带速度控制的单相网络为三相电动机供电。方案、说明

通过单相网络为三相电动机提供速度控制电源。无线电电子电气工程百科全书

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异步电动机（包括三相电动机）广泛应用于日常生活和生产中，通过可变齿轮比的变速箱和其他机械装置来驱动速度恒定或可变的机器和机构。在需要平滑调节轴速度的情况下，通常优先考虑更昂贵且不太可靠的集电器电动机，对于这种操作执行起来很简单 - 改变电动机中的电源电压或电流就足够了励磁绕组。为了控制异步电机的轴速度，不仅需要改变电压，还需要改变其绕组中交流电的频率。所提议文章的作者谈论了他对这个问题的解决方案。他开发的设备可以通过单相网络为功率高达 3,5 kW 的异步三相电机供电，并将其转速改变 10 倍以上。

通常需要平稳地改变配备电力驱动器的机器和机构的速度。通常在这种情况下使用的换向器电动机价格昂贵，需要定期维护，并且在可靠性、使用寿命以及重量和尺寸指标方面不如异步电动机。

该行业生产用于异步电机转速的变频控制装置。

这些设备复杂且昂贵，因此仅在关键情况下使用，例如数控机床的驱动器。此类监管机构自行生产的方案也发表在《Radio》杂志上[1, 2]。不幸的是，它们是为功率非常低的发动机设计的。

频率控制器开发中出现的主要问题是需要与频率一起改变施加到电机绕组的电压的有效值。事实是，随着交流电频率的降低，绕组的感抗减小，这导致流过其的电流出现不可接受的增加。为了避免绕组过热和定子磁路饱和，需要降低电机电源电压。

[3] 中推荐的一种方法是通过可调自耦变压器连接电机，其动触点机械连接到频率控制器。必须指出的是，该方法非常不方便，因为自耦变压器的质量和尺寸与发动机本身相当，并且在传输高功率时动触点的可靠性值得怀疑。使用脉宽调制（PWM）[4]来改变有效电压值要方便得多。所提出的用于异步三相电动机的可调电源正是基于这样的方法。

源码按照图1所示的方案构建。一。

带速度控制的单相网络为三相电动机供电

BPZ 电源和保护单元中的强大整流器将 220 V 50 Hz 的单相交流电压转换为恒定的 300 V 电压。使用三个双电源开关 SK1 - SKZ，三个绕组相电动机 M1 被切换，以所需的顺序和极性将它们连接到整流器输出。电路 VD1L1 和 VD2L2 保护按键免受负载电流浪涌的影响。

控制按键的脉冲由 FID 模块（控制脉冲发生器）生成。 BPZ 还有多个低功耗整流器用于为 FIU 和 SC 供电，以及一个电流保护单元，如果超过允许的电流消耗值，该单元会断开设备与网络的连接。

FIU 方案如图 2 所示。 XNUMX.

（点击放大）

在DD1芯片上制作了时钟脉冲发生器。它们的频率由可变电阻器 R4.1 在 30 至 400 Hz 范围内调节。 DD4 和 DD5 微电路输出处的脉冲频率低六倍 - 从 5 赫兹到 66,7 赫兹。正是这种频率的电流将流过电机 M1 的绕组（见图 1），从而设定其轴的旋转频率。将频率降低到指定限值以下是不值得的，轴的不均匀旋转将会变得明显。当频率高于标称频率（50 Hz）时，电机轴上的扭矩急剧下降。

链 R5VD3C3-R10VD8C8 延迟控制脉冲的前端，使其衰退不被延迟。这是必要的，以便组成一对按键（例如 SK1.1 和 SK1.2）的输出晶体管即使在很短的时间内也不会同时打开，这会导致相当于 300 V DC 电压源的短路，在最好的情况下会导致过热，在最坏的情况下会导致这些晶体管以及 SC 的其他元件失效。

逻辑元件 DD6.1-DD6.4、DD2.3、DD2.4 的输入除了频率为 5...66,7 Hz 的脉冲外，还从元件 DD2.1 上的发生器接收可调节占空比的更高频率脉冲.2.2、DD4.1。可变电阻器R4.2和RXNUMX是成对的，因此，在上面列出的元件的输出处，随着突发的重复率的变化，填充这些突发的脉冲的占空比也发生变化。

电阻器 R2 和 R3 的选择方式应使得在标称速度或增加的速度下，几乎向发动机提供全电压，并且当它们减小时，电压减小大约一半。因此，在频率降低十倍时，电动机消耗的电流仅略高于额定电流。

增加负载能力的变频器DD7.1-DD7.6作为缓冲元件。它们的输出电路包括安装在 SK1-SKZ 开关中的光耦合器 LED，并在源的控制电路和电源单元之间提供电流隔离。

SC方案如图3所示。 1. 总共有六个这样的键（每个阶段两个）。在没有电流流过光耦合器 U1 LED 的时间间隔内，其光电二极管具有高电阻，晶体管 VT2 和 VT3 打开，VT4 和 VT3 关闭 - 钥匙打开。当电流流过 LED 时，开关闭合。元件 VD6-VD3、R1 和 C4 强制关闭晶体管 VTXNUMX，从而减少能量损失并促进按键的热状态。

带速度控制的单相网络为三相电动机供电

二极管 VD7 保护晶体管 VT4 免受感性负载上的电压浪涌影响。您可以在书中了解有关电源键的设计以及如何保护它们的更多信息 [4]。在认识她之前，笔者烧毁了很多昂贵的大功率晶体管。

