Régulateur de vitesse pour moteurs asynchrones triphasés. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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J'attire l'attention des lecteurs sur un schéma (Fig. 1) et la conception d'un dispositif permettant de réguler la vitesse de rotation d'un moteur asynchrone (IM) triphasé dans la plage de 300...8000 tr/min (ci-après dénommé RFV). Je suis sûr qu'il sera utile à de nombreux radioamateurs, car il donne aux moteurs asynchrones triphasés de nouveaux indicateurs de qualité : alimentation à partir d'un réseau monophasé pratiquement sans perte de puissance, possibilité de réguler le couple de démarrage, rendement accru , l'indépendance du sens de rotation par rapport à la phase de la tension appliquée, la régulation dans de larges plages de vitesse de rotation aussi bien au ralenti qu'en charge, et surtout, la possibilité d'augmenter la vitesse maximale de 3000 à 6000...10000 tr/min.

(cliquez pour agrandir)

Les principales caractéristiques du RFV :

• Tension d'alimentation ~ 220 V
• Consommation électrique, pas plus de 15 W (hors puissance moteur)
• Type de moteur asynchrone triphasé Fn=3000 tr/min, Рн=120 W.

Comme on le sait, il existe plusieurs façons de réguler la vitesse de rotation du moteur - en modifiant la tension d'alimentation, la charge sur l'arbre, en utilisant un enroulement de rotor spécial avec une résistance réglable, ainsi qu'en régulant la fréquence, qui est la méthode la plus efficace. , car il permet de préserver les caractéristiques énergétiques du moteur et d'utiliser l'IM le moins cher et le plus fiable avec un rotor à cage d'écureuil. Avant d’envisager le fonctionnement du RHF, il est nécessaire de rappeler au lecteur les principales caractéristiques de l’AD.

1. Facteur de rendement = (Рв/Рп), où Рв est la puissance mécanique sur l'arbre du moteur, Рп est la puissance électrique consommée sur le réseau. Au ralenti, rendement = 0, puisque Pv = 0. À la puissance nominale à l'arbre Рн, le rendement a une valeur maximale (0,75 ... 0,95) pour différents moteurs.

2. Les courants de phase de l'IM sont illustrés à la Fig.2.

3. Fréquence de rotation du champ magnétique du stator n1=(60Fп)/р (rpm), où Fп est la fréquence du courant d'alimentation, Hz ; p - nombre de paires de pôles du stator. Ainsi, à une fréquence standard Fп=50 Hz, le champ magnétique, en fonction du nombre de paires de pôles, tourne avec la fréquence (voir tableau).

4. Glissement S=(Fп-Fр)/Fп (%). La fréquence de rotation du rotor .r est toujours inférieure à la fréquence Fp de la valeur du glissement S (2...6%), par exemple Fp=960 ; 1420 ; 2840 tr/min Le principe de fonctionnement de l'IM repose sur l'interaction du champ magnétique tournant du stator avec les courants induits par ce champ dans les conducteurs du bobinage du rotor.

5. Couple М=Рв/О, où О est la vitesse angulaire de rotation du rotor О=2πFв/60.

6. Capacité de surcharge Kp=Mkr/Mn=1,5...2,5, où moment critique Mkr ; Mn - couple nominal.

7. Cosϕ=Iса/Iср=0,1...0,2 à la vitesse nominale, où Iса est le courant statorique actif, Iср est le courant statorique réactif. Une augmentation de la charge du moteur s'accompagne d'une augmentation uniquement de la composante active du stator et, par conséquent, d'une augmentation du cosϕ jusqu'à 0,8...0,9. Le rôle de la charge moteur dans l’amélioration du cosϕ du réseau d’approvisionnement est donc clair.

8. Courant de démarrage Iп - courant du stator lors du démarrage de l'IM, Iп/In=5 ... 7. Le couple de démarrage de l'IM n'est pas important. Au démarrage, l'IM doit développer un couple supérieur au couple de freinage du mécanisme, sinon il ne se retournera pas. Mn/Mn=0,8...1,5.

Le schéma fonctionnel du RFC est représenté sur la Fig.3.

Le générateur maître est conçu pour modifier la fréquence du courant d'alimentation IM. Cela modifie la vitesse du rotor. Un générateur d'impulsions à séquence triphasée (PPS) convertit la tension continue en trois tensions carrées, déphasées de 120°. Le préamplificateur associe aux sorties de faible puissance du FIT un étage final puissant, dont la tâche est de fournir aux phases IM le courant requis en forme et en fréquence. L'alimentation produit des tensions de +5, +9 et +300 V pour alimenter le convertisseur radiofréquence.

La figure 4 montre toutes les formes d'onde nécessaires.

