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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Alimentación de un motor eléctrico trifásico desde red monofásica con control de velocidad. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Los motores eléctricos Los motores eléctricos asíncronos (incluidos los trifásicos) se utilizan ampliamente en la vida cotidiana y en la producción para accionar máquinas y mecanismos, cuya velocidad es constante o variable mediante cajas de engranajes con una relación de transmisión variable y otros dispositivos mecánicos. Cuando es necesario ajustar suavemente la velocidad del eje, se da preferencia, por regla general, a los motores eléctricos colectores más costosos y menos confiables, para los cuales esta operación es simple de realizar: basta con cambiar el voltaje de suministro o la corriente en el campo airoso. Para controlar la velocidad del eje de un motor asíncrono, es necesario cambiar no solo el voltaje, sino también la frecuencia de la corriente alterna en sus devanados. El autor del artículo propuesto habla de su solución a este problema. El dispositivo que desarrolló permite alimentar un motor trifásico asíncrono con una potencia de hasta 3,5 kW desde una red monofásica y cambiar su velocidad de rotación en más de 10 veces. A menudo, existe la necesidad de cambiar suavemente la velocidad de las máquinas y mecanismos equipados con un accionamiento eléctrico. Comúnmente utilizados en tales casos, los motores eléctricos de colector son costosos, requieren mantenimiento periódico y son inferiores a los asíncronos en confiabilidad, vida útil e indicadores de peso y tamaño. La industria produce dispositivos para el control de frecuencia de la velocidad de rotación de motores asíncronos. Estos dispositivos son complejos y costosos, por lo que solo se utilizan en casos críticos, por ejemplo, en los accionamientos de máquinas CNC. Los esquemas de dichos reguladores para la autoproducción también se publicaron en la revista "Radio" [1, 2]. Desafortunadamente, están diseñados para motores de muy pequeña potencia. El principal problema que surge en el desarrollo de un controlador de frecuencia es la necesidad de cambiar, junto con la frecuencia, el valor efectivo de la tensión aplicada a los devanados del motor. El hecho es que con una disminución en la frecuencia de la corriente alterna, la resistencia inductiva del devanado disminuye, lo que conduce a un aumento inaceptable de la corriente que fluye a través de él. Para evitar el sobrecalentamiento del devanado y la saturación del circuito magnético del estator, es necesario reducir la tensión de alimentación del motor. Una forma de hacerlo, recomendada en [3], es conectar el motor a través de un autotransformador ajustable, cuyo contacto móvil está conectado mecánicamente al controlador de frecuencia. El método, hay que decirlo, es muy inconveniente, ya que la masa y las dimensiones del autotransformador son comparables a las del propio motor, y la fiabilidad del contacto móvil al transmitir alta potencia es cuestionable. Es mucho más conveniente cambiar el valor de voltaje efectivo usando modulación de ancho de pulso (PWM) [4]. La fuente de alimentación ajustable propuesta para un motor eléctrico trifásico asíncrono se basa precisamente en este método. La fuente se construye de acuerdo con el esquema que se muestra en la Fig. una.
Un potente rectificador, que forma parte de la unidad de alimentación y protección del BPZ, convierte una tensión alterna monofásica de 220 V 50 Hz en una tensión constante de 300 V. Utilizando tres interruptores de alimentación dual SK1 - SKZ, los devanados de una -Las fases del motor eléctrico M1 se conmutan, conectándolas en el orden y polaridad requeridos a la salida del rectificador. Los circuitos VD1L1 y VD2L2 protegen las teclas de picos de corriente de carga. Los pulsos que controlan las teclas son generados por el bloque FIA, el modelador de los pulsos de control. Hay varios rectificadores de baja potencia más en el BPZ para alimentar FIA y SC, así como una unidad de protección actual que desconecta el dispositivo de la red cuando se excede el valor permitido de la corriente consumida. El esquema de la UIF se muestra en la fig. 2.
