三相异步电动机的调速器。方案、说明

三相异步电动机的速度控制器。无线电电子电气工程百科全书

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我提请读者注意一张图表（图 1）和一个装置的设计，该装置允许您在 300 ... 8000 rpm 的范围内调节三相异步电机 (IM) 的速度（以下简称 - RFV）。我相信它对许多无线电爱好者来说是有用的，因为它为三相异步电机提供了新的质量指标：从单相网络供电，几乎没有功率损耗，控制启动扭矩的能力，提高效率，旋转方向与所施加电压的相位无关，怠速和负载下的速度调节范围很广，最重要的是，能够将最大速度从 3000 增加到 6000 ... 10000 rpm。

（点击放大）

RFV的主要特点：

电源电压〜220 V
功耗，不超过15W（不含电机功率）
电机类型三相异步Fн=3000rpm，Рн=120W。

如您所知，有多种方法可以控制IM的速度——通过改变电源电压、轴上的负载、使用具有可调电阻的特殊转子绕组以及频率调节，这是最有效的方法，因为它可以让您节省 IM 的能量特性，并使用最便宜、最可靠的 HELL 鼠笼转子。在考虑 RFV 的操作之前，有必要提醒读者 IM 的主要特征。

1、效率系数效率=（Pv/Rp），其中Pv是电机轴上的机械功率，Pp是从网络消耗的电功率。空闲时，效率 = 0，因为 Pv = 0。在轴上的额定功率 Rn 下，不同发动机的效率具有最大值 (0,75 ... 0,95)。

2. IM 的相电流如图2 所示。

三相异步电动机调速器

3、定子磁场旋转频率n1=(60Fp)/p(rpm)，其中Fp——电源电流频率，Hz； p是定子极对的数量。因此，在标准频率 Fп=50 Hz 下，磁场根据磁极对的数量以一定频率旋转（见表）。

三相异步电动机调速器

4、滑差S=(Fp-Fp)/Fp(%)。转子速度 .p 始终小于频率 Fp 滑差量 S (2...6%)，例如 Fp=960；第1420章2840转/分钟AM 的工作原理基于定子旋转磁场与转子绕组导体中该磁场感应的电流的相互作用。

5. 扭矩М=Рв/О，其中О是转子的旋转角速度О=2πFв/60。

6、过载能力Kp×Mkr/Mn×1,5…2,5，其中Mkr为临界力矩； Mn——额定扭矩。

7、额定转速时Cosphi=Iса/Iср=0,1...0,2，其中Iса为定子有功电流，Iср为定子无功电流。电机负载的增加仅伴随着定子有功分量的增加，因此 cosphi 增加至 0,8...0,9。因此，为了提高供应网络的 cosφ，发动机负载的作用是明确的。

8. 启动电流Ip - 启动IM 时的定子电流，Ip/In=5 ... 7. IM 的启动扭矩不大。启动时，IM必须产生超过机构制动扭矩的扭矩，否则将无法转动。 Mn/Mn=0,8...1,5。

RFC的功能图如图3所示。

三相异步电动机调速器

主振荡器旨在改变 AM 电源电流的频率。它改变转子速度。三相序列脉冲调节器 (PTS) 将直流电压转换为三个异相 120° 的方波电压。前置放大器将 FIT 的低功率输出与强大的末级相匹配，末级的任务是为 AD 的各相提供形状和频率所需的电流。电源单元产生 +5、+9 和 +300 V 电压为 RFV 供电。

图 4 显示了所有必要的波形。

三相异步电动机调速器

在元件 DD1.1 ... DD1.3 上，组装了一个主振荡器 - 一个具有 30 ... 800 Hz 范围内可变生成频率的多谐振荡器。用可变电阻器 R2 改变频率。 FIT由计数器DD2、元件“NAND”DD1.4和四个元件“XOR”DD3.1...DD3.4组成。三个相同的前置放大器组装在晶体管 VT2 ... VT13 上（HELL 的每一相一个）。

考虑其中之一的工作原理（根据方案是上面的一个）。当DD3.2元件的输出出现高电平时，复合晶体管VT2、VT5打开。从元件DD3.2的输出，将高电平提供给光耦合器DD4的输入，其结果是在其输出处设置低电平，从而闭合复合晶体管VT8、VT11。另外两个放大器的工作原理类似，只是相位差为120°。对于电压去耦，晶体管 VT2、VT5 和 VT8、VT11 由单独的 +9 V 电源供电，晶体管 VT14...VT19 由 +300 V 电源供电。二极管 VD10、VD13、VD16、VD17

用于电压去耦以及更可靠地锁定晶体管VT14和VT15。

晶体管VT14和VT15正常工作的主要条件之一是它们不应该同时打开。为此，控制电压从光耦合器DD8的输出提供给复合晶体管VT11、VT4的输入，这在其切换中提供了一些延迟。当光耦合器DD4的输入端通过元件R8、VD7出现高电平时，复合晶体管VT2、VT5导通，晶体管VT15截止。同时，电容器C9开始充电。光耦DD40输入端出现高电平后4μs，输出端出现低电平，复合晶体管VT8、VT11截止，晶体管VT14开通。光耦DD4输入端出现低电平并不能立即关闭复合晶体管VT2、VT5，因为电容器C9沿电路R9、基极、发射极放电使该晶体管维持在开路状态140μs，而晶体管VT15处于关闭状态。光耦DD4的关断延迟时间为100μs，因此晶体管VT14在晶体管VT15打开之前关闭。

