Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Описание товара

Технические характеристики

• Модель: 51K90RGN-CF 500RPM
• Вес изделия: 4.45+0.21 кг
• Температура эксплуатации: -10°С . +50°С
• Электродвигатель
  • Маркировка: 5M90GN-CF
  • Рабочее напряжение: 220В АС, 50/60 Гц
  • Потребляемый ток: 0.6 А
  • Мощность, макс.: 90 Вт
  • Режим работы: продолжительный
  • Номинальная скорость вращения вала, об/мин: 1400/1700
  • Направление вращения: по/против часовой стрелке (CW/CCW)
  • Пусковой момент: 0.48 N.m
  • Крутящий момент: 0.64 N.m
  • Механизм обратной связи
  • Размер мотора: 90 х 90 х 152 мм (± 1мм)
  • Дина соединительного шнура: 300 мм
• Редуктор
  • Маркировка: 5GN3K
  • Конструкция: цельнометаллический
  • Расположение вала: параллельное
  • Крутящий момент: 1.55 N.m / 50 Гц, 1.35 N.m / 60 Гц
  • Соотношение: 1/3
  • Обороты в минуту: 500 (433-566)
  • Диаметр вала: 12 мм
  • Вылет вала: 27 мм
  • Размер редуктора с валом: 90 х 90 х 92 мм (± 1мм)
• Регулятор оборотов
  • Маркировка: BS-51
  • Рабочее напряжение: 220В АС, 50/60 Гц
  • Диапазон регулировки, об/мин: 0-1400 / 50 Гц; 90-1700 / 60 Гц
  • Максимальная мощность мотора: 90 Вт
  • Размер регулятора: 100 х 60 х 115 мм (± 1мм)
  • Дина соединительного шнура: 650 мм

Промышленный мотор-редуктор 51K90RGN-C 200RPM собран на базе двухфазного асинхронного двигателя, работающего в однофазных сетях переменного напряжения 220В 50/60Гц. На одной стороне двухстороннего вала установлен съёмный цельнометаллический параллельный редуктор, состоящий из нескольких ступеней шестерёнчатых передач с шарикоподшипниковой опорой. Редуктор влияет на изменение соотношений крутящего момента и скорости вращения между валом мотора и валом редуктора, снижая скорость и обеспечивая необходимое усилие на валу редуктора. С второй стороны вала закреплены металлические лопасти вентилятора, выполняющие функцию активного охлаждения корпуса двигателя. Механизм вентилятора накрыт защитным кожухом, в котором присутствует множество широких воздухозаборных отверстий, способствующих максимально свободной циркуляции воздушного потока при разностороннем вращении вала.

Мотор-редуктор 51K90RGN-CF поддерживает схемы подключения, предусматривающие вращение вала по часовой стрелке (прямое направление, CW) или против часовой стрелки (реверсивное направление, CCW). В условиях автоматического или ручного управления, запрещается быстрая смена направления без полной остановки мотора.

Индивидуальное подключение двигателя 5M90GN-CF к силовой сети переменного напряжения

Конструкция статора двигателя 5M90GN-CF содержит две равнозначные обмотки для разгона (фазосдвигающая цепь) и постоянной работы двигателя, использующие метод вращающегося магнитного поля. Обмотки объединены между собой общим проводом — у двигателя выведены наружу три питающих провода. Выравниванием крутящего момента при вращении ротора асинхронного двухфазного электродвигателя должен заниматься пусковой конденсатор номиналом 5мкФ/450В, который необходимо самостоятельно включить в цепь питания. Установка конденсатора между независимыми выводами позволяет создать схему универсального управления, при котором можно переназначать роли для пусковой или рабочей обмоток, и выбирать таким образом направление вращения ротора. Пример подключения выводов обмоток мотора к силовой сети 220В:

Кроме проводов питания двигателя, к 6-контактному разъёму выведены линии обратной связи из пары белых тонких проводов, предназначенные для совместного использования с блоками управления, учитывающие скорость вращения вала.

Блок управления двигателем BS-51, регулировка оборотов

В комплектацию с мотором-редуктором переменного напряжения 5M90GN-CF входит регулятор оборотов BS-51 для двухфазных конденсаторных асинхронных двигателей мощностью не более 90Вт с 3-проводным подключением. Простые и интуитивно понятные элементы управления в виде поворотной ручки и двухпозиционного переключателя позволяют вручную запускать и останавливать двигатель, а также плавно регулировать скорость мотора в сторону ускорения или замедления. Для большей наглядности, на лицевую панель регулятора нанесена процентная шкала скорости мотора. Единственный светодиодный индикатор красного цвета отображает наличие напряжения в цепи питания. За установку направления вращения вала отвечает короткая проводная перемычка, связывающая соответствующие винтовые клеммы COM, CW и CCW. На продольной стороне корпуса регулятора расположено небольшое утопленное отверстие с подстроечным резистором. С его помощью корректируется отклонение фактической скорости от установленной.

Подключение регулятора к мотору-редуктору освобождает от добавления в схему питания пускового конденсатора — он заведомо помещён внутрь корпуса. При соединении 6-контактных штекера регулятора и разъёма мотора, следует соблюдать назначение проводных линий. Производитель изделия настоятельно не рекомендует замыкать и размыкать контакты, находящиеся под рабочим напряжением.

