Регулятор оборотов электродвигателя без потери мощности

Регулятор оборотов электродвигателя без потери мощности

Для плавного управления скоростью вращения вала электродвигателя создано специальное устройство — регулятор оборотов. Он позволяет не только удобно регулировать скорость вращения вала, что гарантирует стабильную эксплуатацию, но и позволяет избежать перебоев напряжения и обеспечить длительный период службы оборудования.

Особенности регулятора оборотов

Основная задача трансформаторного контроллера оборотов — организация плавности запуска и останова с помощью ШИМ (широтно-импульсной модуляции). Такие устройства входят в состав многих электроприборов. Они гарантируют точность управления и позволяют установить требуемую величину оборотов.

Существуют также тиристорные модели, а также приборы, осуществляющие частотное регулирование.

Современные регуляторы оборотов активно используются в самом разном оборудовании:

• нагревательном,
• сварочном,
• электроприводах,
• электропечах,
• стиральных и швейных машинках,
• пылесосах,
• электроприводах.

Как выбрать регулятор оборотов электромотора

Для выбора оптимального устройства контроля скорости вращения вала важно учитывать показатели электродвигателя, а также особенности их использования.

Для коллекторных моделей идеально подходят векторные регуляторы. Особое внимание при этом стоит уделять мощности решения. Для безопасного функционирования она должна быть немного выше допустимого параметра электромотора.

Напряжение электроприбора должно находится в широком диапазоне. Количество входов и размеры должны соответствовать характеристикам электродвигателя.

Принцип работы трансформаторного регулятора оборотов

Во время запуска электромотора сила тока сгибает обмотки силового агрегата, при этом образуя тепловую энергию. Входное напряжение в первую очередь поступает на контроллер оборотов, в котором с помощью диода осуществляется выпрямление 220 В. После этого ток поступает на два конденсатора, которые играют роль фильтра. На выходе формируется широтно-импульсно моделированные сигнал, поступающий в итоге к обмоткам электромотора и регулирующий скорость вращения вала.

Особенности тиристорного контроллера оборотов

Такие устройства снабжены парой тиристоров, который включены встречно-паралелльно. В данном случае при подаче переменного входного напряжения каждый тиристор попускает только полуволну. Управляющая схема контролирует момент открытия и закрытия тиристоров в момент перехода фазы через ноль. Это позволяет отрезать кусок напряжения в конце или же начале волны. В результате меняется среднеквадратичное показание напряжения.

Чаще всего тиристорные регуляторы скорости используются для контроля работы различного обогревательного оборудования. Для электродвигателей они модифицируются, в зависимости от индуктивной нагрузки:

• подбираются тиристоры с рабочим током, значение которого в несколько раз выше, чем ток двигателя,
• на выходе добавляется конденсатор, который позволяет корректировать форму синусоиды напряжения,
• для защиты силовых элементов (резисторов, конденсаторов или же катушек) используются LRC-цепи,
• минимальная мощность ограничивается, что гарантирует легкий пуск электродвигателя.

К основным достоинствам тиристорных регуляторов оборотов относятся компактные габариты и приемлемая стоимость. Что касается недостатков, то основные: регулировать скорость вращения можно только маломощных двигателей, при работе возможны рывки и шум.

Такие контроллеры зачастую применяют для управления скоростью вращения вентилятора в современных системах кондиционирования.

И все таки наиболее оптимальным вариантом регулировки оборотов двигателя является частотный преобразователь ABB.

Изменение параметров тока на входе

Принцип действия частотника — управление параметрами на входе, при котором изменяется напряжение и сила тока отдельно или вместе. Плюсы решения очевидны:

• Плавный старт без пускового скачка тока (приводит к пробою изоляции) и без рывков (изнашивают механизмы)
• Большой диапазон регулировок скорости и крутящего момента;
• Экономия электроэнергии и ресурса, что немаловажно при частых пусках (остановках) и работе в различных режимах (например, насосы, лебедки, рулевые электроприводы и т.д.);
• Для большинства электродвигателей есть возможность изменения направления вращения.

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.

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

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

• 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

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

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

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

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

Регулятор оборотов электродвигателя — TDA1085

• Описание
• Характеристики
• Видео
• Отзывов (91)
• Где применяется

Плата регулировки оборотов коллекторного электродвигателя на TDA1085

В себя включает:

• Плата в сборе — полностью готовая к эксплуатации.
• Резистор регулировки оборотов — в комплекте.
• Установленные клеммы — А (сеть 220 В), М (мотор), Т (таходатчик).
• Питание платы — на прямую от сети 220 вольт, 50 Гц.
• Мощность — до 3000 Вт. (стандартные двигатели от стиральных машин автомат).
• Применение — к коллекторным двигателям (двигателям с щетками).
• Габаритные размеры — длина 96 мм, ширина 96 мм, высота 32 мм.
• Система защиты — по току, предохранителем 5 А.

Дополнительные опции:

• Реверсный переключатель (on-off-on) с проводами и клеммами 16 А, 250 В.
• Измеритель числа оборотов — Тахометр (Отдельное устройство, блок питания ы комплект не входит).
• Реле времени — YYC-2 (Отдельное устройство, блок питания ы комплект не входит).

Для чего нужна эта плата: Данная плата позволяет регулировать обороты коллекторного электродвигателя (с щетками) без потери мощности независимо от нагрузки (в пределах заявленной производителем электродвигателя). С ее помощью вы сможете управлять оборотами электродвигателя от 200 до 20000 об/мин. При этом сохраняя полный момент силы на валу электродвигателя.

Для чего нужен реверсный переключатель: Это тумблер на три положения серии «KCD» с запасом мощности до 4000 Вт., с установленными клеммами и проводами с нанесенной маркировкой к подключению. Устанавливается для изменения стороны вращения вала (ротора) электродвигателя. С его помощью Вы легко сможете изменить направление вращения ротора всего лишь одним переключение тумблера. Внимание! Переключение тумблера во время работы не желательно! На оборотах более 3000 об/мин. ЗАПРЕЩЕНО! Для увеличения срока службы электродвигателя и платы, тумблер реверсного переключателя рекомендуется переключать после полной остановки электродвигателя.

Для чего нужен измеритель числа оборотов: Тахометр просто необходим если Вам нужно замерить обороты станка или вращающегося механизма. Блок питания в комплект не входит.

Для чего нужно реле времени: Таймер времени предназначен для автоматического отключения регулятора. Вы можете выбрать время на таймере и заниматься своими делами, а реле отключит регулятор оборотов через заданное время. Блок питания в комплект не входит.

Дополнительное описание: Монтажная плата изготавливается станочным производством, на заводе в России. Толщина основы текстолита 1,5 мм.Толщина медной фольги 0,35 мм, с нанесенной паяльной маской. Монтаж радиокомпонентов, осуществляется заводским конвейером. Установленные детали в выводном корпусе. Активные радиокомпоненты, закупаются от фирм оригинальных производителей: On semiconductor, ST microelectronics, с целью увеличения надежности и длительного срока эксплуатации.

Внимание! Данная плата применима, только для коллекторных двигателей (двигателей с щетками), с обязательным наличием таходатчика. Данная плата изготавливалась для двигателей от стиральных машин автомат, мощностью до 3000 Вт.

• Каждая плата пред отправкой заказчику проходит полную проверку под нагрузкой, на предмет отсутствия дефектов и брака!
• Предоставляется гарантия и послепродажная консультация!
• При оплате на р/с +7%

Различная комплектация

КОМПЛЕКТАЦИЯ «КОНСТРУКТОР»

В себя включает:

КОМПЛЕКТАЦИЯ «ПЛАТА МОНТАЖНАЯ»

В себя включает:

Где используют плату регулировки оборотов:

Плата управления коллекторного электродвигателя с поддержанием мощности уже нашла широкое применение в хозяйстве людей и широко охватила лиц занимающихся различным хобби и профессиональной деятельностью.

• — Гриндер,
• — Медогонка,
• — Наждак,
• — Точило,
• — Соломорезка,
• — Газонокосилка,
• — Токарный станок,
• — Токарный по дереву,
• — Фрезерный станок,
• — Сверлильный станок,
• — Крупорушка,
• — Корморезка,
• — Устройства для вращения массивных предметов,
• — Ленточная пила и т.д.

Посмотреть все изделия с данным регулятором вы можете здесь: видео

Электронный регулятор хода

Электронный регулятор хода (англ. ESC, Electronic Speed Controller ) — устройство для управления оборотами электродвигателя, применяемое на радиоуправляемых моделях с электрической силовой установкой.

Электронный регулятор хода позволяет плавно варьировать электрическую мощность, подаваемую на электродвигатель. В отличие от более простых резистивных регуляторов хода (в настоящее время практически не применяются в моделизме), которые управляли мощностью двигателя путём включения в цепь последовательно с мотором активной нагрузки, превращающей избыточную мощность в тепло, электронный регулятор хода обладает значительно более высоким КПД, не расходуя энергию аккумуляторной батареи на бесполезный нагрев.

Содержание

• 1 Классификация
• 2 Общее описание
• 3 Настраиваемые функции
• 4 Ссылки

Классификация [ править | править код ]

Электронные регуляторы хода в первую очередь классифицируются в зависимости от типа электродвигателя, для управления которыми предназначены:

• Для коллекторных электродвигателей;
• Для бесколлекторных электродвигателей как с датчиками Холла, так и без датчиков. В этом случае связка регулятора с двигателем является подвидом частотно-регулируемого привода.

В зависимости от типа моделей:

Все регуляторы также различаются в зависимости от максимального рабочего тока, напряжения батареи, возможностью работы с аккумуляторами различного типа.

Регуляторы хода для бесколлекторных электродвигателей принципиально отличаются от регуляторов хода для коллекторных моторов: помимо управления мощностью, подводимой к электромотору, они должны определять положение ротора в каждый момент времени, чтобы точно задавать фазы трех питающих напряжений, необходимых для работы бесколлекторного электромотора. Эти регуляторы обычно дороже регуляторов хода для коллекторных двигателей на ту же электрическую мощность. Регулятор хода бесколлекторных электромоторов обеспечивает работу только одного подключенного к нему бесколлекторного мотора, в то время как регулятор хода коллекторных моторов позволяет подсоединить к нему несколько коллекторных моторов последовательно или параллельно, с единственным ограничением, чтобы суммарный ток не превышал максимальный ток, на который рассчитан данный регулятор хода.

Регуляторы хода для судомоделей имеют дополнительную защиту от влаги и часто жидкостное охлаждение забортной водой, что является повсеместной практикой на всех типах моторизованных судов.

Регуляторы хода для автомоделей имеют развитый радиатор воздушного охлаждения и возможность реверса направления вращения электродвигателя.

Общее описание [ править | править код ]

Как правило, на регуляторе также лежит задача обеспечения питанием приемника и всех сервоприводов. Силовые аккумуляторы имеют напряжение 7.4-48 В, в то время как для питания приборов и сервоприводов необходимо 5..6 В, поэтому в регулятор встраивается BEC ( англ. ) (преобразователь напряжения), преобразующий напряжение ходового аккумулятора в более низкое. Мощность встроенного преобразователя напряжения ограничена 1,5-20 А.

Некоторые регуляторы могут иметь на корпусе кнопки для изменения параметров. Другие — настраиваются с помощью обычной аппаратуры управления моделью (путём последовательных манипуляций ручкой газа на передатчике аппаратуры радиоуправления). Некоторые фирмы выпускают специальные кабели для подключения регулятора к специальному настроечному пульту или персональному компьютеру для точной настройки.

Важная функция регулятора — Fail Safe. В случае, если модель потеряет сигнал от передатчика системы радиоуправления, например, при превышении дальности работы или помех в эфире, регулятор немедленно отключает двигатель, а сервомашинки переключатся в заранее выбранные позиции. Как правило, планирование по плавной нисходящей спирали. Эта функция в меньшей степени позволяет сохранить модель от аварии. Основные назначение — безопасность людей (особенно для крупных летательных аппаратов) и посадка ближе к моделисту, чем в случае с абсолютно неуправляемой моделью.