二极管 VD22 ... VD23 在切换感性负载（IM 绕组）时保护晶体管 VT14、VT15 免于电压升高，以及在电压改变极性时（切换晶体管 VT14、VT15 时）时关闭绕组电流。例如，闭合晶体管VT14和VT17后，电流沿相同方向流过一段时间——从A相到B相，闭合通过VD24二极管、电源VD23，直至降至零。

以A相和B相为例考虑最后一级的工作原理。当晶体管VT14和VT17打开时，正电位施加到A相的开始，负电位施加到A相的结束。晶体管VT15和VT16闭合后，晶体管VT120和VT4打开，此时，相反，A相末端施加正电位，A相开始施加负电位。因此，向 A、B 和 C 相提供相移 XNUMX° 的矩形交流电压（见图 XNUMX）。 AM 电源电压的频率由这些晶体管的开关频率决定。由于晶体管交替打开，电流串联通过定子绕组AB-AC-BCVA-CA-CB-AB的电路，从而产生旋转磁场。

相电流的形式如图 5 所示。 XNUMX.

三相异步电动机调速器

用于构建上述终端级的电路是三相电桥[1]。其优点是相电流曲线中没有三次谐波成分。

为了给低压级供电，使用了稳定器 VD1、VT1、VD6，它允许您获得 +5 V 为 DD1 ... DD3 微电路供电，以及 +9 V 为前置放大器 (VT2 ... .VT7)。每对上部前置放大器均由其自己的整流器供电：VT8、VT11 - 来自VD3，VT9、VT12 - 来自VD4，VT10、VT13 - 来自VD5。

末级由全波整流器和LC滤波器（VD2、L1、C3、C7）+300V供电。电容器C3和C7的容量根据AD的功率选择，容量越大，电感L20的电感值越小越好，但不小于1μF，且电感L0,1的电感值为XNUMXGn。

在RFV中，可以使用MLT、OMLT、VS等固定电阻。电容器C1——任何陶瓷或金属纸； C2 ... C8 - 任何氧化物。可以去除电感器L1，但是需要将电容器C3和C7中的每一个的电容增加至50微法。芯片DD1型K155LA3、DD2-K155IE4、DD3 K155LP5。光耦合器 DD4...DD6 - AOT165A1。也可采用其他开通延迟时间不大于100μs、绝缘电压不小于400V的产品。

对晶体管的主要要求是所有晶体管都具有高且大致相同的增益（至少 50）。晶体管 VT2 ... VT4、VT8 ... VT10 类型 KT315A，可以用任何字母索引的 KT315、KT312、KT3102 替换。具有任意字母索引的 KT1 或 KT5 型晶体管 VT7、VT11 ... VT13、VT817 ... VT815。晶体管 VT14 ... VT19 - KT834A 或 KT834B。要替换它们，可以使用增益至少为50的强大高压晶体管。由于输出晶体管以开关模式工作，因此需要将它们安装在每个面积为10 cm2的散热器上。然而，当使用超过200W的电机时，将需要更大的散热器。

桥式整流器 VD1、VD3...VD5 - KTS405A。整流器VD2——KTs409A。当AM功率超过300W时，需要使用专为超过409V反向电压和相应电流设计的单二极管电桥来代替KTs400A桥式整流器。齐纳二极管VD6-KS156A。二极管 VD7...VD21 - KD209A。

二极管 VD22 ... VD27 任意，设计用于至少 5 A 的电流和至少 400 V 的反向电压，例如 KD226V 或 KD226G。

变压器 - 任何至少 15 W 的功率，具有四个独立的次级绕组，每个绕组的电压为 8 V。

设置设备时，首先关闭 +300 V 并检查指示点处是否存在所有波形图（见图 4）。如有必要，通过选择电容C1或电阻R2，晶体管VT5集电极上的频率变化可实现在5…130Hz范围内。然后，在血压关闭的情况下，从外部源提供+300...100V电压而不是+150V，晶体管VT11的集电极和发射极、晶体管VT5的集电极和发射极闭合(长时间关闭晶体管VT14和VT15），测量晶体管VT14集电极电路中的电流，该电流应不大于几μA——晶体管VT14和VT15的漏电流。接下来，上述晶体管的集电极和发射极打开，并通过电阻器R2设置最大生成频率。

通过向上选择电容器C9的电容值，可以实现晶体管VT14集电极电路中的最小电流，在理想情况下该电流等于晶体管VT14和VT15的漏电流。这样，剩下的两个终端放大器就得到了调整。接下来，它们连接到 RFV 输出（连接到 X7 插座）AD，其绕组通过星形连接。电压由+300 ... 100 V 范围内的外部电源提供，而不是+150 V。IM 应开始旋转。如果需要改变旋转方向，则互换 IM 的任何相位。

如果终端晶体管工作在正确的模式下，那么它们会长时间保持微热，否则选择电阻器 R18、R20、R22、R23...R25 的电阻。

参考文献：

拉丁 V.I. 电子机器：异步机器。 -M.：更高。学校，1988 年。
克拉夫奇克 A.E. 异步电动机的选型与应用。莫斯科：Energoatomizdat，1987。
洛普欣娜 E.M. 用于自动化系统的异步执行微电机。 -M.：更高。学校，1988 年。

作者：A.杜布罗夫斯基

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