Způsoby regulace rychlosti otáčení stejnosměrného motoru
asynchronní a kolektorový střídavý motor. Je těžké si představit zařízení, které nepoužívá zpětné otáčení elektromotoru. Není možné si představit provoz kladkostroje, mostového jeřábu, navijáků, zvedacích mechanismů, výtahů, ventilů atd. bez změny otáčení. Výjimkou jsou zařízení jako ostřičky, extraktory atd. V tomto článku čtenářům webu Sam Elektrik řekneme, jak obrátit různé typy elektromotorů.
Reverzní stejnosměrné motory
Nejjednodušší způsob, jak obrátit stejnosměrný motor, je, že má stator s permanentním magnetem. Stačí změnit polaritu zdroje tak, aby se rotor začal otáčet v opačném směru.
Obtížnější je reverzace motoru s elektromagnetickým buzením (sériový, paralelní). Pokud jednoduše změníte polaritu napájecího napětí, směr otáčení rotoru se nezmění. Pro změnu směru otáčení stačí změnit polaritu pouze v budicím vinutí nebo pouze na kartáčích rotoru.
Pro obrácení vysoce výkonných motorů by měla být změněna polarita na kotvě. Přerušení budícího vinutí za chodu motoru může vést k poruše, protože výsledné EMF má zvýšené napětí, které může poškodit izolaci vinutí. Což povede k poruše elektromotoru.
Pro obrácení směru otáčení rotoru se používají můstkové obvody pomocí relé, stykačů nebo tranzistorů. V druhém případě můžete také regulovat rychlost otáčení.
Obrázek ukazuje obvod využívající tranzistory. Pro ilustraci činnosti jsou tranzistory nahrazeny spínacími kontakty. Podobně můstkové obvody nejsou vyrobeny na bipolárních, ale na polních tranzistorech.
Účinnost takového obvodu je mnohem vyšší než účinnost tranzistorů. Řízení je prováděno mikrokontrolérem nebo jednoduchými logickými obvody, které zabraňují současné signalizaci.
Změna směru otáčení rotoru asynchronního motoru
V průmyslu jsou nejrozšířenější asynchronní motory napájené třífázovým napětím 380 voltů. Pro reverzaci stačí změnit libovolné dvě fáze.
Rozšířilo se schéma zapojení založené na dvou magnetických startérech. Ve skutečnosti u stejnosměrných motorů je to podobné, ale používají se dvoupólové stykače nebo spouštěče. Tento obvod se nazývá „obvod reverzibilního startéru“ nebo „reverzibilní obvod pro spouštění asynchronního třífázového elektromotoru“.
Když zapnete startér KM1 tlačítkem „Start 1“, napětí je přivedeno přímo do vinutí a tlačítko „Start 2“ je zablokováno před náhodnou aktivací otevřením normálně uzavřených kontaktů KM-1. Motor se otáčí jedním směrem.
Po vypnutí startéru KM1 tlačítkem „Stop“ nebo úplném odstranění napětí můžete KM2 zapnout tlačítkem „Start 2“. V důsledku toho je linka L2 napájena přímo přes kontakty a L1 a L3 jsou prohozeny. Tlačítko „Start 1“ je zablokováno, protože normálně sepnuté kontakty spouštěče KM2 jsou poháněny a otevřeny. Motor se začne otáčet opačným směrem.
Obvod se používá všude dodnes pro připojení třífázového motoru do třífázové sítě. Jednoduchost návrhu obvodu a dostupnost součástek jsou jeho významnými přednostmi.
Nejrozšířenější jsou elektronické řídicí systémy. Spínací obvody, které jsou sestaveny na tyristorech bez spouštěčů. I když je možné nainstalovat spouštěče pro dálkové zapínání nebo vypínání v tomto okruhu.
Jsou složitější, ale také spolehlivější než zařízení na bázi stykačů. Pro řízení se používají pulzně-fázové řídicí systémy (PFC) a frekvenční řídicí systémy. Jedná se o multifunkční zařízení, s jejichž pomocí můžete nejen reverzovat asynchronní elektromotor, ale také regulovat rychlost otáčení.
Doma je potřeba zapojit motor 380V na 220 se zpětným chodem. K tomu je nutné přepnout vinutí hvězda-trojúhelník.
