Меню

Чем лучше регулировать переменный ток



Изменение оборотов асинхронного двигателя. Разбор способов регулирования.

Благодаря своей простоте исполнения, относительной дешевизне и надежности трехфазные двигатели широко используются в хозяйстве и производстве. Во многих исполнительных механизмах применяют всевозможные типы асинхронных двигателей . Для широкого спектра применения АД, необходимо изменять и регулировать скорость вращения вала двигателя. Регулировка скорости АД производят несколькими способами. Их мы сейчас и рассмотрим.

  1. Механические регулирование. Путем изменения передаточного числа в редукторах.
  2. Электрическое регулирование. Изменением нескольких параметров питающего напряжения.

Рассмотрим электрическое изменение скорости АД, как более точный и распространённый способ регулирования.

Управление электрическими параметрами позволяет производить плавный запуск двигателя, поддерживать заданные параметры скорости или момента асинхронного мотора.

Параметры с помощью которых управляют мотором:

  • Частотой тока питающей сети.
  • Величиной тока в цепях мотора.
  • Напряжением на двигателе.

Самым распространённым асинхронным двигателем является мотор беличье колесо, двигатель с короткозамкнутым ротором. Для управления вращением, в этом типе электрических машин, применяют несколько видов воздействия.

  • Изменение частоты поля статора.
  • Управление величиной скольжения, изменяя напряжение питания.

Регулирование частотой

Специальные устройства, преобразователи частоты (другие названия инвертор, частотник, драйвер), подключаются к электрической машине. Путем выпрямления напряжения питания, преобразователь частоты внутри себя формирует необходимые величины частоты и напряжения, и подает их на электрический двигатель.

Необходимые параметры для управления АД преобразователь рассчитывает самостоятельно, согласно внутренним алгоритмам, запрограммированным производителем устройства.

Преимущества регулирование частотой .

  • Достигается плавное регулирование частоты вращения электромотора.
  • Изменение скорости и направление вращения двигателя.
  • Автоматическое поддержание требуемых параметров.
  • Экономичность системы управления.

Единственный недостаток, с которым можно смирится, это необходимость в приобретении частотника. Цены на такие устройства совсем незаоблачные, и в пределах 150 уе, можно обзавестись преобразователем для 2 кВт двигателя.

Регулирование оборотов изменением числа пар полюсов

Специальные многоскоростные двигатели со сложной обмоткой регулируются путем изменения количества активных полюсов на статоре. Обмотки полюсов разбиты на группы, и чередуются, путем коммутации обмотки подключаются, то параллельно, то последовательно.

Положительные моменты данного способа.

  • Высокий КПД мотора.
  • Жесткие механические выходные параметры.

К недостаткам такого управления, можно отнести высокую стоимость электрической машин, а также значительный вес и габариты такого двигателя. Изменение оборотов происходит ступенькой 1500-3000 об/мин.

Асинхронные двигатели с фазным ротором

Основной способ управления АД с фазным ротором — изменение величины скольжения между статором и ротором.

Регулирование с помощью напряжения

Через специальные автотрансформаторы ЛАТР, путем изменения напряжения на обмотках двигателя, производят регулировку оборотов вала.

Данный способ так же подходит и к АД с короткозамкнутым ротором. Таким способ можно регулировать в пределах от минимума до номинальных параметров двигателя.

Установка активного сопротивления в цепи ротора

Переменное реостатное сопротивление или набор сопротивлений в цепи ротора воздействует на ток и поле ротора. Изменяя таким образом величину скольжения и количество оборотов двигателя.

Чем больше сопротивление, тем меньше ток, тем больше величина скольжения АД и меньше скорость.

Достоинства такого регулирования.

  1. Большой диапазон регулирования оборотами электрической машины.
  2. Мягкая выходная характеристика мотора.

Недостатки такого способа.

  1. Уменьшение КПД двигателя.
  2. Ухудшение рабочих характеристик механизма.

Моторы с двойным питанием через вентильные устройства

Регулировка мощности и оборотов в АД с фазным ротором происходит путем изменения величины скольжения. Управление крупными, специальными машинами происходит путем подачи и регулировкой величины ЭДС, на ротор от отдельного источника напряжения.

