Эта статья будет посвящена двигателям - возможности регулировки скорости вращения, запускам и торможению.

регулятор скорости

Однофазные конденсаторные электродвигатели отличаются от однофазных асинхронных электродвигателей с пусковой обмоткой и конденсаторным пуском тем, что рабочая и фазосдвигающая (конденсаторная) обмотки создают вращающееся магнитное поле как в момент пуска, так и при работе электродвигателя. Обе обмотки рассчитаны на длительный режим работы.
Одна из схем регулятора скорости для однофазного конденсаторного двигателя показана на рис.1.
Действие данного регулятора скорости вращения основано на зависимости скорости вращения от величины постоянного тока через фазосдвигающую (конденсаторную) обмотку. Выпрямленное диодом VD1 напряжение через резисторы R1, R2, R3 подается на фазосдвигающую обмотку.
Фазосдвигающий конденсатор служит одновременно для фильтрации выпрямленного напряжения, величину которого регулируют подстроечным резистором R1.
Минимальная скорость вращения зависит от надежного запуска двигателя и выставляется резистором R2. Для этого необходимо отключить двигатель, вывести резистор R1 в положение максимального сопротивления, а на место R2 временно установить переменный резистор на 2-3кОм. Желательно тоже вывести в максимальное положение. Включить в сеть и резистором R2 установить минимально возможные обороты. Далее выключить его на небольшое время и попытаться его запустить с выставленным таким способом сопротивлением R2. Если самостоятельного пуска не происходит - уменьшить еще немного сопротивление R2. Пробовать до тех пор, пока не произойдет самостоятельного надежного пуска. После этого можно измерть значение R2 и заменить его постоянным резистором. Если двигатель очень малой мощности, можно уменьшить значение R1.
Рекомендуемые детали: Резистор R1 типа ППЕ-3В или ППБ-15Е; R1 и R2 - ПЭВ-7,5; VD1 - КД227Ж или с похожими параметрами; С1 - штатный конденсатор данного двигателя.
* по материалам статьи В.Ф. Яковлева "Регулятор скорости для однофазных конденсаторных двигателей"

регулятор скоростиПредставленная на рис.1 схема очень проста. Однако, как и бывает в таких случаях, ее применение ограничено. Это должны быть двигатели небольшой мощности (лучше до 300Вт), которые запускаются либо в холостую, либо имеют небольшой статический момент торможения на валу (вентилятор, небольшое точило и т.д). Также схема на рис.1 предназначена для типов конденсаторных электродвигателей с постоянно работающими двумя обмотками. Однако, как известно, существуют двигатели и с пусковыми обмотками, которые после запуска необходимо отключать. Решает эту проблему схема регулятора мощности, представленная на рис.2. Использовать ее можно в отличие от рис.1 и для двигателей мощностью до 1кВт с двумя постоянно работающими обмотками под нагрузкой и для двигателей с пусковыми обмотками, а также для 3-х фазных.
С помощью переключателя SA1 подключается к сети рабочая обмотка Р , а через пусковой конденсатор С1 и встречно-параллельно включенные тиристор VS1 и диод VD1 - пусковая обмотка П. Управляющий электрод тиристора подключен в сеть через цепочку из резистора R1, диода VD2 и резистора R2, зашунтированного электролитическим конденсатором С2.
К зажимам пускового конденсатора С1 подключен регулируемый подстроечный (переменный) резистор R3, выполняющий функцию токоограничивающего.

