Датчик оборотов для асинхронного двигателя

Датчик оборотов для асинхронного двигателя

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в частотно регулируемых электроприводах (ЧРЭП) в промышленности, бытовой технике и электротранспорте для регулирования числа оборотов асинхронных (однофазных, трехфазных) электродвигателей.

Из уровня техники известны устройства для управления электродвигателем, например патент РФ на ПМ №35929 « Устройство управления электродвигателем», МПК H02P5/00, опубл.10.02.2004, который содержит задающий потенциометр, подключенный к источнику питания, диод, четыре резистора и три транзистора, коллектор первого из которых подключен к источнику питания, а эмиттер – к первому резистору, эмиттер второго транзистора соединен со вторым резистором, дополнительно имеется второй задающий потенциометр, два широтно-импульсных модулятора, два стабилитрона и пятый резистор, подключенный между эмиттером первого силового транзистора и коллектором второго силового транзистора. Недостатком известного устройства является сложность его изготовления, комплектации и использования.

Известно также «Устройство пуска асинхронного электродвигателя с фазным ротором», по патенту на ПМ №55299, МПК H02P5/00, опубл. 27.07.2006, в котором имеется роторная цепь асинхронного электродвигателя с фазным ротором и трехфазным индукционным пусковым реостатом в роторной цепи устройства, содержащего соединенные между собой блок обратной связи, узлы выделения положительной полуволны напряжения на кольцах ротора, формирователи пилообразных напряжений, формирователи управляющих импульсов, источник питания, блок задания напряжений, блок разрешения работы, блок интегрирования и блок тиристоров. Недостатком известного устройства является ограниченность его применения, например, в бытовой технике, на электротранспорте, из-за сложности схемы управления частотой вращения электродвигателя, а также сложность изготовления и комплектования.

Наиболее близким по технической сущности является техническое решение по патенту РФ №2257663 МПК H02P5/40, опубл.27.12.2004. «Устройство управления асинхронным электродвигателем». В устройстве управления асинхронным электродвигателем, содержащем силовые ключи с драйвером управления, системный контроллер, конденсатор со схемой включения, тахогенератор, системный контроллер первой управляющей шиной соединен с входом включения конденсатора, второй, третьей, четвертой и седьмой управляющими шинами — с входами драйвера, восьмой управляющей шиной — с управляющим входом вентилятора. Входами системного контроллера являются входная шина управления и входы разовых команд, шины обратных связей по току, по частоте вращения и температуре, а входом/выходом — шина последовательного интерфейса. Пятая и шестая шины управления драйвера соединены с затворами силовых ключей 3-фазного моста, который шиной обратной связи по току соединен с системным контроллером и драйвером, а шиной обратной связи по температуре — с входом системного контроллера. Недостатком известного устройства также является сложность его изготовления, комплектации и использования.

Сущность изобретения иллюстрируется графическими материалами:

На фиг.1 изображен маломощный электромотор постоянного тока с установленным на его роторе магнитом, сдвоенные датчики Холла, силовые ключи и трехфазный асинхронный электродвигатель.

На фиг.2 изображена мостовая схема силового ключа и его взаимодействие со сдвоенным датчиком Холла.

Таким образом, происходит плавное регулирование скорости вращения асинхронного электродвигателя, напряжение используется с минимальными потерями, т.е. с высоким КПД. Устройство просто в изготовлении, удобно и надежно в использовании, а также имеет возможность применения в любой как бытовой, так и более сложной технике, например в электротранспорте.

Таким образом, задача, стоящая перед изобретением, решена.

Регуляторы скорости вращения вентилятора, частотные преобразователи для систем вентиляции и кондиционирования — производство в Санкт-Петербурге, продажа в Москве, СПб, поставки по России. Закажите оптом по доступной цене.

Регуляторы скорости

СРС, СРМ

Симисторный регулятор скорости для однофазных асинхронных двигателей. Плавное регулирование скорости. Широкий диапазон регуляторов: от 1 до 7 А. Скрытый и поверхностный монтаж. Настраиваемый нижний предел регулирования.

СРМ2,5Щ и СРМ5Щ

Симисторный регулятор скорости для однофазных асинхронных двигателей для установки в щиты управления. Пластмассовый корпус на DIN-рейку. Плавное регулирование скоростью вращения. Управление внешним сигналом 0-10 В или внешним потенциометром 4,7-10 кОм.

