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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Regolatore di velocità per motori asincroni trifase. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / motori elettrici Porto all'attenzione dei lettori uno schema (Fig. 1) e il progetto di un dispositivo che consente di regolare la velocità di rotazione di un motore asincrono trifase (IM) nell'intervallo 300...8000 giri/min (di seguito indicato come RFV). Sono sicuro che sarà utile a molti radioamatori, poiché fornisce ai motori asincroni trifase nuovi indicatori di qualità: alimentazione da una rete monofase praticamente senza perdita di potenza, capacità di regolare la coppia di avviamento, maggiore efficienza , indipendenza del senso di rotazione dalla fase della tensione applicata, regolazione in ampi intervalli di velocità di rotazione sia al minimo che sotto carico e, soprattutto, la capacità di aumentare la velocità massima da 3000 a 6000...10000 giri/min.
Le principali caratteristiche di RFV:
Come è noto, esistono diversi modi per regolare la velocità di rotazione del motore: modificando la tensione di alimentazione, il carico sull'albero, utilizzando uno speciale avvolgimento del rotore con resistenza regolabile, nonché la regolazione della frequenza, che è il metodo più efficace , poiché consente di preservare le caratteristiche energetiche del motore e di utilizzare l'IM più economico e affidabile con rotore a gabbia di scoiattolo. Prima di considerare il funzionamento dell'RHF è necessario ricordare al lettore le principali caratteristiche dell'AD. 1. Fattore di efficienza = (Рв/Рп), dove Рв è la potenza meccanica sull'albero motore, Рп è l'energia elettrica consumata dalla rete. Al minimo, efficienza = 0, poiché Pv = 0. Alla potenza nominale all'albero Рн, l'efficienza ha un valore massimo (0,75 ... 0,95) per diversi motori. 2. Le correnti di fase dell'IM sono mostrate in Fig.2.
3. Frequenza di rotazione del campo magnetico dello statore n1=(60Fп)/р (rpm), dove Fп è la frequenza della corrente di alimentazione, Hz; p - numero di coppie di poli dello statore. Pertanto, ad una frequenza standard Fп=50 Hz, il campo magnetico, a seconda del numero di coppie polari, ruota con frequenza (vedi tabella).
4. Scorrimento S=(Fп-Fр)/Fп (%). La frequenza di rotazione del rotore .r è sempre inferiore alla frequenza Fp della quantità di scorrimento S (2...6%), ad esempio Fp=960; 1420; 2840 giri al minuto Il principio di funzionamento dell'IM si basa sull'interazione del campo magnetico rotante dello statore con le correnti indotte da questo campo nei conduttori dell'avvolgimento del rotore. 5. Coppia М=Рв/О, dove О è la velocità angolare di rotazione del rotore О=2πFв/60. 6. Capacità di sovraccarico Kp=Mkr/Mn=1,5...2,5, dove momento critico Mkr; Mn - coppia nominale. 7. Cosϕ=Iса/Iср=0,1...0,2 alla velocità nominale, dove Iса è la corrente statorica attiva, Iср è la corrente statorica reattiva. Un aumento del carico del motore è accompagnato da un aumento della sola componente attiva dello statore e, di conseguenza, da un aumento del cosϕ a 0,8...0,9. Appare quindi chiaro il ruolo del caricamento del motore per migliorare il cosϕ della rete di alimentazione. 8. Corrente di avviamento Iï - corrente dello statore all'avvio dell'IM, Iï/In=5 ... 7. La coppia di avviamento dell'IM non è elevata. All'avvio il GI deve sviluppare una coppia superiore alla coppia frenante del meccanismo, altrimenti non gira. Mn/Mn=0,8...1,5. Lo schema funzionale dell'RFC è mostrato in Fig.3.
Il generatore principale è progettato per modificare la frequenza della corrente di alimentazione dell'IM. Cambia la velocità del rotore. Un generatore di impulsi in sequenza trifase (PPS) converte la tensione CC in tre tensioni ad onda quadra, sfasate di 120°. Il preamplificatore abbina alle uscite a bassa potenza del FIT un potente stadio finale, il cui compito è fornire alle fasi IM la corrente richiesta in forma e frequenza. L'alimentatore produce tensioni di +5, +9 e +300 V per alimentare il convertitore di radiofrequenza. La figura 4 mostra tutte le forme d'onda necessarie.