При включении переключателя SA1 ток проходит через рабочую обмотку Р и пусковую П, конденсатор С1 и элементы VS1, VD1/ При этом положительная полуволна тока проходит через диод VD1, отрицательная через тиристор VS1 и диод VD2. Через определенный промежуток времени, определяемый зарядом конденсатора С2, диод VD2 запирается напряжением на этом конденсаторе. В результате прекращения подачи напряжения на управляющий переход тиристора VS1 через закрытый диод VD2 закрывается и сам тиристор. В результате конденсатор заряжается одной положительной полуволной напряжения через VD1 и, зарядившись до напряжения сети, этот же диод и запирает. Если сопротивление токоограничивающего элемента R3 изначально было выставлено большим, то протекание тока в обоих направлениях через пусковую обмотку П прекращается и она от сети как бы выключается. Скорость вращения двигателя с пусковой обмоткой можно кратковременно изменять положеним сопротивления R3, но только кратковременно. В этом случае пусковая обмотка начинает немного подпитываться выпрямленным током (положительной полуволной через диод VD1), в результате чего возникает тормозной момент на валу двигателя. Однако, выпрямленное напряжение вызывает нагрев пусковой обмотки, поэтому только кратковременно и можно изменять.
Если у вас двигатель с двумя рабочими обмотками, то схему на рис.2 необходимо дополнить конденсатором С3. Он будет являться рабочим и его емкость рассчитывается ка Ср=66*Рном.
При использовании устройства для управления 3-х фазным двигателем две его обмотки включают встречно-параллельно, а третью используют в качестве пусковой. Меняя концами третью обмотку, можно менять направление вращения.
Рекомендуемые детали: тип диода VD1 и тиристора VS1 определяются мощностью двигателя. Например, для двигателя в 1кВт в качестве диода VD1 можно использовать КД227Ж на 5А/800В или 2Д203Г или Д на 10А/700В, а также другие диоды на ток 10А и напряжение 700В. Диод VD2 подойдет типа КЛ105В или Г, а также КД109Б или В на ток 0,5А и напряжение 600В и 800В соответственно. Тиристоры не ниже шестого класса, например, Т112-10, Т10-20, Т10-63 и им подобные на рабочий ток 5...10А. Конденсатор С1 подбирают из расчета (1,5...2)*66*Рном, где Рном - номинальная мощность в кВт (киловаттах). Оин могутбыть типа МБГО-2, КБГ-МП или МБГЧ. Все на напряжение не менее 400В. Электролитический конденсатор С2 - любой емкостью 5...10мкФ и напряжение 350...400В. Резисторы R1 и R2 типа МЛТ-2 сопротивлением 5,1кОм и 50...100кОм соответственно. Номинал резистора R3 типа ППБ-25Г подбирается из условия полного запирания диода VD1 конденсатором С1.
* по материалам статьи К.В. Коломойцева "Регулирование скорости вращения для однофазных двигателей"

пуск однофазного двигателя

На рис.3 показана схема пускового устройства, которое может быть использовано в электроприводах общепромышленных механизмов. Данное техническое решение зазищено авторскими правами*.
При включении электродвигателя выключателем SA1 начинает протекать ток в двух цепях - через рабочую обмотку Р, а также по цепи: SA1 → пусковая обмотка П → верхний правый диод моста → параллельную цепочку R1C1 → R2 → переход база-эмиттер тарнзистора VT1 → нижний левый диод моста → сеть. В результате транзистор открывается и пусковая обмотка П обтекается переменным током. Конденсатор С1 обеспечивает фазовый сдвиг между токами в пусковой П и рабочей Р обмотках, в результате чего двигатель запускается. Одновременно конденсатор С1 заряжается и закрывает транзистор VT1. В результате пусковая обмотка П обестачивается и двигатель из режима пуска переходит в рабочий режим.
Электронное управление пуском позволяет снизить ток пусковой обмотки, что повышает надежность электродвигателя. При этом улучшаются массогабаритные показатели устройства за счет уменьшения величины емкости конденсатора, через который протекает небольшой по величине ток управления транзистора. Рекомендуемая мощность двигателя для приведенной схемы - до 600Вт.
Рекомендуемые детали: выключатель SA1 - любой, подходящий по мощности; выпрямительный мост - диодные сборки КЦ402А, Б - КЦ405А, Б на напряжение 500...600В и ток 1А либо четыре диода КД202 с индексами М, Н, Р. Конденсатор С1 - электролитический емкостью 10...15мкФ на 400В. Диод VD2 желательно Д7Г, Д, Е, Ж. В крайнем случае подойдет Д226Б или КД226. Резистор R1 - МЛТ-1 номиналом 50...100кОм, R2 - МЛТ-1 номиналом 500Ом. Транзистор VT1 подойдет типа КТ809А на ток 3А и напряжение 400В.
*Авторское свидетельство СССР №1385214, кл. 1/42, заявл. 13.05.86

читать далее...

