Jak můžete regulovat rychlost kartáčovaného motoru?

Elektrický stroj se při přímém připojení ke zdroji proudu otáčí jednou rychlostí, což není vhodné pro jednotlivé výrobní procesy. Pro rozšíření rozsahu prováděných úkonů je nutné upravit otáčky elektromotoru. Tuto možnost mohou používat různá zařízení a každé má své vlastní vlastnosti.

Proč je potřeba regulace

Elektromotory se standardně otáčejí jednou konstantní rychlostí, která je určena aktuální charakteristikou. Například asynchronní jednotky pracující z jednofázové sítě 220V s frekvencí 50 Hz se budou otáčet konstantní rychlostí 3000 ot./min.

V praxi je účelnější a výhodnější používat motor pro různé podobné úkoly. Proto se používá regulace otáček, která zahrnuje změnu úhlové rychlosti otáčení hřídelů nebo řemenic. Je nezbytný pro provoz domácích praček, brusek, čerpadel, ventilátorů, spotřebičů a elektrického nářadí v různých režimech rychlosti.

Z technického hlediska otevírá nastavitelný točivý moment dvě možnosti:

• změnit aktuální obrat;
• nastavte točivý moment na určitou hodnotu.

V praxi tato možnost otevírá nové možnosti:

• Nastavení optimální rychlosti otáčení.
  U čerpadel a dopravníků je možné regulovat přísun látek, surovin, obrobků v požadovaném objemu za jednotku času.
• Nastartujte motor plynule.
  Postupné zvyšování točivého momentu pro dosažení jmenovitého provozního výkonu. Stejný princip zajišťuje plynulé odstavení zařízení.
• Úspora elektrické energie.
  Schopnost regulovat spotřebu energie snížením rychlosti elektrického stroje.
• Zabraňte přehřátí.
  Nucené snížení rychlosti otáčení v situacích, kdy při provozu na jmenovitý výkon dochází k nadměrnému teplu nebo zátěži (způsobené důvody třetích stran nesouvisejícími se zdravím jednotky).

Díky možnosti nastavení rychlosti plní elektromotor širší rozsah technických úkolů.

Typy zařízení

Nastavení rychlosti je organizováno připojením přídavného zařízení k okruhu. Podle jejich fungování se dělí na dva typy:

• Rychlostní zámky.
  Po zapnutí se elektromotor okamžitě otáčí rychlostí nastavenou při regulaci. Dojde k normálnímu startu, ale točivý moment se udržuje pod jmenovitým točivým momentem.
• Regulátoři.
  Mohou nastavit požadovaný počet otáček v rozsahu podporovaném jednotkou.

Svorky jsou speciální mechanická zařízení – magnetické zámky, spojky. Jejich úkolem je snížit rychlost otáčení kartáčovaného stejnosměrného motoru o specifický faktor. Tato jednoduchá a levná zařízení jsou zastaralá, ale stále se používají, když jsou ke kontrole volnoběhu potřeba pouze 2-3 provozní otáčky nebo nouzové snížení výkonu. Moderní svorky jsou většinou domácí zařízení, která se snadno vyrábějí a spojují.

Regulátory jsou navrženy tak, aby nastavily přesnou rychlost otáčení pod jmenovitou rychlost. Představují je především elektronická zařízení a celé systémy ovlivňující proud v silovém obvodu.

Metody nastavení

Princip fungování různých zařízení je velmi odlišný, ale plní jeden úkol – snížit počet otáček hřídele elektrického stroje.

Vstup odporu

Pomocí proměnných odporů můžete regulovat rychlost rotace magnetického pole na jednotku elektřiny. Nastavení skluzu přímo úměrně mění točivý moment rotoru.

Nastavení rychlosti pomocí proměnných odporů je doprovázeno řadou nuancí:

• S rostoucím odporem klesá zahřívání vodiče.
  Díky snížení přebytečného tepla je eliminováno přehřívání, což je velké plus pro motory s klecovou klecí z hlediska nehodovosti.
• Současné charakteristiky se nemění.
  Při nižších otáčkách bude motor nadále spotřebovávat stejné množství elektřiny jako při provozu na jmenovitý výkon.