VLT Micro Drive FC 51

VLT® Micro Drive является преобразователем частоты общепромышленного применения, способным управлять двигателями мощностью до 22 кВт. Он отлично подходит для работы в промышленных установках и системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

ATV212

Частотный преобразователь. Управление трехфазными асинхронными двигателями мощностью от 0,75 до 75 кВт. Предназначен для использования в современных системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC). Производство Schneider Electric.

ATV310

Частотный преобразователь. Управление трехфазными асинхронными двигателями мощностью от 0,37 до 11 кВт. Предназначен для использования в современных системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC). Производство Schneider Electric.

Самая экономичная серия преобразователей частоты. Управление трехфазными асинхронными двигателями мощностью от 0,4 до 4,0 кВт. Позволяют подключать трехфазные вентиляторы на 380 В к бытовой однофазной сети 220 В. Данные частотные преобразователи предназначены для использования совместно с вентиляторами и насосами. Производство INSTART.

Управление трехфазными асинхронными двигателями мощностью от 0,37 до 22 кВт. Предназначен для использования там, где требуется векторное управление с открытым контуром: вентиляторы, насосы, дробилки, компрессоры и прочее. Имеют предустановленные установки для наиболее востребованных задач. Производство INSTART.

Управление трехфазными асинхронными двигателями мощностью от 4,0 до 630 кВт. Предназначен для использования там, где требуется векторное управление с открытым и замкнутым контуром: конвейеры, подъемные механизмы, станки и прочее. Имеют возможность подключения плат расширения и предустановленные установки для наиболее востребованных задач. Производство INSTART.

Регуляторы скорости вращения асинхронных двигателей применяются в системах вентиляции для управления расходом воздуха.

Симисторные регуляторы предназначены для плавного изменения скорости вращения однофазных асинхронных двигателей. Регулирование ведется от минимально возможного значения напряжения (при котором вентилятор начинает стабильно вращаться, обычно это 120В) до значения 220В.

Частотные преобразователи ATV212 предназначены для управления трехфазными асинхронными двигателями мощностью от 0,75 до 75 кВт. Легко интегрируется в систему обслуживания зданий за счет использования различных коммуникационных карт.

Датчик частоты вращения асинхронного двигателя

Номер патента: 779810

Текст

-а» к1 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскик Социалистических Республик(22) Заявлено 2 б,12,78,(21) 2703237/18-10 (51)М С 01 Р 3/00 с присоединением заявки йо Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий.083 (088.8) Дата опубликования описания 15.11.80 А. И. Танатар и В, А. Ужеловский(54) ДАТЧИК ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЙЯ Изобретение относится к техникеэлектрических измерений неэлектрических величин, а точнее к датчикамчастоты вращения асинхронных электро»двигателей с фазным ротором, . 5Известны устройства 11, предназначенные для измерения частоты вращения асинхронных двигателей. Вэтих устройствах вал двигателя механически связывается с якорем тахогенератора. Такая механическая связьусложняет устройство, кроме того,коэффициент передачи тахогенератораневелик,Наиболее близким по техническойсущности является устройство 12 , вкотором для исключения механическойсвязи тахогенератора с двигателем,частота вращения которого должнаконтролироваться, применен вспомо Огательный двигатель постоянного тока.Недостатком этого устройства является наличие микродвигателя и тахогенератора, имеющих коллекторы, и 25поэтому недостаточно надежных.Целью изобретения является создание датчика частоты вращения асинхронного двигателя с фазным роторомбез применения вращающихся машин 3 и механической связи с ним, более надежного в эксплуатации, позволяющего с большей точностью проводить измерения.Цель достигается тем, что в датчик частоты вращения асинхронного двигателя, содержащий два выпрями- тельных моста, подключенных соответственно к статорным и роторным обмоткам двигателя, введен операционный усилитель с резистором во входной цепи и триодом в цепи обратной связи, при этом резистор входной цепи операционного усилителя соединен с выходом выпрямитель- ного моста, подключенного к статорной обмотке двигателя, вход и катод триода соединены соответственно с входом и выходом операционного усилителя, а сетка триода соединена с выходом выпрямительного моста, подключенного к роторной обмотке двигателя.На чертеже изображена схема датчика.К статорной и роторной цепям контролируемого асинхронного двигателя 1 подключены трехфазные выпрямительные мосты 2 и 3. К выходам последних подключены резисторы 4 и779810 40 5, служащие для настройки системы. К резистору 4 через резистор б подключен операционный усилитель 7. В цепь обратной связи этого усилителя включен триод 8, Сетка триода 8 подключена к резистору 5.Принцип работы датчика заключается в следующем.При снижении напряжения на статоре асинхронного двигателя 1 пропорционально меняются напряжения ОВХ — на резисторе 4 и Ос — на резисторе 5, Уменьшение сеточного напряжения триода 8 приводит к уменьшению тока анодной цепи триода 8 и увеличению. его внутреннего сопротивления Й. Так как передаточная функция операционного усилителя 7 имеет вид где 7. 1 (Р ); Е( Р ) — операторные сопротивлениявходной цепи ицепи обратнойсвязий сопротивлениерезистора б;В = Р1 внутреннее сопротивлениетриода 8; 30входное напряжение операционного усилителя 7;выходное напряжение операционного усилителя 7, то из него следует, что Йьъ 1 х= й Оьхи, следовательно, выходное напряжение операционного усилителя 7 останется неизменным.При изменении частоты вращения асинхронного двигателя 1 изменяется напряжение на сетке триода 8 где Кв — коэффициент передачи выпрямительного моста 3;О о — напряжение на кольцах ротора неподвижного асинхронного двигателя 1;5 — скольжение;а значит, пропорционально меняется сопротивление В и выходное напряжение операционного усилителя 7.Использование операционного уси- лителя с резистором во входной цепи и триодом в цепи обратной связи позволяет отказаться от вращающихся машин — тахогенератора и микродвигателя, что значительно. повышает надежность датчика, а также позволяет многократно увеличить коэффициент передачи датчика, а следовательно, повысить точность измерения. Формула изобретения Датчик частоты вращения асин. -хронного двигателя, содержащий двавыпрямительных моста, подключенныхсоответственно к статорным и роторным обмоткам двигателя, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения надежности и точности измерения, в него введен операционныйусилитель, с резистором во входнойцепи и триодом в цепи обратной связи, при этом резистор входной цепиоперационного усилителя соединенс выходом выпрямительного моста,подключенного к статорной обмоткедвигателя, анод и катод триода соединены соответственно с входом ивыходом операционного усилителя, асетка триода соединена с выходомвыпрямительного моста, подключенногО к роторной обмотке двигателя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизеТанатар Л; И. Элементы промышленной автоматики и их динамические свойства , Киев, «Техника»,1975, с.133,140.2. Авторское свидетельство СССРР 5700839, кл. С 01 Р 3/00, 1977779810 едакт лыбина Тираж 1019 ГосудаРственного комитета ССС по делам иэобретений и открыти Москва, Ж, Раушская наб., сно 10/5НИИП Закаэ д. 4/5 1130 илиал ППП «Патент», г. Ужгород, Ул. Проектная, 4 ставитехред А,А. Трегубовч Корректор М. Демчик

Заявка

ДНЕПРОПЕТРОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

ТАНАТОР АНАТОЛИЙ ИОСИФОВИЧ, УЖЕЛОВСКИЙ ВАЛЕНТИН АЛЕКСЕЕВИЧ

Что такое преобразователь частоты и для чего он нужен?

Для регулирования работы асинхронного двигателя с целью не допустить снижения его КПД применяют специальные устройства – частотные преобразователи. Их работа заключается в том, что они плавно изменяют скорость вращения двигателя, с помощью смены частоты питающего напряжения.

В данной статье мы постараемся рассмотреть ряд незаметных, на первый взгляд, особенностей в работе асинхронного электродвигателя и проанализируем, насколько важно в ходе его эксплуатации использовать частотный преобразователь.

Что может привести к неисправности?

В асинхронном двигателе напряжение для работы чаще всего поступает через последовательно включенный автоматический выключатель. То сесть данный способ запуска двигателя по другому называется — плавный пуск. Таким образом это провоцирует высокий рост тока пусковой обмотки, что для оборудования закончится весьма плачевно.

Частотный преобразователь имеет к этому важное отношение – он контролирует ток электродвигателя. Формируя необходимое напряжение нужной амплитуды и частоты, частотник подает их на двигатель. Поясним – в процессе его запуска преобразователь отдает не полную частоту, скажем, в 50 Герц, а где-то 0,1Гц (или чуть больше). То же самое и с напряжением – не все 220 В или 380 В, а около 20-30 (смотря, какие выставлены настройки).

Принцип работы преобразователя частоты для электродвигателя

Все это позволяет пропускать через обмотку статора ток оптимального значения, не выше номинального показателя, чтобы создать магнитное поле, которое, в свою очередь, вместе с созданным в обмотке током создаст крутящий момент. Что касается принципов изменения характеристик напряжения, то подробно об этом, а также о критериях выбора частотника, вы можете прочесть здесь, в одной из других наших статей. Кстати, если говорить о критериях выбора, то отметим также, что выходные токи преобразователя частоты должны быть ниже тока полного режима нагрузки.

