Чем регулирования скорость вращения двигателей постоянного тока

1. Общие сведения
2. Устройство и принцип действия
3. Эффективность применения ЧРП в различных областях

Частотно регулируемым приводом (ЧРП) называют агрегат, осуществляющий бесступенчатое регулирование скорости вращения ротора электродвигателя, путем изменения частоты питающего напряжения. ЧРП включает в себя электродвигатель и преобразователь частоты (ПЧ).

Частотный электропривод используется во многих сферах нашей жизни. Управление электродвигателями, построенное на этом принципе, лежит в основе самых разнообразных устройств, начиная с бытовой техники (стиральные машины, пылесосы), заканчивая крупными технологическими комплексами различных отраслей промышленности.

Компания Овердрайв-Электро предлагает частотоно регулируемые приводы ABB со склада в Минске:

Устройство системы

Коллекторный тип двигателя состоит главным образом из ротора, статора, а также щёток и тахогенератора.

1. Ротор — это часть вращения, статор — это внешний по типу магнит.
2. Щётки, которые произведены из графита — это главная часть скользящего контакта, через которую на вращающийся якорь и стоит подавать напряжение.
3. Тахогенератор —это устройство, которое производит слежку за характеристикой вращения прибора. Если происходит нарушение в размеренности процесса вращения, то он корректирует поступающий в двигатель уровень напряжения, тем самым делая его наиболее плавным и медленным.
4. Статор. Такая деталь может включать в себя не один магнит, а, к примеру, две пары полюсов. Вместе с этим на месте статических магнитов здесь будут находиться катушки электромагнитов. Совершать работу такое устройство способно как от постоянного тока, так и от переменного.

Схема регулятора оборотов коллекторного двигателя

В виде регуляторов оборотов электродвигателей 220 В и 380 В применяются особые частотные преобразователи. Такие устройства относят к высокотехнологическим, они и помогают совершить кардинальное преобразование характеристики тока (форму сигнала, а также частоту). В их комплектации имеются мощные полупроводниковые транзисторы, а также широтно-импульсный модулятор. Весь процесс осуществления работы устройства происходит с помощью управления специальным блоком на микроконтроллере. Изменение скорости во вращении ротора двигателей происходит довольно медленно.

Именно по этой причине частотные преобразователи применяются в нагруженных устройствах. Чем медленнее будет происходить процесс разгона, тем меньшая нагрузка будет совершена на редуктор, а также конвейер. Во всех частотниках можно найти несколько степеней защиты: по нагрузке, току, напряжению и другим показателям.

Некоторые модели частотных преобразователей совершают питание от однофазового напряжения (оно будет доходить до 220 Вольт), создают из него трехфазовое. Это помогает совершить подключение асинхронного мотора в домашних условиях без применения особо сложных схем и конструкций. При этом потребитель сможет не потерять мощность во время работы с таким прибором.

Зачем используют такой прибор-регулятор

Если говорить про двигатели регуляторов, то обороты нужны:

1. Для существенной экономии электроэнергии. Так, не любому механизму нужно много энергии для выполнения работы вращения мотора, в некоторых случаях можно уменьшить вращение на 20−30 процентов, что поможет значительно сократить расходы на электроэнергию сразу в несколько раз.
2. Для защиты всех механизмов, а также электронных типов цепей. При помощи преобразовательной частоты можно осуществлять определённый контроль за общей температурой, давлением, а также другими показателями прибора. В случае когда двигатель работает в виде определённого насоса, то в ёмкости, в которую совершается накачка воздуха либо жидкости, стоит вводить определённый датчик давления. Во время достижения максимальной отметки мотор попросту автоматически закончит свою работу.
3. Для процесса плавного запуска. Нет особой необходимости применять дополнительные электронные виды оборудования — все можно осуществить при помощи изменения в настройках частотного преобразователя.
4. Для снижения уровня расходов на обслуживание устройств. С помощью таких регуляторов оборотов в двигателях 220 В можно значительно уменьшить возможность выхода из строя приборов, а также отдельных типов механизмов.