Эпилог

При всех своих достоинствах асинхронные машины имеют существенный недостаток, это рывок ротора при подаче напряжения. Такие режимы опасны как для самого двигателя, так и для приводных механизмов. Поскольку во время пуска АД, ток в обмотках двигателя приравнивается к короткому замыканию. А рывок вала разбивает подшипники, шлицы, передаточные устройства. Поэтому пуск АД стараются производить плавным стартом. А именно:

  • Запуск через ЛАТР.
  • Разгон и работа АД, через переключение обмоток двигателя звезда-треугольник.
  • Использование устройств управления, таких как частотный преобразователь.

Источник

Сравнительный обзор регуляторов мощности

Регулятор мощности постоянного или переменного тока – один из самых востребованных электронных устройств в быту. Наверное, каждый из нас сталкивался с необходимостью регулировать яркость освещения, обороты электродвигателя или температуру нагревателя.

Современная элементная база и основанные на ней схемотехнические решения позволяют разрабатывать небольшие, недорогие, надежные и эффективные устройства для управления мощностью электрического тока. Для бытового применения наиболее распространенными являются переменное напряжение 220 В и постоянное напряжение от 6 до 24 В. Напряжение от 6 до 24 В также используется в бортовой сети автомобилей, мотоциклов и иных транспортных средств.

Учитывая это, Компания Мастер Кит традиционно предлагает широкий ассортимент электронных регуляторов мощности, рассчитанный на решение различных задач.

Для неискушенного пользователя часто бывает затруднительно выбрать регулятор, наиболее подходящий для решения конкретной задачи, да и поиски нужного устройства на обширном сайте Мастер Кит могут отнять много времени. Облегчить поиск и выбор регуляторов мощности вам поможет этот обзор и сводная таблица, расположенная в его конце. Содержащиеся в таблице регуляторы скомпонованы по типу регулируемого напряжения, а также по увеличению максимальной регулируемой мощности.

Следует отметить, что некоторые регуляторы поставляются без радиатора, поэтому внимательно читайте рекомендации, приводимые в описании каждого устройства на сайте, и выбирайте радиатор в соответствии с ними. Для лучшей теплопередачи от активного регулирующего элемента к радиатору используйте теплопроводящую пасту, например КПТ-8.

Если вы испытываете затруднения при выборе регулятора мощности, обратитесь в нашу техническую поддержку или задайте вопрос на форуме . Изучите вопросы и ответы в соответствующей теме форума и на страничке товара – с большой вероятностью это поможет вам сделать правильный выбор.

Читайте также:  Регулировка сигнального устройства тормозов

Рассматриваемые регуляторы можно разделить на две категории – для управления мощностью переменного тока и постоянного тока.

  • Регуляторы мощности переменного тока

Все наши регуляторы для переменного тока рассчитаны на напряжение бытовой электросети 220В. Будьте предельно внимательны и осторожны при работе с электроприборами, подключаемыми к напряжению 220В, соблюдайте правила техники безопасности!

Обратите внимание на то, что с помощью предлагаемых регуляторов невозможно управлять яркостью осветительных приборов, имеющих собственную пуско-регулирующую аппаратуру (ПРА), например люминисцентными и светодиодными светильниками, рассчитанными на напряжение 220В.

Кратко рассмотрим некоторые особенности предлагаемых приборов.

Регуляторы BM245 и BM246 отличаются только максимальной регулируемой мощностью. Их миниатюрные размеры и наличие переменного резистора с креплением под гайку позволяют достаточно просто встроить их практически в любой конструктив. Встроенный светодиод поможет определить, задействован ли регулятор.

Набор для сборки NF246 идентичен по функционалу регулятору BM246 , но для того, чтобы он заработал, необходимо воспользоваться паяльником. Такой набор часто используется для обучения пайке в профильных учебных заведениях, поскольку позволяет не только освоить основы пайки электронных устройств, но и быстро получить действующий прибор, демонстрирующий полезную функцию.

