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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Drehzahlregler für Drehstrom-Asynchronmotoren. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Die Elektromotoren Ich mache die Leser auf ein Diagramm (Abb. 1) und den Entwurf eines Geräts aufmerksam, mit dem Sie die Drehzahl eines dreiphasigen Asynchronmotors (IM) im Bereich von 300...8000 U/min regulieren können (im Folgenden). als RFV bezeichnet). Ich bin sicher, dass es für viele Funkamateure von Nutzen sein wird, da es Drehstrom-Asynchronmotoren neue Qualitätsindikatoren verleiht: Stromversorgung aus einem einphasigen Netz nahezu ohne Leistungsverlust, die Möglichkeit, das Anlaufdrehmoment zu regulieren, erhöhte Effizienz , Unabhängigkeit der Drehrichtung von der Phase der angelegten Spannung, Regelung in weiten Drehzahlbereichen sowohl im Leerlauf als auch unter Last und vor allem die Möglichkeit, die Höchstdrehzahl von 3000 auf 6000...10000 U/min zu erhöhen.
Die Hauptmerkmale von RFV:
Bekanntlich gibt es mehrere Möglichkeiten, die Drehzahl des Motors zu regulieren – durch Änderung der Versorgungsspannung, der Belastung der Welle, Verwendung einer speziellen Rotorwicklung mit einstellbarem Widerstand sowie durch Frequenzregelung, was die effektivste Methode ist , da Sie so die Energieeigenschaften des Motors erhalten und den günstigsten und zuverlässigsten IM mit Käfigläufer verwenden können. Bevor wir uns mit der Funktionsweise des RHF befassen, ist es notwendig, den Leser an die Hauptmerkmale von AD zu erinnern. 1. Effizienzfaktor = (Рв/Рп), wobei Рв die mechanische Leistung auf der Motorwelle und Рп die vom Netz aufgenommene elektrische Leistung ist. Im Leerlauf ist der Wirkungsgrad = 0, da Pv = 0. Bei Nennwellenleistung Рн hat der Wirkungsgrad für verschiedene Motoren einen Maximalwert (0,75 ... 0,95). 2. Die Phasenströme des IM sind in Abb. 2 dargestellt.
3. Rotationsfrequenz des Statormagnetfelds n1=(60Fp)/ð (U/min), wobei Fp die Frequenz des Versorgungsstroms in Hz ist; p – Anzahl der Statorpolpaare. Bei einer Standardfrequenz Fp=50 Hz rotiert das Magnetfeld also je nach Polpaarzahl mit der Frequenz (siehe Tabelle).
4. Schlupf S=(Fp-Fp)/Fp (%). Die Rotordrehfrequenz .r ist immer um den Schlupfbetrag S (2...6 %) kleiner als die Frequenz Fp, zum Beispiel Fp=960; 1420; 2840 U/min Das Funktionsprinzip des IM basiert auf der Wechselwirkung des rotierenden Magnetfelds des Stators mit den Strömen, die durch dieses Feld in den Leitern der Rotorwicklung induziert werden. 5. Drehmoment М=Рв/О, wobei О die Winkelgeschwindigkeit des Rotors О=2πFв/60 ist. 6. Überlastfähigkeit Kp=Mkr/Mn=1,5...2,5, wobei Mkr kritisches Moment ist; Mn - Nenndrehmoment. 7. Cosϕ=Iса/Iср=0,1...0,2 bei Nenndrehzahl, wobei Iса der aktive Statorstrom und Iср der reaktive Statorstrom ist. Eine Erhöhung der Motorlast geht mit einer Erhöhung lediglich des aktiven Anteils des Stators und damit einhergehend einem Anstieg des cosϕ auf 0,8...0,9 einher. Daher ist die Rolle der Motorbelastung für die Verbesserung des cosϕ des Versorgungsnetzes klar. 8. Anlaufstrom Iп – Statorstrom beim Starten des IM, Iп/In=5 ... 7. Das Anlaufdrehmoment des IM ist nicht groß. Beim Anfahren muss der IM ein Drehmoment entwickeln, das über dem Bremsmoment des Mechanismus liegt, sonst dreht er sich nicht. Mn/Mn=0,8...1,5. Das Funktionsdiagramm des RFC ist in Abb. 3 dargestellt.
Der Mastergenerator dient dazu, die Frequenz des IM-Versorgungsstroms zu ändern. Es verändert die Rotorgeschwindigkeit. Ein Drehstromimpulsgenerator (PPS) wandelt Gleichspannung in drei um 120° phasenverschobene Rechteckspannungen um. Der Vorverstärker ergänzt die leistungsschwachen Ausgänge des FIT mit einer leistungsstarken Endstufe, deren Aufgabe es ist, die IM-Phasen mit dem in Form und Frequenz benötigten Strom zu versorgen. Das Netzteil erzeugt Spannungen von +5, +9 und +300 V zur Versorgung des Hochfrequenzwandlers. Abbildung 4 zeigt alle notwendigen Wellenformen.