V důsledku toho je nastavení rychlosti otáčení doprovázeno úměrnými ztrátami účinnosti. To je ekonomicky neopodstatněné a proměnné rezistory se používají pouze pro krátkodobé snížení rychlosti (například aby se zabránilo přehřátí zařízení, které je škodlivé pro náhlé zastavení)

Propojka vinutí zatáčky

Principem regulace je zkrácení cesty pro proud vinutím pomocí pohyblivého kontaktu. Jednoduše řečeno, dojde k nucenému a kontrolovanému zkratu.

Výhodou této metody je minimální krok při změně otáček (vzhledem k velkému počtu otáček) a možnost přesné regulace točivého momentu nástroje. Ale design jednotky je velké mínus. Ovladač je zapojen uvnitř těla elektrického stroje, které je obtížné rozebrat a znovu složit. Otočná propojka má zvláštní význam pouze u elektromotorů s dlouhou životností a spolehlivých elektromotorů, které vyžadují minimální údržbu.

Kvůli malému stoupání a přesnému nastavení sinusoidy se propojka otáček vinutí statoru motoru často nazývá autotransformátorovou metodou změny rychlosti.

Změna aktuálního pulzu

Proud je přiváděn přes usměrňovací jednotku do kolektoru řízených tranzistorů, ze kterého je přenášen do budicích vinutí. Na rozdíl od frekvenčního měniče je v tomto případě napětí každého přijatého impulsu sníženo o specifický faktor. V tomto případě se interval mezi nimi nemění. Střídavá sinusovka se zmenšuje, ale nemění svůj tvar.

Stojí za zmínku, že samotný usměrňovač pouze zvyšuje nebo snižuje pulzní napětí, ale nemůže jej regulovat v obou směrech. Proto je dodáván s kolektorem dvou tranzistorů pro nastavení rychlosti nahoru a dolů.

Polovodičový vstup

Tyristor měnící proud je připojen k části obvodu mezi elektromotorem a napájecím zdrojem. Ve stejném okamžiku, kdy dorazí stejný počet impulsů, jich tyristor projde určitým počtem.

Například pro jednofázovou síť 220V s frekvencí 50 Hz se každou sekundu sníží počet pulzů z 50 na N, kde N je počet potřebný pro nastavenou rychlost otáčení. Krok ke snížení počtu impulsů je nulová fáze střídavého proudu.

Na rozdíl od frekvenčního generátoru tyristor neprodlužuje pauzu mezi jednotlivými impulsy, ale prodlužuje periodu nulové fáze.

Tyristorový regulátor lze připojit dvěma způsoby:

• S protilehlým uspořádáním dvojice polovodičů.
  V tomto provedení jeden tyristor pracuje na snížení rychlosti elektromotoru, druhý na zvýšení.
• Společně s triakem.
  S tímto schématem bude jediný tyristor schopen snížit a upravit rychlost otáčení hřídele na požadovanou hodnotu. Když motor dosáhne jmenovitého výkonu, otevře se část obvodu s polovodičovým triakem.

Tyristory umožňují nejen regulovat kroutící moment, ale také zajistit plynulý rozběh elektrického stroje. V tomto případě však zůstává problémem snížení účinnosti a úspora spotřeby při použití motoru.

Přepínání pólů

Tento způsob nastavení zahrnuje změnu rychlosti otáčení magnetického pole přepínáním mezi vinutími. Ve skutečnosti neexistují žádné jednofázové elektromotory s přepínáním pólů.

U dvoufázových elektromotorů může ke změně rychlosti dojít dvěma způsoby:

• přepínání výkonu mezi vinutími s různým počtem závitů;
• uvedením do provozu určitého počtu shodných vinutí statoru s nevyčnívajícím pólem.

Ve druhém případě, napájeném z jednofázové společné sítě, pro získání 1500 otáček za minutu se otevře polovina vinutí a pro 1000 otáček za minutu – 2/3 (například 8 z 12 vinutí). Funkci regulátoru vykonává fázový kondenzátor.