Pokud se však předpokládá připojení třífázového elektromotoru do jednofázové sítě, pak se k tomu používá kondenzátor, který je zapojen podle níže uvedeného schématu.
V tomto případě pro reverzaci stačí přepnout síťový vodič z B na svorku A a odpojit kondenzátor od A a připojit ke svorce B. Je vhodné to provést pomocí 6pinového přepínače. Jedná se o typické připojení asynchronního elektromotoru do sítě 220V s kondenzátorem.
Schéma zapojení pro komutátorový motor se zpětným chodem
Chcete-li obrátit komutátorový motor, potřebujete vědět:
- Ne každý komutátorový motor lze obrátit. Pokud je na pouzdře vyznačena rotační šipka, nelze ji použít v reverzibilních zařízeních.
- Všechny vysokorychlostní motory jsou navrženy tak, aby se otáčely jedním směrem. Například v elektromotoru instalovaném v úhlových bruskách.
- U motoru, který má nízké otáčky, může nastat rotace v různých směrech. Takové motory se montují do elektrického nářadí, například elektrických vrtaček, šroubováků, praček atd.
Na obrázku je schéma univerzálního komutátorového motoru, který může pracovat na stejnosměrný i střídavý proud.
Ke změně otáčení rotoru stačí změnit polaritu napětí na vinutí rotoru nebo statoru, jako u stejnosměrných motorů, od kterých se univerzální stroje prakticky neliší.
Pokud jednoduše změníte polaritu napájecího napětí na komutátorový motor, směr otáčení rotoru se nezmění. To je třeba vzít v úvahu při připojení elektromotoru k síti.
Měli byste také vědět, že u motorů s vysokým výkonem je spínáno vinutí kotvy. Při spínání statorových vinutí vzniká samoindukční napětí, které dosahuje hodnot, které mohou poškodit motor.
Amatérští konstruktéři používají ve svých řemeslech různé typy motorů. Často používají kartáčový motor z automatické pračky. Jedná se o pohodlné motory, které lze připojit přímo k síti 220 V. Nevyžadují další kondenzátory a rychlost lze snadno upravit pomocí standardního stmívače. Šest nebo sedm pinů je vyvedeno na svorkovnici.
Záleží na typu motoru:
- Dva jdou ke kartáčům komutátoru.
- Z tachometru do bloku přichází dvojice vodičů.
- Polní vinutí mohou mít dva nebo tři dráty. Třetí slouží ke změně rychlosti otáčení.
Chcete-li zvrátit motor z pračky, měli byste prohodit vodiče budícího vinutí. Pokud existuje třetí výstup, pak se nepoužívá.
Reverzní obvod elektromotoru využívající Arduino
V modelářství nebo robotice se často používají malé kartáčované stejnosměrné motory, které jsou řízeny programovatelným mikrokontrolérem Arduino.
Pokud se má motor otáčet pouze jedním směrem a výkon elektromotoru je malý a napájecí napětí je od 3,3 do 5 voltů, pak lze obvod zjednodušit a napájet přímo z Arduina, ale to je zřídka hotovo.
U modelů s dálkovým ovládáním, kde je nutné použít reverzní motory s napětím vyšším než 5V, se používají klíče sestavené pomocí můstkového obvodu. V tomto případě bude schéma zapojení motoru se zpětným chodem na Arduinu vypadat podobně jako níže. Toto zařazení se používá nejčastěji.
Můstkový obvod může využívat tranzistory s efektem pole nebo speciální přizpůsobovací zařízení – budič, se kterým jsou spojeny výkonné motory.
Závěrem poznamenáváme, že reverzní obvod elektromotoru musí sestavit vyškolený odborník. Při připojování svépomocí však musíte dodržovat bezpečnostní předpisy, vybrat vhodné schéma zapojení a vybrat potřebné komponenty, přesně podle návodu k instalaci. V tomto případě nebude mít konstruktér žádné potíže s připojením a provozem elektromotoru.
Nyní víte, co je zpětný chod motoru a jaká schémata zapojení se k tomu používají. Doufáme, že poskytnuté informace byly pro vás užitečné a zajímavé!
