что эты такое, как работает, как устроен

В последние годы появляется много новых технологий. Одно из последних веяний – инверторный двигатель, который стали ставить в крупной бытовой технике. Обещают при этом достаточно, но всё ли правда. 

Содержание статьи

• 1 Что такое инверторный двигатель
• 2 Основные моменты работы преобразователя
• 3 Особенности применения
  • 3.1 В кондиционерах
  • 3.2 В стиральных машинах
  • 3.3 Холодильники и морозильные камеры с инверторными компрессорами
• 4 Недостатки инверторных моторов

Что такое инверторный двигатель

Значительная часть техники имеет в своём составе электродвигатели и очень желательно чтобы двигатели имели разную скорость вращения. Этим они обеспечивают разные режимы работы и чем больше различных скоростей, тем лучше. Вообще, скорость двигателя изменять можно двумя способами – изменяя частоту или напряжение. Ранее, до появления инверторных двигателей, её меняли при помощи реостата, то есть изменяли напряжение. Пределы изменений были небольшие и плавной регулировки почти не получалось. Плавно регулировать скорость позволяли только коллекторные двигатели. Но они на больших оборотах имеют малый момент, что ограничивает их применение. К тому же имеют коллектор, так что не слишком долговечны и надёжны.

Основное отличие – возможность регулировать скорость в больших пределах

Пару десятилетий тому назад, с развитием полупроводниковых приборов, активно стали применять частотные преобразователи. Эти устройства позволяют изменять частоту и напряжение в широких пределах, это от 1 Гц до 500 Гц. То есть, инверторный двигатель получает питание не напрямую от сети, а со встроенного в него преобразователя. В зависимости от текущего режима работы он формирует напряжение требуемой частоты и/или уровня. То есть, инверторный двигатель — это, как минимум, два устройства в одном корпусе: частотный преобразователь и сам двигатель.

Инверторными могут быть два типа двигателей: асинхронные и коллекторные постоянного тока. Использование этой технологии позволяет получить широкий диапазон скоростей и возможность точного поддержания скорости. Также, инверторный блок может повышать/понижать напряжение, что позволяет получить требуемый крутящий момент. Всё это, безусловно, в определённых пределах, но общие характеристики инверторных электродвигателей становятся значительно лучше. Правда и цена на них тоже значительно выше, как и сложность управления.

Основные моменты работы преобразователя

Инверторный преобразователь меняет напряжение в несколько этапов:

• Выпрямляет сетевое напряжение, получая постоянное (обычно стоит диодный полумост или мост).
• Из постоянного напряжения формирует двухполюсные импульсы (положительные и отрицательные). Это блок называют инвертором, что и дало название самому принципу, блоку и мотору со встроенным преобразованием.

Вот на этом этапе и формируется требуемая частота и напряжение питания, которое затем и подаётся на двигатель. У некоторых инверторов есть ещё одна ступень преобразования, на которой ступенчатые импульсы превращаются в синусоиду. Так как форма напряжения на работу мотора влияния почти не оказывает, этот блок в инверторных двигателях отсутствует.

Блок схема частотного преобразователя и способ его подключения к двигателю

В «умной» технике, работой которой управляет микропроцессор, он задает параметры напряжения, регулируя скорость вращения в зависимости от программы или от состояния техники. Сам принцип работы двигателя от наличия инвертора не зависит, но этот дополнительный блок дает возможность управлять работой электромотора в широких пределах.

Особенности применения

Частотный преобразователь включают, в основном, с асинхронными двигателями. Они недороги, надёжны, экономичны. Модели с короткозамкнутым ротором бесколлекторные, что делает их ещё более привлекательными. Имеют асинхронные двигатели два недостатка, которые как раз, инвертором и устраняются. Первый существенный недостаток – высокий пусковой ток. Он может быть в 3-7 раз больше номинального. Кроме того, резкий старт с подачей питания 220/380 В ведёт к перегрузке, а значит и к быстрому износу мотора. Установив частотный преобразователь, при пуске переводим переключатель на минимум и постепенно доводим обороты до нужного значения. Пусковой ток при этом минимальный, а разгон плавный. Ни пусковые токи, ни перегрузки не страшны.

Платой за точное регулирование скорости является более сложное управление

Второй отрицательный момент – регулировать скорость вращения ротора в асинхронных двигателях получается слабо, но это без инвертора. Инверторный асинхронный двигатель позволяет изменять скорость от десятков оборотов в минуту, до тысяч. И всё это плавно, без перегрузок.

Но инверторный двигатель значительно дороже «обычного» с точно такими же характеристиками. Дело в дополнительном оборудовании, причём совсем недешёвом, но использование этой технологии имеет свои плюсы.

В кондиционерах

Как работает обычный кондиционер? Компрессор в нём то включается, то выключается. Температура стала на градус выше заданной, компрессор включился, работает пока она не станет на один градус ниже заданного предела. Включается снова, когда температура снова окажется ниже предела. И каждое включение/включение – это стартовый ток, перегрузки.

Как работает кондиционер с инверторным мотором и обычным

Если в кондиционере стоит инверторный преобразователь, он просто задаёт скорость работы компрессора так, чтобы температура сохранялась. Это снижает расход электричества (нет пусковых многократно возросших токов), оборудование работает в щадящем режиме без перегрузок, что продлевает срок эксплуатации.

В стиральных машинах

Используют инверторные моторы и в стиральных машинах. В стиральных машинах «обычного» класса ставят коллекторные электродвигатели. Они могут разгоняться до высоких скоростей (до 10000 об/ми), имеют хороший крутящий момент на больших скоростях. Их минус – повышенный уровень шумов, так как, кроме ремённой передачи шумят еще и сами щётки. Как их не притирай, коллекторный узел всё равно шумит. И чем больше скорость вращения, тем выше уровень шумов. И он имеет высокую тональность, так что с ним достаточно сложно мириться.

Инверторный двигатель имеет небольшой размер и солидную мощность, но так ли важно это в корпусной технике

Последние годы появились стиральные машины с очень низким уровнем шума. В них установлены асинхронные двигатели с инверторным блоком. Раньше асинхронники не использовались, так как максимально могут развивать скорость до 3000 оборотов, что для нормального отжима недостаточно. Этот недостаток удалось обойти используя инвертор на входе. Он позволяет увеличить скорость электродвигателя до солидных величин. В двигателях нового поколения используется особый ротор – цельнолитой, это позволило уменьшить размеры двигателя. А так как в этих моторах нет коллектора и щёток, то и шумят они при работе совсем незначительно. Частотная регуляция скорости вращения позволяет точно контролировать число оборотов.

Если вы готовы платить за тихую работу — пожалуйста

Холодильники и морозильные камеры с инверторными компрессорами

В холодильниках используется такой же способ поддержания температуры, как и в кондиционерах. В камере холодильника расположен термодатчик, который через контакты включает и выключает компрессор. Точность поддержания температуры зависит от типа термодатчика, но обычно составляет несколько градусов, от трех до пяти. При такой работе приличествуют все «прелести»: многократные пусковые токи при включении, скачки напряжения сети, спровоцированные включением/выключением компрессора, шум.

В холодильниках и морозилках применение инверторных двигателей оправдано

Холодильник с инверторным двигателем работает тише, так как нет резкого пуска. Компрессор начинает работать с малых оборотов и постепенно выходит на нормальную скорость. Частота его работы зависит от температуры в камерах, но двигатель останавливается очень редко. Он, то работает на минимальных оборотах и тогда его почти неслышно даже вблизи, то чуть добавляет скорости, и его можно услышать. Этот режим работы более благоприятен для двигателя, он работает без пусковых перегрузок. И как ни странно, потребляют такие моторы меньше электроэнергии, снова-таки за счёт отсутствия пусковых токов. Ведь «обычный» компрессор включается каждые пять-десять минут. Превышение нормативного расхода – 4-8 раз. Вот за счёт этого и достигается экономия. Так что инверторный электродвигатель в холодильнике тоже оправдан, ну и плюсом, идет более тихая работа.

Недостатки инверторных моторов

Основной недостаток инверторных двигателей – их цена. Да, но она оправдана, так как в движке имеются, по сути два устройства, частотный преобразователь (который сам стоит немало) и двигатель. Но технология эта несёт определенные выгоды: снижение расхода электроэнергии за счёт минимизации пусковых токов, более широкий диапазон регулировок скорости, увеличение срока эксплуатации (за счёт отсутствия пусковых перегрузок). Это всё понятно, но есть и минусы и ограничения, о которых не так часто говорят.

Инверторная технология хороша для стабилизации напряжения, попутно она ещё решает другие задачи

• Не все моторы нормально реагируют на работу с низкими оборотами. Если такой режим будет длительным, лучше искать специальные модели под низкие обороты.
• Каждый двигатель имеет максимальную скорость, которую лучше не превышать. Она указана на шильдике двигателя и выше скорость лучше не задавать.
• На максимальных оборотах обычно падает крутящий момент. То есть, с повышением оборотов надо снижать нагрузку.
• При выходе из строя инверторного двигателя ремонт обойдётся дороже, даже если «полетела» часть, с инвертором никак не связанная. Для определения неисправности необходим более квалифицированный специалист (должен же он решить, что инвертор в порядке), а стоимость услуг его выше.

Как видим, инверторный двигатель неидеальное решение, но довольно неплохое. Основной плюс – широкий диапазон регулирования скорости двигателя, точное поддержание этой скорости. Для асинхронных двигателей применение инверторной технологии означает ещё и минимизация пусковых токов и перегрузок. В общем, инверторный двигатель хорош там, где двигатели часто включаются/отключаются. Это холодильники, кондиционеры, станки, транспортёры и другое оборудование, которое ранее работало на асинхронных двигателях.

Не во всей технике установка инвертора необходима

Ещё инверторные двигатели (или частотные преобразователи к обычному двигателю) стоит применять там, где от производительности/скорости зависит эффективность работы. Например, подающие насосы, которые должны поддерживать определённое давление в сети и должны реагировать/плавно изменять скорость. Ещё инверторный двигатель может быть важен в подъёмной технике. Как пример, для откатных или подъёмных ворот. Возможность изменять скорость и развивать хорошее усилие на малых оборотах важно.

Инверторный двигатель стиральной машины: лучшие инверторные стиральные машины, плюсы и минусы

Не секрет, что некоторые «инновационные» технологии на деле оказываются происками маркетологов — никаких реальных инноваций они не несут. Что же с инверторными стиральными машинами? Здесь есть, о чем поговорить. Так что расскажем о принципе работы такой техники и посоветуем несколько оптимальных моделей 2020 года для дома.

Инверторный мотор в стиральной машине: что это?

Главное отличие такого мотора от обычного — в принципе работы. По сути это тот же электрический двигатель, но управление им происходит через инвертор, частотный преобразователь. В инверторных моторах нет угольных щеток, за счет этого они работают тише и могут обеспечивать более высокие обороты (до 2000 об/мин). 

Кроме того, такая техника более экономична, то есть тратит меньше энергии и воды. Как правило, за счет стабильности оборотов и хорошего баланса они в меньшей степени подвержены прыжками и биениям, которые тоже доставляют массу неудобств. 

Надежны ли инверторные двигатели?

Нет щеток — значит, не надо их менять. А еще, как правило, в таких моделях используется прямой привод, и приводного ремня тоже нет. Чем проще конструкция — тем она надежнее. Соответственно, инверторные моторы служат дольше, чем обычные (хотя и стоят дороже) — обычно по 10-15 лет без ремонта. Но учтите: если ремонт все-таки потребуется, он тоже обойдется дороже. 

Стоит ли тогда покупать инверторную стиральную машину? Вопрос остается открытым. По сути это новый виток в развитии стиралок и, если вы привыкли быть на острие прогресса, покупка будет вполне оправданной. Но списывать со счетов обычные машины тоже рано: их проще починить и «реанимировать» для дальнейшей службы. Так что инверторный двигатель стиральной машины имеет как плюсы и минусы, как любой другой. 

В плане выбора модели с инвертором ничем не отличаются от обычных. Алгоритм довольно прост. 

С вертикальной или фронтальной загрузкой

Это один из главных вопросов, встающих перед покупателем. Чем они отличаются? У каждого типа загрузки есть свои плюсы и минусы. Стиральные машины с вертикальным типом загрузки более компактные по габаритам, поэтому их можно поставить в ванной или на кухне, где относительно немного места.

Также некоторым хозяйкам проще в них загружать белье, так как не нужно сильно нагибаться. Помимо прочего при открытии, крышка не занимает полезное пространство, так как открывается вверх. У вертикальных моделей привод оснащен дополнительными противовесами, поэтому уровень вибрации у них меньше, чем у фронталок (если сравнивать в пределах одного бренда).

Однако по объему загружаемого белья вертикальные проигрывают фронтальным – редко можно встретить модель объемом больше 7 кг. Также перед покупкой стоит уточнить, есть ли система парковки барабана, то есть возможность остановки после работы крышкой вверх. Например, у старых вертикальных машинок барабан мог останавливаться как придется, после чего его приходилось прокручивать руками. В современных машинках обычно есть парковка барабана. Из вертикальных с инверторным двигателем хотим посоветовать Gorenje WT 6213 на 6 кг загрузки.

Модели с фронтальной загрузкой позволяют вместить гораздо больше белья, что будет несомненным плюсом для большой семьи. Так фронтальные машинки могут вмещать от 4 до 15 кг белья (дальше идут уже промышленные модели).

Лучшие инверторные стиральные машины с фронтальной загрузкой имеют обороты отжима 1400 — 1600 об/мин. При такой скорости белье получается практически сухим. А огромное количество программ позволит подобрать подходящую для определенного типа белья.

Однако плюсы фронтальных машин сказались на их габаритах. Для них нужно гораздо больше места (хотя есть и компактные модели). Для открывания крышки также потребуется дополнительное место. При равной загрузке и в пределах одного бренда фронтальные машинки стоят несколько дороже вертикальных. Одной из популярных фронтальных моделей с инверторным двигателем можно назвать LG F-1096TD3. Она удовлетворит потребности большой семьи, так как ее вместимость составляет 8 кг. При этом у нее небольшое энергопотребление — 0,17 кВт*ч/кг. 

Какая должна быть вместимость у стиральной машинки?

Этот параметр во многом зависит от размера семьи: чем она больше, тем больший объем белья необходимо стирать. Также объем загрузки влияет на размеры машинки. Если в ванной относительно мало места, модель с большим объемом загрузки просто не поставить. Обратите внимание, что параметр загрузки характеризует, какой вес сухого белья можно загрузить за один раз. При этом стоит помнить, что некоторые режимы (например, быстрая стирка) подразумевают неполное заполнение барабана.

Мы выделили среднее соотношение веса загрузки к количеству человек в семье:

• 1 — 2 человека: 3 — 5 кг.
• 2 — 3 человека: 4 — 6 кг.
• 4 — 6 человек: 7 — 8 кг.

Впрочем, это не значит, что семье из 4 человек не подойдет машинка на 5 кг. Все равно цветное и белое белье обычно стирают отдельно, то есть можно запустить просто несколько циклов. Для больших объемов или объемных вещей типа толстых одеял часто берут модель Samsung WW80R42LHES с вместимостью белья до 8 кг.

Нужны ли вам высокие обороты?

Мы уже отмечали, что инверторные стиральные машины могут работать на высоких оборотах для отжима. Как правило, они регулируются программно или вручную. Это необходимо потому, что некоторым вещам высокие обороты противопоказаны. Например, в программе «Шерсть» обычно они не превышают 800 об/мин.

При выборе стиралки применительно к оборотам можно исходить из принципа «больше — не меньше». Хлопчатобумажные вещи вы сможете отжимать на максимуме, вынимая их почти сухими, а для более нежных вещей — снижать обороты до рекомендованного значения. 

Типичный максимум для современных стиральных машин -1400 об/мин. Например, у вот этой Bosch WAT286h3OE. 

Какое управление лучше?

Существует три типа управления стиральных машин:

• механическое,
• электронное.
• сенсорное.

С механическим все понятно — это самый простой вариант с физическими ручками и кнопками. Если говорить о современных инверторных машинах, вы в них такого не встретите.

Электронное управление подразумевает наличие дисплея и меню. Здесь тоже есть кнопки, но их меньше, и служат они, в основном, для навигации по меню. 

Сенсорное управление ничем не отличается от электронного, кроме типа кнопок. Здесь они (никогда не догадаетесь) сенсорные, поэтому панель управления проще содержать в чистоте. 

Лучшие инверторные стиральные машины 2020

LG F-2H5HS6W

Компания LG первой стала применять инверторный двигатель в стиральных машинах, так что ее можно считать «родоначальником» новой технологии. Эта модель рассчитана на общую загрузку белья в 7 кг. Максимальные обороты отжима — 1200 об/мин. Здесь есть система защиты от детей, то есть панель управления можно заблокировать. 

Эта стиральная машина оснащена не только инверторным двигателем, но и фирменной технологией диагностики Smart Diagnosis. Подключившись к стиралке через смартфон, можно корректировать режимы стирки, а также считывать ошибки работы системы. Правда, для подключения потребуется модуль NFC в смартфоне. