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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 속도 제어 기능이 있는 단상 네트워크의 XNUMX상 전기 모터용 전원 공급 장치. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
비동기 전기 모터(3,5상 포함)는 가변 비율 기어박스 및 기타 기계 장치를 사용하여 작동 속도가 일정하거나 변화하는 기계 및 메커니즘을 구동하기 위해 일상 생활과 생산 현장에서 널리 사용됩니다. 샤프트 회전 속도를 원활하게 조절해야 하는 경우 일반적으로 더 비싸고 신뢰성이 떨어지는 정류자 전기 모터가 선호됩니다. 이 경우 이 작업은 간단하게 수행할 수 있습니다. 여자 권선의 공급 전압 또는 전류만 변경하면 됩니다. . 비동기 모터의 샤프트 속도를 제어하려면 전압뿐만 아니라 권선의 교류 주파수도 변경해야 합니다. 이 글의 저자는 이 문제에 대한 해결책을 이야기합니다. 그가 개발한 장치를 사용하면 단상 네트워크에서 최대 10kW의 전력으로 비동기 XNUMX상 모터에 전력을 공급하고 회전 주파수를 XNUMX배 이상 변경할 수 있습니다. 전기 구동 장치가 장착된 기계 및 메커니즘의 속도를 원활하게 변경해야 하는 경우가 종종 있습니다. 이러한 경우에 일반적으로 사용되는 정류자 전기 모터는 비용이 많이 들고 정기적인 유지 관리가 필요하며 신뢰성, 서비스 수명, 무게 및 크기 표시기 측면에서 비동기 모터보다 열등합니다. 업계에서는 비동기 모터의 회전 속도를 위한 주파수 제어 장치를 생산합니다. 이러한 장치는 복잡하고 비용이 많이 들기 때문에 CNC 기계의 드라이브와 같은 중요한 경우에만 사용됩니다. 자체 제작을 위한 규제 기관의 계획은 "Radio" 잡지 [1, 2]에도 게재되었습니다. 불행하게도 이 제품은 출력이 매우 낮은 엔진용으로 설계되었습니다. 주파수 조정기를 개발할 때 발생하는 주요 문제는 주파수와 함께 모터 권선에 공급되는 전압의 유효 값을 변경해야 한다는 것입니다. 사실 교류의 주파수가 감소함에 따라 권선의 유도 저항이 감소하여 권선을 통해 흐르는 전류가 허용할 수 없을 정도로 증가합니다. 권선의 과열과 고정자 자기 회로의 포화를 방지하려면 모터 공급 전압을 줄여야 합니다. [3]에서 권장하는 이를 수행하는 한 가지 방법은 조정 가능한 자동 변압기를 통해 모터를 연결하는 것입니다. 이 변압기의 이동 접점은 기계적으로 주파수 조정기에 연결됩니다. 자동 변압기의 질량과 크기가 엔진 자체의 질량과 크기와 비슷하고 높은 전력을 전달할 때 이동 접점의 신뢰성이 의심스럽기 때문에 이 방법은 매우 불편합니다. 펄스 폭 변조(PWM)를 사용하여 유효 전압 값을 변경하는 것이 훨씬 더 편리합니다[4]. 제안된 비동기 XNUMX상 전기 모터용으로 조정된 전원 공급 장치는 바로 이 방법을 기반으로 합니다. 소스는 그림 1에 표시된 구성표에 따라 빌드됩니다. 하나.
전원 공급 장치 및 보호 장치 BPZ의 일부인 강력한 정류기는 단상 교류 전압 220V 50Hz를 직접 300V로 변환합니다. 1개의 이중 전원 스위치 SK1 - SKZ를 사용하여 1상 전기 권선을 전환합니다. 모터 M1을 정류기의 출력에 필요한 순서와 극성으로 연결합니다. 회로 VD2L2 및 VDXNUMXLXNUMX는 부하 전류 서지로부터 키를 보호합니다. 키를 제어하는 펄스는 제어 펄스 생성기인 FID 블록에 의해 생성됩니다. BPZ에는 FIU 및 SC에 전원을 공급하기 위한 여러 개의 저전력 정류기와 허용 전류 소비 값을 초과하는 경우 네트워크에서 장치의 연결을 끊는 전류 보호 장치가 있습니다. FIU 체계는 그림 2에 나와 있습니다. XNUMX.
DD1 칩에는 클럭 생성기가 포함되어 있습니다. 주파수는 가변 저항 R4.1에 의해 30~400Hz로 조절됩니다. 마이크로 회로 DD4 및 DD5 출력의 펄스 주파수는 5~66,7Hz로 1배 낮습니다. 정확히 이 주파수의 전류가 모터 M1(그림 50 참조)의 권선에 흘러 샤프트의 회전 주파수를 설정합니다. 지정된 제한 이하로 주파수를 줄이는 것은 가치가 없으며 샤프트의 고르지 않은 회전이 눈에 띄게 됩니다. 그리고 공칭(XNUMXHz) 이상의 주파수에서는 모터 샤프트의 토크가 급격히 떨어집니다. 회로 R5VD3C3-R10VD8C8은 제어 펄스의 앞쪽 가장자리를 지연시키고 하강 가장자리는 지연되지 않은 상태로 둡니다. 이는 쌍을 구성하는 스위치(예: SK1.1 및 SK1.2)의 출력 트랜지스터가 매우 짧은 시간 동안이라도 동시에 열리지 않도록 하기 위해 필요합니다. 300V DC 전압 소스의 단락과 동일하며 기껏해야 과열로 이어질 수 있으며 최악의 경우 이러한 트랜지스터 및 SC의 다른 요소가 고장날 수 있습니다. 6.1...6.4Hz 주파수의 펄스 외에도 논리 요소 DD2.3-DD2.4, DD5, DD66,7의 입력은 요소 DD2.1의 생성기로부터 조정 가능한 듀티 사이클의 더 높은 주파수 펄스를 수신합니다. .2.2, DD4.1. 가변 저항 R4.2과 RXNUMX는 쌍을 이루므로 위에 나열된 요소의 출력에서 버스트의 반복 속도가 변경됨과 동시에 이러한 버스트를 채우는 펄스의 듀티 사이클이 변경됩니다. 저항 R2 및 R3은 공칭 속도 또는 증가된 속도에서 거의 전체 전압이 엔진에 공급되고 감소하면 약 절반으로 감소하는 방식으로 선택됩니다. 결과적으로 주파수가 XNUMX배 감소하면 전기 모터가 소비하는 전류는 정격보다 약간 높을 뿐입니다. 부하 용량이 증가된 인버터 DD7.1-DD7.6은 버퍼 요소 역할을 합니다. 출력 회로에는 SK1-SKZ 스위치에 설치된 광커플러의 LED가 포함되어 있으며 제어 회로와 소스 전원 장치 사이에 갈바닉 절연을 제공합니다. SC 다이어그램은 그림 3에 나와 있습니다. 1. 이러한 키는 총 1개(각 단계마다 2개) 있습니다. 옵토커플러 LED U3을 통해 전류가 흐르지 않아 포토다이오드의 저항이 높아지는 시간 간격 동안 트랜지스터 VT4 및 VT3가 열리고 VT6 및 VT3가 닫히고 키가 열립니다. LED에 전류가 흐르면 스위치가 닫힙니다. 요소 VD1-VD4, RXNUMX 및 CXNUMX은 트랜지스터 VTXNUMX의 강제 폐쇄를 제공하여 에너지 손실을 줄이고 스위치의 열 체제를 촉진합니다.
다이오드 VD7은 유도 부하의 전압 서지로부터 트랜지스터 VT4를 보호합니다. 전원 스위치 설계 및 보호 방법에 대한 자세한 내용은 책 [4]에서 확인할 수 있습니다. 그녀를 만나기 전에 저자는 값비싼 고전력 트랜지스터를 많이 태워버렸다. BPZ 방식은 그림 4에 나와 있습니다. 넷.
1개의 정류기가 변압기 T1의 1.2차 권선에 연결됩니다. 그 중 첫 번째는 다이오드 브리지 VD2에 있으며 SK1-SKZ.1.1 키의 제어 장치에 전원을 공급하는 역할을 합니다. 그것으로부터 트랜지스터 VT3.1의 안정기를 통해 PFI 마이크로 회로에 전원이 공급됩니다. 높은 전위에 있는 SK2 - SK4 키의 제어 노드에 전원을 공급하기 위해 다이오드 브리지 VDXNUMX-VDXNUMX에 있는 XNUMX개의 절연 정류기가 사용됩니다. 전력 정류기는 VD7-VD10 다이오드를 사용하여 조립되며 C7L1C8 평활 필터가 장착되어 있습니다. SB2 버튼을 누르면 접촉기 KM1의 권선 회로가 닫힙니다. 활성화된 접촉기는 KM1.2의 닫힌 접점으로 인해 이 상태로 유지됩니다. 220V, 50Hz의 전압은 닫힌 접점 KM 7과 변류기 T10의 1.1차 권선을 통해 다이오드 브리지 VD2-VD1에 공급됩니다. 다음을 눌러 접촉기와 전기 모터 M1(그림 1 참조)을 끕니다. SBXNUMX 버튼. 다이오드 브리지 VD2에 의해 정류된 변압기 T6의 2차 권선 전압은 네트워크에서 소비되는 전류에 비례합니다. 가변 저항 R1 모터에서 제거된 이 전압의 일부가 사이리스터 VS1의 개방 임계값을 초과하자마자 릴레이 K1.1이 작동하고 접점 K1을 사용하여 접촉기 KMXNUMX의 권선 회로를 열어 연결을 끊습니다. 네트워크의 전력 정류기. 전체 전력이 1W 이상인 변압기 T60에는 12V 전압에 대해 잘 절연된 2개의 0,7차 권선이 있어야 합니다. 