Les éléments DD1.1...DD1.3 sont utilisés pour assembler un oscillateur maître - un multivibrateur avec une fréquence de génération variable dans la plage de 30...800 Hz. Changez la fréquence avec la résistance variable R2. Le FIT est constitué d'un compteur DD2, d'un élément « ET-NON » DD1.4 et de quatre éléments « OU exclusif » DD3.1...DD3.4. Trois préamplificateurs identiques sont assemblés à l'aide des transistors VT2...VT13 (un pour chaque phase de l'IM).

Considérons le principe de fonctionnement de l'un d'eux (celui du haut sur le schéma). Lorsqu'un niveau haut apparaît à la sortie de l'élément DD3.2, le transistor composite VT2, VT5 s'ouvre. À partir de la sortie de l'élément DD3.2, un niveau haut est fourni à l'entrée de l'optocoupleur DD4, à la suite de quoi un niveau bas est fixé à sa sortie, ce qui ferme le transistor composite VT8, VT11. Les deux autres amplificateurs fonctionnent de la même manière, seulement avec un déphasage de 120°. Pour le découplage de tension, les transistors VT2, VT5 et VT8, VT11 sont alimentés par des sources séparées de +9 V, et les transistors VT14...VT19 sont alimentés par une source de +300 V. Diodes VD10, VD13, VD16, VD17

 servir à l'isolation de tension et à un verrouillage plus fiable des transistors VT14 et VT15.

L'une des principales conditions pour le fonctionnement normal des transistors VT14 et VT15 est qu'ils ne doivent pas être ouverts en même temps. Pour ce faire, la tension de commande est fournie à l'entrée du transistor composite VT8, VT11 depuis la sortie de l'optocoupleur DD4, ce qui assure un certain retard dans sa commutation. Lorsqu'un niveau haut apparaît à l'entrée de l'optocoupleur DD4 à travers les éléments R8, VD7, le transistor composite VT2, VT5 s'ouvre et le transistor VT15 se ferme. Au même moment, la charge du condensateur C9 commence. 40 µs après l'apparition d'un niveau haut à l'entrée de l'optocoupleur DD4, un niveau bas apparaît à sa sortie, le transistor composite VT8, VT11 se ferme et le transistor VT14 s'ouvre. L'apparition d'un niveau bas à l'entrée de l'optocoupleur DD4 ne peut pas fermer instantanément le transistor composite VT2, VT5, puisque la décharge du condensateur C9 le long du circuit R9, base, émetteur maintient ce transistor pendant 140 µs à l'état ouvert, et le transistor VT15 à l'état fermé. Le temps de retard au déclenchement de l'optocoupleur DD4 est de 100 μs, donc le transistor VT14 se ferme avant que le transistor VT15 ne s'ouvre.

Les diodes VD22...VD23 protègent les transistors VT14, VT15 contre l'augmentation de la tension lors de la commutation d'une charge inductive - les enroulements IM, ainsi que pour la fermeture des courants d'enroulement pendant les périodes où la tension change de polarité (lors de la commutation des transistors VT14, VT15). Par exemple, après la fermeture des transistors VT14 et VT17, le courant circule pendant un certain temps dans le même sens - de la phase A à la phase B, fermant via la diode VD24 l'alimentation VD23 jusqu'à ce qu'elle diminue jusqu'à zéro.

Considérons le principe de fonctionnement de la cascade finale en utilisant l'exemple des phases A et B. Lorsque les transistors VT14 et VT17 sont ouverts, un potentiel positif est appliqué au début de la phase A et un potentiel négatif est appliqué à sa fin. Après leur fermeture, les transistors VT15 et VT16 s'ouvrent, et maintenant, au contraire, un potentiel positif est appliqué à la fin de la phase A, et un potentiel négatif est appliqué au début. Ainsi, des tensions alternatives rectangulaires avec un déphasage de 120° sont fournies aux phases A, B et C (voir Fig. 4). La fréquence de la tension d'alimentation est déterminée par la fréquence de commutation de ces transistors. Grâce à l'ouverture alternée des transistors, le courant traverse séquentiellement les circuits des enroulements du stator AB-AC-VSVA-SA-SV-AB, ce qui crée un champ magnétique tournant.

Les formes des courants de phase sont représentées sur la fig. 5.

Le schéma décrit ci-dessus pour la construction de l'étage final est un pont triphasé [1]. Son avantage est qu'il n'y a pas de composantes de troisième harmonique dans les courbes de courant de phase.

Pour alimenter les étages basse tension, on utilise un stabilisateur VD1,VT1,VD6, qui permet d'obtenir du +5 V pour alimenter les microcircuits DD1...DD3, ainsi que du +9 V pour alimenter les préamplificateurs (VT2. ..VT7). Chaque paire supérieure de préamplificateurs est alimentée par son propre redresseur : VT8,VT11 - de VD3, VT9,VT12 - de VD4, VT10,VT13 - de VD5.

Les étages finaux sont alimentés par un redresseur double alternance et un filtre LC (VD2, L1, C3, C7) +300 V. Les capacités des condensateurs C3 et C7 sont sélectionnées en fonction de la puissance de l'IM, plus la capacité est grande, plus mieux, mais pas moins de 20 µF avec l'inductance de l'inductance L1 0,1 Gn.

Dans RFV, vous pouvez utiliser des résistances constantes telles que MLT, OMLT, VS. Condensateur C1 - n'importe quelle céramique ou papier métallique ; C2...C8 - n'importe quel oxyde. La self L1 peut être supprimée, mais dans ce cas il faudra augmenter la capacité de chacun des condensateurs C3 et C7 à 50 µF. Microcircuit DD1 type K155LA3, DD2 - K155IE4, DD3 K155LP5. Optocoupleurs DD4...DD6 - AOT165A1. Vous pouvez également en utiliser d'autres avec un délai d'activation ne dépassant pas 100 μs et une tension d'isolation d'au moins 400 V.

La principale exigence des transistors est un gain élevé et approximativement le même gain pour tous (au moins 50). Transistors VT2...VT4, VT8...VT10 de type KT315A, ils peuvent être remplacés par KT315, KT312, KT3102 avec n'importe quelle lettre index. Transistors VT1, VT5...VT7, VT11...VT13 type KT817 ou KT815 avec n'importe quelle lettre d'index. Transistors VT14...VT19 - KT834A ou KT834B. Pour les remplacer, vous pouvez utiliser de puissants transistors haute tension avec un gain d'au moins 50. Les transistors de sortie fonctionnant en mode commutation, ils doivent être installés sur des radiateurs d'une superficie de 10 cm2 chacun. Cependant, lors de l'utilisation de moteurs d'une puissance supérieure à 200 W, des radiateurs d'une plus grande surface seront nécessaires.

Ponts redresseurs VD1, VD3...VD5 - KTs405A. Redresseur VD2 - KTs409A. Lorsque la puissance IM est supérieure à 300 W, à la place du pont redresseur KTs409A, il est nécessaire d'utiliser un pont de diodes simples conçu pour une tension inverse supérieure à 400 V et le courant correspondant. Diode Zener VD6 - KS156A. Diodes VD7...VD21 - KD209A.

Toutes diodes VD22...VD27 conçues pour un courant d'au moins 5 A et une tension inverse d'au moins 400 V, par exemple KD226V ou KD226G.

Transformateur - toute puissance d'au moins 15 W, comportant quatre enroulements secondaires séparés de 8 V chacun.

Lors de la configuration de l'appareil, coupez d'abord le +300 V et vérifiez la présence de tous les oscillogrammes aux points indiqués (voir Fig. 4). Si nécessaire, la sélection du condensateur C1 ou de la résistance R2 permet d'obtenir un changement de fréquence au niveau du collecteur du transistor VT5 dans la plage de 5...130 Hz. Ensuite, avec la tension artérielle coupée, au lieu de +300 V, une tension de +100...150 V est fournie par une source externe, le collecteur et l'émetteur du transistor VT11, le collecteur et l'émetteur du transistor VT5 sont fermés ( pour fermer les transistors VT14 et VT15 pendant une longue période) et le courant dans le circuit collecteur est mesuré par le transistor VT14, qui ne doit pas dépasser quelques μA - courant de fuite des transistors VT14 et VT15. Ensuite, les collecteurs et émetteurs des transistors ci-dessus sont ouverts et la résistance R2 est réglée sur la fréquence de génération maximale.

En augmentant la capacité du condensateur C9, on obtient le courant minimum dans le circuit collecteur du transistor VT14, qui est idéalement égal au courant de fuite des transistors VT14 et VT15. Les deux amplificateurs finaux restants sont également réglés de cette manière. Connectez ensuite l'IM à la sortie RFV (à la prise X7) dont les enroulements sont reliés par une étoile. Au lieu de +300 V, une tension comprise entre +100 et 150 V est fournie par une source externe. L'IM doit commencer à tourner. S'il est nécessaire de changer le sens de rotation, toutes les phases de la pression artérielle sont inversées.

Si les transistors terminaux fonctionnent dans le bon mode, ils restent légèrement chauds pendant une longue période, sinon les résistances R18, R20, R22, R23...R25 sont sélectionnées.

Littérature

1. Radin V.I. Machines électroniques : Machines asynchrones. -M. : Plus haut. école, 1988.
2. Kravchik A.E. Sélection et application de moteurs asynchrones. M. : Energoatomizdat, 1987.
3. Lopoukhina E.M. Micromoteurs exécutifs asynchrones pour systèmes d'automatisation. -M. : Plus haut. école, 1988.

Auteur : A. Dubrovsky

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