Se fabrica un generador de pulsos de reloj en el chip DD1. Su frecuencia está regulada por una resistencia variable R4.1 de 30 a 400 Hz. La frecuencia de pulso en las salidas de los microcircuitos DD4 y DD5 es seis veces menor, de 5 a 66,7 Hz. La corriente de tal frecuencia fluirá en los devanados del motor M1 (ver Fig. 1), estableciendo la frecuencia de rotación de su eje. No vale la pena reducir la frecuencia por debajo del límite especificado, se notará la rotación desigual del eje. Y a una frecuencia superior a la nominal (50 Hz), el par en el eje del motor cae bruscamente. Las cadenas R5VD3C3-R10VD8C8 retrasan los frentes de los pulsos de control, dejando sus recesiones sin retraso. Esto es necesario para que los transistores de salida de las teclas que forman un par (por ejemplo, SK1.1 y SK1.2), aunque sea por muy poco tiempo, no resulten abiertos al mismo tiempo, lo que sería equivalente a un cortocircuito de una fuente de voltaje de 300 V CC y conduciría, en el mejor de los casos, a un sobrecalentamiento y, en el peor de los casos, a la falla de estos transistores y, con ellos, de otros elementos del SC. Las entradas de los elementos lógicos DD6.1-DD6.4, DD2.3, DD2.4, además de pulsos con una frecuencia de 5 ... 66,7 Hz, reciben pulsos de mayor frecuencia de ciclo de trabajo ajustable del generador en los elementos DD2.1, DD2.2. Las resistencias variables R4.1 y R4.2 están emparejadas, por lo tanto, en las salidas de los elementos anteriores, simultáneamente con un cambio en la frecuencia de repetición de las ráfagas, cambia el ciclo de trabajo de los pulsos que llenan estas ráfagas. Las resistencias R2 y R3 se seleccionan de tal manera que, a velocidades nominales o aumentadas, se suministra al motor un voltaje casi completo y, con su disminución, se reduce aproximadamente a la mitad. Como resultado, a una frecuencia reducida por un factor de diez, la corriente consumida por el motor eléctrico solo excede ligeramente la corriente nominal. Los inversores DD7.1-DD7.6 con mayor capacidad de carga sirven como elementos de protección. Sus circuitos de salida incluyen LEDs de optoacopladores instalados en los interruptores SK1-SKZ y que proporcionan aislamiento galvánico entre los circuitos de control y las unidades de potencia de la fuente. El esquema SC se muestra en la fig. 3. Hay seis teclas de este tipo en total (dos para cada fase). En intervalos de tiempo, cuando no fluye corriente a través del LED del optoacoplador U1, como resultado de lo cual su fotodiodo tiene una alta resistencia, los transistores VT1 y VT2 están abiertos, VT3 y VT4 están cerrados, la llave está abierta. Cuando la corriente fluye a través del LED, el interruptor está cerrado. Los elementos VD3-VD6, R3 y C1 proporcionan un cierre forzado del transistor VT4, lo que reduce las pérdidas de energía y facilita el régimen térmico de la llave.
El diodo VD7 protege el transistor VT4 de sobretensiones en una carga inductiva. Puede obtener más información sobre el diseño de las teclas de encendido y cómo protegerlas en el libro [4]. Antes de conocerla, el autor quemó muchos transistores caros de alta potencia. El esquema BPZ se muestra en la fig. cuatro
Cuatro rectificadores están conectados a los devanados secundarios del transformador T1. El primero de ellos, sobre el puente de diodos VD1, sirve para alimentar las unidades de control de las teclas SK1.2-SKZ.2. Desde allí, a través del estabilizador en el transistor VT1, se alimentan los microcircuitos de la FIA. Tres rectificadores aislados en puentes de diodos VD1.1-VD3.1 sirven para alimentar las unidades de control de los interruptores SK2 - SK4, que están bajo potencial alto. El rectificador de potencia está ensamblado en diodos VD7-VD10 y equipado con un filtro de suavizado C7L1C8. Al presionar el botón SB2, el circuito de bobinado del contactor KM1 se cierra. El contactor disparado permanece en este estado debido a los contactos cerrados KM1.2. Se suministra tensión de 220 V, 50 Hz al puente de diodos VD7-VD10 a través de los contactos cerrados KM 1.1 y el devanado primario del transformador de corriente T2 El contactor y el motor M1 se apagan (ver Fig. 1) presionando el botón SB1 . La tensión en el devanado secundario del transformador T2, rectificada por el puente de diodos VD6, es proporcional a la corriente consumida de la red. Tan pronto como parte de esta tensión, extraída del motor de la resistencia variable R2, supere el umbral de apertura del trinistor VS1, el relé K1 actuará y abrirá el circuito de devanado del contactor KM1.1 con sus contactos K1, desconectando el rectificador de potencia de la red. El transformador