Существуют ли двухфазные преобразователи частоты?

Асинхронные двигатели получили широкое применение и в промышленности, и в быту. Сфера применения их достаточно широка, что объясняется относительной простотой конструкции и минимальным обслуживанием такого мотора в процессе эксплуатации. Они используются в различных сферах и изготавливаются в широком диапазоне мощностей и питающих напряжений. Принцип работы такого электродвигателя также достаточно прост: обмотки статора создают вращающееся электромагнитное поле, за которым, благодаря вихревым токам в роторе и создаваемым ими электромагнитным полем, ротор вращается и частота его оборотов стремится сравняться с частотой вращения электромагнитного поля статора.

В асинхронных двигателях, где используется три обмотки для генерации поля, питающихся от трехфазной промышленной сети, нет никаких проблем с пуском и определением направления вращения мотора.Три обмотки с естественным сдвигом фазы на 120 градусов задают стабильное вращение электромагнитного поля, которое обеспечивает запуск мотора и его вращение на номинальной частоте. Главный недостаток таких электромоторов – сложности регулировки частоты вращения, скорости запуска и торможения, но они с успехом компенсируются использованием современного трехфазного преобразователя частоты, позволяющего менять частоту и амплитуду трехфазного тока.

Особенности однофазных асинхронных двигателей

В случае однофазного асинхронного двигателя не все так просто, поскольку одна питающая фаза генерирует переменное поле, которое не вращается и часто его рассматривают как два встречно вращающихся поля, равных по значению и противоположных по направлению. Поэтому пуск двигателя одной обмоткой невозможен, но, если придать начальное вращение ротору, оно будет поддерживаться таким переменным полем, и частота вращения будет стремиться к частоте питающей сети. Поэтому используют дополнительную обмотку, расположенную под углом 90 градусов, которая компенсирует одно из двух вращающихся полей, в результате создается одно вращающееся электромагнитное поле, способное раскрутить ротор.

Современный однофазный двигатель асинхронного типа состоит из:

одной главной обмотки;

вспомогательной пусковой обмотки, питание которой может отключаться после запуска;

Именно наличие двух обмоток часто приводит к тому, что такие двигатели называют двухфазными и, соответственно для их управления часто ищут двухфазный частотный преобразователь, которых в серийном производстве просто нет, поскольку отдельное управление пусковой обмоткой нецелесообразно. Поэтому вместо теоретически возможного двухфазного преобразователя для управления однофазными асинхронными двигателями с пусковой обмоткой используют:

специализированные однофазные преобразователи, которые рассчитаны на подключение к однофазной сети и на выходе дают одну фазу с регулируемыми параметрами частоты и напряжения;

некоторые модели трехфазных преобразователей, которые допускают управление однофазной нагрузкой. Вариант не самый оптимальный, поскольку используется дорогое оборудование, имеющие однофазные аналоги, которые значительно дешевле. К тому же, не каждый трехфазный частотник может работать с однофазным двигателем, и при выборе нужно учитывать этот момент.

Также нужно учитывать тот факт, что управление однофазным мотором даже с помощью инвертора не дает такого же уровня управляемости, как у трехфазных двигателей. В общем случае придется столкнуться с такими проблемами:

ограниченность диапазона управления частотой без значительной потери мощности или перегрева мотора;

ограничения в режимах пуска и старта двигателя;

невозможность изменения направления вращения при конденсаторной схеме сдвига фазы без перекоммутации обмоток.

И еще одна небольшая рекомендация. Часто в качестве двигателя, который питается от однофазной сети, используют обычный трехфазник, обмотки которого коммутируют по схеме “треугольника”. Если вы столкнулись именно с таким вариантом – самым оптимальным решением будет подключение такого двигателя по трехфазной схеме к однофазной сети через специализированный частотный преобразователь. В этом случае вы получите максимальную управляемость и экономичность системы.

Что такое двухфазное управление двигателем

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике, а именно к системам управления электроприводом переменного тока с двухфазным асинхронным двигателем, питающимся от преобразователя частоты с трехфазным мостовым инвертором.

Известен способ управления двухфазным конденсаторным двигателем, содержащим главную обмотку и вспомогательную обмотку с последовательно подключенным конденсатором, осуществляемый с помощью соединенного с обмотками двигателя трехфазного мостового инвертора с шестью ключевыми элементами, попарно соединенными между собой, в соответствие с которым к обмоткам двухфазного двигателя подводят переменные напряжения, сдвинутые по фазе друг относительно друга, причем один из пары соединенных между собой ключевых элементов удерживают в закрытом состоянии в течение изменения углового сдвига не менее 10°, предпочтительно от 35° до 100°, при этом открывают другой ключевой элемент из этой пары, а желаемый процесс изменения напряжения на обмотках двигателя выполняют посредством модуляции двух других пар ключевых элементов, при регулировании скорости вращения двигателя поддерживают угол сдвига фаз между токами в обмотках двигателя близкий к 90°, когда рабочие частоты превышают пороговое значение частоты, изменяют направление токов, протекающих через обмотки двигателя [1].

