Controlador de velocidade para motores assíncronos trifásicos. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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 Comentários do artigo

Trago à atenção dos leitores um diagrama (Fig. 1) e o projeto de um dispositivo que permite ajustar a velocidade de um motor assíncrono trifásico (IM) na faixa de 300 ... 8000 rpm (doravante - RFV). Tenho certeza de que será útil para muitos radioamadores, pois fornece aos motores assíncronos trifásicos novos indicadores de qualidade: alimentação de rede monofásica com praticamente nenhuma perda de energia, capacidade de controlar o torque de partida, aumentar a eficiência, independência do sentido de rotação da fase da tensão aplicada, regulação em amplas faixas de velocidade tanto em marcha lenta quanto sob carga e, o mais importante, a capacidade de aumentar a velocidade máxima de 3000 para 6000 ... 10000 rpm.

(clique para ampliar)

As principais características do RFV:

• Tensão de alimentação ~ 220 V
• Consumo de energia, não superior a 15 W (excluindo a potência do motor)
• Tipo de motor trifásico assíncrono Fí=3000 rpm, Í=120 W.

Como você sabe, existem várias maneiras de controlar a velocidade do IM - alterando a tensão de alimentação, a carga no eixo, usando um enrolamento de rotor especial com resistência ajustável, bem como regulando a frequência, que é o método mais eficaz, pois permite economizar as características de energia do IM e aplicar o INFERNO mais barato e confiável com um rotor de gaiola de esquilo. Antes de considerar o funcionamento do RFV, é necessário relembrar ao leitor as principais características do IM.

1. Fator de eficiência Eficiência = (Pv / Rp), onde Pv é a potência mecânica no eixo do motor, Pp é a potência elétrica consumida da rede. Em marcha lenta, eficiência = 0, pois Pv = 0. Na potência nominal no eixo Rn, a eficiência tem um valor máximo (0,75 ... 0,95) para diferentes motores.

2. As correntes de fase do IM são mostradas na Fig.2.

3. Frequência de rotação do campo magnético do estator n1=(60Fp)/p (rpm), onde Fp - frequência da corrente de alimentação, Hz; p é o número de pares de pólos do estator. Assim, a uma frequência padrão Fп=50 Hz, o campo magnético, dependendo do número de pares de pólos, gira com uma frequência (ver tabela).

4. Deslizamento S=(Fp-Fp)/Fp (%). A velocidade do rotor .p é sempre menor que a frequência Fp pela quantidade de escorregamento S (2...6%), por exemplo Fp=960; 1420; 2840 rpm O princípio de funcionamento do AM é baseado na interação do campo magnético rotativo do estator com as correntes que são induzidas por este campo nos condutores do enrolamento do rotor.

5. Torque М=Рв/О, onde О é a velocidade angular de rotação do rotor О=2πFв/60.

6. Capacidade de sobrecarga Kp \u1,5d Mkr / Mn \u2,5d XNUMX ... XNUMX, onde Mkr é o momento crítico; Mn - momento nominal.

7. Cosϕ=Iса/Iср=0,1...0,2 na velocidade nominal, onde Iса - corrente do estator ativo, Iср - corrente do estator reativo. Um aumento na carga do motor é acompanhado por um aumento apenas no componente ativo do estator e, conseqüentemente, um aumento no cosϕ para 0,8...0,9. Assim, fica claro o papel do carregamento do motor para melhorar o cosϕ da rede de abastecimento.

8. Corrente de partida Ip - corrente do estator ao iniciar o IM, Ip/In=5 ... 7. O torque de partida do IM não é grande. Ao iniciar, o IM deve desenvolver um torque superior ao torque de frenagem do mecanismo, caso contrário, ele não girará. Pf/Mn=0,8...1,5.

O diagrama funcional do RFC é mostrado na Fig.3.

O oscilador principal foi projetado para alterar a frequência da corrente de alimentação AM. Ele altera a velocidade do rotor. O Condicionador de Pulso de Sequência Trifásica (PTS) converte uma tensão CC em três tensões de onda quadrada que estão 120° fora de fase. O pré-amplificador combina as saídas de baixa potência do FIT com um poderoso estágio final, cuja tarefa é fornecer às fases do AD a corrente necessária em forma e frequência. A fonte de alimentação gera tensões de +5, +9 e +300 V para alimentar o RFV.

A Figura 4 mostra todas as formas de onda necessárias.