권선 II - XNUMXA 전류의 경우. 권선 III-V - XNUMXA의 경우. 하나의 권선을 사용하는 경우 권선 수가 적은 여러 변압기를 사용할 수 있습니다. 변압기 T2의 자기 코어는 28NM 페라이트로 만들어진 K6x9x2000 링입니다. 300차 권선에는 0,22회 PEL 7 와이어가 포함되어 있으며 10차 권선의 역할은 링의 구멍을 통과하여 다이오드 브리지 VDXNUMX-VDXNUMX으로 가는 와이어에 의해 수행됩니다. 릴레이 K1 - RES22(RF4.500.121)는 작동 전압이 12V이고 하나 이상의 상시 폐쇄 접점 그룹을 갖춘 릴레이로 교체할 수 있습니다. 1V 권선의 KM220 접촉기는 전기 모터의 출력을 기준으로 선택됩니다. 코일 L1 및 L2(그림 1)는 프레임이 없으며 각각 25회 PEL 1,5 와이어가 포함되어 있으며 직경 30mm의 맨드릴에 대량으로 감겨 있습니다. SC 구성 요소(그림 3 참조)의 세부 사항과 디자인은 특별한 주의를 기울여 처리되어야 합니다. 실패할 경우 가장 큰 문제와 물질적 피해를 초래하는 것은 바로 이러한 장치입니다. 설치하기 전에 모든 부품을 철저하게 점검해야 하며 "의심스러운" 부품은 가차 없이 거부해야 합니다. 트랜지스터 VT4는 충분한 면적(저자 버전 - 400cm2)의 방열판에 설치됩니다. 그 옆에는 동일한 방열판에 트랜지스터 VT3이 배치되고 다이오드 VD7의 리드는 트랜지스터 VT4의 리드에 직접 납땜됩니다. 한 쌍의 트랜지스터 KT8110A, KT8155A는 하나의 복합 MTKD-40-5-3으로 대체될 수 있습니다. 내부 보호 다이오드가 장착되어 있어 교체 시에는 VD7 다이오드가 필요하지 않습니다. 매개변수가 유사한 복합 트랜지스터 MTKD-40-5-2는 두 번째(강력한) 트랜지스터의 베이스에 대한 외부 단자가 없기 때문에 이 경우 적합하지 않습니다. MTKD-40 5 3 트랜지스터의 방열판 표면은 반도체 구조와 전기적으로 절연되어 있으므로 모든 스위치의 트랜지스터를 공통 방열판에 설치할 수 있습니다. 모든 전원 회로는 가능하면 단단하고 짧고 직선인 전선으로 구성되어야 하며 FIU 회로에서 제거되어야 합니다. 각 전선의 단면적은 흐르는 전류와 일치해야 합니다. 더욱이, 와이어의 직경을 과소평가하는 것뿐만 아니라 과대평가하는 것도 위험합니다. 회로 VD1L1 및 VD2L2(그림 1 참조)는 키에 가깝게 장착되어 해당 트랜지스터의 단자에 납땜됩니다. 전원 스위치 블록이 소형으로 판명되지 않은 경우 각 스위치 쌍에 유사한 보호 회로를 장착하는 것이 좋습니다. 소스를 설정할 때 먼저 오실로스코프를 사용하여 FIU 미세 회로 단자의 펄스 유무와 모양을 확인한 다음 다이오드 브리지 VD7-VD10 (그림 4 참조)에 전압을 가하지 않고 연결하지 않고 M1 모터의 경우, 펄스가 모든 SC의 베이스 트랜지스터 VT3에 도착하는지 확인하십시오. 그 후 FIU가 꺼지고 주전원 전압이 조정 가능한 자동 변압기를 통해 다이오드 브리지에 공급되어 점차적으로 0V에서 220V로 증가합니다. 모터는 연결되지 않은 상태로 유지됩니다. CK가 소비하는 전류는 수십 마이크로암페어를 초과해서는 안 됩니다. 이를 확신한 후 자동 변압기 출력의 전압을 2.2으로 낮추고 일시적으로 PWM을 차단합니다. 이를 위해서는 요소 DD2.3의 출력을 요소의 입력과 연결하는 FIU의 와이어를 끊는 것으로 충분합니다. DD2.4, DD5.1, DD5.4-DD100), FIA를 포함합니다. 다시 SC에 공급되는 전압을 서서히 높여서 소비 전류를 확인합니다. 더 커지지만 최대 주파수에서도 XNUMXμA를 초과해서는 안 되며, 모터 권선을 연결하려는 지점에서 PWM 잠금을 해제하고 오실로스코프를 사용하여 전압 형태를 모니터링하여 작업을 반복합니다. 모든 검사에 성공하면 상대적으로 낮은 전력(최대 1kW)의 3,5상 전기 모터를 소스에 연결하고 감소된 무부하 전압에서 작동을 확인한 다음 정격 주 전압 및 기계적 부하에서 작동을 확인할 수 있습니다. 전력 트랜지스터의 온도와 네트워크에서 소비되는 총 전류를 지속적으로 모니터링해야 합니다. 소스가 완전히 작동하는지 확인한 후 최대 XNUMXkW의 전력으로 전기 모터에 전력을 공급할 수 있습니다. 문학
저자: V.Naryzhny, Bataysk, Rostov 지역.
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