Регулятор оборотов электродвигателя: назначение, принцип работы

В  большинстве современных бытовых и промышленных приборов применяются электрические машины, совершающие какую-либо полезную работу. В качестве рабочего инструмента в них могут выступать самые разнообразные приспособления, которые необходимо вращать с различной скоростью. Для изменения этого параметра используется регулятор оборотов электродвигателя.

Назначение

Технически регулятор оборотов электродвигателя предназначен для изменения количества вращения вала за единицу времени. На этапе разгона корректировка частоты обеспечивает более плавную процедуру, меньшие токи и т.д. В некоторых технологических процессах необходимо регулятор оборотов снижает скорость движения оборудования, изменение подачи или нагнетания сырья и т.д.

Однако на практике данная опция может преследовать и другие цели:

  • Экономия затрат электроэнергии – позволяет снизить потери в моменты пуска и остановки вращений мотора, переключения скоростей или регулировки тяговых характеристик. Особенно актуально для часто запускаемых электродвигателей, использующих кратковременные режимы работы.
  • Контроль температурного режима, величины давления без установки обратной связи с рабочим элементом или с таковой в асинхронных электродвигателях.
  • Плавный пуск – предотвращает бросок тока в момент включения, особенно актуально для асинхронных моторов с большой нагрузкой на валу. Приводит к существенному сокращению токовых нагрузок на сеть и исключает ложные срабатывания защитной аппаратуры.
  • Поддержание оборотов трехфазных электродвигателей на требуемой отметке. Актуально для точных технологических операций, где из-за колебаний питающего напряжения может нарушиться качество производства или на валу возникает разное усилие.
  • Регулировка скорости оборотов электродвигателя от 0 до максимума или от другой базовой скорости.
  • Обеспечения достаточного момента на низких частотах вращения электрической машины.

Возможность реализации тех или иных функций у регуляторов оборотов определяет как принцип их действия, так и схематическое исполнение.

Принцип работы

Для регулировки оборотов может использоваться способ понижения или повышения напряжения, изменение силы тока и частоты, подаваемых в обмотки асинхронных и коллекторных электродвигателей. Поэтому далее рассмотрим варианты частотных преобразователей и регуляторов напряжения.

Среди используемых в промышленной и бытовой сфере следует выделить:

  • Введение рабочего сопротивления – реализуется при помощи переменных резисторов, делителей и прочих преобразователей. Хорошо обеспечивает снижение в однофазных двигателях за счет контроля скольжения (разницы между магнитным полем статора и скоростью вращения асинхронных агрегатов). Для этого устанавливаются электродвигатели большей мощности, чтобы на них можно было подавать меньшее напряжение. Соотношение по скорости оборотов будет составлять до 2 раз в сторону уменьшения.
  • Автотрансформаторный – выполняется путем перемещения подвижного контакта по обмотке, что снижает или увеличивает скорость вращения электродвигателя. Преимущество такого принципа заключается в четкой синусоиде переменного тока и большой перегрузочной способности.
  • Тиристорный или симисторный – изменяет величину питающего напряжения посредством пары встречно включенных тиристоров или совместного включения с симистором. Этот способ применим не только в асинхронных двигателях, но и других бытовых приборах – диммерах, переключателях и т.д.
Схема тиристорного регулятора
Рис. 1. Схема тиристорного регулятора

Как видите на схеме, подаваемое на тот же асинхронный однофазный электродвигатель напряжение, проходит через переменный резистор R1 на тиристор D1 и на управляющий электрод симистора T1. Перемещая ручку тиристорного регулятора R1 изменяем и скорость вращения однофазного электродвигателя.

  • Транзисторный – позволяет изменять форму подаваемого напряжения за счет преобразования числа импульсов и временной паузы между подаваемым напряжением. Благодаря чему получил название широтно-импульсной модуляции, пример такого регулятора приведена на схеме ниже.
Регулировка оборотов на транзисторах
Регулировка оборотов на транзисторах

Здесь питание однофазного асинхронного двигателя производится от линии 220В через выпрямительный блок VD1-4, далее напряжение поступает на эмиттер и коллектор транзисторов VT1 и VT2. Подавая управляющий сигнал на базы этих транзисторов, и регулируют обороты мотора.

  • Частотный – преобразует частоту подаваемого напряжения на обмотки однофазного или трехфазного асинхронного электродвигателя. Это наиболее современный способ, ранее он относился к дорогостоящим, но с появлением дешевых высоковольтных полупроводников и микроконтроллеров перешел в разряд наиболее эффективных. Может реализовываться с помощью транзисторов, микросхем или микроконтроллеров, способных уменьшать или увеличивать частоту ШИМ.
Пример частотного регулирования
Пример частотного регулирования
  • Полюсный – позволяет регулировать частоту вращения электродвигателя при переключении количества катушек в фазных обмотках, в результате чего изменяется направление и величина тока, протекающего в каждой из них. Реализуется как за счет намотки нескольких катушек для каждой из фаз, так и одновременным последовательным или параллельным соединением катушек, такой принцип приведен на рисунке ниже.
Регулировка оборотов переключением пар полюсов
Регулировка оборотов переключением пар полюсов

Как выбрать?

Конкретная модель регулятора оборотов должна подбираться в соответствии с типом подключаемой электрической машины – коллекторный двигатель, трехфазный или однофазный электродвигатель. В соответствии с чем и подбирается определенный преобразователь частоты вращения.

