速度制御付きの単相ネットワークからの三相電気モーターの電源。スキーム、説明

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速度制御を備えた単相ネットワークから三相電気モーターへの電源供給。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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非同期電気モーター (三相を含む) は、可変比ギアボックスやその他の機械装置を使用して動作速度が一定または変化する機械や機構を駆動するために、日常生活や生産現場で広く使用されています。シャフトの回転速度をスムーズに調整する必要がある場合は、通常、励磁巻線の電源電圧または電流を変更するだけでこの操作が簡単に実行できる、より高価で信頼性の低い整流子電気モーターが優先されます。。非同期モーターのシャフト速度を制御するには、電圧だけでなく、巻線の交流電流の周波数も変更する必要があります。この記事の著者は、この問題に対する解決策について語ります。彼が開発した装置は、単相ネットワークから最大 3,5 kW の非同期三相モーターに電力を供給し、その回転周波数を 10 倍以上変更することを可能にします。

多くの場合、電気駆動装置を備えた機械や機構の速度をスムーズに変更する必要があります。このような場合に通常使用される整流子電動機は高価であり、定期的なメンテナンスが必要であり、信頼性、耐用年数、重量およびサイズの指標の点で非同期電動機よりも劣ります。

業界では、非同期モーターの回転速度を制御する周波数制御装置を製造しています。

これらのデバイスは複雑で高価であるため、CNC マシンのドライブなど、重要な場合にのみ使用されます。自己生産のためのそのような調整器のスキームは、雑誌「Radio」にも掲載されました[1、2]。残念ながら、これらは非常に低出力のエンジン用に設計されています。

周波数レギュレータを開発するときに生じる主な問題は、周波数に応じてモーター巻線に供給される電圧の実効値も変更する必要があることです。実際、交流の周波数が低下すると、巻線の誘導抵抗が減少し、巻線を流れる電流が許容できないほど増加します。巻線の過熱やステータ磁気回路の飽和を避けるためには、モータの電源電圧を下げる必要があります。

[3] で推奨されているこれを行う 4 つの方法は、可動接点が周波数調整器に機械的に接続されている調整可能な単巻変圧器を介してモーターを接続することです。単巻変圧器の質量と寸法がエンジン自体の質量と寸法に匹敵し、高出力を伝達するときの可動接点の信頼性に疑問があるため、この方法は非常に不便であると言わざるを得ません。パルス幅変調 (PWM) [XNUMX] を使用して実効電圧値を変更する方がはるかに便利です。提案された非同期三相電気モーター用の安定化電源は、まさにこの方法に基づいています。

ソースは、図 1 に示すスキームに従って作成されます。 XNUMX。

速度制御付き単相ネットワークからの三相電気モーターの電源

電源および保護ユニット BPZ の一部である強力な整流器は、単相交流電圧 220 V 50 Hz を直流 300 V に変換します。1 つのデュアル電源スイッチ SK1 ～ SKZ を使用して、三相電気の巻線を切り替えます。モーター M1 に接続し、必要な順序と極性で整流器の出力に接続します。回路 VD1L2 および VD2LXNUMX は、負荷電流のサージからキーを保護します。

キーを制御するパルスは、制御パルス発生器である FID ブロックによって生成されます。 BPZ には、FIU と SC に電力を供給するための低電力整流器がさらにいくつかあり、また、許容電流消費値を超えた場合にデバイスをネットワークから切断する電流保護ユニットも備えています。

FIUスキームを図に示します。 2.

（クリックして拡大）

DD1 チップにはクロックジェネレーターが含まれています。周波数は可変抵抗器 R4.1 によって 30 ～ 400 Hz に調整されます。マイクロ回路 DD4 および DD5 の出力のパルス周波数は 5 倍低く、66,7 ～ 1 Hz です。まさにこの周波数の電流がモーター M1 (図 50 を参照) の巻線に流れ、シャフトの回転周波数を設定します。周波数を指定限界以下に下げると、シャフトの回転ムラが目立つようになるため、意味がありません。また、公称周波数 (XNUMX Hz) を超えると、モーターシャフトのトルクが急激に低下します。

回路 R5VD3C3 ～ R10VD8C8 は、制御パルスの立ち上がりエッジを遅延させ、立ち下がりエッジは遅延させないままにします。これは、ペアを構成するスイッチ (たとえば、SK1.1 と SK1.2) の出力トランジスタが、たとえ非常に短時間であっても同時に開いてしまうことがないようにするために必要です。これは 300 V DC 電圧源の短絡と同等であり、良くても過熱、最悪の場合はこれらのトランジスタとそれに伴う SC の他の要素の故障につながります。

論理要素 DD6.1 ～ DD6.4、DD2.3、DD2.4 の入力は、5 ～ 66,7 Hz の周波数のパルスに加えて、要素 DD2.1 のジェネレータから調整可能なデューティサイクルの高周波パルスを受け取ります。 .2.2、DD4.1。可変抵抗器 R4.2 と RXNUMX はペアになっているため、上記の要素の出力では、バーストの繰り返しレートの変化と同時に、これらのバーストを満たすパルスのデューティサイクルが変化します。

抵抗器 R2 と R3 は、公称速度または増加した速度でほぼ全電圧がエンジンに供給され、抵抗値が減少すると約半分に減少するように選択されます。その結果、周波数が XNUMX 分の XNUMX に低下しても、電動機の消費電流は定格をわずかに上回るだけになります。

負荷容量を増やしたインバータDD7.1～DD7.6がバッファ要素として機能します。出力回路には、SK1-SKZ スイッチに取り付けられたフォトカプラからの LED が含まれており、制御回路と電源ユニットの間にガルバニック絶縁を提供します。

SC図を図に示します。 3. このようなキーは合計 1 つあります (フェーズごとに 1 つ)。フォトカプラ LED U2 に電流が流れず、フォトダイオードの抵抗が高くなる時間間隔では、トランジスタ VT3 と VT4 が開き、VT3 と VT6 が閉じ、キーが開きます。 LED に電流が流れると、スイッチが閉じます。要素 VD3 ～ VD1、R4、および CXNUMX は、トランジスタ VTXNUMX を強制的に閉じます。これにより、エネルギー損失が低減され、スイッチの熱レジームが促進されます。

速度制御付き単相ネットワークからの三相電気モーターの電源

ダイオード VD7 は、誘導性負荷の電圧サージからトランジスタ VT4 を保護します。電源スイッチの設計とその保護方法について詳しくは、書籍 [4] をご覧ください。彼女に会う前に、著者は高価な高出力トランジスタをたくさん焼きました。

BPZスキームを図に示します。四。

速度制御付き単相ネットワークからの三相電気モーターの電源

1 つの整流器が変圧器 T1 の二次巻線に接続されています。そのうちの最初のものは、ダイオードブリッジ VD1.2 上にあり、SK2 ～ SKZ.1 キーの制御ユニットに電力を供給します。そこから、トランジスタ VT1.1 のスタビライザーを介して、PFI マイクロ回路に電力が供給されます。高電位にあるキー SK3.1 ～ SK2 の制御ノードに電力を供給するために、ダイオードブリッジ VD4 ～ VDXNUMX 上の XNUMX つの絶縁された整流器が使用されます。

電力整流器は VD7 ～ VD10 ダイオードを使用して組み立てられ、C7L1C8 平滑フィルタが装備されています。 SB2 ボタンを押すと、コンタクタ KM1 の巻線回路が閉じます。作動したコンタクタは、KM1.2 の接点が閉じているため、この状態のままになります。 220 V、50 Hz の電圧が、閉接点 KM 7 と変流器 T10 の一次巻線を介してダイオードブリッジ VD1.1 ～ VD2 に供給されます。 SB1ボタンを押します。

ダイオードブリッジ VD2 によって整流された変圧器 T6 の二次巻線の電圧は、ネットワークから消費される電流に比例します。可変抵抗器 R2 モーターから除去されたこの電圧の一部がサイリスター VS1 の開放しきい値を超えるとすぐに、リレー K1 が動作し、その接点 K1.1 によってコンタクター KM1 の巻線の回路が開き、コンタクター KMXNUMX の巻線が切断されます。ネットワークからの電力整流器。

合計電力が少なくとも 1 W の変圧器 T60 には、電圧 12 V に対して十分に絶縁された 2 つの二次巻線が必要です。巻線 II - 電流 0,7 A 用。巻線 III-V - XNUMX A 用。 XNUMX つの巻線を巻けば、より少ない巻線で複数の変圧器を使用できます。

トランス T2 の磁気コアは、28NM フェライトで作られた K6x9x2000 リングです。その二次巻線には 300 回の PEL 0,22 ワイヤが含まれており、一次巻線の役割は、リングの穴を通ってダイオードブリッジ VD7 ～ VD10 に向かうワイヤによって果たされます。