Недостатком данного способа управления двухфазным двигателем является сложность реализации большого диапазона регулирования угловой скорости двигателя, т.к. при изменении частоты необходимо регулировать не только напряжения, подводимые к обмоткам двигателя, но и напряжение на конденсаторе, а также сложный алгоритм управления ключевыми элементами, базирующийся на принципе широтно-импульсной модуляции (ШИМ). требующий большого количества вычислительных операций, выполняемых управляющим контроллером.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ управления трехфазным мостовым инвертором, питающим двухфазный асинхронный двигатель с постоянными магнитами, ключи инвертора модулируют постоянное напряжение на основе тактовых импульсов, имеющих заданный период тактового сигнала, переключение ключей инвертора осуществляют таким образом, что на каждую обмотку подают переменные напряжения, которые сдвинуты по фазе друг относительно друга на 90°, причем один ключ одной из пар удерживают непрерывно замкнутым в течение более одного такта для угла поворота не менее 25°, в то время как другой ключ этой пары оставляют непрерывно открытым, выполняют желаемое изменение мгновенных значений напряжений на каждой обмотке посредством модуляции двух других пар ключей [2].

Недостатком данного способа управления двухфазным двигателем является сложный алгоритм управления вентилями, базирующийся на принципе широтно-импульсной модуляции (ШИМ). требующий большого количества вычислительных операций, выполняемых управляющим контроллером.

Предложенный способ управления решает задачу обеспечения питания двухфазного асинхронного электродвигателя от преобразователя частоты, содержащего трехфазный мостовой инвертор, с использованием упрощенного алгоритма управления, что снижает требования к вычислительной мощности управляющего контроллера.

Для решения поставленной задачи применяется преобразователь частоты, который содержит мостовой выпрямитель, звено постоянного тока и инвертор напряжения, состоящий из шести полупроводниковых ключевых элементов (IGBT-транзисторов) и шести обратных диодов, разбитых на две группы (анодную и катодную) в трех плечах, то есть, применен типовой преобразователь частоты, обычно используемый для трехфазного электропривода. Средняя точка второго плеча инвертора подключена к объединенным первым выходам двух статорных обмоток асинхронного электродвигателя, а средние точки первого и третьего плеча — ко вторым отдельным выходам этих обмоток. Сигналы на переключение ключей инвертора подаются от релейного регулятора тока, на входе которого сравнивают заданное и измеренное значения токов на выходе преобразователя частоты. Коммутация ключей инвертора осуществляются в зависимости от текущего участка (одного из четырех) периода двух синусоид, определяемого по заданию, причем на каждом участке периода состояние части ключей определяется релейными регуляторами тока каждой фазы, часть ключей при этом остается на всем участке постоянно закрытыми, а часть — постоянно открытыми.

В данном изобретении используется типовая конструкция силовой части преобразователя частоты трехфазного электропривода, которая не требует дополнительных экономических затрат. Кроме того, использование такой конструкции позволяет уменьшить габариты данного устройства по сравнению с другими преобразователями частоты для двухфазного привода за счет уменьшения количества полупроводниковых элементов и как следствие, охлаждающих радиаторов для них. За счет уменьшения количества управляемых полупроводниковых элементов увеличивается и надежность стабильной работы устройства. Использование релейного регулятора тока позволит избежать сложностей при разработке алгоритма управления ШИМ или написания нового закона для ее формирования.

На фиг. 1 приведена схема устройства, реализующего предложенный способ управления двухфазным электроприводом, на фиг. 2 показан идеальный график токов в обмотках двухфазного двигателя, на фиг. 3 показаны контуры токов, протекающих через инвертор и обмотки статора при различных комбинациях ключей, на фиг. 4 — таблица всех возможных состояний ключей инвертора, на фиг. 5.-система управления, использованная при моделировании, на фиг. 6 — графики текущих значений токов статора на выходе преобразователя частоты, полученные при моделировании.

Преобразователь частоты, предназначенный для управления двухфазным асинхронным электродвигателем 1, состоит из нерегулируемого диодного трехфазного выпрямителя 2. звена постоянного тока с конденсатором 3 и инвертора напряжения 4, выполненного на IGВТ-транзисторах с обратными диодами. На выходе преобразователя частоты установлены датчики тока 5. Система управления инвертором 6 содержит блок релейных регуляторов тока каждой фазы 7. на входе которого установлен блок сравнения 8, на который поступают заданные и измеренные значения токов. Сигналы, формируемые блоком релейных регуляторов и им обратные, а также логические «0» и «1» поступают на драйвер инвертора 9, который по сигналам задания определяет текущий участок периода синусоид тока и формирует для каждого из четырех участков свою комбинацию состояний ключей инвертора 4 на основе заведенных логических сигналов.

Способ управления инвертором в данном устройстве осуществляется следующим способом.

График токов в обмотках двухфазного электродвигателя представляет собой две синусоиды, сдвинутые относительно друг друга на 90 электрических градусов (фиг. 2). В одном периоде графика выделяют четыре участка: I₁>0, I₂