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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Alimentation pour moteur électrique triphasé à partir d'un réseau monophasé avec contrôle de vitesse. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / moteurs électriques Les moteurs électriques asynchrones (y compris triphasés) sont largement utilisés dans la vie quotidienne et en production pour entraîner des machines et des mécanismes dont la vitesse de fonctionnement est constante ou varie à l'aide de boîtes de vitesses à rapport variable et d'autres dispositifs mécaniques. Lorsqu'il est nécessaire de réguler en douceur la vitesse de rotation de l'arbre, la préférence est généralement donnée aux moteurs électriques à collecteur plus chers et moins fiables, pour lesquels cette opération est simple à réaliser - il suffit de modifier la tension ou le courant d'alimentation dans l'enroulement d'excitation. . Pour contrôler la vitesse de l'arbre d'un moteur asynchrone, il est nécessaire de modifier non seulement la tension, mais également la fréquence du courant alternatif dans ses enroulements. L'auteur de cet article parle de sa solution à ce problème. Le dispositif qu'il a développé permet d'alimenter un moteur asynchrone triphasé d'une puissance allant jusqu'à 3,5 kW à partir d'un réseau monophasé et de modifier sa fréquence de rotation de plus de 10 fois. Il est souvent nécessaire de modifier en douceur la vitesse des machines et des mécanismes équipés d'un entraînement électrique. Les moteurs électriques à collecteur habituellement utilisés dans de tels cas sont coûteux, nécessitent un entretien périodique et sont inférieurs aux moteurs asynchrones en termes de fiabilité, de durée de vie et d'indicateurs de poids et de taille. L'industrie produit des dispositifs de contrôle de fréquence pour la vitesse de rotation des moteurs asynchrones. Ces dispositifs sont complexes et coûteux, ils ne sont donc utilisés que dans des cas critiques, par exemple dans les entraînements de machines CNC. Des schémas de tels régulateurs pour l'autoproduction ont également été publiés dans le magazine "Radio" [1, 2]. Malheureusement, ils sont conçus pour des moteurs de très faible puissance. Le principal problème qui se pose lors du développement d'un régulateur de fréquence est la nécessité de modifier, parallèlement à la fréquence, la valeur efficace de la tension fournie aux enroulements du moteur. Le fait est qu'à mesure que la fréquence du courant alternatif diminue, la résistance inductive de l'enroulement diminue, ce qui entraîne une augmentation inacceptable du courant qui le traverse. Pour éviter une surchauffe du bobinage et une saturation du circuit magnétique du stator, il est nécessaire de réduire la tension d'alimentation du moteur. Une façon de procéder, recommandée dans [3], consiste à connecter le moteur via un autotransformateur réglable, dont le contact mobile est mécaniquement connecté au régulateur de fréquence. La méthode, il faut le dire, est très peu pratique, car la masse et les dimensions de l'autotransformateur sont comparables à celles du moteur lui-même, et la fiabilité du contact mobile lors de la transmission d'une puissance élevée est discutable. Il est beaucoup plus pratique de modifier la valeur de tension effective en utilisant la modulation de largeur d'impulsion (PWM) [4]. L'alimentation régulée proposée pour un moteur électrique asynchrone triphasé est précisément basée sur cette méthode. La source est construite selon le schéma illustré à la Fig. une.
Un puissant redresseur, qui fait partie de l'unité d'alimentation et de protection BPZ, convertit la tension alternative monophasée 220 V 50 Hz en 300 V continu. À l'aide de trois interrupteurs doubles SK1 - SKZ, ils commutent les enroulements du réseau électrique triphasé. moteur M1, en les connectant dans l'ordre et la polarité requis à la sortie du redresseur . Les circuits VD1L1 et VD2L2 protègent les clés des surtensions de courant de charge. Les impulsions qui contrôlent les touches sont générées par le bloc FID - le générateur d'impulsions de contrôle. Le BPZ dispose de plusieurs autres redresseurs de faible puissance pour alimenter la CRF et le SC, ainsi que d'une unité de protection de courant qui déconnecte l'appareil du réseau si la valeur de consommation de courant autorisée est dépassée. Le schéma de la CRF est illustré à la fig. 2.
La puce DD1 contient un générateur d'horloge. Leur fréquence est régulée par une résistance variable R4.1 de 30 à 400 Hz. La fréquence d'impulsion aux sorties des microcircuits DD4 et DD5 est six fois inférieure - de 5 à 66,7 Hz. Un courant exactement de cette fréquence circulera dans les enroulements du moteur M1 (voir Fig. 1), fixant la fréquence de rotation de son arbre. Cela ne vaut pas la peine de réduire la fréquence en dessous de la limite spécifiée, une rotation inégale de l'arbre deviendra perceptible. Et à une fréquence supérieure à la nominale (50 Hz), le couple sur l'arbre du moteur chute fortement. Les circuits R5VD3C3-R10VD8C8 retardent les fronts montants des impulsions de commande, laissant leurs fronts descendants sans retard. Ceci est nécessaire pour que les transistors de sortie des interrupteurs qui composent une paire (par exemple SK1.1 et SK1.2), même pendant un temps très court, ne s'avèrent pas ouverts en même temps, ce qui équivaudrait à un court-circuit d'une source de tension continue de 300 V et conduirait, au mieux, à une surchauffe, et dans le pire des cas, à la défaillance de ces transistors, et avec eux d'autres éléments du SC. Les entrées des éléments logiques DD6.1-DD6.4, DD2.3, DD2.4, en plus des impulsions d'une fréquence de 5...66,7 Hz, reçoivent des impulsions de fréquence plus élevée à rapport cyclique réglable du générateur sur les éléments DD2.1. .2.2, DD4.1. Les résistances variables R4.2 et RXNUMX sont donc appariées aux sorties des éléments répertoriés ci-dessus, simultanément au changement du taux de répétition des salves, le rapport cyclique des impulsions remplissant ces salves change. Les résistances R2 et R3 sont sélectionnées de telle sorte qu'à des régimes nominaux ou augmentés, presque toute la tension soit fournie au moteur et, à mesure qu'elles diminuent, elle diminue d'environ la moitié. En conséquence, à une fréquence réduite de dix fois, le courant consommé par le moteur électrique n'est que légèrement supérieur à celui nominal. Les onduleurs DD7.1-DD7.6 avec une capacité de charge accrue servent d'éléments tampons. Leurs circuits de sortie comprennent des LED provenant d'optocoupleurs installés dans les commutateurs SK1-SKZ et assurant une isolation galvanique entre les circuits de commande et les unités d'alimentation source. Le diagramme SC est présenté sur la Fig. 3. Il existe six clés de ce type au total (deux pour chaque phase). Pendant les intervalles de temps où aucun courant ne traverse l'optocoupleur LED U1, ce qui entraîne une résistance élevée de sa photodiode, les transistors VT1 et VT2 sont ouverts, VT3 et VT4 sont fermés - la clé est ouverte. Lorsque le courant traverse la LED, l'interrupteur est fermé. Les éléments VD3-VD6, R3 et C1 assurent la fermeture forcée du transistor VT4, ce qui réduit les pertes d'énergie et facilite le régime thermique de l'interrupteur.
La diode VD7 protège le transistor VT4 des surtensions sur une charge inductive. Vous pouvez en apprendre davantage sur la conception des interrupteurs d'alimentation et les méthodes de protection dans le livre [4]. Avant de la rencontrer, l'auteur a brûlé de nombreux transistors coûteux de haute puissance. Le schéma BPZ est illustré à la fig. quatre.
Quatre redresseurs sont connectés aux enroulements secondaires du transformateur T1. Le premier d'entre eux, sur le pont de diodes VD1, sert à alimenter les centrales des touches SK1.2-SKZ.2. De là, via un stabilisateur sur le transistor VT1, les microcircuits PFI sont alimentés. Pour alimenter les nœuds de commande des touches SK1.1 - SK3.1, qui sont à haut potentiel, trois redresseurs isolés sur ponts de diodes VD2-VD4 sont utilisés. Le redresseur de puissance est assemblé à l'aide de diodes VD7-VD10 et est équipé d'un filtre de lissage C7L1C8. En appuyant sur le bouton SB2, le circuit d'enroulement du contacteur KM1 est fermé. Le contacteur activé reste dans cet état en raison des contacts fermés du KM1.2. Une tension de 220 V, 50 Hz est fournie au pont de diodes VD7-VD10 via les contacts fermés KM 1.1 et l'enroulement primaire du transformateur de courant T2. Vous éteignez le contacteur et le moteur électrique M1 (voir Fig. 1) en appuyant sur le bouton SB1. La tension sur l'enroulement secondaire du transformateur T2, redressé par le pont de diodes VD6, est proportionnelle au courant consommé sur le réseau. Dès qu'une partie de cette tension, retirée de la résistance variable R2 du moteur, dépasse le seuil d'ouverture du thyristor VS1, le relais K1 fonctionnera et avec ses contacts K1.1 ouvrira le circuit de l'enroulement du contacteur KM1, déconnectant le redresseur de puissance du réseau. Le transformateur T1 d'une puissance globale d'au moins 60 W doit avoir quatre enroulements secondaires bien