Gli elementi DD1.1...DD1.3 vengono utilizzati per assemblare un oscillatore principale - un multivibratore con una frequenza di generazione variabile nell'intervallo 30...800 Hz. Cambiare la frequenza con il resistore variabile R2. Il FIT è composto da un contatore DD2, un elemento “AND-NOT” DD1.4 e quattro elementi “OR esclusivo” DD3.1...DD3.4. Tre preamplificatori identici sono assemblati utilizzando i transistor VT2...VT13 (uno per ciascuna fase dell'IM). Consideriamo il principio di funzionamento di uno di essi (quello in alto nel diagramma). Quando appare un livello alto all'uscita dell'elemento DD3.2, il transistor composito VT2,VT5 si apre. Dall'uscita dell'elemento DD3.2, un livello alto viene fornito all'ingresso del fotoaccoppiatore DD4, a seguito del quale viene impostato un livello basso sulla sua uscita, che chiude il transistor composito VT8,VT11. Gli altri due amplificatori funzionano in modo simile, solo con una differenza di fase di 120°. Per il disaccoppiamento della tensione, i transistor VT2, VT5 e VT8, VT11 sono alimentati da sorgenti separate di +9 V e i transistor VT14...VT19 sono alimentati da una sorgente di +300 V. Diodi VD10, VD13, VD16, VD17 servire per l'isolamento della tensione e per un bloccaggio più affidabile dei transistor VT14 e VT15. Una delle condizioni principali per il normale funzionamento dei transistor VT14 e VT15 è che non siano aperti contemporaneamente. Per fare ciò, la tensione di controllo viene fornita all'ingresso del transistor composito VT8, VT11 dall'uscita del fotoaccoppiatore DD4, che fornisce un certo ritardo nella sua commutazione. Quando appare un livello alto all'ingresso del fotoaccoppiatore DD4 attraverso gli elementi R8, VD7, il transistor composito VT2, VT5 si apre e il transistor VT15 si chiude. Allo stesso tempo inizia la carica del condensatore C9. 40 μs dopo la comparsa di un livello alto all'ingresso del fotoaccoppiatore DD4, alla sua uscita appare un livello basso, il transistor composito VT8, VT11 si chiude e il transistor VT14 si apre. La comparsa di un livello basso all'ingresso del fotoaccoppiatore DD4 non può chiudere istantaneamente il transistor composito VT2, VT5, poiché la scarica del condensatore C9 lungo il circuito R9, base, emettitore mantiene questo transistor per 140 μs nello stato aperto e il transistor VT15 allo stato chiuso. Il tempo di ritardo di spegnimento del fotoaccoppiatore DD4 è 100 μs, quindi il transistor VT14 si chiude prima dell'apertura del transistor VT15. I diodi VD22...VD23 proteggono i transistor VT14,VT15 dall'aumento della tensione quando si commuta un carico induttivo - gli avvolgimenti IM, nonché per chiudere le correnti di avvolgimento durante i periodi di tempo in cui la tensione cambia polarità (quando si commutano i transistor VT14, VT15). Ad esempio, dopo aver chiuso i transistor VT14 e VT17, la corrente scorre per un po 'nella stessa direzione - dalla fase A alla fase B, chiudendo attraverso il diodo VD24, l'alimentatore, VD23, finché non diminuisce a zero. Consideriamo il principio di funzionamento della cascata finale usando l'esempio delle fasi A e B. Quando i transistor VT14 e VT17 vengono aperti, all'inizio della fase A viene applicato un potenziale positivo e alla sua fine viene applicato un potenziale negativo. Dopo che sono stati chiusi, i transistor VT15 e VT16 si aprono e ora, al contrario, viene applicato un potenziale positivo alla fine della fase A e un potenziale negativo all'inizio. In questo modo alle fasi A, B e C vengono fornite tensioni alternate rettangolari con uno sfasamento di 120° (vedere fig. 4). La frequenza della tensione di alimentazione è determinata dalla frequenza di commutazione di questi transistor. Grazie all'apertura alternata dei transistor, la corrente passa in sequenza attraverso i circuiti degli avvolgimenti dello statore AB-AC-VSVA-SA-SV-AB, creando un campo magnetico rotante. Le forme delle correnti di fase sono mostrate in fig. 5.