T1 con una potencia total de al menos 60 W debe tener cuatro devanados secundarios bien aislados para una tensión de 12 V. Devanado II - para una corriente de 2 A. Devanados III-V - para 0,7 A. En lugar de un multi- devanado, puede usar varios transformadores con menos devanados. El circuito magnético del transformador T2 es un anillo K28x6x9 de ferrita 2000NM. Su devanado secundario contiene 300 vueltas de cable PEL 0,22, y el papel del primario lo desempeña el cable que pasa por el orificio del anillo, yendo al puente de diodos VD7-VD10. El relé K1 - RES22 (RF4.500.121) puede ser reemplazado por cualquier relé con una tensión de respuesta de 12 V y al menos un grupo de contactos normalmente cerrados. El contactor KM1 con bobinado de 220 V se selecciona en función de la potencia del motor eléctrico. Las bobinas L1 y L2 (Fig. 1) no tienen marco, contienen 25 vueltas de alambre PEL 1,5, enrolladas a granel en un mandril con un diámetro de 30 mm. Los detalles y el diseño de las unidades SC (ver Fig. 3) deben tratarse con especial atención. Son estos nodos los que traen más problemas y daños materiales en caso de falla. Antes de la instalación, todas las piezas deben revisarse cuidadosamente y las "sospechosas" se rechazan sin piedad. El transistor VT4 se instala en un disipador de calor de área suficiente (en la versión del autor: 400 cm2). Se coloca un transistor VT3 junto a él en el mismo disipador de calor, y los cables del diodo VD7 se sueldan directamente a los cables del transistor VT4. Un par de transistores KT8110A, KT8155A se pueden reemplazar con un compuesto MTKD-40-5-3. Está equipado con un diodo protector interno, por lo que el diodo VD7 no es necesario en caso de sustitución. Los transistores compuestos MTKD-40-5-2 con parámetros cercanos no son adecuados en este caso, ya que no tienen una salida externa de la base del segundo transistor (potente). La superficie de eliminación de calor de los transistores MTKD-40 5 3 está aislada eléctricamente de la estructura del semiconductor, por lo que los transistores de todos los interruptores se pueden instalar en un disipador de calor común. Todos los circuitos de alimentación deben estar hechos con cables rígidos, lo más cortos y rectos posible y retirados de los circuitos FIS. La sección transversal de cada cable debe corresponder a la corriente que fluye. Además, es peligroso no solo subestimar, sino también sobrestimar el diámetro de los cables. Los circuitos VD1L1 y VD2L2 (ver Fig. 1) se montan en las inmediaciones de las teclas, soldándolos a los terminales de los transistores correspondientes. Si el bloque de interruptores de alimentación no resultó ser compacto, es deseable suministrar a cada par de SC circuitos de protección similares. Al configurar una fuente, en primer lugar, utilizando un osciloscopio, verifican la presencia y la forma de los pulsos en las salidas de los microcircuitos FMU, luego, sin aplicar voltaje al puente de diodos VD7-VD10 (ver Fig. 4) y sin conectando el motor M1, verifican si los pulsos se reciben en los transistores de base VT3 en todos los SC. Luego se apaga el FIA, y se aplica tensión de red al puente de diodos a través de un autotransformador regulable, aumentándola gradualmente de 0 a 220 V. El motor permanece desconectado. La corriente C K consumida no debe exceder varias decenas de microamperios. Después de asegurarse de esto, bajan el voltaje en la salida del autotransformador a cero y, bloqueando temporalmente el PWM (para esto, es suficiente romper el cable que conecta la salida del elemento DD2.2 con las entradas de los elementos DD2.3, DD2.4, DD5.1-DD5.4), incluye PFI. Nuevamente, aumentando gradualmente el voltaje suministrado al SC, verifique la corriente consumida. Se volverá más grande, pero incluso a la frecuencia máxima no debe exceder los 100 μ A. La operación se repite desbloqueando el PWM y controlando la forma del voltaje en los puntos destinados a conectar los devanados del motor con un osciloscopio. Si todas las verificaciones fueron exitosas, puede conectar un motor eléctrico trifásico de potencia relativamente pequeña (hasta 1 kW) a la fuente y verificar su funcionamiento con un voltaje inactivo reducido y luego con el voltaje nominal de la red y la carga mecánica. La temperatura de los transistores de potencia y la corriente total extraída de la red deben monitorearse constantemente. Después de asegurarse de que la fuente esté en pleno funcionamiento, es posible alimentar motores eléctricos con una potencia de hasta 3,5 kW. Literatura
Autor: V.Naryzhny, Bataysk, región de Rostov.
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