (Vmain) и пусковой обмотке (Vstart) для прямого и обратного направлений соответственно.

Использование метода управления трехфазным инвертором на компрессоре мощностью 300 Вт позволило сэкономить 30% энергии по сравнению с первыми двумя методами.

Микроконтроллер Необходимые ресурсы
Ресурс Однонаправленный двунаправленный Н-мост Двунаправленный с трехфазным мостом Примечания
Программная память 1.5 Кбайт 2,0 Кбайт 2,5 Кбайт -
Память данных ~ 20 байт ~ 25 байт ~ 25 байт -
ШИМ-каналы 2 канала 2 канала 3 канала дополняет время простоя
Таймер 1 1 1 8- или 16-битный
Аналого-цифровой преобразователь 3-4 канала 3-4 канала 3-4 канала Ток двигателя, измерения температуры, потенциометр управления скоростью
Цифровые входы / выходы от 3 до 4 от 3 до 4 от 3 до 4 Для пользовательских интерфейсов, таких как переключатели и дисплеи
Ввод ошибок 1 или 2 1 или 2 1 или 2 для перенапряжения / перенапряжения / перегрузки и т. Д.
Сложность алгоритма управления Низкий Средний Высокий -
Сравнение стоимости
Однонаправленный двунаправленный с H-мостом Двунаправленный с трехфазным мостом
Секция входного преобразователя Low - Однофазный диодный мостовой выпрямитель High - из-за цепи удвоителя напряжения Low - Однофазный диодный мостовой выпрямитель
Выход инверторной секции Низкий - Два полумоста Средний - Два полумоста.Силовые выключатели рассчитаны на более высокое напряжение High - трехфазный инвертор. Использование интегрированных силовых модулей (IPM) - лучший выбор, чем дискретные компоненты
Мотор Средний - Требуется пусковой конденсатор Low - Пусковой конденсатор снят с двигателя Low - Пусковой конденсатор снят с двигателя
Время разработки короткие Средний класс длинный
Общая стоимость Низкий Средний Средний - Эффективное управление по заданной стоимости

Другое преимущество использования метода трехфазного управления заключается в том, что для управления трехфазным асинхронным двигателем может использоваться одна и та же топология привода.В этом сценарии микроконтроллер должен быть перепрограммирован на выходные синусоидальные напряжения с фазовым сдвигом 120 градусов друг к другу, что приводит в действие трехфазный асинхронный двигатель. Это сокращает время разработки.

Однофазные асинхронные двигатели очень популярны в бытовых приборах, а также в промышленных и бытовых применениях. PSC являются наиболее популярным типом однофазных асинхронных двигателей. Управление скоростью двигателя имеет много преимуществ, таких как энергоэффективность, снижение уровня шума и лучший контроль над приложением.В этой статье мы обсудили различные методы управления скоростью, которые могут использоваться с двигателем PSC в однонаправленном и двунаправленном режиме. Управление двигателем PSC с использованием топологии трехфазного инвертора обеспечивает наилучшие результаты.


Фазовое напряжение, когда двигатель работает в прямом и обратном направлениях.
.

Однофазный асинхронный двигатель

Дмитрий Левкин

Однофазный асинхронный электродвигатель представляет собой асинхронный электродвигатель, который работает от однофазной сети переменного тока без использования преобразователя частоты и который в базовом режиме работы (после запуска) использует только одну обмотку (фазу). статора.

Сплитфазный двигатель - это однофазный асинхронный двигатель, имеющий вспомогательную (пусковую) обмотку на статоре, смещенную от основной, и короткозамкнутый ротор [2].

Конструкция однофазного асинхронного двигателя с вспомогательной или пусковой обмоткой

Основными компонентами любого электродвигателя являются ротор и статор. Ротор является вращающейся частью электродвигателя, статор является неподвижной частью электродвигателя, с помощью которого создается магнитное поле для вращения ротора. Construction of a single-phase motor

Основные части однофазного асинхронного двигателя: ротор и статор

Статор имеет две обмотки, расположенные под углом 90 ° относительно друг друга.Основная (рабочая) обмотка обычно занимает 2/3 пазов сердечника статора, другая обмотка называется вспомогательной (пусковой) и обычно занимает 1/3 пазов статора.