Схемы, по которым происходит создание частотных преобразователей в электродвигателе, широко используются в большинстве бытовых устройств. Такую систему можно найти в источниках беспроводного питания, сварочных аппаратах, зарядках телефона, блоках питания персонального компьютера и ноутбука, стабилизаторах напряжения, блоках розжига ламп для подсветки современных мониторов, а также ЖК-телевизоров.

Общий принцип использования ШИМ

Управляя скоростью модуляции ШИМ (Pulse Width Modulation, PWM) можно регулировать, к примеру, силу свечения светодиода – данный принцип пояснен на следующем рисунке. Аналогичный механизм используется и для управления скоростью вращения двигателя.

Если на представленном рисунке выключатель будет замкнут на протяжении некоторого времени, то на протяжении этого же времени лампочка будет гореть. Если переключатель будет замкнут в течение 8ms и будет разомкнут 2ms в течение интервала 10ms, тогда лампочка будет гореть только в течение интервала 8ms. В рассмотренном примере можно сказать, что среднее выходное напряжение (на лампочке) будет составлять 80% от напряжения батареи.

В другом случае выключатель замыкается на 5ms и размыкается на эти же самые 5ms в течение интервала 10ms, таким образом среднее напряжение на лампочке будет составлять 50% от напряжения батареи. Принято говорить, что если напряжение батареи 5В и цикл занятости составляет 50%, то среднее напряжение на оконечном устройстве (лампочке) будет составлять 2.5В.

В третьем рассмотренном на рисунке случае цикл занятости составляет 20% и поэтому среднее напряжение на оконечном устройстве (лампочке) будет составлять 20% от напряжения батареи.

Применяя все сказанное к рассматриваемому нами примеру управления скоростью вращения двигателем можно сказать, что чем больше будет коэффициент заполнения ШИМ (отношение длительности ON состояния к периоду), тем выше будет скорость вращения двигателя.

Принцип работы

Теперь сам принцип работы частотного преобразователя. Чтобы понять это, предлагаем разобрать рисунок ниже.

Принцип работы

Итак, пройдемся по рисунку, где

• «В» – это неуправляемый силовой выпрямитель диодного типа.
• «АИН» – автономный инвертор.
• «СУИ ШИМ» – система широтно-импульсного управления.
• «САР» – система автоматического регулирования.
• «Св» – конденсатор фильтра.
• «Lв» – дроссель.

По схеме очень хорошо видно, что инвертор регулирует частоту напряжения за счет системы широтно-импульсного управления (оно высокочастотное). Именно эта часть регулятора отвечает за подключение обмоток статора электродвигателя попеременно то к положительному полюсу выпрямителя, то к отрицательному. Периодичность подключения к полюсам происходит по синусоидальной кривой. При этом частота импульсов определяется именно частотой ШИМ. Так и происходит частотное регулирование.

Чтобы использовать возможности функции analogWrite(..) , нам придётся перейти на один из пинов (3/5/6/9/10/11), поддерживающих аппаратный ШИМ. Поскольку, по умолчанию, в скетче Fade задействован 9-й пин, остановим свой выбор на нём.

Результат

Была получена возможность изменять скорость вращения мотора, используя аппаратный ШИМ Arduino.

На чём данная статья подходит к завершению. Теперь вы смело можете использовать моторы постоянного тока в своих проектах!

Схемы подключения и выбор регулятора скорости вращения вентилятора: обзор лучших моделей и их стоимость

Вентилятор очень часто используется во многих бытовых приборах. Чтобы этот аппарат прослужил долго, применяется регулятор скорости вращения вентилятора. Он помогает установить нужную скорость вращения лопастей. Этот прием снижает шум прибора и продлевает срок его службы.