Следует обратить отдельное внимание на набор для сборки NM1041 . Это регулятор мощности, разработанный специально для управления асинхронным (бесщеточным) электродвигателем. Устройство обладает малым уровнем помех по сети 220В и максимальной мощностью 650Вт. Принцип работы регулятора и примеры его использования описаны в статье блога Мастер Кит.

В набор для сборки NF247 входит радиатор, что позволяет без каких-либо дополнительных затрат управлять мощностью до 2500Вт. Устройство также имеет светодиод, показывающий, что регулятор задействован.

Регулятор мощности до 4000 Вт MK067M является готовым устройством и оснащен радиатором, а также металлическим корпусом. За счет конструктивных особенностей он может быть достаточно просто закреплен на щите или панели. В качестве регулирующего элемента в нем используется мощный симистор BTA41600, работающий при высоких температурах. Об особенностях данного прибора вы можете прочесть в этом обзоре на нашем сайте. В обзоре приведены фотографии разобранного регулятора и примеры его применения с измерениями параметров.

На таком же симисторе BTA41600 построен регулятор MP246 . В отличие от предыдущего прибора, радиатор не входит в комплект поставки, что позволяет более гибко подойти к выбору устройства охлаждения. Регулятор также имеет вход для внешнего управления кнопкой с фиксацией, сухим контактом электромеханического или оптического реле, что расширяет функционал устройства.

Применив регулятор MP248 , можно управлять мощностью с помощью микроконтроллера. Подойдет любое устройство, формирующее управляющий сигнал TTL-уровня с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), например популярная платформа Ардуино. С помощью несложных программ, создаваемых с использованием этой платформы, можно сконструировать реле времени, реле с суточным циклом, управлять электроприборами по беспроводным интерфейсам Bluetooth и Wi-Fi, интегрировать свое устройство с какой-либо реализацией «умного дома» и т.п.

Самый мощный регулятор этой категории, это, конечно же, MK071M . Максимальная мощность устройств, управляемым им, может достигать 10 кВт. Отдельный обзор MK071M можно найти здесь . Регулятор снабжен выносным блоком управления, который можно закрепить на щите или панели. Установка мощности производится двумя кнопками, а сама мощность отображается с помощью трехразрядного семисегментного светодиодного индикатора в процентах от 0 до 100.

Представленные в таблице четыре регулятора мощности постоянного тока работают при различных напряжениях, перекрывая диапазон от 6 до 80 вольт и максимальных токов от 30 до 80 А.

Регуляторы яркости ламп накаливания BM4511 и NM4511 отличаются друг от друга только тем, что первый из них является готовым устройством, а второй – набором для самостоятельной сборки. Второй набор предоставляет отличную возможность попрактиковаться в пайке электронных устройств. Особенностями приборов являются:

— регулируемая повышенная частота ШИМ, что позволяет полностью избавиться от гула обмоток регулируемого электродвигателя, а также от мерцания в процессе видеозаписи;

— встроенная защита ограничит превышение рабочего тока.

Регулятор MP4511 является усовершенствованной моделью предыдущих устройств. Имея аналогичные особенности, регулятор позволяет регулировать мощность постоянного тока в пределах напряжения от 6 до 35В при максимальном токе 80А.

Еще более широкими возможностями, в том числе функциональными обладает ШИМ-регулятор MP301M . Помимо широкого диапазона напряжений от 12 до 80В и максимального тока 30А, устройство имеет корпус со встроенный радиатором, а также собранный в отдельном корпусе трехразрядный семисегментный светодиодный дисплей, на котором отображается регулируемая мощность в процентах от 0 до 100. Регулирующими элементами являются четыре мощных 100-амперных полевых транзистора STP100N8F6.

Ознакомьтесь с отдельным обзором этого прибора на нашем сайте.

Надеемся, что наш обзор окажется полезен всем, кто планирует использовать электронные регуляторы мощности в своих задумках и проектах.

Ассортимент продукции, предлагаемой компанией Мастер Кит, постоянно пополняется и обновляется, поэтому рекомендуем подписаться на новостную рассылку компании и первыми получать информацию о наших новинках, акциях и конкурсах, новостях из мира «Сделай Сам» (DIY), полезные советы и рекомендации, видеоинструкции к предлагаемым устройствам, обновления программного обеспечения и прошивок, а также интересные и полезные статьи.