Двигатель фактически двухфазный, но поскольку после запуска работает только одна обмотка, электродвигатель называется однофазным.

Ротор типа обычно представляет собой короткозамкнутую обмотку, также называемую «короткозамкнутой клеткой» из-за сходства. Чьи медные или алюминиевые стержни закрыты кольцами на концах, а пространство между стержнями часто заполнено алюминиевым сплавом.Ротор однофазного двигателя также может быть выполнен в виде полого немагнитного или полого ферромагнитного цилиндра.

Windings of single-phase motor

Однофазный асинхронный двигатель со вспомогательной обмоткой имеет две обмотки, расположенные перпендикулярно друг другу

Принцип работы однофазного асинхронного двигателя

Чтобы лучше понять работу однофазного асинхронного двигателя, давайте рассмотрим его только с одним витком в главной и вспомогательной обмотках.

Induction motor windings

Анализ корпуса с двумя обмотками, имеющими один оборот

Рассмотрим случай, когда ток не течет во вспомогательной обмотке.При включении основной обмотки статора переменный ток, проходящий через обмотку, создает пульсирующее магнитное поле, стационарное в пространстве, но колеблющееся от + Ф макс. до -Ф макс. .

Старт

Стоп

Pulsating magnetic field

Колеблющееся магнитное поле

Если вы поместите короткозамкнутый ротор с начальным вращением в флуктуирующее магнитное поле, он продолжит вращаться в том же направлении.

Чтобы понять принцип работы однофазного асинхронного двигателя, мы разделяем флуктуирующее магнитное поле на два одинаковых вращающихся поля, имеющих амплитуду, равную Ф макс. /2 и вращающихся в противоположных направлениях с той же частотой:

,

  • где n f - скорость вращения магнитного поля в прямом направлении, об / мин,
  • n r - скорость вращения магнитного поля в обратном направлении, об / мин,
  • f 1 - частота тока статора, Гц,
  • - число пар полюсов,
  • n 1 - скорость вращения магнитного потока, об / мин

Старт

Стоп

The decomposition of the fluctuating magnetic field

Разложение флуктуирующего магнитного потока на два вращающихся

Действие флуктуирующего поля на вращающийся ротор

Рассмотрим случай, когда ротор в флуктуирующем магнитном потоке имеет начальное вращение.Например, мы вручную вращали вал однофазного двигателя, одна обмотка которого подключена к электросети переменного тока. В этом случае при определенных условиях двигатель будет продолжать развивать крутящий момент, поскольку скольжение ротора относительно прямого и обратного магнитного потока будет неравным.

Предположим, что прямой магнитный поток Ф f вращается в направлении вращения ротора, а обратный магнитный поток Ф r в противоположном направлении. Поскольку скорость вращения ротора n 2 меньше скорости вращения магнитного потока n 1 , то скольжение ротора относительно потока Ф f будет:

,

  • где s f - скольжение ротора относительно прямого магнитного потока,
  • n 2 - частота вращения ротора,
  • с асинхронным двигателем скольжения
Single-phase motor magnetic field

Прямой и обратный вращающийся магнитный поток вместо флуктуирующего магнитного потока

Магнитный поток Ф r вращается против вращения ротора, скорость вращения ротора n 2 относительно этого потока отрицательна, а скольжение ротора относительно Ф r

,

  • , где s r - скольжение ротора относительно обратного магнитного потока

Старт

Magnetic field penetrating the rotor

Стоп

Rotating magnetic field

Вращающееся магнитное поле, пронизывающее ротор

The current of induction motor rotor

Ток, индуцированный в роторе переменным магнитным полем

Согласно закону электромагнитной индукции, магнитные потоки прямого Ф f и обратного Ф r , генерируемые обмоткой статора, индуцируют ЭДС в обмотке ротора, которая, соответственно, в короткозамкнутом роторе генерирует токи I 2f. а я .Частота тока в роторе пропорциональна скольжению, поэтому:

,

  • где f 2f - частота тока I 2f , индуцированного прямым магнитным потоком, Гц

,

  • где f 2r - частота тока I 2r , индуцированного обратным магнитным потоком, Гц

Таким образом, когда ротор вращается, электрический ток I 2r , индуцированный обратным магнитным полем в обмотке ротора, имеет частоту f 2r , намного превышающую частоту f 2f тока ротора I 2f индуцируется передним полем.