Что из себя представляют регуляторы скорости вращения вентилятора?

Регулятор скорости (его еще называют контроллер) помогает снизить обороты, когда это необходимо, либо увеличить их. По существу, он изменяет напряжение, подающееся на устройство. Этот небольшого размера прибор подсоединяется к оборудованию по специальной схеме.

Зачем нужен?

Если вентилятор постоянно работает на максимальной мощности, это уменьшает срок его службы. Прибор быстро изнашивается и ломается.

Функции регулятора скорости вращения:

• уменьшение износа механизмов,
• снижение шума,
• экономия электроэнергии.

Как работает: принцип действия и устройство

Принцип работы регулятора скорости состоит в том, чтобы изменять напряжение и частоту оборотов двигателя. Это влияет на воздухообмен и изменяет мощность воздушного потока.

Для управления скоростью могут использоваться разные методы:

1. Изменение напряжения, подающегося на обмотку.
2. Изменение частоты тока.

Второй метод почти не используется, так как частотные приводы очень дорого стоят, во много раз больше самого вентилятора, и не всегда целесообразно их приобретать. В основном, практикуется первый способ.

Виды регуляторов оборотов

По принципу регулирования скорости различают несколько видов регуляторов:

Симисторный регулятор наиболее распространенный, он может охватывать даже не один, а несколько двигателей. Главное, чтобы величина тока не превышала предельную величину.

Частотные модели могут быть использованы в любых пределах от 0 до 480 В, их применяют для трехфазных двигателей вентиляторов мощностью до 75 кВт.

Трансформаторные регуляторы применяются для более мощных вентиляторов. Они однофазные или трехфазные, позволяют плавно снижать скорость оборотов, могут регулировать несколько вентиляторов.

Схемы подключения регуляторов оборотов вентилятора

Рассмотрим схемы подключения различных регуляторов.

Самым распространенным прибором является симисторный или тиристорный контроллер. Его можно подключить самостоятельно, используя схему. Каждый из тиристоров уменьшает напряжение. Регулировка производится при помощи блока управления. Мощность прибора ограничена, большого напряжения он не выдерживает.

Важные моменты:

• Двигатель вентилятора должен иметь защиту от перегрева.
• Нельзя использовать в качестве регуляторов диммеры от осветительных приборов.

Трансформаторный регулятор имеет следующий принцип работы:

На входе — питающее напряжение 220 В. Обмотка имеет несколько ответвлений, к которым подключается нагрузка, и тогда напряжение уменьшается. При понижении напряжения снижается и потребление электроэнергии. С помощью переключателя мотор подключается к нужной части обмотки и тогда напряжение меняется.

Трансформатор с электронным управлением работает по другой схеме. Он имеет транзисторную схему, и, модулируя импульсы, может менять напряжение плавно. Чем короче импульсы и длиннее паузы между ними, тем меньше напряжение.

Ступенчатый трансформаторный регулятор

В работе этого прибора используется трансформатор. Это обычный трансформатор, только у него одна обмотка и от части витков есть отводы.

Управление регулятора осуществляется путем ступенчатого изменения напряжения. На низких скоростях уровень шума понижен.

Обычно используется пять ступеней напряжения, то есть вентилятор будет иметь пять скоростей вращения. Такой регулятор можно использовать и для реверсивных вентиляторов, и для нескольких аппаратов одновременно. Максимальная мощность вентилятора должна быть не более 80 Вт.

Автотрансформатор с электронным управлением

Эти модели относятся к разряду наиболее надежных и мощных. По цене это наиболее дорогой прибор. Он имеет небольшие габариты и вес.

Работает такой регулятор по принципу широтно-импульсной модуляции. Изменения импульсов и пауз между ними дает изменение напряжения и, соответственно, скорости вращения вентилятора.

Прибор имеет пониженный уровень шума, скорость оборотов может понижаться или повышаться ступенчато, в соответствии с понижением или повышением напряжения.