Помимо этого для регулятора оборотов необходимо выбрать:

  • Тип управления – выделяют два способа: скалярный и векторный. Первый из них привязывается к нагрузке на валу и является более простым, но менее надежным. Второй отстраивается по обратной связи от величины магнитного потока и выступает полной противоположностью первого.
  • Мощность – должна выбираться не менее или даже больше, чем номинал подключаемого электродвигателя на максимальных оборотах, желательно обеспечивать запас, особенно для электронных регуляторов.
  • Номинальное напряжение – выбирается в соответствии с величиной разности потенциалов для обмоток асинхронного или коллекторного электродвигателя. Если вы подключаете к заводскому или самодельному регулятору одну электрическую машину, будет достаточно именно такого номинала, если их несколько, частотный регулятор должен иметь широкий диапазон по напряжению.
  • Диапазон частот вращения – подбирается в соответствии с конкретным типом оборудования. К примеру, для вращения вентилятора достаточно от 500 до 1000 об/мин, а вот станку может потребоваться до 3000 об/мин.
  • Габаритные размеры и вес – выбирайте таким образом, чтобы они соответствовали конструкции оборудования, не мешали работе электродвигателя. Если под регулятор оборотов будет использоваться соответствующая ниша или разъем, то размеры подбираются в соответствии с величиной свободного пространства.

Подключение

Способ подключения регулятора оборотов электродвигателя будет отличаться в зависимости от его типа и принципа действия. Поэтому в качестве примера мы разберем один из наиболее распространенных частотных регуляторов, которые используются в самых различных сферах.

Перед подключением обязательно ознакомьтесь с заводской схемой. Как правило, вы можете увидеть ее на самом регуляторе оборотов, либо в паспорте устройства:

Схема подключения регулятора
Схема подключения регулятора

Далее, пользуясь распиновкой, можно определить количество выводов, которые будут использоваться для подключения регулятора электродвигателя к сети. В нашем примере, рассмотрим случай, когда применяется трехпроводная система, значит, понадобится фаза, ноль и земля. На задней панели регулятора это два вывода AC и FG:

Распиновка регулятора
Распиновка регулятора

Затем необходимо проверить цветовую маркировку разъема с приведенной схемой и сопоставить ее со всеми элементами электродвигателя, которые будут подключаться в вашем случае. Если какие-то выводы окажутся лишними, их можно закоротить, как показано на рисунке выше.

Проверьте цветовую маркировку
Проверьте цветовую маркировку

Если все выводы регулятора соответствуют клеммам электродвигателя, можете подсоединять их друг к другу и к сети.

Комментарии и отзывы (9)

  1. Влад

    В данной статье схема под названием «Пример частотного регулирования» к частотному регулированию оборотов не имеет никакого отношения. Автор вводит в заблуждение. Частотное регулирование применяется для трехфазных электродвигателей переменного тока.
    Принцип заключается в выпрямлении тока и формировании из него путем переключения на высокой частоте (8-16 кГц) ключами (IGBT транзисторами) переменного тока частоты 0-200 гц.

  2. Евгений

    Здравствуйте! Хотел бы модернизировать стиральную машину «ЭВРИ К507» .Ввести плавный пуск,и повысить обороты при отжиме.Как это реализовать? Какая из схем подойдёт? И как подключить?

  3. Геннадий

    Можно ли сделать обратную связь с двигателем от пылесоса томас,с датчиком Холла TL4905, и подключить к китайской приблуде U52, споддержанием мощности?

  4. Александр

    На схеме регулятор оборотов своими руками на мощном семисторе, что такое D1 можно конкретнее, хочу собрать для двигателя переменника 500 ватт.

  5. Алексей

    Здравствуйте.

    Подскажите пожалуйста, регулятор оборотов на TDA1085 подойдет к двигателю от стиральной машинки автомат?

    Как я понимаю данные двигатели постоянного тока, а данная плата оборотов выдает переменное напряжение.

  6. Анатолий Руденко

    Мне нужно, чтобы два двигателя выдавали одинаковые обороты, как это можно сделать?

    1. Виктор Силин

      Нужно знать, механически связаны или нет, возбуждение независимое или нет. Двигатели должны быть одинаковыми по характеристикам. Если это игрушка, соединить последовательно. Если что то серьёзное механически связанное тогда регулировкой возбуждения. Чтобы увеличить обороты
      нужно ослабить возбуждение , чтобы уменьшить обороты нужно увеличить ток возбуждения.

    2. Виктор

      Сварить вместе валы двигателей, установив их паровозиком. ?

      1. Дима

        Виктор, ни в коем случае валы двигателей не сваривать вместе ! Зачем Вам это ? Для увеличения мощности? Ведь самые совершенные точные двигатели конечно отличаются по мощности и крутящему моменту, пусть на немного,но ! дв чуть меньше мощности , ну на грамм на метр в квадрате угловой скорости будет тормозить дв с чуток большей скоростью вращения и в итоге будут оба перегреваться и вообще работать не в расчётном режиме. Ну короче, долгой жизни от них не ждите. Если маломощные, могут на одном валу поработать короткое время..Можно валы одинаковых дв. через муфты резиновые или резинопласт соединить, 4.5 КВт 2 дв. так делал на мельнице, проработали 3 года круглосуточно — потом один гафкнул, но муфты меняли каждый месяц, даже чаще в последнее время..Соосность валов очень точная нужна, тогда муфты работают дольше..Это очень серьёзная проблема. И стоимость муфт и их поиск — вообще тихий ужас. Проще дв. поменять на более мощный и изменить конструкцию привода. Так мы и сделали.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *