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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Controlador de velocidad para motores asíncronos trifásicos. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Los motores eléctricos Traigo a la atención de los lectores un diagrama (Fig. 1) y el diseño de un dispositivo que le permite ajustar la velocidad de un motor asíncrono trifásico (IM) en el rango de 300 ... 8000 rpm (en adelante - RFV). Estoy seguro de que será útil para muchos radioaficionados, ya que dota a los motores asíncronos trifásicos de nuevos indicadores de calidad: alimentación desde una red monofásica prácticamente sin pérdida de potencia, capacidad de controlar el par de arranque, aumentar la eficiencia, independencia del sentido de giro de la fase de la tensión aplicada, regulación en amplios rangos de velocidad tanto en ralentí como bajo carga, y lo más importante, la posibilidad de aumentar la velocidad máxima de 3000 a 6000... 10000 rpm.
Las principales características de RFV:
Como sabe, hay varias formas de controlar la velocidad del IM: cambiando el voltaje de suministro, la carga en el eje, usando un devanado de rotor especial con resistencia ajustable, así como la regulación de frecuencia, que es el método más efectivo, ya que permite ahorrar las características energéticas del IM y aplicar el INFIERNO más económico y fiable con rotor de jaula de ardilla. Antes de considerar el funcionamiento de la RFV, es necesario recordar al lector las principales características de la IM. 1. Factor de eficiencia Eficiencia = (Pv / Rp), donde Pv es la potencia mecánica en el eje del motor, Pp es la potencia eléctrica consumida de la red. En reposo, eficiencia = 0, ya que Pv = 0. A la potencia nominal en el eje Rn, la eficiencia tiene un valor máximo (0,75 ... 0,95) para diferentes motores. 2. Las corrientes de fase del IM se muestran en la Fig.2.
3. Frecuencia de rotación del campo magnético del estator n1=(60Fp)/p (rpm), donde Fp - frecuencia de la corriente de alimentación, Hz; p es el número de pares de polos del estator. Por lo tanto, a una frecuencia estándar Fп=50 Hz, el campo magnético, según el número de pares de polos, gira con una frecuencia (ver tabla).
4. Deslizamiento S=(Fp-Fp)/Fp (%). La velocidad del rotor .p siempre es menor que la frecuencia Fp por la cantidad de deslizamiento S (2...6%), por ejemplo Fp=960; 1420; 2840 rpm El principio de funcionamiento de la AM se basa en la interacción del campo magnético giratorio del estator con las corrientes inducidas por este campo en los conductores del devanado del rotor. 5. Torque М=Рв/О, donde О es la velocidad angular de rotación del rotor О=2πFв/60. 6. Capacidad de sobrecarga Kp \u1,5d Mkr / Mn \u2,5d XNUMX ... XNUMX, donde Mkr es el momento crítico; Mn - momento nominal. 7. Cosϕ=Iса/Iср=0,1...0,2 a velocidad nominal, donde Iса - corriente activa del estator, Iср - corriente reactiva del estator. Un aumento en la carga del motor va acompañado de un aumento solo en el componente activo del estator y, en consecuencia, un aumento en el cosϕ a 0,8...0,9. Por lo tanto, el papel de la carga del motor es claro para mejorar el cosϕ de la red de suministro. 8. Corriente de arranque Ip - corriente del estator al arrancar el IM, Ip/In=5 ... 7. El par de arranque del IM no es grande. Al arrancar, el IM debe desarrollar un par que exceda el par de frenado del mecanismo, de lo contrario no dará la vuelta. Pf/Mn=0,8...1,5. El diagrama funcional del RFC se muestra en la Fig.3.
El oscilador maestro está diseñado para cambiar la frecuencia de la corriente de suministro de AM. Cambia la velocidad del rotor. El acondicionador de pulsos de secuencia trifásica (PTS) convierte un voltaje de CC en tres voltajes de onda cuadrada que están desfasados 120°. El preamplificador combina las salidas de baja potencia del FIT con una etapa final potente, cuya tarea es suministrar a las fases del AD la corriente necesaria en forma y frecuencia. El alimentador genera tensiones de +5, +9 y +300 V para alimentar el RFV. La figura 4 muestra todos los oscilogramas necesarios.
En los elementos DD1.1 ... DD1.3, se ensambla un oscilador maestro: un multivibrador con una frecuencia de generación variable dentro de 30 ... 800 Hz. Cambie la frecuencia con una resistencia variable R2. FIT consta de contador DD2, elemento "NAND" DD1.4 y cuatro elementos "XOR" DD3.1...DD3.4. Se ensamblan tres preamplificadores idénticos en los transistores VT2 ... VT13 (uno para cada fase del INFIERNO). Considere el principio de funcionamiento de uno de ellos (el superior según el esquema). Cuando aparece un nivel alto en la salida del elemento DD3.2, se abre el transistor compuesto VT2, VT5. Desde la salida del elemento DD3.2, se alimenta un nivel alto a la entrada del optoacoplador DD4, como resultado de lo cual se establece un nivel bajo en su salida, que cierra el transistor compuesto VT8, VT11. Los otros dos amplificadores funcionan de manera similar, solo que con una diferencia de fase de 120°. Para el desacoplamiento de voltaje, los transistores VT2, VT5 y VT8, VT11 se alimentan de fuentes separadas de +9 V y los transistores VT14 ... VT19, de una fuente de +300 V. Diodos VD10, VD13, VD16, VD17 sirven para el desacoplamiento de voltaje y para un bloqueo más confiable de los transistores VT14 y VT15. Una de las principales condiciones para el funcionamiento normal de los transistores VT14 y VT15 es que no deben estar abiertos al mismo tiempo. Para hacer esto, el voltaje de control se suministra a la entrada del transistor compuesto VT8, VT11 desde la salida del optoacoplador DD4, lo que proporciona cierto retraso en su conmutación. Cuando aparece un nivel alto en la entrada del optoacoplador DD4 a través de los elementos R8, VD7, el transistor compuesto VT2, VT5 se abre y el transistor VT15 se cierra. Al mismo tiempo, comienza la carga del condensador C9. 40 μs después de la aparición de un nivel alto en la entrada del optoacoplador DD4, aparece un nivel bajo en su salida, el transistor compuesto VT8, VT11 se cierra, el transistor VT14 se abre. La aparición de un optoacoplador DD4 de bajo nivel en la entrada no puede cerrar instantáneamente el transistor compuesto VT2, VT5, ya que la descarga del capacitor C9 a través del circuito R9, la base, el emisor mantiene este transistor abierto durante 140 μs y el transistor VT15 - cerrado. El tiempo de retardo de apagado del optoacoplador DD4 es de 100 μs, por lo que el transistor VT14 se cierra antes de que se abra el transistor VT15. Los diodos VD22 ... VD23 protegen los transistores VT14, VT15 del aumento de voltaje al cambiar una carga inductiva: devanados IM, así como para cerrar las corrientes de los devanados en momentos en que el voltaje cambia de polaridad (al cambiar los transistores VT14, VT15). Por ejemplo, después de cerrar los transistores VT14 y VT17, la corriente pasa durante algún tiempo en la misma dirección: de la fase A a la fase B, cerrando a través del diodo VD24, la fuente de alimentación, VD23, hasta que cae a cero. Considere el principio de funcionamiento de la etapa final utilizando el ejemplo de las fases A y B. Cuando se abren los transistores VT14 y VT17, se aplica un potencial positivo al comienzo de la fase A y uno negativo a su final. Después de que se cierran, los transistores VT15 y VT16 se abren, y ahora, por el contrario, se aplica un potencial positivo al final de la fase A y uno negativo al principio. Por lo tanto, las fases A, B y C se alimentan con voltajes alternos de forma rectangular con un cambio de fase de 120 ° (ver Fig. 4). La frecuencia de la tensión de alimentación AM está determinada por la frecuencia de conmutación de estos transistores. Debido a la apertura alterna de los transistores, la corriente pasa en serie a través de los circuitos de los devanados del estator AB-AC-BCVA-CA-CB-AB, lo que crea un campo magnético giratorio. Las formas de las corrientes de fase se muestran en la fig. 5.