Lo schema sopra descritto per la costruzione dello stadio finale è un ponte trifase [1]. Il suo vantaggio è che non ci sono componenti di terza armonica nelle curve della corrente di fase. Per alimentare gli stadi a bassa tensione viene utilizzato uno stabilizzatore VD1,VT1,VD6 che consente di ottenere +5 V per alimentare i microcircuiti DD1...DD3, nonché +9 V per alimentare i preamplificatori (VT2. ..VT7). Ogni coppia superiore di preamplificatori è alimentata dal proprio raddrizzatore: VT8,VT11 - da VD3, VT9,VT12 - da VD4, VT10,VT13 - da VD5. Gli stadi finali sono alimentati da un raddrizzatore a onda intera e un filtro LC (VD2,L1,C3,C7) +300 V. Le capacità dei condensatori C3 e C7 sono selezionate in base alla potenza dell'IM, maggiore è la capacità, migliore, ma non inferiore a 20 µF con l'induttanza dell'induttore L1 0,1 Gn. In RFV è possibile utilizzare resistori costanti come MLT, OMLT, VS. Condensatore C1: qualsiasi carta ceramica o metallica; C2...C8 - qualsiasi ossido. L'induttanza L1 può essere eliminata, ma in questo caso sarà necessario aumentare la capacità di ciascuno dei condensatori C3 e C7 a 50 μF. Microcircuito DD1 tipo K155LA3, DD2 - K155IE4, DD3 K155LP5. Optoaccoppiatori DD4...DD6 - AOT165A1. È possibile utilizzarne anche altri con un tempo di ritardo all'accensione non superiore a 100 μs e una tensione di isolamento di almeno 400 V. Il requisito principale per i transistor è un guadagno elevato e approssimativamente lo stesso guadagno per tutti (almeno 50). Transistor VT2...VT4, VT8...VT10 tipo KT315A, possono essere sostituiti con KT315, KT312, KT3102 con qualsiasi indice di lettera. Transistor VT1, VT5...VT7, VT11...VT13 tipo KT817 o KT815 con qualsiasi indice di lettere. Transistor VT14...VT19 - KT834A o KT834B. Per sostituirli, è possibile utilizzare potenti transistor ad alta tensione con un guadagno di almeno 50. Poiché i transistor di uscita funzionano in modalità commutazione, devono essere installati su radiatori con un'area di 10 cm2 ciascuno. Tuttavia, quando si utilizzano motori con una potenza superiore a 200 W, saranno necessari radiatori con una superficie maggiore. Raddrizzatori a ponte VD1, VD3...VD5 - KTs405A. Raddrizzatore VD2 - KTs409A. Quando la potenza dell'IM è superiore a 300 W, invece del raddrizzatore a ponte KTs409A, è necessario utilizzare un ponte di singoli diodi progettato per una tensione inversa superiore a 400 V e la corrente corrispondente. Diodo Zener VD6 - KS156A. Diodi VD7...VD21 - KD209A. Qualsiasi diodo VD22...VD27 progettato per una corrente di almeno 5 A e una tensione inversa di almeno 400 V, ad esempio KD226V o KD226G. Trasformatore: qualsiasi potenza di almeno 15 W, con quattro avvolgimenti secondari separati da 8 V ciascuno. Durante la configurazione del dispositivo, spegnere prima +300 V e verificare la presenza di tutti gli oscillogrammi nei punti indicati (vedere Fig. 4). Se necessario, selezionando il condensatore C1 o il resistore R2 si ottiene una variazione di frequenza sul collettore del transistor VT5 nell'intervallo 5...130 Hz. Quindi, con la pressione sanguigna disattivata, invece di +300 V, viene fornita una tensione di +100...150 V da una fonte esterna, il collettore e l'emettitore del transistor VT11, il collettore e l'emettitore del transistor VT5 sono chiusi ( per chiudere a lungo i transistor VT14 e VT15) e la corrente nel circuito del collettore viene misurata dal transistor VT14, che non dovrebbe essere superiore a pochi μA - corrente di dispersione dei transistor VT14 e VT15. Successivamente, i collettori e gli emettitori dei transistor di cui sopra vengono aperti e il resistore R2 viene impostato sulla frequenza di generazione massima. Aumentando la capacità del condensatore C9, otteniamo la corrente minima nel circuito del collettore del transistor VT14, che idealmente è uguale alla corrente di dispersione dei transistor VT14 e VT15. Anche i restanti due amplificatori finali vengono regolati in questo modo. Successivamente collegare l'IM all'uscita RFV (alla presa X7), i cui avvolgimenti sono collegati da una stella. Invece di +300 V, dall'esterno viene fornita una tensione compresa tra +100 e 150 V. L'IM deve iniziare a ruotare. Se è necessario cambiare il senso di rotazione, tutte le fasi della pressione sanguigna vengono scambiate. Se i transistor terminali funzionano nella modalità corretta, rimangono leggermente caldi per lungo tempo, altrimenti vengono selezionate le resistenze dei resistori R18, R20, R22, R23...R25. letteratura:
Autore: A. Dubrovsky
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