Тиристорные и симисторные контроллеры

Это самые распространенные приборы для регулировки вращения вентиляторов. Они используются для однофазных вентиляторов переменного тока. Тиристорный контроллер изменяет скорость вращения в большую или меньшую сторону в зависимости от изменения напряжения. Может быть установлен в приборах, где есть защита от перегрева.

Симисторный регулятор — это разновидность тиристорного. В нем используется симистор, который равен двум параллельно включенным тиристорам. Приборы могут применяться как для переменного, так и для постоянного тока. Скорость регулирования — от минимально необходимого напряжения до 220 В.

Они имеют небольшой размер и плавно переключают скорость, имеют простую конструкцию. К недостаткам можно отнести повышенный шум и небольшой срок службы.

Производители и популярные модели: рейтинг лучших и цены

Трансформаторные и автотрансформаторные

1. ELICENT RVS/R 3V-0,5A

Пятиступенчатый регулятор высокой степени надежности. Выполнен из высококачественных материалов. Напряжение изменяется ступенчато, что дает возможность так же изменять скорость и экономить электроэнергию. Максимальная мощность — 300 Вт, вес — 1,5 кг, производитель — Италия. Цена — 2800 руб.

Пятиступенчатый реверсивный регулятор. Выполнен по новейшим технологиям из материалов высокого качества. Отличается надежностью и долговечностью. Используя этот прибор, вы можете увеличивать или уменьшать его мощность, что дает возможность значительной экономии энергии. Максимальная мощность — 300 Вт, вес — 1,5 кг, напряжение — до 230 В. Цена — 2800 рублей.

Нереверсивный универсальный регулятор вращения имеет следующие функции: включение/выключение вентилятора, четыре возможных режима скорости. Подходит для всех моделей вентиляторов Westinghouse. Изготовлен из пластика, гарантия производителя — 2 года. Цена — 2150 рублей.

Трансформаторный 5-ступенчатый регулятор может работать при максимальном напряжении до 230 В, рабочий ток — 2А. К несомненным преимуществам этого устройства можно отнести наличие встроенной лампы сигнализации, а также возможность автоматического включения прибора после отказа сети. Вес — 2,2 кг, производитель — Германия. Цена — 6100 рублей.

Данная модель отличается высокой эффективностью и надежностью. Изготовлен из белого прочного пластика. Регулировка производится ручкой управления от минимального до максимального значения. Максимальное напряжение — 230 В, номинальный ток — 1,8 А. От перегрузки защищен плавким предохранителем. Цена — 1800 рублей.

Тиристорные и симисторные

1. СРМ2, 2А

Симисторный регулятор скорости вращения предназначен для плавного изменения скорости однофазных асинхронных двигателей. Регулирование возможно от минимального значения напряжения, при котором вентилятор начинает вращаться, до 220 В. Имеет предохранитель, защищающий от перегрузки. Для снижения шума от двигателя установлен сглаживающий конденсатор. Цена — 3943 рубля.

Однофазный тиристорный регулятор скорости предназначен для плавного переключения скорости вентилятора со встроенной термозащитой. Изготовлен из качественного АБС-пластика, устойчивого к ультрафиолетовым лучам. Производитель — Дания. Напряжение может меняться от 0 до 230 В. Регулирование производится вручную. Цена — 2061 рубль.

Systemair MTY REE 1

Этот аппарат предназначен для ручного регулирования скорости вентилятора и расхода воздуха, для двигателей с постоянной мощностью. Преимуществом этой модели является возможность как открытого, так и скрытого монтажа. Имеет защиту от брызг и может быть установлен, например, в ванной комнате. Может быть подключено несколько приборов, при условии, что суммарный ток не превышает номинального значения. Масса — 0,25 кг. Мощность — до 230 В. Цена — 2858 рублей.