U třífázových trojúhelníkových motorů dostává každé vinutí proud ze samostatné fáze. Takové jednotky mohou podporovat 3 rychlosti otáčení bez regulátoru. Stačí provést fázově nezávislé buzení každého statorového vinutí. To však bude vyžadovat připojení statoru a kotvy k samostatnému napájecímu zdroji a také vyžaduje výpočet a výrobu nestandardních vinutí.

Frekvenční měnič

Moderní regulátor otáček, který je dnes běžný u všech motorů. Frekvenční měnič řídí pulzně šířkovou modulaci (PWM). Jednoduše řečeno, počet impulzů za jednotku času se mění zvýšením pauzy mezi nimi, a nikoli periody nulové fáze (jako u tyristorů).

Moderní frekvenční měniče představují stmívače, které ovlivňují proud v celém silovém obvodu, a to nejen na části elektromotoru. Vyrábějí se nejen k regulaci rychlosti, ale také k ovládání jasu osvětlení v sítích 220 Voltů.

Ve srovnání s jinými regulátory má změna frekvence střídavého proudu pomocí stmívače 3 klíčové výhody:

1. Přesné nastavení rychlosti.
   Krouticí moment můžete nastavit s přesností na jednotky otáček.
2. Ekonomická spotřeba.
   Spotřeba elektrické energie se snižuje přímo úměrně s rychlostí otáčení hřídele. Mezi výhodnou náplň některých zařízení patří automatické nastavení na optimální hodnotu.
3. Hladký start.
   Díky přesnému nastavení je udržováno pomalé zvyšování a snižování otáček až do dosažení jmenovitého výkonu nebo úplného zastavení.

Ostatní regulátory podporují tyto důležité možnosti samostatně a nejsou považovány za kvalitní zařízení. Všechny tři může zajistit pouze frekvenční měnič. Proto je dnes široce používán jako regulátor.

Údržba
elektrické stroje © Held Repair LLC
TIN 7811781566
781101001

Univerzální komutátorové motory se sekvenčním buzením (kartáčovým) 220 V se používají v různém elektrickém nářadí. Jedná se o vysavače, mixéry, vrtačky, brusky a další zařízení. Při provozu těchto nástrojů je často potřeba provozovat je při nižších otáčkách motoru.
Jsou nabízeny dvě provedení regulátorů otáček motoru komutátoru.

V prvním regulátoru otáček motoru lze pomocí jednoduchého tyristorového regulátoru provádět plynulou regulaci počtu otáček hřídele komutátorového motoru s automatickou stabilizací ve zvoleném provozním režimu.

Nejprve se podívejme na činnost regulátoru otáček bez kondenzátoru C1.
Základem regulátoru je tyristor (VT1), regulovaný fázovým řízením. Kolektorový motor je zapojen do série s SCR, takže je napájen půlvlnným napětím.
Při otáčení motoru vzniká na jeho svorkách vlivem zbytkové magnetizace protielektromotorická síla (emf) ud, která je úměrná rychlosti otáčení hřídele. Princip činnosti regulátoru otáček motoru komutátoru je založen na porovnání ud s referenčním napětím Uop přiváděným na řídicí elektrodu tyristoru z potenciometru R2. V regulátoru otáček je izolován rozdílový signál uу = Uop-ud, který se používá pro fázové řízení tyristoru, což umožňuje upravovat výkon dodávaný do elektromotoru.
Díky diodě VD1 protéká odpory R1 a R2 pouze kladný půlcyklus a Uop dosáhne své maximální hodnoty, když je amplituda sítě největší.
Pokud zbytkový back-emf. ud motoru je větší než hodnota Uop (tj. pokud rychlost otáčení překročí určitou nastavenou hodnotu), pak se dioda VD2 sepne, protože potenciál na anodě diody bude menší než na katodě (Uop-ud) a signál nebude přiváděn na řídící elektrodu trinistoru. Tyristor je uzavřen, do motoru není přiváděna žádná energie a rychlost otáčení klesá až do zpětného emf. ud nebude menší než Uop a dioda VD2 se zapne v dopředném směru. Ovládání SCR obdrží odblokovací napětí a napájení bude přiváděno do motoru komutátoru.
Je třeba poznamenat, že na SCR je největší úhel střelby φ=90, při kterém je dodáváno nejméně energie. Pokud se zatížení hřídele elektromotoru zvýší, sníží se rychlost otáčení motoru a v souladu s tím se sníží zpětné emf. také klesá. Tyristor se odblokuje s kratším zpožděním (φ), čímž se zvýší výkon dodávaný do motoru.