Выше мы описывали старт двигателя. Что касается разгона, то в ходе этого процесса преобразователь плавно повышает частоту и величину поступаемого напряжения, тем самым разгоняя двигатель. Главное – настроить частотник таким образом, чтобы времени на разгон уходило как можно меньше, а ток обмотки статора не был выше её номинального значения. Кроме того, важно поддерживать достаточный крутящий момент на валу.

Почему без преобразователя не обойтись? Главные преимущества его использования

Итак, преобразователь частоты дает следующие преимущества при управлении асинхронным двигателем:

1. Плавный пуск и остановка электропривода
2. Управление производительностью оборудования
3. Установка оптимальных режимов работы
4. Взаимное согласование электроприводов в сложных системах

Самые важные – это 1 и 2 пункты. Почему именно они?

Плавный пуск позволяет наращивать скорость постепенно, что позволяет не допустить скачков тока. Неконтролируемые скачки опасны, так как при прямом пуске они превышают номинальные показатели в 5-7 раз, что может спровоцировать высокую нагрузку на электросеть, защитит оборудование от перегрузок и сэкономит деньги на затратах электроэнергии.

Что касается управления производительностью, то в этом случае преобразователь частоты контролирует скорость работы электродвигателя с учетом «реальных нужд» в системе в целом. Это также помогает напрасно не тратить энергию и гарантирует её экономию в 30-60%.

Помимо 4-х основных преимуществ описанных выше, использование преобразователя обеспечивает следующие преимущества:

• Понижение величины пусковых токов в 4-6 раз
• Регулировка частоты и напряжения с экономией до 50% электроэнергии
• Самостоятельное выключение контактора, снятие напряжения и с его плавной подачей в звено постоянного тока
• Устранение ударных нагрузок, защита двигателя от механической перегрузки, либо недогрузки
• Понижение общего числа ненужных отключений при ударных нагрузках
• Обеспечение нужной величины и частоты при запуске оборудования, поддержание обратной связи смежных приводов
• Контроль скорости вращения ротора и анализ работы двигателя

Классификация частотных преобразователей

В первую очередь, данные устройства различаются по режимам работы:

• Амплитудно-частотное регулирование (скалярное) – применяются в обычных установках с вентиляторами, насосами, тележками, транспортерами и т.д. где не требуется стабилизация оборотов двигателя
• Векторное регулирование – используются на любом оборудовании, где возможны резкие изменения крутящего момента на валу, причем в большом диапазоне и где нужна высокая стабильность оборотов на валу электродвигателя.

По типу питания:

• Низковольтный 0,4 кВ
• Среднее напряжение 0,69 кВ
• Высоковольтный 6 и 10 кВ

Также данные устройства бывают с промежуточным звеном (связью) и без него. О характере работы таких устройств читайте тут, в ещё одной нашей статье.

Настройка

Настройка преобразователей выполняется строго по инструкции производителя и с учетом особенностей задачи, которая решается посредством оборудования, в котором установлен двигатель.

Например, если применяется асинхронный двигатель скалярного типа, то амплитуду сигнала и выходную частоту устанавливают по определенной формуле. Для других видов двигателя обычно используют датчики скорости вращения вала двигателя. Последовательность этапов алгоритма настройки мы перечислили здесь, в другом нашем материале.

Можно ли отказаться от частотных преобразователей?

Можно. Но лучше этого не делать. Безусловно, скорость вращения можно также регулировать и при помощи гидравлической муфты или механического вариатора и других. Но данные приспособления неэкономичны (а в промышленности это крайне важно!), у них узкий диапазон регулирования, что доставляет серьезные неудобства в ходе эксплуатации, а также они гораздо быстрее выйдут из строя.

Итоги: почему нужно использовать преобразователи частоты?

Вот основной перечень преимуществ для работы оборудования, которые вы получаете, используя преобразователи:

• Плавный пуск и плавную остановку оборудования
• Эффективную защиту от перегрузок и бросков напряжения
• Возможность эксплуатации оборудования с большими номинальными сетевыми напряжениями и токами
• Понижение энергопотребления
• Стабильность технологического процесса и улучшение КПД

Итак, это наиболее важная информация о частотных преобразователях, которую мы хотели до вас донести. В завершение скажем о том, от чего зависит стоимость и на что стоит обращать внимание при выборе. Это такие факторы, как марка производителя, модель и тип управления преобразователем. Также стоит обращать внимание при выборе на тип и уровень мощности двигателя, его диапазон и точность, а также степень точности поддержки крутящего момента.