Вы можете получить купон на скидку 5% на все наши товары, оформив подписку на сайте.

Делись с друзьями, подписывайся на наш канал Мастер Кит DIY и жми лайк, чтобы не пропустить новые публикации.

Источник

Низковольтный Малогабаритный Регулятор Мощности

Большинство схем регуляторов мощности, опубликованных в сети или печатных изданиях, рассчитаны на работу в сети переменного тока 230VAC , а вот для нагрузки, работающей с постоянным напряжением, конструкций не так много. А между тем иногда необходимо регулировать мощность и на низковольтной нагрузке постоянного тока, скажем 12 В . Это может быть паяльник, отопитель или осветительный прибор, работающие от аккумуляторной батареи. Кто-то может сразу возразить: зачем нужна схема регулятора мощности, если достаточно соорудить регулируемый источник постоянного напряжения. На самом деле ответ очевиден: при больших токах на источнике будет рассеиваться значительная тепловая энергия, т.к. он, как правило, работает в линейном режиме, а предлагаемая схема на основе мощного переключательного полевого транзистора лишена этого недостатка. И как следствие итоговые габариты устройства минимальны из-за отсутствия необходимости применять теплоотвод.

Читайте также:  Как самостоятельно отрегулировать металлопластиковые окна

Схема электрическая принципиальная одного из вариантов такого регулятора мощности показана на рисунке ниже.

Принцип работы схемы

В основу работы схемы положено изменение времени включения полевого транзистора, сток и исток которого включаются последовательно с нагрузкой с соблюдением полярности.

На элементах DD1.4 , DD1.3 собран генератор прямоугольных импульсов. Частота генератора составляет 15 кГц , а скважность регулируется переменным резистором R2 в пределах от 1,01 до 100 . Элементы DD1.1 , DD1.2 использованы в качестве буферного усилителя, с выхода которого управляющие импульсы поступают на затвор полевого транзистора VT1 IRLR2905 . При высоком уровне на выходах 3 и 4 DD1 сопротивление канала транзистора уменьшается до 0,027 Ом . В этот момент через нагрузку течет ток, значение которого зависит от ее сопротивления и напряжения питания. Когда же на выходах элементов устанавливается низкий уровень, транзистор закрывается и ток через нагрузку не течет. Изменяя соотношение между временем нахождения транзистора в закрытом состоянии и временем, когда он открыт, можно регулировать средний ток через нагрузку, тем самым управляя итоговой мощностью.

Регулятор работает с постоянным напряжением от 4 до 24 В . Включение осуществляется подачей напряжения питания на микросхему DD1 через выключатель SA1 , совмещенный с переменным резистором R2 (можно применить и отдельные элементы). При этом в течение времени, когда полевой транзистор закрыт, через диод VD4 и контакты выключателя заряжается конденсатор С1 . Когда же транзистор открывается, микросхема питается энергией, запасенной конденсатором С1 . Поскольку ток, потребляемый DD1 невелик, напряжение на конденсаторе примерно равно напряжению питания.

Стабилитрон VD1 ограничивает напряжение питания микросхемы DD1 . Когда транзистор VT1 закрывается, в проводах, соединяющих устройство с нагрузкой, возникает ЭДС самоиндукции и напряжение на конденсаторе С1 может превысить допустимое значение напряжения питания микросхемы. При длинных соединительных проводах эта ЭДС может быть существенной, поэтому последовательно с выключателем SA1 придется включить резистор R3 сопротивлением несколько кОм . Этот резистор необходим и в случае если напряжение питания более 15В .

Конструкция и детали

Печатная плата для схемы регулятора показана на рисунке выше. Плата рассчитана на установку элементов для поверхностного монтажа. На ней размещаются все элементы схемы кроме переменного резистора R2 , который совмещён (или нет) с выключателем SA1 . Ток нагрузки, которым способен управлять регулятор зависит от способности корпуса D2PAK транзистора VT1 рассеять тепловую энергию. Без радиатора его значение не должно превышать 8 А . Если же необходимо управлять более мощной нагрузкой, то следует использовать другой тип корпуса с установкой на небольшой теплоотвод.