Nos elementos DD1.1 ... DD1.3, um oscilador mestre é montado - um multivibrador com uma frequência de geração variável dentro de 30 ... 800 Hz. Mude a frequência com um resistor variável R2. FIT consiste no contador DD2, elemento "NAND" DD1.4 e quatro elementos "XOR" DD3.1...DD3.4. Três pré-amplificadores idênticos são montados nos transistores VT2 ... VT13 (um para cada fase do INFERNO).

Considere o princípio de operação de um deles (o superior de acordo com o esquema). Quando um nível alto aparece na saída do elemento DD3.2, o transistor composto VT2, VT5 é aberto. Da saída do elemento DD3.2, um nível alto é alimentado na entrada do optoacoplador DD4, como resultado do qual um nível baixo é definido em sua saída, que fecha o transistor composto VT8, VT11. Os outros dois amplificadores funcionam de forma semelhante, apenas com uma diferença de fase de 120°. Para desacoplamento de tensão, os transistores VT2, VT5 e VT8, VT11 são alimentados por fontes separadas de +9 V e os transistores VT14 ... VT19 - de uma fonte de +300 V. Diodos VD10, VD13, VD16, VD17

 servem para desacoplamento de tensão e para travamento mais confiável dos transistores VT14 e VT15.

Uma das principais condições para o funcionamento normal dos transistores VT14 e VT15 é que eles não devem estar abertos ao mesmo tempo. Para fazer isso, a tensão de controle é fornecida à entrada do transistor composto VT8, VT11 da saída do optoacoplador DD4, o que fornece algum atraso em sua comutação. Quando um nível alto aparece na entrada do optoacoplador DD4 através dos elementos R8, VD7, o transistor composto VT2, VT5 abre e o transistor VT15 fecha. Ao mesmo tempo, começa o carregamento do capacitor C9. 40 μs após o aparecimento de um nível alto na entrada do optoacoplador DD4, um nível baixo aparece em sua saída, o transistor composto VT8, VT11 fecha, o transistor VT14 abre. O aparecimento de um optoacoplador de baixo nível DD4 na entrada não pode fechar instantaneamente o transistor composto VT2, VT5, pois a descarga do capacitor C9 através do circuito R9, a base, o emissor mantém este transistor aberto por 140 μs, e o transistor VT15 - fechado. O tempo de atraso de desligamento do optoacoplador DD4 é de 100 μs, portanto, o transistor VT14 fecha antes que o transistor VT15 abra.

Os diodos VD22 ... VD23 protegem os transistores VT14, VT15 do aumento de tensão ao alternar uma carga indutiva - enrolamentos IM, bem como para fechar as correntes dos enrolamentos nos momentos em que a tensão muda de polaridade (ao alternar os transistores VT14, VT15). Por exemplo, depois de fechar os transistores VT14 e VT17, a corrente passa algum tempo na mesma direção - da fase A para a fase B, fechando pelo diodo VD24, a fonte de alimentação, VD23, até cair a zero.

Considere o princípio de operação do estágio final usando o exemplo das fases A e B. Quando os transistores VT14 e VT17 são abertos, um potencial positivo é aplicado ao início da fase A e um negativo ao seu final. Depois de fechados, os transistores VT15 e VT16 se abrem, e agora, ao contrário, um potencial positivo é aplicado no final da fase A e um negativo no início. Assim, as fases A, B e C são alimentadas com tensões alternadas de formato retangular com deslocamento de fase de 120 ° (ver Fig. 4). A frequência da tensão de alimentação AM é determinada pela frequência de chaveamento desses transistores. Devido à abertura alternada dos transistores, a corrente passa em série pelos circuitos dos enrolamentos do estator AB-AC-BCVA-CA-CB-AB, o que cria um campo magnético rotativo.

As formas das correntes de fase são mostradas na fig. 5.

O circuito para construção do estágio terminal descrito acima é uma ponte trifásica [1]. Sua vantagem é que não há componentes de terceiro harmônico nas curvas de corrente de fase.

Para alimentar os estágios de baixa tensão, é utilizado um estabilizador VD1, VT1, VD6, que permite obter +5 V para alimentar os microcircuitos DD1 ... DD3, bem como +9 V para alimentar os pré-amplificadores (VT2 .. . VT7). Cada par superior de pré-amplificadores é alimentado por seu próprio retificador: VT8, VT11 - de VD3, VT9, VT12 - de VD4, VT10, VT13 - de VD5.