Однофазный тиристорный регулятор скорости итальянского производителя. Предназначен для плавного регулирования скорости вентилятора. Выполнен из высококачественных материалов. Несомненные плюсы этого прибора — возможность наружного и встраиваемого монтажа, специальная защитная крышка, имеется конденсатор точной настройки для управления вентилятором на минимальной скорости. Напряжение — 230 В. Цена — 1600 рублей.

Какого производителя и какой тип лучше выбрать: ТОП-3

Из вышеперечисленных моделей можно выделить некоторые, как имеющие какие-то отличительные особенности.

1. R-E-2G 230B,2A. Модель трансформаторного регулятора производства Германии. Высокая стоимость (от 6100 рублей) оправдана некоторыми преимуществами перед другими устройствами. Прибор имеет лампу сигнализации, которая показывает, что он включен или выключен. Можно подключить к управлению один или несколько вентиляторов. Включается автоматически при отключении сети.
2. Systemair MTY REE 1. Интересен тем, что имеет возможность универсального монтажа: как наружного, так и внутреннего. Также в этой модели предусмотрена защита от брызг, и он может быть установлен в ванной комнате. Стоимость — 2858 рублей, страна-производитель — Швеция.
3. ELICENT R-10 BUILT-IN-1A.Этот регулятор имеет много дополнительных функций и невысокую цену (1600 рублей). Итальянский производитель предусмотрел возможность наружного и встраиваемого монтажа, наличие защитной крышки. Имеет специальный конденсатор для управления вентилятором на минимальной скорости.

Что учитывать при выборе устройства?

При выборе прибора следует учитывать некоторые особенности. Обязательно нужно, чтобы данный тип подходил к вашему вентилятору. Есть и другие моменты, которые нужно учесть.

• У некоторых регуляторов предусмотрена возможность подключения нескольких вентиляторов.
• Некоторые модели имеют дополнительные функции.
• Если электродвигатель вентилятора на 220 В имеет термозащиту, то нужно использовать тиристорный регулятор.
• Приобретая регулятор, посмотреть его технические характеристики, сравнить с другими моделями.
• Оценить размеры контроллера, его стоимость, способ монтажа.

Три лучших модели

1. Systemair REE. Однофазный тиристорный регулятор шведского производителя пользуется большой популярностью. Допускается использование для нескольких вентиляторов, если общее напряжение не превышает номинального значения. Прибор отличается качеством и надежностью, может устанавливаться как на поверхности, так и заподлицо. Стоимость — 4120 рублей.

Стоимость

Стоимость регулятора скорости вращения вентилятора будет зависеть от его параметров, технических характеристик, наличия дополнительных функций, а также страны-производителя.

Где купить регулятор скорости вращения вентилятора?

В Москве

1. Компания «Азбука ветра», Москва, ул.Стахановская 24/32Ас9, 7(495)725-52-12, azbukavetra@mail.ru
2. Компания RUCLIMAT, Москва, ул.Дубнинская, д.83, 7(495)645-83-97, sale@ruclimat.ru
3. Компания климатической техники «РусСтройИнжиниринг», Москва, ул.Большая Калитниковская, д.42, 7(495)780-99-10, info@rs-climat.ru

В Санкт-Петербурге

1. Компания «Лисвент», Санкт-Петербург, Выборгское шоссе, 212 к.8, 7(812)454-01-05, 9363605@mail.ru
2. Компания «Циклон СПб», Санкт-Петербург, ул.Коллонтай, д.5, 7(812)932-72-96, shop@cyclonespb.ru
3. Интернет-магазин «ТЭК», Санкт-Петербург, ул.Тамбасова, д.12, офис 47, 7(812)642-80-05, teplo@teplo-spb.ru

Вентилятор используется во многих устройствах, он применяется и в бытовой, и в офисной технике, и в промышленности. Такое устройство, как контроллер или регулятор скорости, может продлить срок службы оборудования, контролировать его, а также выбирать оптимальный режим работы.