Principy řízení otáček v motorovém režimu jsou implementovány ve čtyřech hlavních způsobech řízení:
1) regulace reostat-stykač;
2) regulace systému generátor-motor;
3) regulace podle systému „řízený usměrňovač – motor“;
4) tyristorově-pulzní regulace.
Regulace reostat-stykač. V současné době je tato regulace široce používána pro regulaci rychlosti otáčení motorů s nízkým a středním výkonem a někdy (v železniční dopravě) pro výkonné motory. Typicky se u řízení reostat-stykač používají dva způsoby řízení: 1) při frekvencích otáčení nižších, než je jmenovitá, jsou v obvodu kotvy zahrnuty dodatečné odpory (obr. 7 28). 2) při zvýšených otáčkách je rychlost otáčení regulována postupně. Nízkovýkonové stroje bez automatizovaného řízení mají dva posuvné regulační reostaty, z nichž jeden je zařazen v obvodu kotvy a druhý v obvodu buzení. Při vysokých výkonových úrovních a také při nutnosti automatizace procesu se odpor mění v krocích (obr. 7.28) pomocí stykačů. Pokud je vyžadována přesná regulace, pak musí být stykačů hodně; celá instalace se stává objemnou, drahou a relativně nespolehlivou. Systém reostat-stykač pro motory s paralelním buzením umožňuje regenerativní brzdění v zóně vysokorychlostní rotace zvýšením budícího proudu. V zóně nízkých otáček se používá reostatické brzdění a brzdná síla je po příslušném přepnutí okruhu regulována pomocí stejné jednotky reostat-stykač, která reguluje režim motoru. Vzhledem ke složitosti automatizace a vysokým nákladům na opravy a provoz je v současnosti řízení reostat-stykač postupně nahrazováno pokročilejšími řídicími systémy.
Regulace soustavy generátor-motor. V této instalaci (obr. 7.29) motor Д přijímá energii z autonomního generátoru Г s nezávislým buzením, které je poháněno nějakým primárním hybatelem ПД (například elektromotor, dieselový motor) Rychlost otáčení se reguluje změnou:
1) napětí na kotvě motoru změnou budícího proudu generátoru /вГ;
Rýže. 7 28. Schéma reostat-stykačové regulace otáček motoru se sériovým buzením.
2) magnetický tok motoru regulací budícího proudu motoru /в.д.
Spouštění a získávání nízkých otáček se provádí při maximálním budicím proudu motoru, ale při sníženém budicím proudu generátoru, tj. při sníženém napětí. Oslabení magnetického toku motoru (snížení jeho budícího proudu) se provádí až po vyčerpání možnosti zvýšení napětí, tedy při nastavení maximálního budícího proudu generátoru. Směr otáčení motoru se mění změnou polarity napětí přiváděného do kotvy, pro kterou se mění směr proudu v budícím vinutí generátoru. Systém generátor-motor má tu výhodu, že nemá žádné výkonové stykače, reostaty atd. Řízení je snadno automatizováno, protože se provádí regulací relativně malých budicích proudů. Instalace typu generátor-motor jsou široce používány v průmyslu a dopravě, v těch zařízeních, kde je vyžadována regulace rychlosti otáčení v širokém rozsahu. V dopravních zařízeních je generátor poháněn dieselovým motorem; v průmyslu je poháněn třífázovým synchronním nebo asynchronním motorem. Systém generátor-motor je široce používán v hutním průmyslu pro pohon válcovacích stolic s motory o výkonu 10 MW a více s rozsahem regulace otáček 1:200 a přesností udržování dané rychlosti (chyby) menší než 1 %. V uvažovaném systému je rychlost otáčení snížena pomocí regenerativního brzdění: nejprve zvýšením budícího proudu motoru a poté postupným snížením budícího proudu generátoru je možné převést motor do režimu generátoru a rychle zpomalit mechanismus. V tomto případě se akumulovaná kinetická energie kotvy a mechanismu přenáší do elektrické sítě. Pokud je zatížení přerušované, pak je někdy na hřídeli primárního motoru instalován setrvačník, který otáčí generátor, což snižuje přetížení primárního motoru. Nevýhody systému generátor-motor jsou jeho velká hmotnost, rozměry a vysoké instalační náklady; poměrně nízká účinnost (přibližně 0,6 0,7), protože dochází k trojnásobné přeměně energie.