Die Elemente DD1.1...DD1.3 dienen zum Aufbau eines Master-Oszillators – eines Multivibrators mit variabler Erzeugungsfrequenz im Bereich von 30...800 Hz. Ändern Sie die Frequenz mit dem variablen Widerstand R2. Der FIT besteht aus einem Zähler DD2, einem „AND-NOT“-Element DD1.4 und vier „Exklusiv-ODER“-Elementen DD3.1...DD3.4. Drei identische Vorverstärker werden mit den Transistoren VT2...VT13 (einer für jede Phase des IM) zusammengebaut. Betrachten wir das Funktionsprinzip eines von ihnen (das oberste im Diagramm). Wenn am Ausgang des Elements DD3.2 ein hoher Pegel erscheint, öffnet der Verbundtransistor VT2,VT5. Vom Ausgang des Elements DD3.2 wird dem Eingang des Optokopplers DD4 ein hoher Pegel zugeführt, wodurch an seinem Ausgang ein niedriger Pegel eingestellt wird, der den Verbundtransistor VT8,VT11 schließt. Die anderen beiden Verstärker arbeiten ähnlich, nur mit einer Phasendifferenz von 120°. Zur Spannungsentkopplung werden die Transistoren VT2, VT5 und VT8, VT11 von separaten +9-V-Quellen gespeist, und die Transistoren VT14...VT19 werden von einer +300-V-Quelle gespeist. Dioden VD10, VD13, VD16, VD17 dienen zur Spannungstrennung und zur zuverlässigeren Sperrung der Transistoren VT14 und VT15. Eine der Hauptbedingungen für den normalen Betrieb der Transistoren VT14 und VT15 besteht darin, dass sie nicht gleichzeitig geöffnet sein dürfen. Dazu wird die Steuerspannung vom Ausgang des Optokopplers DD8 an den Eingang des Verbundtransistors VT11, VT4 angelegt, was zu einer gewissen Verzögerung beim Schalten führt. Wenn am Eingang des Optokopplers DD4 über die Elemente R8, VD7 ein hoher Pegel auftritt, öffnet der Verbundtransistor VT2, VT5 und der Transistor VT15 schließt. Gleichzeitig beginnt die Aufladung des Kondensators C9. 40 μs nach Auftreten eines hohen Pegels am Eingang des Optokopplers DD4 erscheint ein niedriger Pegel an seinem Ausgang, der Verbundtransistor VT8, VT11 schließt und der Transistor VT14 öffnet. Das Auftreten eines niedrigen Pegels am Eingang des Optokopplers DD4 kann den zusammengesetzten Transistor VT2, VT5 nicht sofort schließen, da die Entladung des Kondensators C9 entlang der Schaltung R9, Basis, Emitter diesen Transistor für 140 μs im offenen Zustand und den Transistor VT15 hält im geschlossenen Zustand. Die Ausschaltverzögerungszeit des Optokopplers DD4 beträgt 100 μs, sodass der Transistor VT14 schließt, bevor der Transistor VT15 öffnet. Die Dioden VD22...VD23 schützen die Transistoren VT14,VT15 vor Spannungserhöhungen beim Schalten einer induktiven Last – der IM-Wicklungen – sowie zum Schließen von Wicklungsströmen in Zeiten, in denen die Spannung ihre Polarität ändert (beim Schalten der Transistoren VT14, VT15). Nach dem Schließen der Transistoren VT14 und VT17 fließt der Strom beispielsweise für einige Zeit in die gleiche Richtung – von Phase A zu Phase B und schließt über die Diode VD24 die Stromversorgung VD23, bis er auf Null abfällt. Betrachten wir das Funktionsprinzip der letzten Kaskade am Beispiel der Phasen A und B. Beim Öffnen der Transistoren VT14 und VT17 wird am Anfang der Phase A ein positives Potential und an ihrem Ende ein negatives Potential angelegt. Nachdem sie geschlossen sind, öffnen die Transistoren VT15 und VT16, und nun wird im Gegenteil ein positives Potenzial an das Ende der Phase A und ein negatives Potenzial an den Anfang angelegt. Den Phasen A, B und C werden somit rechteckförmige Wechselspannungen mit einer Phasenverschiebung von 120° zugeführt (siehe Abb. 4). Die Frequenz der Versorgungsspannung wird durch die Schaltfrequenz dieser Transistoren bestimmt. Dank der abwechselnden Öffnung der Transistoren fließt der Strom nacheinander durch die Stromkreise der Statorwicklungen AB-AC-VSVA-SA-SV-AB, wodurch ein rotierendes Magnetfeld entsteht. Die Formen der Phasenströme sind in Abb. 5 dargestellt. XNUMX.