Os estágios finais são alimentados por um retificador de onda completa e um filtro LC (VD2, L1, C3, C7) +300 V. As capacitâncias dos capacitores C3 e C7 são selecionadas com base na potência do AD, quanto maior a capacitância, o melhor, mas não inferior a 20 μF com a indutância do indutor L1 0,1 H.

Em RFV, resistores fixos como MLT, OMLT, VS podem ser usados. Capacitor C1 - qualquer papel de cerâmica ou metal; C2 ... C8 - qualquer óxido. O indutor L1 pode ser excluído, mas será necessário aumentar a capacitância de cada um dos capacitores C3 e C7 para 50 microfarads. Chip DD1 tipo K155LA3, DD2 - K155IE4, DD3 K155LP5. Optoacopladores DD4...DD6 - AOT165A1. Outros podem ser usados, nos quais o tempo de atraso de ativação não seja superior a 100 µs e a tensão de isolamento não seja inferior a 400 V.

O principal requisito para transistores é um ganho alto e aproximadamente o mesmo para todos (pelo menos 50). Transistores VT2 ... VT4, VT8 ... VT10 tipo KT315A, eles podem ser substituídos por KT315, KT312, KT3102 com qualquer índice de letras. Transistores VT1, VT5 ... VT7, VT11 ... VT13 tipo KT817 ou KT815 com qualquer índice de letras. Transistores VT14 ... VT19 - KT834A ou KT834B. Para substituí-los, você pode usar transistores de alta tensão potentes com ganho de pelo menos 50. Como os transistores de saída operam no modo de comutação, é necessário instalá-los em radiadores com área de 10 cm2 cada. No entanto, ao usar motores acima de 200W, serão necessários dissipadores de calor maiores.

Ponte retificadora VD1,VD3...VD5 - KTS405A. Retificador VD2 - KTS409A. Com uma potência AM superior a 300 W, em vez da ponte retificadora KTs409A, é necessário usar uma ponte de diodos simples projetada para uma tensão reversa de mais de 400 V e a corrente correspondente. Diodo Zener VD6 - KS156A. Diodos VD7 ... VD21 - KD209A.

Diodos VD22 ... VD27 qualquer, projetado para uma corrente de pelo menos 5 A e uma tensão reversa de pelo menos 400 V, por exemplo KD226V ou KD226G.

Transformador - qualquer potência de pelo menos 15 W, com quatro enrolamentos secundários separados de 8 V cada.

Ao configurar o dispositivo, primeiro desligue +300 V e verifique a presença de todos os oscilogramas nos pontos indicados (ver Fig. 4). Se necessário, selecionando o capacitor C1 ou o resistor R2, a mudança de frequência no coletor do transistor VT5 é alcançada dentro de 5 ... 130 Hz. Então, quando o AD está desligado, em vez de +300 V, uma tensão de +100 ... 150 V é fornecida de uma fonte externa, o coletor e o emissor do transistor VT11, o coletor e o emissor do transistor VT5 são fechados (para fechar os transistores VT14 e VT15 por um longo tempo) e a corrente no circuito coletor é medida no transistor VT14, que não deve ser mais do que alguns μA - a corrente de fuga dos transistores VT14 e VT15. Em seguida, os coletores e emissores dos transistores acima são abertos e a frequência máxima de geração é definida pelo resistor R2.

Ao selecionar a capacitância do capacitor C9 para cima, eles atingem a corrente mínima no circuito coletor do transistor VT14, que no caso ideal é igual à corrente de fuga dos transistores VT14 e VT15. Desta forma, os dois amplificadores terminais restantes são ajustados. Em seguida, eles se conectam à saída RFV (para o soquete X7) AD, cujos enrolamentos são conectados por uma estrela. Em vez de +300 V, a tensão é fornecida por uma fonte externa na faixa de +100 ... 150 V. O IM deve começar a girar. Se for necessário alterar o sentido de rotação, quaisquer fases do IM são trocadas.

Se os transistores terminais operarem no modo correto, eles permanecerão ligeiramente quentes por um longo tempo, caso contrário, as resistências dos resistores R18, R20, R22, R23 ... R25 serão selecionadas.

Literatura:

1. Radin V. I. Máquinas eletrônicas: Máquinas assíncronas. -M.: Superior. escola, 1988.
2. Kravchik A.E. Seleção e aplicação de motores assíncronos. Moscou: Energoatomizdat, 1987.
3. Lopukhina E.M. Micromotores executivos assíncronos para sistemas de automação. -M.: Superior. escola, 1988.

Autor: A. Dubrovsky

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