Пример: для однофазного асинхронного двигателя, работающего от сети с частотой f 1 = 50 Гц при n 1 = 1500 и n 2 = 1440 об / мин,

скольжения ротора относительно прямой магнитный поток s f = 0,04;
частота тока, индуцированного прямым магнитным потоком f 2f = 2 Гц;
проскальзывание ротора относительно обратного магнитного потока а с р = 1,96;
частота тока, индуцированного обратным магнитным потоком f 2r = 98 Гц

Magnetic torque acting on the rotor

Согласно закону Ампера, крутящий момент возникает в результате взаимодействия электрического тока I 2f с магнитным полем F f

,

  • где M f - магнитный момент, создаваемый прямым магнитным потоком, Н, м,
  • с М - постоянный коэффициент, определяемый конструкцией двигателя

Электрический ток I 2r , взаимодействуя с магнитным полем Ф r , создает тормозной момент M r , направленный против вращения ротора, то есть в противоположность моменту M f :

,

  • , где M r - магнитный момент, создаваемый обратным магнитным потоком, Н 900 м

Результирующий крутящий момент, действующий на ротор однофазного асинхронного двигателя,

,

Примечание: В связи с тем, что во вращающемся роторе прямое и обратное магнитное поле будет индуцировать ток различной частоты, крутящие моменты, действующие на ротор в разных направлениях, не будут одинаковыми.Следовательно, ротор будет продолжать вращаться в колеблющемся магнитном поле в направлении, в котором он имел начальное вращение.

Эффект торможения обратного поля

Когда однофазный двигатель работает в пределах номинальной нагрузки, то есть при малых значениях скольжения s = s f , крутящий момент создается в основном за счет крутящего момента M f . Эффект торможения от крутящего момента обратного поля M r незначительный. Это связано с тем, что частота f 2r значительно выше частоты f 2f , поэтому индуктивное сопротивление обмотки ротора а х 2r = x 2 с r к току У меня намного больше, чем у него активное сопротивление.Поэтому ток I 2r , имеющий большую индуктивную составляющую, оказывает сильное размагничивающее действие на обратный магнитный поток Ф r , значительно ослабляя его.

,

  • где r 2 - сопротивление стержней ротора, Ом,
  • x 2r - реактивное сопротивление стержней ротора, Ом.

Если учесть, что коэффициент мощности мал, то станет понятно, почему M r под нагрузкой двигателя не оказывает существенного тормозного воздействия на ротор однофазного двигателя.

Torques acting on the fixed rotor

При одной фазе ротор не может быть запущен.

Torques acting on the rotating rotor

Ротор с начальным вращением будет продолжать вращаться в поле, создаваемом однофазным статором

Действие флуктуирующего поля на неподвижный ротор

При неподвижном роторе (n 2 = 0) скольжение s f = s r = 1 и M f = M r , поэтому начальный пусковой момент однофазного асинхронного двигателя M f = 0.Чтобы создать пусковой момент, необходимо привести ротор во вращение в ту или иную сторону. Тогда s ≠ 1, равенство моментов М f и М r нарушается, и результирующий электромагнитный момент приобретает некоторое значение M = M f - M r ≠ 0.

Запуск однофазного асинхронного двигателя. Как создать начальный поворот?

Одним из способов создания пускового крутящего момента в однофазном асинхронном двигателе является расположение вспомогательной (пусковой) обмотки B, которая смещена в пространстве относительно главной (рабочей) обмотки A под углом 90 электрических градусов.Для того чтобы обмотки статора создавали вращающееся магнитное поле, токи I A и I B в обмотках должны быть не в фазе относительно друг друга. Для получения фазового сдвига между токами I A и I B вспомогательная (пусковая) обмотка B соединяется с фазосдвигающим элементом, который представляет собой сопротивление (резистор), индуктивность (дроссель) или емкость (конденсатор). [1].

После того, как ротор двигателя ускоряется до скорости вращения, близкой к постоянной, пусковая обмотка B отключается.Вспомогательная обмотка отключается либо автоматически с помощью центробежного переключателя, реле задержки времени, тока или дифференциального реле, либо вручную с помощью кнопки.