rýže. 7.29. Obvod generátor-motor
V poslední době se v dopravě (v dieselových lokomotivách, velkých vozidlech, lodích) místo stejnosměrného generátoru v soustavě generátor-motor používá synchronní generátor s polovodičovým usměrňovačem. To umožňuje snížit hmotnost a náklady na generátor. V průmyslových instalacích se takové vylepšení obvykle nepoužívá, protože rekuperační brzdění vyžaduje řízený usměrňovač-střídač, a proto je výhodnější přejít na schéma „řízený usměrňovač – motor“, čímž se eliminuje generátor a hnací motor.
Regulace systémem „řízený usměrňovač – motor“. Rozvoj polovodičové techniky umožnil pro regulaci otáček motoru použít řízený usměrňovač vyrobený na tyristorech, kde je současně s usměrněním regulováno usměrněné napětí (obr. 7.30). Použití systému „řízený usměrňovač-motor“ umožňuje zvýšit účinnost a snížit hmotnost instalace. Pokud je požadováno rychlé zastavení mechanismu s následnou reverzací, pak pro rekuperační brzdění je paralelně s usměrňovačem instalován měnič, tedy další polovodičový měnič, který umožňuje přenos energie ze stejnosměrného stroje do střídavé sítě. Nevýhodou systému „řízený usměrňovač – motor“ je nízký účiník při nízkém výstupním napětí. Navíc vlivem pulzací napětí dochází k pulzacím proudu, které zhoršují chod motoru: zvyšují se ztráty, zhoršuje se spínání atd. Pulzace proudu jsou zvláště vysoké při napájení ze sítě jednofázového proudu (u střídavých elektrických lokomotiv), kde je zajištění uspokojivého spínání vážným problémem.
Tyristor-pulzní regulace. Při ovládání trakčních motorů je nutné regulovat buzení trakčního motoru zpravidla ve třech případech:
1) v počáteční fázi startu pro dosažení hladšího nárůstu tahové síly. K tomu je v okamžiku připojení motorů ke zdroji energie buzení zeslabeno na maximální nebo částečnou úroveň a následně jeho zesílení až do úplného vybuzení;
2) v konečné fázi startu ke zvýšení rychlosti kolejových vozidel. Za tímto účelem po dosažení plného napětí na motorech dochází k postupnému slábnutí magnetického pole (snížení budicího proudu) až na mezní nebo střední hodnotu koeficientu řízení buzení a = I.в/Iя;
3) v počáteční fázi elektrického brzdění (regenerativního i reostatického), aby se omezilo napětí na motorech při vysokých rychlostech a také pro plynulejší nárůst brzdné síly. Aby se toho dosáhlo, inhibice se zpočátku provádí se zeslabenou excitací, po níž následuje její postupné zvýšení na plnou (a=1).
Všechny výše uvedené režimy řízení buzení motoru lze úspěšně realizovat pomocí tyristorového pulzního řízení. Ve vozech metra typu
81-717.5M/714.5M používá přesně tento systém. Pokud je regulace budícího proudu (a následně i magnetického pole) motorů při akceleraci prováděna stupňovitě pomocí reostatů, pak v režimu brzdění reostatem je regulace již plynulá, což umožňuje udržovat maximální možnou brzdnou sílu až do 55-60 km/h. Toho je dosaženo použitím tyristorového regulátoru RT-300/300A. Tento regulátor se skládá z napájecí jednotky, řídicí jednotky a snímače proudu motoru. Pohonná jednotka se skládá ze dvou stejných tyristorových fázových spínačů, z nichž každý obsluhuje samostatnou skupinu trakčních motorů. Tyristorové spínače se kromě samotných tyristorů skládají ze spínacích diod, tlumivek, kondenzátorů a rezistorů. Oba tyristorové klíče jsou umístěny v jednom modulu, který je umístěn pod vozem. Stejný modul obsahuje ochrannou jednotku, která v nouzových situacích vypíná tyristorový regulátor, přičemž u tohoto vozu nefunguje elektrické (reostatické) brzdění, zůstává pouze brzdění pneumatické.
Schéma zapojení TIR při regulaci buzení trakčního motoru (a) a oscilogramy (b)