isolés pour une tension de 12 V. Enroulement II - pour un courant de 2 A. Enroulements III-V - pour 0,7 A. Au lieu d'un multi- En enroulant un, vous pouvez utiliser plusieurs transformateurs avec moins d'enroulements. Le noyau magnétique du transformateur T2 est un anneau K28x6x9 en ferrite 2000NM. Son enroulement secondaire contient 300 tours de fil PEL 0,22, et le rôle d'enroulement primaire est joué par un fil passant par le trou de l'anneau et allant au pont de diodes VD7-VD10. Le relais K1 - RES22 (RF4.500.121) peut être remplacé par n'importe quel relais avec une tension de fonctionnement de 12 V et au moins un groupe de contacts normalement fermés. Le contacteur KM1 avec un bobinage 220 V est sélectionné en fonction de la puissance du moteur électrique. Les bobines L1 et L2 (Fig. 1) sont sans cadre, contenant chacune 25 tours de fil PEL 1,5, enroulés en vrac sur un mandrin d'un diamètre de 30 mm. Les détails et la conception des composants SC (voir Fig. 3) doivent être traités avec une attention particulière. Ce sont ces unités qui causent le plus de problèmes et de dégâts matériels en cas de panne. Toutes les pièces doivent être soigneusement vérifiées avant l'installation et les pièces « suspectes » doivent être impitoyablement rejetées. Le transistor VT4 est installé sur un dissipateur thermique d'une surface suffisante (dans la version de l'auteur - 400 cm2). A côté, sur le même dissipateur thermique, est placé un transistor VT3, et les pattes de la diode VD7 sont soudées directement aux pattes du transistor VT4. Une paire de transistors KT8110A, KT8155A peut être remplacée par un composite MTKD-40-5-3. Il est équipé d'une diode de protection interne, la diode VD7 n'est donc pas nécessaire dans le cas d'un tel remplacement. Les transistors composites MTKD-40-5-2, dont les paramètres sont similaires, ne conviennent pas dans ce cas, car ils n'ont pas de borne externe pour la base du deuxième transistor (puissant). La surface du dissipateur thermique des transistors MTKD-40 5 3 est électriquement isolée de la structure semi-conductrice, de sorte que les transistors de tous les commutateurs peuvent être installés sur un dissipateur thermique commun. Tous les circuits électriques doivent être constitués de fils rigides, courts et droits si possible et retirés des circuits de la CRF. La section transversale de chaque fil doit correspondre au courant circulant. De plus, il est dangereux non seulement de sous-estimer, mais aussi de surestimer le diamètre des fils. Les circuits VD1L1 et VD2L2 (voir Fig. 1) sont montés à proximité immédiate des touches, en les soudant aux bornes des transistors correspondants. Si le bloc interrupteurs de puissance ne s'avère pas compact, il est conseillé d'équiper chaque paire d'interrupteurs de circuits de protection similaires. Lors de la configuration de la source, vérifier tout d'abord à l'aide d'un oscilloscope la présence et la forme des impulsions aux bornes des microcircuits de la CRF, puis, sans appliquer de tension sur le pont de diodes VD7-VD10 (voir Fig. 4) et sans connecter le moteur M1, vérifiez si les impulsions arrivent aux bases des transistors VT3 dans tous les SC. Après cela, la CRF est éteinte et la tension secteur est fournie au pont de diodes via un autotransformateur réglable, l'augmentant progressivement de 0 à 220 V. Le moteur reste déconnecté. Le courant consommé par CK ne doit pas dépasser plusieurs dizaines de microampères. S'en étant convaincus, ils abaissent la tension à la sortie de l'autotransformateur à zéro et bloquent temporairement le PWM (pour ce faire, il suffit de couper le fil dans la CRF reliant la sortie de l'élément DD2.2 aux entrées des éléments DD2.3, DD2.4, DD5.1-DD5.4), inclure le nom complet. Encore une fois, en augmentant progressivement la tension fournie au SC, vérifiez la consommation de courant. Il deviendra plus grand, mais même à la fréquence maximale, il ne doit pas dépasser 100 µA. L'opération est répétée en déverrouillant le PWM et en surveillant l'évolution de la tension avec un oscilloscope aux points destinés à connecter les enroulements du moteur. Si tous les contrôles ont réussi, vous pouvez connecter à la source un moteur électrique triphasé de puissance relativement faible (jusqu'à 1 kW) et vérifier son fonctionnement à tension à vide réduite, puis à tension secteur nominale et charge mécanique. La température des transistors de puissance et le courant total consommé par le réseau doivent être surveillés en permanence. Après vous être assuré que la source est pleinement opérationnelle, vous pouvez alimenter des moteurs électriques d'une puissance allant jusqu'à 3,5 kW. littérature
Auteur : V.Naryzhny, Bataysk, région de Rostov.
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