Как можно регулировать обороты асинхронного двигателя: обзор способов

Асинхронные двигатели (АД) получили широкое распространение благодаря своей надежности и простой конструкции. Электродвигатели этого типа используются в большинстве станков, промышленных и бытовых приборов. Скорость вращения двигателей AD изменяется механически (за счет дополнительной нагрузки на вал, балласт, шестерни, редукторы и т. Д.) Или электрически. Электрическая регулировка сложнее, но при этом намного удобнее и универсальнее.

Многие агрегаты используют электрическое управление. Обеспечивает точное и бесступенчатое управление запуском и работой двигателя. Электроуправление осуществляется с помощью

  • Изменение частоты тока;
  • сила тока;
  • уровень напряжения.

В этой статье мы рассмотрим популярные способы регулирования скорости вращения асинхронного двигателя 220В и 380В.

  • Изменение скорости вращения двигателя с короткозамкнутым ротором
  • Регулирование частоты
  • Переключение количества пар полюсов
  • Методы регулирования скорости двигателей с короткозамкнутым ротором
  • Изменение напряжения питания
  • Активное сопротивление в цепи ротора
  • Асинхронные клапанные каскады и машины с двойной подачей
  • Асинхронные двигатели с плавным пуском
  • Как сделать приспособление для изменения оборотов двигателя своими руками

Изменение скорости АД с короткозамкнутым ротором

Есть несколько способов:

  1. Управление вращением за счет изменения электромагнитного поля статора: регулировка частоты и изменение количества пар полюсов.
  1. Изменение скольжения электродвигателя за счет уменьшения или увеличения напряжения (можно использовать в АД с фазным ротором).

Частотное регулирование

В этом случае управление осуществляется преобразователем частоты, подключенным к двигателю. Для этого используются эффективные тиристорные преобразователи. Процесс регулирования частоты можно проиллюстрировать с помощью формулы ЭДС трансформатора:

Это выражение означает, что для поддержания постоянного магнитного потока, то есть для поддержания перегрузки электродвигателя, необходимо корректировать уровень напряжения питания одновременно с преобразованием частоты. Если записать выражение, вычисленное по формуле:

это означает, что критический крутящий момент не меняется. А механические характеристики соответствуют рисунку ниже, если вы не понимаете, что означают эти характеристики, в этом случае регулировка производится без потери мощности и крутящего момента.


Преимущества этого метода:

  • плавное регулирование;
  • изменение скорости вращения ротора вверх и вниз;
  • жесткие механические свойства;
  • экономия.

Есть один недостаток — необходимость использования преобразователя частоты, то есть удорожание механизма. Кстати, на современном рынке есть модели с однофазным и трехфазным вводом, стоимость которых мощностью 2-3 кВт находится в пределах 100-150 долларов, что не слишком дорого для полноценной адаптации привода машин в частной мастерской.

Переключение числа пар полюсов

Этот метод применяется в многоскоростных двигателях со сложными обмотками, что позволяет изменять количество пар полюсов их обмотки. Чаще всего используются двух-, трех- и четырехскоростные тракторы AD. Самый простой способ взглянуть на принцип управления — использовать двухскоростной преобразователь частоты. В этой машине обмотка каждой фазы состоит из двух полуобмоток. Скорость вращения можно изменять, соединяя их последовательно или параллельно.

В четырехскоростном двигателе обмотка состоит из двух независимых частей. Номер полюса первой обмотки используется для изменения частоты вращения двигателя с 3000 до 1500 об / мин. Вторая обмотка регулирует скорость вращения на 1000 и 500 об / мин.

Изменение количества пар полюсов также меняет значение критического момента. Чтобы оно оставалось постоянным, напряжение питания необходимо регулировать одновременно с изменением количества пар полюсов, например, путем переключения схемы звезда-треугольник и их вариантов.

Преимущества этого метода:

  • Необработанные механические характеристики двигателя;
  • высокая производительность.
  • регулирование степени;
  • большой вес и габаритные размеры;
  • дороговизна электродвигателя.