BPZ 方案如图 4 所示。四。

带速度控制的单相网络为三相电动机供电

四个整流器连接到变压器T1的次级绕组。第一个位于二极管电桥 VD1 上，用于为 SK1.2-SKZ.2 按键的控制单元供电。由此，通过晶体管 VT1 上的稳定器为 PFI 微电路供电。为了给处于高电势的按键SK1.1-SK3.1的控制节点供电，使用了二极管桥VD2-VD4上的三个隔离整流器。

电源整流器组装在VD7-VD10二极管上，并配有C7L1C8平滑滤波器。按下SB2按钮，KM1接触器的绕组电路闭合。由于触点 KM1.2 闭合，触发的接触器保持此状态。通过闭合触点 KM 220 和电流互感器 T50 的初级绕组向二极管电桥 VD7-VD10 提供 1.1 V、2 Hz 的电压。按下按钮 SB1 即可关闭接触器和电机 M1（见图 1）。

变压器T2次级绕组上的电压经二极管电桥VD6整流后与网络消耗的电流成正比。一旦从可变电阻器 R2 电机移除的该电压的一部分超过晶闸管 VS1 的开启阈值，继电器 K1 将动作，并且其触点 K1.1 将打开接触器 KM1 的绕组电路，从而断开接触器 KMXNUMX 的绕组电路。来自网络的电源整流器。

总功率至少为 1 W 的变压器 T60 必须具有四个绝缘良好的次级绕组，电压为 12 V。绕组 II - 电流为 2 A。绕组 III-V - 电流为 0,7 A。绕组，可以使用多个绕组较少的变压器。

变压器T2的磁路是由铁氧体28NM制成的K6x9x2000环。其次级绕组包含 300 匝 PEL 0,22 导线，初级的作用是由穿过环孔的导线发挥作用，通向二极管电桥 VD7-VD10。

继电器K1-RES22（RF4.500.121）可用任何工作电压为12V且至少有一组常闭触点的继电器代替。根据电机功率选择1V绕组的KM220接触器。线圈 L1 和 L2（图 1）是无框架的，每个线圈包含 25 匝 PEL 1,5 线，散装缠绕在直径为 30 毫米的心轴上。

SC 单元的细节和设计（见图 3）应特别注意。一旦发生故障，这些节点会带来最大的麻烦和物质损失。安装前，必须仔细检查所有部件，“可疑”的被无情拒绝。 VT4 晶体管安装在足够面积的散热器上（在作者的版本中为 400 cm2）。晶体管VT3紧挨着放置在同一散热器上，VD7二极管的引线直接焊接到晶体管VT4的引线上。

一对晶体管KT8110A、KT8155A可以用一个复合MTKD-40-5-3代替。它配备了内部保护二极管，因此在进行此类更换时不需要 VD7 二极管。参数接近的 MTKD-40-5-2 复合晶体管不适合这种情况，因为它们没有第二个（强大的）晶体管基极的外部输出。 MTKD-40 5 3 晶体管的散热表面与半导体结构电隔离，因此所有开关的晶体管可以安装在公共散热器上。

所有电源电路必须采用刚性、尽可能短且直的电线制成，并从 FIS 电路中移除。每根电线的横截面必须与流动的电流相对应。此外，不仅低估电线的直径，而且高估电线的直径也是危险的。 VD1L1 和 VD2L2 电路（见图 1）安装在按键附近，将它们焊接到相应晶体管的端子上。如果电源开关块不够紧凑，则需要为每对 SC 提供类似的保护电路。

设置源时，首先使用示波器检查 FIU 微电路端子处的脉冲是否存在以及形状。然后，不对二极管电桥 VD7-VD10 施加电压（见图 4），并且不连接M1 电机，检查脉冲是否到达所有 SC 中晶体管 VT3 的基极。

此后，FIU 关闭，电源电压通过可调自耦变压器提供给二极管电桥，逐渐从 0 V 增加到 220 V。电机保持未连接状态。 CK消耗的电流不应超过几十微安。确信这一点后，他们将自耦变压器输出端的电压降低至零并暂时阻止 PWM（为此，只需断开 FIU 中连接元件 DD2.2 输出与元件输入的电线即可DD2.3、DD2.4、DD5.1-DD5.4)，包括全名。再次逐渐增加提供给 SC 的电压，检查电流消耗。它会变得更大，但即使在最大频率下，它也不应该超过 100 µA。通过解锁 PWM 并使用示波器在用于连接电机绕组的点处监视电压形状来重复该操作。

如果所有检查均成功，您可以将功率相对较低（最高 1 kW）的三相电动机连接到电源，并在降低的空载电压下检查其运行情况，然后在额定电源电压和机械负载下检查其运行情况。应持续监控功率晶体管的温度和网络消耗的总电流。确保电源完全运行后，您可以通过该电源为功率高达 3,5 kW 的电动机提供动力。

文学

Dubrovsky A.三相异步电机旋转频率调节器。 - 广播，2001 年，第 4 期，第 42 页43、XNUMX。
Pyshkin V. 三相逆变器。 - 电台，2000 年，第 2 期。 35.
Kalugin S. 三相异步电机速度控制器的改进。 - 广播，2002 年，第 3 期，第 31 页XNUMX.
Voronin P. 功率半导体键。 - M.：多德卡，2001 年。

作者：V.Naryzhny，巴塔伊斯克，罗斯托夫地区。

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