Налаживание регулятора сводится к подбору резисторов R1 и R3 . Для этого его включают последовательно с нагрузкой и параллельно контактам выключателя (они должны быть разомкнуты) подключают миллиамперметр. Регулируя мощность нагрузки переменным резистором R2 контролируют напряжение на конденсаторе С1 , которое должно быть примерно на 0,5 В меньше питающего напряжения. Если при максимальной мощности нагрузки оно будет уменьшаться, R1 необходимо заменить резистором большего сопротивления, а если, наоборот, окажется больше питающего напряжения и достигнет напряжения стабилизации стабилитрона VD1 , то, возможно, придется установить резистор R3 .

Источник

Электронная нагрузка

Регулируемое сопротивление нагрузки необходимо для реалистичного тестирования оборудования. Эта схема представляет собой электронную альтернативу от использования неудобных резисторов большой мощности.

Схема, описанная здесь, имеет два режима работы.

Она может функционировать как переменное сопротивление нагрузки. При напряжении от 0 В до максимума 100В ток стока может быть установлен в диапазоне от 0 А до 20 А. В качестве сопротивления нагрузки его можно установить на значения от 1 Ом до 100 кОм.

Максимальная рассеиваемая мощность находится в районе 100 Вт. Схема рассчитана на работу с напряжениями постоянного тока, но с добавлением выпрямителя также может использовать переменное напряжение. Тщательно сконструированный и откалиброванный блок может обеспечить линейность лучше, чем 0,5%.

Давайте сначала рассмотрим схему как приемник тока (S2 в положении «CC» постоянный ток), первоначально игнорируя часть схемы, состоящую из трех операционных усилителей IC1.B, IC1.C и IC1.D и обвязки их.

Цепь нагрузки состоит из силового полевого транзистора и резистора R2. Параллельно с ними подключен электролитический конденсатор, сглаживающий напряжение на полевом транзисторе и R2 и подавляющий пики. Транзистор регулируется операционным усилителем IC1. A.

Операционный усилитель отслеживает напряжение на своем инвертирующем входе (то есть напряжение на R2) таким же, как и на своем не инвертирующем входе. Последний в свою очередь равен напряжению на 10-поворотным потенциометре P1.

Поэтому мы достигли того, к чему стремились достичь чтобы потребляемый ток был пропорционален настройке потенциометра P1. Это означает, что напряжение потенциометра должно быть постоянным, и это гарантируется опорным напряжением 2,5В D7.

Читайте также:  Как отрегулировать газовый конвектор

На верхнем пределе потенциометра у нас есть напряжение 0,779 В (из-за R3), предполагая, что S1 отключен. Только первые пять оборотов потенциометра могут быть использованы до срабатывания ограничителя мощности. Если потребляемый ток должен использоваться в пределах своих мощностей, меньший диапазон напряжений на R2 более полезен, это функция R12 и подстроечника P2.

Когда S1 замкнут, они соединены параллельно с P1 и настроены так, что напряжение уменьшается в десять раз. Это позволяет устанавливать ток в диапазоне от 0 A до более чем 5 A. Если S2 переключается в положение «CR» (постоянное сопротивление), уже другое напряжение подается на P1. Источник больше не предоставляется опорным напряжением, а входным напряжением.

Остальная часть цепи работает, как и раньше, это означает, что входной ток пропорционален входному напряжению, а коэффициент пропорциональности равен постоянному сопротивлению. При R4, равном 475 кОм, может быть достигнуто сопротивление нагрузки от бесконечности до 1 Ω.

Оставшиеся три операционных усилителя в LM348 образуют ограничитель мощности, чтобы обеспечить контроль рассеиваемой мощности в цепи. Аналоговый множитель в этой схеме не используется. R10 и R11 образуют делитель напряжения на входном напряжении, который работает линейно, пока диод D2 не проводит. Это происходит не внезапно, а скорее следует характеристической кривой диода, обеспечивая постепенный переход при повышении входного напряжения.

IC1.C буферизует это напряжение и управляет инвертором IC1.D, который инвертирует характеристическую кривую диода и усиливает ее с коэффициентом усиления десять. Выходное напряжение операционного усилителя увеличивается на величину, равную прямому напряжению диода, через D3.

Рабочая точка D3 определяется опорным напряжением R10 и настройкой потенциометром P3.

Наконец, компаратор IC1.B сравнивает выходное напряжение инвертора с напряжением на R2 и, если предел мощности превышен, понижает управляющее напряжение операционного усилителя IC1.A, выключает зеленый светодиод «ОК» и горит красный предупреждающий светодиод.

Обратите внимание, что это только грубая схема защиты для ограничения мощности выше примерно 100 Вт. Она сильно зависит от изменений между диодами и от температуры, но полностью подходит для защиты от чрезмерного потребления тока, например, от автомобильного аккумулятора 12В.

Цепь в целом питается от сетевого источника питания, который, как обычно, состоит из сетевого трансформатора (от 15 В до 18 В, не менее 50 мА), мостового выпрямителя и стабилизатора постоянного напряжения 15 В.

C2 сглаживает выпрямленное постоянное напряжение, а C3 подавляет переходные процессы. Поскольку операционные усилители работают вблизи более низкого входного напряжения, для них требуется отрицательный источник питания. С этой целью стабилитрон D1 обеспечивает отрицательное напряжение питания примерно на 5 В ниже нижнего входного напряжения.

Поскольку не показан макет печатной платы для этой схемы, несколько слов о конструкции. Схема не представляет огромных технических трудностей, и для ее построения будет достаточно простой макетной платы. Полевой транзистор должен рассеивать мощность 85Вт в пиковых условиях, а тепло должно отводиться с помощью большого радиатора.

В качестве альтернативы, FET может быть оснащен современным вентилятором от компьютерного процессора. Устройство предназначено для использования в любительских условиях или для лабораторных испытаний, а не для непрерывного использования (например, 24-часовые тесты).

Если требуется дополнительная тепловая защита для транзистора, можно установить тепловое реле (замыкающееся при 105 ° C). Если вы не хотите устанавливать вентилятор, но, тем не менее, хотите работать либо при высоких нагрузках, либо постоянно, вы можете подключить до пяти полевых транзисторов параллельно (например, типа BUZ344).

Схема также хорошо работает с мощными транзисторами дарлингтона мощностью от 150 до 200 Вт, такими как MJ11016 в корпусе TO3, но не в параллельном включении и только при входных напряжениях выше 1В. R2 также играет свою роль в рассеивании мощности. Можно использовать резистор мощностью 15 Вт, расположенный на расстоянии нескольких миллиметров от поверхности печатной платы, или резистор мощностью 10 Вт в металлическом корпусе с радиатором.

Полевой транзистор, силовой резистор R2 и электролитический конденсатор С4 должны быть расположены рядом друг с другом в центре на задней стенке. Компоненты должны быть соединены толстым проводом. Управляющая электроника должна быть расположена непосредственно рядом с полевым транзистором, и, в частности, соединение между выходом управляющего операционного усилителя IC1.A и затвором полевого транзистора должно быть коротким.

Сетевое напряжение поступает через предохранитель, что позволяет избежать включения сетевого выключателя на передней панели. Светодиод D5 служит индикатором питания. Проверьте цепь еще раз, вставьте ее в корпус, проверьте проводку и убедитесь, что радиатор изолирован от полевого транзистора.

Теперь цепь управления можно откалибровать. Снова включите устройство и подайте напряжение 10В на вход. Напряжение на контакте 13 микросхемы должно быть таким же, как и на контакте 12 (P3). На выходе IC1.D должно быть измерено напряжение 0,95 В, и мы хотим, чтобы ток через полевой транзистор был ограничен примерно 10 А.

Настройте P4, чтобы установить напряжение на выводе 5 до 200 мВ. Это соответствует току 10 А при 10 В (или 100 Вт). Вы обнаружите, что для настройки P3 и P4 требуется немного терпения. Регулировка P2 была описана выше. Теперь калибровка завершена: установите крышку на корпус, и устройство будет готово.

Источник