Při nízkém zatížení motoru a při nízkých otáčkách (podle schématu je potenciometr R2 v nejnižší poloze) dokáže motor výrazně zvýšit otáčky za čtvrtinu doby (φ=90), po kterou je mu přiváděn výkon. . Chvíli bude trvat, než se otáčky hřídele sníží na nastavenou hodnotu a než se tyristor otevře. Nedochází tedy ke stabilitě daného režimu a dochází k „houpání“ v otáčkách motoru.
Pro stabilizaci režimu je nutné zkrátit časový interval, po který je do motoru dodáván výkon, tzn. nastavte úhel odjištění φ>90.
Toho lze dosáhnout přidáním kondenzátoru C1 do obvodu pro vytvoření sítě RC s fázovým posunem, která zvyšuje úhel zpoždění. V tomto obvodu se tento řetězec skládá z rezistorů R1, R2 a kondenzátoru C1, na kterém se napětí posune o úhel určený časovou konstantou obvodu (R1+R2)C1 a umožní změnu proudu motoru z maxima hodnotu téměř na nulu.
Sepnutím spínače SA1 můžete odpojit regulátor otáček od motoru.

V regulátoru otáček komutátorového motoru jsou použity následující prvky:
R1=7 kOhm o výkonu 4W (sestaven ze dvou paralelně zapojených rezistorů 12 kOhm a 18 kOhm, typ MLT o výkonu 2W každý);
R2=2,2 ​​kOhm, potenciometr typ SP, 1W; Druhý obvod regulátoru otáček kolektorového motoru, sestavený na unijunkčním tranzistoru (UJT) VT1, lze použít jak pro regulaci otáček hřídele motoru, tak jako regulátor výkonu topných zařízení.

Zvláštností tohoto regulátoru je stabilizace napětí na zátěži při změně napájecího napětí.
V tomto obvodu je OPT použit jako zdroj řídicích impulsů pro fázově-pulzní řízení. Můžete se podrobně naučit, jak funguje generátor OPT, když se podíváte na odkaz o unijunction tranzistoru.

Zařízení pro řízení výkonu ze stabilizátoru napětí (VD5, VD6) zajišťuje stabilitu bodu otevření tyristoru při změně napětí v síti. Pro stabilizaci zátěžového napětí jsou zahrnuty odpory R3 a R4. Rezistory R4 a R5 tvoří dělič, který určuje napětí mezi bázemi na unijunkčním tranzistoru a R3 připojuje síťové napětí.
Například: když se napětí v síti zvýší, zvýší se také napětí mezi bázemi na tranzistoru VT1. V důsledku toho se také zvyšuje prahové napětí pro jeho otevření. To vede ke zpoždění otevírání tyristoru a snižuje napětí dodávané do zátěže, tzn. se provádí stabilizace v nákladu.
Protože se parametry tranzistoru mohou výrazně lišit od jmenovitých hodnot, musí být odpor R3 zvolen tak, aby bylo dosaženo stabilizovaného výstupního napětí.

Rezistor 22 kOhm/4W může být sestaven ze dvou 11kOhm/2W odporů zapojených do série.
Lze použít libovolné diody a tyristor, ale ne méně než 300 voltů a proud 10 ampér.
Můžete vyměnit: tyristor za KU202N, diody za D246A, D247 a zenerovy diody za D814G.
Regulátor může pracovat se zátěží od 50 do 1200 W, ale je třeba mít na paměti, že při výkonu nad 400 W je nutné provést opatření pro chlazení SCR a diod.