Запуск 3-х фазного двигателя

сборкапуск двигателя треугольникомИногда целесообразно при запуске 3-х фазных асинхронных двигателей использовать сборку электролитических конденсаторов (соединенных отрицательными выводами) с диодами. С диодами конденсаторы работают в облегченном режиме и меньше греются. Поэтому применение диодов желательно. При комплектовании сборки следует помнить, что общая емкость двух одинаковых конденсаторов, соединенных последовательно (рис.4) становится вдвое меньше. При этом рабочее напряжение распределится между ними пополам, т.е. тепловая нагрузка на них будет меньше, что продлит им срок службы. Также для продления ресурса можно использовать RD-цепочку, как на рис.3. Например, из диода Д1 типа Д226Б и резистора R1 номиналом 50...100кОм и мощностью 0,5...1Вт. Например, МЛТ-0.5, а лучше МЛТ-1. При запуске RD-цепочка шунтируется пусковой кнопкой и после разгона двигателя электролиты заряжаются и восстанавливают свой оксидный слой.
Комплектовать сборку из последовательно соединенных конденсаторов нужно двумя одинаковыми по емкости и напряжению электролитическими конденсаторами. При этом условии сборка прослужит дольше. А вот при параллельном соединении электролитов в пусковую батарею (рис.5) емкость может быть и разной, а вот напряжение конденсаторов должно быть одинаковым, иначе с более низким будет греться и быстро выйдет из строя. И еще: правильно выбирайте схему соединения обмоток двигателя. Это часто приходиться делать оопытным путем. Если соединение "треугольником" не позволяет разогнать двигатель, можно попробовать применить схему "разорванная звезда" (рис.7).

разорванная звездаЭлектролитические конденсаторы для этой схемы надо брать на рабочее напряжение не менее 450В. С более низким не подойдут.
И еще: при любом соединении обмоток электродвигателя, кроме пусковых электролитических конденсаторов, желательно добавить рабочие фазосдвигающие конденсаторы типа МБГЧ, МБГП на рабочее напряжение 400...600В, хотя бы и емкостью в 3...4 раза менее расчетной. Это значительно улучшит работу двигателя при переменных нагрузках (деревообрабатывающий станок, точило, корнерезка и т.п.). Напомним, что расчетная емкость выбирается из условия Сраб=(1,5...2)*66*Рном (читайте схему к рис.2).
Теперь немного практики.
Предположим, у вас двигатель мощностью 300Вт и его выводы соединены "треугольником" (рис.6). Такой двигатель без нагрузки успешно запустится и от одного правильно подобранного конденсатора в 40мкФ, включенного в цепь двигателя. А вот если его заменить диодно-конденсаторной сборкой (рис.4), то понадобится уже их уже четыре, т.е. если ориентироваться по рис.4, то каждый из двух нарисованных конденсаторов должен состоять состоять из последовательно соединенных двух электролитических конденсаторов по 40мкФ. Понятно, что рабочее напряжение их желательно чтобы превышало хоть немного сетевое. Поэтому, если он у вас запускается без проблем и од одного конденсатора, то в диодной сборке нет смысла. А вот, если его мощность превышает 1...1,5кВт, или он тяжело разгоняется, то нужно использовать диодно-конденсаторную сборку.
Также диодно-конденсаторную сборку целесообразно использовать при соединении обмоток двигателя по схеме "разорванная звезда" (рис.7). Эта схема дает наибольший крутящий момент при запуске двигателя даже с нагрузкой на валу. Электролитические конденсаторы в этой схеме лучше взять с напряжением не менее 450В и собрать согласно схемы рис.7. Рабочий фазосдвигающий конденсатор берется по формуле Ср=66*Рном, т.е. при 1кВт подойдет 60мкФ. Это могут быть бумажные типа МБГП на напряжение 600В. Пусковая электролитическая сборка рассчитывается как (2...3)*Ср, т.е. это в пределах 120...180мкФ.
* с использованием материала статьи Ю.А.Сытник "Использование сборки конденсаторов для запуска электродвигателя"

Схемы торможения 3-х фазных асинхронных двигателей

торможение 2-х двигателейДанное устройство торможения имеет авторское свидетельство СССР №1295495 кл. Н 02 Р3/24, 1987.
Рассматриваемый электропривод содержит два асинхронных двигателя, контакты КМ1 линейного контактора. Одни выводы его подключены к 3-х фазной сети, другие подключены к соединенным пофазно статорным обмоткам обоих асинхронных двигателей. Вторые концы двигателя №1 подключены к катодам диодов VD1 - VD3, а вторые концы двигателя №2 - к анодам диодов VD4 - VD6. Между собою аноды первой тройки диодов и катоды второй тройки соединены через резистор R. Кроме этого, вторые концы каждого двигателя подключены к контактам других контакторов КМ2 - КМ5. При такой схеме торможения необходимо, конечно же, чтобы все шесть концов трех обмоток статора были выведены для подключения. При подаче питания через КМ1 должны одновременно замыкаться контакты остальных контакторов. Они зашунтируют диоды, образуя питание обоих двигателей по схеме соединения обмоток "звездой". Режим торможения должен быть спроектирован так, чтобы при выключении электропривода контактор КМ1 оставался какое-то время включенным, а контакты КМ2 - КМ5 разомкнулись. Тогда через обмоки статоров обоих двигателей потечет выпрямленный однополупериодный ток. В результате двигатели тормозятся, а эффективность этого торможения зависит от величины тока через обмотки статоров, который регулируется сопротивлением R. С его помощью устанавливается максимально допустимый ток, что, разумеется, повышает долговечность работы устройства. Режим торможения прекращается при выключении и размыкании контактов КМ1. Время торможения и выключения КМ1 надо согласовать. При окончании торможения контактор КМ1 не должен быть включен.

счема торможенияНа рис.9 и рис.10 представлена еще одна схема торможения асинхронного 3-х фазного двигателя. Эта схема обеспечивает торможение любого двигателя до 3кВт в течение 6 секунд. Эту схему мы лично составили и испытывали на производстве со всеми асинхронными 3-х фазными двигателями до 3кВт включительно. Сама схема включения в работу двигателя и его торможения проста и представлена на рис.10. В работу двигатель включается подачей питающего напряжения через контакты контактора К1. Режим торможения осуществляется подачей однополупериодного выпрямленного диодом VD1 напряжения на статор двигателя. Причем одна фаза подается на одну обмотку, а другая на оставшиеся две, которые в режиме торможения соединяются между собою контактами К2.2 и К2.3 контактора К2. Одна из фаз не используется. Сразу, оговоримся, что, если две оставшиеся обмотки не объединить между собою контактами К2.2 и К2.3, а подать вторую фазу только на одну обмотку - торможения не получится. Поэтому для 3-х фазных двигателей там, где общая точка соединения трех обмоток не доступна по конструктивным причинам их намотки, т.е. не выведена наружу, необходимо соединить в режиме торможения две обмотки. А вот на тех двигателях, где общая точка выведена наружу и доступна для монтажа, рекомендуется выпрямленное напряжение подать на две любые обмотки, а третью закоротить контактом контактора К2. Такое решение показано на рис.11.

схема торможенияА вот схема подключения кнопочного поста управления режимами двигателя немного посложнее. Здесь выполнена защита от возможности включения сразу двух режимов во избежании неприятных последствий. Рассмотрим поконкретнее. Схема управления пусковой катушкой К1 почти стандартная за исключением "врезанного" в цепь ее управления нормально замкнутого контакта К2.4 от катушки торможения К2. Он защищает двигатель от включения пускового режима, пока идет процесс торможения и катушка К2 включена. Пока она будет включена, контакт К2.4 будет разомкнут вместе со стоповой кнопкой SB1. Но начнем по порядку.
В исходном состоянии станок выключен и обе управляющие катушки без напряжения. В это время состояние всех нормально открытых, т.е. разомкнутых контактов (далее просто НО) и нормально замкнутых (далее просто НЗ) обеих катушек соответствует показанному на схеме рис.9.
При нажатии кнопки SB2 "ПУСК" начинает поступать напряжение через замкнутый контакт кнопки SB1 "СТОП", далее через пока еще нажатую кнопку SB2 "ПУСК" и далее через НЗ контакт К2.4 обесточенной катушки торможения К2 на катушку контактора К1. Второй конец катушки запитан, разумеется, напрямую. Как только катушка К1 встанет под ток, ее контакт К1.4 "обойдет", т.е. зашунтирует пусковую кнопку SB2 и ее отпускание уже никак не влияет на процесс - двигатель запущен и получает питание 3-х фазной сети через силовые контакты К1.1, К1.2 и К1.3 контактора К1. При этом цепь питания тормозного контактора К2 разорвана НО контактом SB1.2 кнопки "СТОП" и разомкнувшимся контактом К1.5 вставшей под ток пусковой катушки К1.
При необходимости выключить и затормозить двигатель нажимается кнопка SB1 "СТОП". При этом своим НЗ контактом SB1.1 она обрывает цепь питания пускового контактора К1 и замыкает свой НО контакт SB1.2, подготавливая цепь питания контактора К2. В тот момент, когда контактор К1 по факту отключится, его контакт К1.5 до конца замкнет цепь питания К2. Таким образом, назначение контакта К1.5 - это блокировка подачи выпрямленного через диод VD1 напряжения при нажатой кнопке "СТОП" и возможной задержке отпадания силовых контактов К1.1, К1.2 и К1.3 контактора К1 (например, их залипании).
И в заключение необходимо отметить, что используемый в схеме диод применялся типа ВЛ-50.