Das oben beschriebene Schema zum Aufbau der Endstufe ist eine Dreiphasenbrücke [1]. Sein Vorteil besteht darin, dass es in den Phasenstromkurven keine dritten harmonischen Komponenten gibt. Zur Versorgung der Niederspannungsstufen wird ein Stabilisator VD1,VT1,VD6 verwendet, der es ermöglicht, +5 V für die Versorgung der Mikroschaltungen DD1...DD3 sowie +9 V für die Versorgung der Vorverstärker (VT2) zu erhalten. ..VT7). Jedes obere Vorverstärkerpaar wird von einem eigenen Gleichrichter gespeist: VT8,VT11 – von VD3, VT9,VT12 – von VD4, VT10,VT13 – von VD5. Die Endstufen werden von einem Vollweggleichrichter und LC-Filter (VD2,L1,C3,C7) +300 V gespeist. Die Kapazitäten der Kondensatoren C3 und C7 werden basierend auf der Leistung des IM ausgewählt, je größer die Kapazität, desto größer besser, aber nicht weniger als 20 µF mit der Induktivität der Induktivität L1 0,1 Gn. In RFV können Sie Konstantwiderstände wie MLT, OMLT, VS verwenden. Kondensator C1 – beliebige Keramik oder Metallpapier; C2...C8 – jedes Oxid. Die Drossel L1 kann eliminiert werden, in diesem Fall muss jedoch die Kapazität jedes der Kondensatoren C3 und C7 auf 50 μF erhöht werden. Mikroschaltung DD1 Typ K155LA3, DD2 - K155IE4, DD3 K155LP5. Optokoppler DD4...DD6 - AOT165A1. Sie können auch andere mit einer Einschaltverzögerungszeit von maximal 100 μs und einer Isolationsspannung von mindestens 400 V verwenden. Die Hauptanforderung an Transistoren ist eine hohe Verstärkung und eine ungefähr gleiche Verstärkung für alle (mindestens 50). Transistoren VT2...VT4, VT8...VT10 Typ KT315A, sie können durch KT315, KT312, KT3102 mit beliebigen Buchstabenindizes ersetzt werden. Transistoren VT1, VT5...VT7, VT11...VT13 Typ KT817 oder KT815 mit beliebigem Buchstabenindex. Transistoren VT14...VT19 - KT834A oder KT834B. Als Ersatz können leistungsstarke Hochspannungstransistoren mit einer Verstärkung von mindestens 50 verwendet werden. Da die Ausgangstransistoren im Schaltmodus arbeiten, müssen sie auf Heizkörpern mit einer Fläche von jeweils 10 cm2 installiert werden. Bei der Verwendung von Motoren mit einer Leistung von mehr als 200 W sind jedoch Strahler mit größerer Fläche erforderlich. Brückengleichrichter VD1, VD3...VD5 - KTs405A. Gleichrichter VD2 - KTs409A. Wenn die IM-Leistung mehr als 300 W beträgt, muss anstelle des Brückengleichrichters KTs409A eine Brücke aus Einzeldioden verwendet werden, die für eine Sperrspannung von mehr als 400 V und den entsprechenden Strom ausgelegt ist. Zenerdiode VD6 - KS156A. Dioden VD7...VD21 - KD209A. Alle VD22...VD27-Dioden, die für einen Strom von mindestens 5 A und eine Sperrspannung von mindestens 400 V ausgelegt sind, zum Beispiel KD226V oder KD226G. Transformator – jede Leistung von mindestens 15 W, mit vier separaten Sekundärwicklungen von jeweils 8 V. Schalten Sie beim Aufstellen des Gerätes zunächst +300 V aus und prüfen Sie das Vorhandensein aller Oszillogramme an den angegebenen Punkten (siehe Abb. 4). Bei Bedarf wird durch Auswahl des Kondensators C1 oder des Widerstands R2 eine Frequenzänderung am Kollektor des Transistors VT5 im Bereich von 5...130 Hz erreicht. Dann wird bei ausgeschaltetem Blutdruck statt +300 V eine Spannung von +100...150 V von einer externen Quelle zugeführt, Kollektor und Emitter des Transistors VT11, Kollektor und Emitter des Transistors VT5 sind geschlossen ( um die Transistoren VT14 und VT15 für längere Zeit zu schließen) und der Strom im Kollektorkreis wird am Transistor VT14 gemessen, der nicht mehr als einige μA betragen sollte - Leckstrom der Transistoren VT14 und VT15. Als nächstes werden die Kollektoren und Emitter der oben genannten Transistoren geöffnet und der Widerstand R2 auf die maximale Erzeugungsfrequenz eingestellt. Durch Erhöhen der Kapazität des Kondensators C9 erreichen wir den minimalen Strom im Kollektorkreis des Transistors VT14, der im Idealfall dem Leckstrom der Transistoren VT14 und VT15 entspricht. Auch die verbleibenden beiden Endverstärker werden auf diese Weise angepasst. Als nächstes schließen Sie den IM an den RFV-Ausgang (an Buchse X7) an, dessen Wicklungen durch einen Stern verbunden sind. Anstelle von +300 V wird von einer externen Quelle eine Spannung im Bereich von +100...150 V zugeführt. Der IM sollte anfangen zu rotieren. Ist eine Änderung der Drehrichtung erforderlich, werden beliebige Phasen des Blutdrucks vertauscht. Wenn die Endtransistoren im richtigen Modus arbeiten, bleiben sie lange Zeit leicht warm, ansonsten werden die Widerstände der Widerstände R18, R20, R22, R23...R25 ausgewählt. Литература:
Autor: A. Dubrovsky
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