三相非同期モーター用の速度コントローラー。スキーム、説明

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三相非同期モーター用のスピードコントローラーです。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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読者の注意を引くために、図（図1）と、三相非同期モーター（IM）の速度を300 ... 8000 rpmの範囲で調整できるデバイス（以下、RFV）の設計を紹介します。多くのラジオアマチュアにとって有用であると確信しています。これは、3000フェーズの非同期モーターに新しい定性的指標を提供するためです。新しい質的指標：実質的に電力の損失を伴う単相ネットワークからの電源、開始トルクを制御する能力、効率の向上、適用された電圧の段階からの広範な速度での速度での速度の速度の速度の両方での速度での速度の速度からの速度の速度の両方からの回転方向の独立性RPM。

（クリックして拡大）

RFVの主な特徴：

供給電圧〜220 V
消費電力、15 W以下（エンジン出力を除く）
モータータイプ三相非同期 Fн=3000 rpm、Рн=120 W。

ご存知のとおり、IM の速度を制御するにはいくつかの方法があります。供給電圧、シャフトの負荷を変更すること、抵抗を調整できる特殊なローター巻線を使用すること、および周波数調整を行うことです。これは、IM のエネルギー特性を節約し、かご型ローターを備えた最も安価で信頼性の高い IM を使用できるため、最も効果的な方法です。 RFV の動作を検討する前に、IM の主な特徴を読者に思い出していただく必要があります。

1. 効率係数効率 = (Pv / Rp)。ここで、Pv はモーターシャフトの機械動力、Pp はネットワークから消費される電力です。アイドル時は、Pv = 0 であるため、効率 = 0。シャフト Rn の定格出力では、エンジンごとに効率が最大値 (0,75 ... 0,95) になります。

2.IMの相電流を図2に示します。

三相非同期モーター用の速度コントローラー

3. 固定子磁界の回転周波数 n1=(60Fp)/p (rpm)、ここで Fp - 供給電流の周波数、Hz; p は固定子磁極のペアの数です。したがって、標準周波数 Fп=50 Hz では、磁場は極のペアの数に応じて、ある周波数で回転します (表を参照)。

三相非同期モーター用の速度コントローラー

4. スリップ S=(Fp-Fp)/Fp (%)。ローター速度 .p は常に周波数 Fp よりもスリップ量 S (2...6%) だけ小さくなります。たとえば、Fp=960。 1420; 2840rpm AM の動作原理は、ステーターの回転磁界と、この磁界によってローター巻線の導体に誘導される電流との相互作用に基づいています。

5.トルクМ=Рв/О、ここで、Оはローターの回転角速度О=2πFв/60です。

6.過負荷容量Kp \u1,5d Mkr / Mn \u2,5d XNUMX ... XNUMX、Mkrは臨界瞬間です。 Mn - 公称モーメント。

7. 定格速度で Cosϕ=Iса/Iср=0,1...0,2、Iса - 有効固定子電流、Iср - 無効固定子電流。モーター負荷の増加には、ステーターの有効成分のみの増加が伴い、その結果、cosφ は 0,8...0,9 に増加します。したがって、供給ネットワークの cosφ を改善するためにエンジン負荷が果たす役割は明らかです。

8. 始動電流 Ip - IM 始動時の固定子電流、Ip/In=5 ... 7. IM の始動トルクは大きくありません。始動時、IM は機構の制動トルクを超えるトルクを発生させなければ回転しません。 Mp/Mn=0,8...1,5。

RFCの機能図を図3に示します。

三相非同期モーター用の速度コントローラー

マスターオシレーターは、AM 供給電流の周波数を変更するように設計されています。ローターの回転数が変わります。三相シーケンスパルスコンディショナー (PTS) は、DC 電圧を 120° 位相が異なる 5 つの方形波電圧に変換します。プリアンプは、FIT の低電力出力を強力な最終段とマッチングさせます。その役割は、形状と周波数に必要な電流を AD の位相に供給することです。電源ユニットは、RFV に電力を供給するために +9、+300、および +XNUMX V の電圧を生成します。

図4に、必要なすべての波形を示します。

三相非同期モーター用の速度コントローラー

要素 DD1.1 ... DD1.3 には、30 ... 800 Hz 以内の可変生成周波数を持つマルチバイブレーターであるマスターオシレーターが組み立てられます。可変抵抗器R2で周波数を変更します。 FIT は、カウンタ DD2、要素 "NAND" DD1.4、および 3.1 つの要素 "XOR" DD3.4...DD2 で構成されます。 13 つの同一のプリアンプがトランジスタ VTXNUMX ... VTXNUMX 上に組み立てられています (HELL の各位相に XNUMX つ)。