El circuito para construir la etapa terminal descrito anteriormente es un puente trifásico [1]. Su ventaja es que no hay componentes de tercer armónico en las curvas de corriente de fase. Para alimentar las etapas de bajo voltaje, se utiliza un estabilizador VD1, VT1, VD6, que le permite obtener +5 V para alimentar los microcircuitos DD1 ... DD3, así como +9 V para alimentar los preamplificadores (VT2 ... .VT7). Cada par superior de preamplificadores está alimentado por su propio rectificador: VT8, VT11 - de VD3, VT9, VT12 - de VD4, VT10, VT13 - de VD5. Las etapas finales son alimentadas por un rectificador de onda completa y un filtro LC (VD2, L1, C3, C7) +300 V. Las capacitancias de los capacitores C3 y C7 se seleccionan en función de la potencia del AD, cuanto mayor sea la capacitancia, mejor, pero no menos de 20 μF con la inductancia del inductor L1 0,1 H. En RFV, se pueden usar resistencias fijas como MLT, OMLT, VS. Condensador C1: cualquier cerámica o metal-papel; C2 ... C8 - cualquier óxido. Se puede excluir el inductor L1, pero será necesario aumentar la capacitancia de cada uno de los capacitores C3 y C7 a 50 microfaradios. Chip DD1 tipo K155LA3, DD2 - K155IE4, DD3 K155LP5. Optoacopladores DD4...DD6 - AOT165A1. Se pueden usar otros, en los que el tiempo de retardo de encendido no sea superior a 100 µs y la tensión de aislamiento no sea inferior a 400 V. El requisito principal para los transistores es una ganancia alta y aproximadamente la misma para todos (al menos 50). Transistores VT2 ... VT4, VT8 ... VT10 tipo KT315A, se pueden reemplazar por KT315, KT312, KT3102 con cualquier índice de letras. Transistores VT1, VT5 ... VT7, VT11 ... VT13 tipo KT817 o KT815 con cualquier índice de letras. Transistores VT14 ... VT19 - KT834A o KT834B. Para reemplazarlos, puede usar potentes transistores de alto voltaje con una ganancia de al menos 50. Dado que los transistores de salida funcionan en modo de conmutación, es necesario instalarlos en radiadores con un área de 10 cm2 cada uno. Sin embargo, cuando se utilizan motores de más de 200 W, se requerirán disipadores de calor más grandes. Puentes rectificadores VD1,VD3...VD5 - KTS405A. Rectificador VD2 - KTS409A. Con una potencia AM de más de 300 W, en lugar del puente rectificador KTs409A, es necesario utilizar un puente de diodos individuales diseñado para una tensión inversa de más de 400 V y la corriente correspondiente. Diodo Zener VD6 - KS156A. Diodos VD7 ... VD21 - KD209A. Diodos VD22 ... VD27 cualquiera, diseñado para una corriente de al menos 5 A y un voltaje inverso de al menos 400 V, por ejemplo KD226V o KD226G. Transformador: cualquier potencia de al menos 15 W, con cuatro devanados secundarios separados de 8 V cada uno. Al configurar el dispositivo, primero apague +300 V y verifique la presencia de todos los oscilogramas en los puntos indicados (ver Fig. 4). Si es necesario, al seleccionar el condensador C1 o la resistencia R2, el cambio de frecuencia en el colector del transistor VT5 se logra dentro de 5 ... 130 Hz. Luego, cuando el AD está apagado, en lugar de +300 V, se suministra un voltaje de +100 ... 150 V desde una fuente externa, el colector y el emisor del transistor VT11, el colector y el emisor del transistor VT5 están cerrados (para cerrar los transistores VT14 y VT15 durante mucho tiempo) y la corriente en el circuito del colector se mide en el transistor VT14, que no debe ser más que unos pocos μA: la corriente de fuga de los transistores VT14 y VT15. A continuación, los colectores y emisores de los transistores anteriores se abren y la resistencia R2 establece la frecuencia máxima de generación. Seleccionando la capacitancia del capacitor C9 hacia arriba, logran la corriente mínima en el circuito colector del transistor VT14, que en el caso ideal es igual a la corriente de fuga de los transistores VT14 y VT15. De esta forma, se ajustan los dos amplificadores terminales restantes. Luego, se conectan a la salida RFV (al enchufe X7) AD, cuyos devanados están conectados por una estrella. En lugar de +300 V, se suministra voltaje desde una fuente externa en el rango de +100 ... 150 V. El IM debe comenzar a girar. Si es necesario cambiar la dirección de rotación, se intercambian las fases del IM. Si los transistores terminales funcionan en el modo correcto, permanecen ligeramente calientes durante mucho tiempo; de lo contrario, se seleccionan las resistencias de las resistencias R18, R20, R22, R23 ... R25. Literatura:
Autor: A. Dubrovski
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