Таким образом, во время запуска однофазный асинхронный двигатель работает как двухфазный, а после запуска - как однофазный.

Подключение однофазного асинхронного двигателя

Сопротивление пуска асинхронного двигателя

Сопротивление пуска Асинхронный двигатель представляет собой двухфазный двигатель, в котором цепь вспомогательной обмотки отличается повышенным сопротивлением.

Wiring diagram of a single-phase motor with starting resistance

Омический фазовый сдвиг, бифилярная пусковая обмотка

Single phase motor with different winding resistance

Различное сопротивление и индуктивность обмоток

Для запуска однофазного асинхронного двигателя вы можете использовать пусковой резистор, который последовательно подключен к пусковой обмотке. В этом случае можно добиться сдвига фаз на 30 ° между токами главной и вспомогательной обмоток, чего вполне достаточно для запуска двигателя.В двигателе с пусковым сопротивлением разность фаз объясняется различным комплексным сопротивлением цепей.

Кроме того, фазовый сдвиг можно создать с помощью пусковой обмотки с меньшей индуктивностью и большим сопротивлением. Для этого пусковая обмотка выполняется с меньшим числом витков и с использованием более тонкой проволоки, чем в основной обмотке.

Конденсаторный пуск асинхронного двигателя

Конденсаторный запуск Асинхронный двигатель представляет собой двухфазный двигатель, в котором цепь вспомогательной обмотки с конденсатором включается только на время пуска.

Wiring diagram of a single-phase motor with starting capacitor

Емкостный фазовый сдвиг с пусковым конденсатором

Для достижения максимального пускового крутящего момента требуется создать круговое вращающееся магнитное поле, для этого необходимо, чтобы токи в основной и вспомогательной обмотках были смещены относительно друг друга на 90 °. Использование резистора или дросселя в качестве элемента, сдвигающего фазу, не обеспечивает требуемого сдвига фаз. Только включение конденсатора определенной емкости позволяет сдвиг фазы на 90 °.

Среди фазосдвигающих элементов только конденсатор позволяет достичь наилучших пусковых свойств однофазного асинхронного электродвигателя.

Двигатели, в цепи которых постоянно включенный конденсатор, используют две фазы для работы и называются конденсаторными. Принцип работы этих двигателей основан на использовании вращающегося магнитного поля.

Асинхронный двигатель с заштрихованными полюсами представляет собой двухфазный двигатель, в котором вспомогательная обмотка замкнута накоротко.

Статор однофазного асинхронного двигателя с заштрихованными полюсами обычно имеет выступающие полюса. Каждый полюс статора разделен на две неравные секции осевой канавкой. Меньшая часть полюса имеет короткозамкнутый виток. Ротор однофазного двигателя с заштрихованными полюсами закорочен в виде короткозамкнутого сепаратора.

Когда однофазная обмотка статора включена в электрическую сеть, в магнитной цепи двигателя создается флуктуирующий магнитный поток.Одна часть которого проходит через незатененный Ф ', а другая Ф "вдоль затененного участка полюса. Поток Ф" индуцирует ЭДС E k в короткозамкнутом витке, в результате чего ток I k отстает от E В фазе к из-за индуктивности катушки. Ток I к создает магнитный поток Ф к , направленный противоположно Ф ", создавая результирующий поток в затененном участке полюса Ф с = Ф" + Ф к . Таким образом, в двигателе потоки затененных и незатененных участков полюса смещаются во времени на определенный угол.

Пространственные и временные углы сдвига между потоками Ф с и Ф 'создают условия для появления вращающегося эллиптического магнитного поля в двигателе, начиная с Ф с ≠ Ф'.

Пусковые и рабочие свойства рассматриваемого двигателя низкие. КПД намного ниже, чем у асинхронных двигателей с пусковым конденсатором той же мощности, что связано со значительными электрическими потерями в короткозамкнутой катушке.

Single-phase induction motor with asymmetrical stator

Статор такого однофазного двигателя выполнен с выступающими полюсами на несимметричном многослойном сердечнике.Ротор имеет короткозамкнутую обмотку.

Этот двигатель для работы не требует использования фазосдвигающих элементов. Недостатком этого мотора является низкий КПД.

Также прочитайте

.

Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020
Карта сайта, XML.