Способы управления скоростью АД с фазным ротором

Изменение оборотов двигателя ADпри фазовой намотке ротора осуществляется изменение скольжения. Рассмотрим основные варианты и способы.

Изменение питающего напряжения

Этот метод также используется для двигателей переменного тока с короткозамкнутым ротором. Асинхронный двигатель подключается через автотрансформатор или ЛАТП. Если напряжение питания уменьшится, обороты двигателя уменьшатся.

Однако этот режим снижает перегрузку двигателя. Этот метод используется для регулирования диапазона напряжения без превышения номинального напряжения, так как увеличение номинального напряжения приведет к отказу двигателя.

Активное сопротивление в цепи ротора

В этом методе к цепи ротора подключается реостат или набор мощных постоянных резисторов. Это устройство предназначено для плавного увеличения сопротивления.

Проскальзывание увеличивается пропорционально увеличению лобового сопротивления, при этом скорость вращения вала двигателя уменьшается.

  • большой диапазон регулировки в сторону снижения скорости.
  • меньшая эффективность;
  • повышенные потери;
  • ухудшение механических свойств.

Асинхронный вентильный каскад и машины двойного питания

Изменение частоты вращения асинхронных электродвигателей в этих случаях осуществляется изменением скольжения. В этом случае скорость вращения электромагнитного поля постоянна. Напряжение подается непосредственно на обмотки статора. Регулирование осуществляется с помощью силы скольжения, которая преобразуется по окружности ротора и создает дополнительную ЭДС. Эти методы используются только в специальных машинах и в крупных промышленных приложениях.

Плавный пуск асинхронных электродвигателей

Помимо безусловных преимуществ, у AD есть и существенные недостатки. Это скачкообразные пусковые токи и высокие пусковые токи, которые в 7 раз превышают номинальный ток. Для плавного пуска электродвигателя используются следующие методы:

  • переключение обмоток по системе звезда-треугольник;
  • подключение двигателя через автотрансформатор;
  • Использование специальных устройств для плавного пуска.

Большинство преобразователей частоты имеют функцию плавного пуска. Это не только снижает пусковые токи, но и разгружает приводы. Таким образом, регулирование частоты и плавный пуск довольно тесно связаны.

Как сделать устройство для изменения скорости вращения электродвигателя своими руками

Диммеры могут использоваться для регулирования однофазных устройств малой мощности AD. Однако этот метод ненадежен и имеет серьезные недостатки: пониженный КПД, сильный перегрев машины и риск повреждения двигателя.

Для надежного и качественного регулирования частоты вращения электродвигателей 220 В оптимальным решением является частотное регулирование.

Приведенная ниже схема позволяет собрать преобразователь частоты для управления электродвигателями мощностью до 500 Вт. Скорость можно регулировать в диапазоне от 1000 до 4000 об / мин.

Устройство состоит из основного генератора с переменной частотой, состоящего из мультивибратора на микросхеме К561ЛА7, счетчика на микросхеме К561ИЕ8 и полумостового контроллера. Выходной трансформатор Т1 выполняет развязку верхнего и нижнего полумостовых транзисторов.

Система подавления C4, R7 подавляет скачки напряжения, опасные для силовых транзисторов VT3, VT4. Выпрямитель, удваивающий напряжение питания, содержит диодный мост VD9 с фильтрующим конденсатором, на котором напряжение питания полумоста удваивается.

Первичное напряжение: 2х12В, вторичное напряжение 12В. Первичная обмотка ключевого управляющего трансформатора состоит из 120 витков медного провода сечением 0,7 мм, с ответвлением от центра. Повторитель состоит из двух обмоток, каждая из которых содержит 60 витков медной проволоки диаметром 0,7 мм.

Вторичные обмотки должны быть по возможности изолированы друг от друга, так как разность потенциалов между ними достигает 640 В. Подключение выходных обмоток к ключевым затворам не совпадает по фазе.

Здесь мы рассмотрели способы управления скоростью вращения асинхронных двигателей. Если у вас остались вопросы, смело задавайте их в комментариях под статьей!