Регулировка оборотов асинхронного двигателя 220 В: обзор возможностей

Наш быт насыщен инструментами с электродвигателем. Для таких устройств обычной проблемой становится регулировка скорости вращения движка, которая со временем снижается. Поэтому считаю полезным рассказать, как происходит регулировка оборотов асинхронного двигателя 220 В, и с помощью каких приспособлений обеспечить ее в домашних условиях.

Виды электродвигателей

Устройства, регулирующие обороты электродвигателей, давно и успешно применяются в промышленности. Разнообразные по конструкции регуляторы оборотов помогают плавно разгонять и тормозить конвейерные ленты, настраивают вращение вентиляторов.

В домашнем хозяйстве без таких устройств также не обойтись. Слишком высокая скорость вращения становится причиной перерасхода электричества, но это далеко не единственная проблема. Страдает и сам инструмент: он становится непредсказуемым в работе, быстро изнашивается и ломается.

Инструмент «со стажем» постепенно теряет мощность. Скорость вращения двигателя становится недостаточно высокой, что сказывается на эффективности или производительности инструмента.

Регулятор скорости вращения (оборотов) сможет поддерживать мощность двигателя электроприбора на должном уровне, и он будет работать как новый. При этом важно понимать, что моторы характеризуются различными предельными значениями; например, механизм запускается при определенных частотах оборота вала.

Электродвигатели переменного тока различаются по количеству фаз; по этому параметру они делятся на три вида:

• Однофазные. Имеют конструкцию, позволяющую подключать их к однофазной сети переменного тока. По факту данные устройства – двухфазные, но у них только одна обмотка является рабочей. 
  
• Двухфазные. Электродвигатель переменного тока оснащен двумя обмотками с относительным пространственным сдвигом на 90°. Когда на движок подается двухфазный ток (сдвинутый по фазе на 90°), возникает вращающееся с постоянной угловой скоростью магнитное поле. В устройстве присутствует надежный короткозамкнутый ротор, внешне напоминающий «беличье колесо». 
  
• Трехфазные. Запитываются от трехфазной сети переменного тока, чаще используются в промышленном оборудовании, например, в промышленной вентиляции. Электродвигатели бытовой техники обычно одно- и двухфазные.
  

О вращении вала электродвигателя

Вал – часть ротора, ответственная за передачу движения на приводной механизм. Вал выводится за пределы корпуса мотора с одной или двух сторон (в последнем случае говорят, что у движка два вала). Из-за различий в конструкции ротора вращение вала сможет происходить двумя способами, а сами двигатели делят на две группы:

• Коллекторные (синхронные). Вал вращается строго со скоростью поля статора. 
  
• Асинхронные. Вращение вала происходит несколько медленнее.
  

Корректировка работы асинхронных электродвигателей

При включении движка статор и якорь создают магнитные поля, вращающиеся с разной частотой. При этом магнитное поле статора обладает большей частотой вращения (вращается быстрее).

Частота вращения является одной из ключевых характеристик любого движка. Она зависит от конструкционных особенностей статора (числа полюсных пар) и частоты сетевого напряжения. Для регулировки частоты вращения асинхронного двигателя 220 В и 380 В используются специальные электронные устройства – частотные регуляторы оборотов, способные преобразовывать рабочую частоту.

Такие блоки настроены управлять разными характеристиками тока (менять не только частоту, но и форму сигнала); их схема включает следующие элементы:

• Транзисторы (полупроводниковые триоды). Управляющие элементы схемы, способные усиливать или ослаблять сигнал. 
  
• Широтно-импульсный модулятор. Способен управлять мощностью, использует метод пульсирующего включения и выключения энергии.
  

Как работают регуляторы

Частотные преобразователи особенно востребованы в работе нагруженных механизмов, где они обеспечивают плавное изменение скорости вращения якоря. Чем медленнее происходит разгон, например, конвейерной ленты, тем меньше нагрузка на ее механизм.

Устройство управляется при помощи блока на микроконтроллере, в оснащение входит несколько степеней защиты по основным параметрам (по напряжению, силе тока, нагрузке).

Регулятор оборотов асинхронного двигателя сглаживает разгон и торможение. Его основной принцип функционирования связан с необходимостью поддерживать первоначально заданную частоту оборотов вала (отсюда второе название: частотный регулятор).

Регулировка позволяет оборудованию работать без потери мощности, сохраняя частоту оборотов двигателя. Также с помощью регулятора поддерживается оптимальная работа вентиляции (охлаждения) движка.

Регуляторы: преимущества использования

Регулировка оборотов асинхронного двигателя выгодна по следующим причинам:

• Возможность плавного пуска. Она избавляет от негативных последствий для электродвигателя. Отпадает необходимость в электронных устройствах «со стороны», частотный преобразователь способен гибко менять настройки. 
  
• Экономия ресурсов. Результатом регулировки становится экономия электричества; в отдельных случаях она достигает 20-30%. Максимальная скорость вращения требуется далеко не всегда; иногда ее можно снижать безболезненно для результата. 
  
• Защитная функция. Частотный преобразователь способен контролировать дополнительные параметры (давление или температуру). Если в резервуаре, который наполняется электронасосом, поставить датчик давления, движок будет отключаться в нужный момент, и дополнительный контроль со стороны человека не потребуется.
  

• Уменьшение затрат на ТО. Регулировка скорости вращения асинхронного двигателя снижает риск поломок любого свойства, и техническое обслуживание вы будете проводить реже.
  

Методы регулировки разными устройствами

Обычно реализуются способы, изменяющие электрические характеристики: напряжения питания или изменение частоты питающего напряжения. Схемы, используемые в преобразователях, встречаются в самых разных бытовых приборах.

Их можно встретить в электронике (блок питания ноутбука или компьютера), ИБП, в стабилизаторах напряжения. Без них трудно обойтись, например, в сварочных аппаратах. Возможны следующие способы регулирования:

• Напряжением. Применяется калибровка так называемого скольжения двигателя (разница скоростей магнитных полей якоря и статора). Минус способа – выделяется много энергии, из-за чего греются обмотки движка; к тому же возможна лишь регулировка снижением напряжения. Подходит для устройств небольшой мощности.
  

• Автотрансформаторное регулирование. Используется автотрансформатор – трансформатор с одной обмоткой. Плюс способа: возможность ступенчатой регулировки, система хорошо «держит» перегрузки. Минусы: солидный вес и габариты трансформатора; к тому же регулировка напряжением имеет свои ограничения. 
  
• Контроль оборотов электродвигателя тиристорами. Тиристорный регулятор отличается компактными размерами и небольшим весом. Недостатком считается появление побочных эффектов: резкие звуки, рывки двигателя. 
  
• Транзисторный регулятор. Электронная схема включает транзисторы; с их помощью меняется напряжение на нагрузке. Достоинства устройства заключаются в небольших габаритах, бюджетности, отсутствии гула на низких оборотах. Минус: ограничение расстояния между устройством и движком.
  

Кроме этих приборов существуют устройства, использующие частотное регулирование; на рынке предлагаются преобразователи для одно- и трехфазных электродвигателей. Домашние умельцы собирают самодельные регуляторы, позволяющие менять напряжение питания, а, значит, и частоту вращения вала. Схемы девайсов достаточно разнообразны; для улучшения характеристик в них часто включают микроконтроллерное управление.

О самодельном регуляторе оборотов в следующем видео:

Коротко о главном

Для контроля и регулировки оборотов электродвигателя используются устройства, позволяющие настраивать частоту вращения и другие параметры. Вы можете приобрести готовый девайс или собрать его самостоятельно. В любом случае необходимо обращать внимание на рабочее напряжение, мощность и частоту движка.