そのうちの 3.2 つ（スキームによれば上のもの）の動作原理を考えてみましょう。 DD2 素子の出力にハイレベルが現れると、複合トランジスタ VT5、VT3.2 が開きます。素子DD4の出力から、ハイレベルがフォトカプラDD8の入力に供給され、その結果、その出力がローレベルに設定され、複合トランジスタVT11、VT120が閉じる。他の 2 つのアンプも同様に動作しますが、位相差が 5 ° であるだけです。電圧デカップリングの場合、トランジスタ VT8、VT11 および VT9、VT14 は別の +19 V 電源から給電され、トランジスタ VT300 ... VT10 は +13 V 電源から給電されます。ダイオード VD16、VD17、VDXNUMX、VDXNUMX

電圧デカップリングと、トランジスタ VT14 および VT15 のより信頼性の高いロックに役立ちます。

トランジスタ VT14 と VT15 が正常に動作するための主な条件の 8 つは、それらが同時に開いてはいけないことです。これを行うために、制御電圧はフォトカプラ DD11 の出力から複合トランジスタ VT4、VT4 の入力に供給され、スイッチングにある程度の遅延が生じます。素子Ｒ８、ＶＤ７を介してフォトカプラＤＤ４の入力にハイレベルが現れると、複合トランジスタＶＴ２、ＶＴ５が開き、トランジスタＶＴ１５が閉じる。同時にコンデンサC8の充電が開始されます。フォトカプラ DD7 の入力にハイレベルが現れてから 2 μs 後、その出力にローレベルが現れ、複合トランジスタ VT5、VT15 が閉じ、トランジスタ VT9 が開きます。入力に低レベルのフォトカプラ DD40 が出現しても、複合トランジスタ VT4、VT8 を瞬時に閉じることはできません。これは、回路 R11、ベース、エミッタを介したコンデンサ C14 の放電により、このトランジスタが 4 μs 間開いたままになり、トランジスタ VT2 が閉じたままになるためです。 DD5 フォトカプラのターンオフ遅延時間は 9 μs であるため、VT9 トランジスタが開く前に VT140 トランジスタが閉じます。

ダイオード VD22 ... VD23 は、誘導負荷 - IM 巻線のスイッチング時の電圧上昇からトランジスタ VT14、VT15 を保護し、また、電圧の極性が変化するとき (トランジスタ VT14、VT15 のスイッチング時) に巻線電流を閉じるために使用します。たとえば、トランジスタ VT14 と VT17 を閉じた後、電流はしばらく同じ方向、つまり A 相から B 相に流れ、VD24 ダイオード、電源 VD23 を通ってゼロに低下します。

相 A と B の例を使用して最終段の動作原理を考えてみましょう。トランジスタ VT14 と VT17 が開くと、相 A の始まりに正の電位が、その終わりに負の電位がかかります。トランジスタ VT15 と VT16 が閉じた後、トランジスタ VT120 と VT4 が開き、今度は逆に、相 A の終端に正の電位が印加され、相 A の始端に負の電位が印加されます。したがって、A相、B相、およびC相には、XNUMX°の位相シフトを有する長方形の交流電圧が供給されます（図XNUMXを参照）。 AM 電源電圧の周波数は、これらのトランジスタのスイッチング周波数によって決まります。トランジスタが順次開くため、固定子巻線 AB-AC-BCVA-CA-CB-AB の回路に電流が直列に流れ、回転磁界が生成されます。

相電流の形態を図5に示します。 XNUMX。

三相非同期モーター用の速度コントローラー

上で説明した終端段を構成する回路は三相ブリッジです [1]。その利点は、相電流曲線に XNUMX 次高調波成分が存在しないことです。

低電圧ステージに電力を供給するために、スタビライザー VD1、VT1、VD6 が使用されます。これにより、DD5 ... DD1 マイクロ回路に電力を供給する +3 V と、プリアンプ (VT9 ... VT2) に電力を供給する +7 V を得ることができます。プリアンプの上部の各ペアは、独自の整流器によって電力供給されます。VT8、VT11 - VD3 から、VT9、VT12 - VD4 から、VT10、VT13 - VD5 から。

最終段は、全波整流器と LC フィルタ (VD2、L1、C3、C7) +300 V によって電力供給されます。コンデンサ C3 と C7 の静電容量は AD の電力に基づいて選択され、静電容量が大きいほど優れていますが、インダクタンス L20 が 1 Hn の場合は 0,1 マイクロファラッド以上です。

RFVでは、MLT、OMLT、VSなどの固定抵抗器が使用できます。コンデンサ C1 - セラミックまたは金属紙。 C2 ... C8 - 任意の酸化物。インダクタ L1 は除外できますが、コンデンサ C3 と C7 のそれぞれの静電容量を 50 マイクロファラッドに増やす必要があります。チップ DD1 タイプ K155LA3、DD2 - K155IE4、DD3 K155LP5。フォトカプラ DD4...DD6 - AOT165A1。その他、ターンオン遅延時間が100μs以下、絶縁耐圧が400V以上のものでも使用可能です。

トランジスタの主な要件は、すべて (少なくとも 50) のゲインが高く、ほぼ同じであることです。トランジスタ VT2 ... VT4、VT8 ... VT10 タイプ KT315A は、任意の文字インデックスを持つ KT315、KT312、KT3102 に置き換えることができます。トランジスタ VT1、VT5 ... VT7、VT11 ... VT13 は、任意の文字インデックスが付いた KT817 または KT815 タイプです。トランジスタ VT14 ... VT19 - KT834A または KT834B。それらを置き換えるには、少なくとも50のゲインを持つ強力な高電圧トランジスタを使用できます。出力トランジスタはスイッチングモードで動作するため、それぞれ10 cm2の面積のラジエーターに取り付ける必要があります。ただし、200Wを超える出力のモーターを使用する場合は、より大きな面積のラジエーターが必要になります。

ブリッジ整流器 VD1、VD3...VD5 - KTS405A。整流器 VD2 - KTS409A。 AM 電力が 300 W を超える場合、KTs409A ブリッジ整流器の代わりに、400 V を超える逆電圧と対応する電流用に設計された単一ダイオードのブリッジを使用する必要があります。ツェナーダイオード VD6 - KS156A。ダイオード VD7 ... VD21 - KD209A。

ダイオード VD22 ... VD27 のいずれか。少なくとも 5 A の電流と少なくとも 400 V の逆電圧向けに設計されています。たとえば、KD226V または KD226G です。

変圧器 - それぞれ 15 V の 8 つの個別の二次巻線を持つ、少なくとも XNUMX W の電力。

デバイスをセットアップするときは、まず +300 V をオフにして、指定されたポイントですべてのオシログラムの存在を確認します (図 4 を参照)。必要に応じて、コンデンサ C1 または抵抗 R2 を選択することにより、トランジスタ VT5 のコレクタの周波数変化は 5 ～ 130 Hz 以内で実現されます。次に、ADがオフのとき、+300 Vの代わりに+100 ... 150 Vの電圧が外部電源から供給され、トランジスタVT11のコレクタとエミッタ、トランジスタVT5のコレクタとエミッタが閉じられ（トランジスタVT14とVT15を長時間閉じるため）、トランジスタVT14のコレクタ回路の電流が測定されます。これは数μA以下であるはずです-トランジスタVT14の漏れ電流VT15。次に、上記トランジスタのコレクタとエミッタをオープンにし、最大発生周波数を抵抗R2で設定します。

コンデンサＣ９の静電容量を上方に選択することにより、トランジスタＶＴ１４のコレクタ回路における最小電流が達成され、これは理想的な場合にはトランジスタＶＴ１４およびＶＴ１５の漏れ電流に等しい。このようにして、残りの２端子アンプを調整する。次に、RFV 出力 (X9 ソケット) AD に接続され、その巻線は星型で接続されます。 +14 V の代わりに、外部電源から +14 ... 15 V の範囲の電圧が供給されます。IM が回転し始めるはずです。回転方向を変更する必要がある場合は、IM の位相が交換されます。

端子トランジスタが正しいモードで動作している場合、それらは長時間わずかに暖かいままですが、そうでない場合は、抵抗器R18、R20、R22、R23...R25の抵抗が選択されます。

文学：

ラディンV.I. 電子機器：非同期機。 -M.:高い。学校、1988年。
クラフチク A.E. 非同期モーターの選択と応用。モスクワ：エネルギーアトミズダット、1987年。
ロプキナ E.M. オートメーションシステム用の非同期エグゼクティブマイクロモーター。 -M.: もっと高いです。学校、1988年。

著者：A。ドゥブロフスキー

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