リレー K1 - RES22 (RF4.500.121) は、動作電圧 12 V と常閉接点の少なくとも 1 つのグループを備えたリレーと置き換えることができます。 220 V 巻線を備えた KM1 コンタクタは、電気モーターの出力に基づいて選択されます。コイル L2 および L1 (図 25) はフレームレスで、それぞれに直径 1,5 mm のマンドレルにまとめて巻かれた 30 ターンの PEL XNUMX ワイヤーが含まれています。

SC コンポーネントの詳細と設計 (図 3 を参照) には特別な注意を払う必要があります。故障した場合に最も大きなトラブルや物的損害を引き起こすのはこれらのユニットです。取り付け前にすべての部品を徹底的に検査し、「疑わしい」部品は容赦なく拒否する必要があります。トランジスタ VT4 は、十分な面積 (著者のバージョンでは 400 cm2) のヒートシンクに取り付けられています。その隣の同じヒートシンク上にトランジスタ VT3 が配置され、ダイオード VD7 のリード線がトランジスタ VT4 のリード線に直接はんだ付けされます。

8110 組のトランジスタ KT8155A、KT40A を 5 つの複合 MTKD-3-7-40 に置き換えることができます。保護ダイオードを内蔵しているため、交換の場合にはVD5ダイオードは不要です。パラメータが類似している複合トランジスタ MTKD-2-40-5 は、3 番目の (強力な) トランジスタのベース用の外部端子がないため、この場合には適していません。 MTKD-XNUMX XNUMX XNUMX トランジスタのヒートシンク表面は半導体構造から電気的に絶縁されているため、すべてのスイッチのトランジスタを共通のヒートシンクに取り付けることができます。

すべての電源回路は、可能であれば剛性の短い真っ直ぐなワイヤで作成し、FIU 回路から削除する必要があります。各ワイヤの断面積は、流れる電流に対応する必要があります。さらに、ワイヤの直径を過小評価するだけでなく、過大評価することも危険です。回路 VD1L1 および VD2L2 (図 1 を参照) はキーのすぐ近くに取り付けられ、対応するトランジスタの端子にはんだ付けされます。電源スイッチブロックがコンパクトにならない場合は、スイッチの各ペアに同様の保護回路を装備することをお勧めします。

ソースを設定するときは、まずオシロスコープを使用して、FIU マイクロ回路の端子でのパルスの有無と形状を確認し、ダイオードブリッジ VD7 ～ VD10 (図 4 を参照) に電圧を印加せず、接続もせずに行います。 M1 モーターでは、すべての SC のベーストランジスタ VT3 にパルスが到着しているかどうかを確認します。

この後、FIU がオフになり、主電源電圧が調整可能な単巻変圧器を介してダイオードブリッジに供給され、0 V から 220 V まで徐々に増加します。モーターは接続されていないままになります。 CK が消費する電流は数十マイクロアンペアを超えてはなりません。これを確信した後、単巻変圧器の出力の電圧をゼロに下げ、PWMを一時的にブロックします（これを行うには、要素DD2.2の出力と要素の入力を接続するFIU内のワイヤを切断するだけで十分です） DD2.3、DD2.4、DD5.1-DD5.4)、フルネームが含まれます。再度、SCに供給する電圧を徐々に上げていき、消費電流を確認します。大きくなりますが、最大周波数でも 100 μA を超えてはいけません。PWM のロックを解除し、モーター巻線を接続する予定のポイントでオシロスコープで電圧形状を監視することにより、この操作が繰り返されます。

すべてのチェックが成功した場合は、比較的低電力 (最大 1 kW) の三相電気モーターを電源に接続し、低減された無負荷電圧での動作をチェックし、次に定格主電源電圧と機械負荷での動作をチェックできます。パワートランジスタの温度とネットワークから消費される総電流を常に監視する必要があります。電源が完全に動作していることを確認したら、そこから最大 3,5 kW の電力で電気モーターに電力を供給できます。

文学

Dubrovsky A. 三相非同期モーターの速度コントローラー。 - ラジオ、2001 年、第 4 号、p. 42、43。
Pyshkin V. 三相インバーター。 - ラジオ、2000 年、第 2 号。 35.
Kalugin S. 三相非同期モーターの速度コントローラーの改良。 - ラジオ、2002 年、第 3 号、p. 31.
Voronin P. パワー半導体キー。 - M.: ドデカ, 2001.

著者: V.Naryzhny、バタイスク、ロストフ地方。

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