Устройство для динамического торможения конденсаторного электродвигателя

схема торможения конденсаторного электродвигателяПредставленная схема устройства по авторскому свидетельству №1023598, КЛ. НО2р 3/24, 15.06.83 предназначена для динамического торможения асинхронного конденсаторного электродвигателя с короткозамкнутым ротором малой мощности, которое обеспечивает его автоматическое торможение при отключении от сети путем кратковременного протекания пульсирующего тока по его обмоткам.
Устройство содержит переключатель SA1, с помощью которого подключается к питающей сети главная обмотка Г и вспомогательная В через фазосдвигающий конденсатор С1. Контакты 1-5 переключателя SA1 в цепи главной обмотки электродвигателя шунтированы последовательной цепочкой из диода VD1 и электролитического конденсатора С2. Конденсатор шунтирован резистором R через контакты 3-4 переключателя SA1, которые соединены последовательно с резистором R. Точка соединения фазосдвигающего конденсатора С1 и вспомогательной обмотки В соединена с выводом 2 переключателя SA1.
В исходном (предпусковом положении) фазосдвигающий конденсатор С1 шунтирован контакты 1-2 переключателя SA1, а его контакты 3-4 в цепи резистора разомкнуты.
Устройство работает следующим образом. При включении электродвигателя с помощь контактов 1-5 переключателя SA1 обтекается током главная и вспомогательная обмотки через конденсатор С1. При этом контакты 3-4 переключателя SA1 шунтируют резистором конденсатор С2. Электродвигатель запускается. Цепочка из диода, резистора и конденсатора С2 шунтируется включенными контактами 1-5 переключателя SA1 и на работу не влияет.
При отключении конденсаторного электродвигателя от сети контактами 1-5 переключателя SA1 размыкаются его контакты 3-4 в цепи резистора, контактами 1-2 шунтируется фазосдвигающий конденсатор С1, а главная обмотка Г и вспомогательная В, соединенные параллельно, обтекаются выпрямленным однополупериодным током сети через элементы VD1 и С2, в результате чего происходит торможение электродвигателя. По окончании заряда конденсатора С2 диод VD1 запирается им, в результате чего ток по обмотка Г и В прекращается. Повторный запуск двигателя вызывает разряд конденсатора С2 на резистор R через замкнутые контакты 3-4 переключателя SA1, и схема готова к новомй циклу торможения.
В устройстве в качестве переключателя SA1 можно использовать любой, подходящий по току и напряжению. Тип диода VD1 и конденсатора С2 определяются мощностью электродвигателя. для двигателя мощностью до 0,6кВт в качестве диода VD1 можно использовать диод типа КД 227Ж на ток 5А и напряжение 800В или 2Д203Г, 2Д203Д на 10А и 700В, а также диоды В10-10...В10-14 на ток 10А и напряжение от 700В и выше. Подойдут и любые другие на указанные ток и напряжение. Возможно использование диодов старой серии на ток не ниже 5А, включив из по два последовательно, например, Д232..Д234 или Д246..Д248 с любым буквенным индексом. В этом случае диоды необходимо шунтировать резисторами типа МЛТ-1 сопротивлением 150..200кОм. Конденсаторо С2 - электролитический на напряжение не менее 400В. Емкость его определяют экспериментально для получения требуемого времени торможения. Разрядный резистор типа МЛТ-2 сопротивлением 150...200кОм.
"Электрик", 2005г, №5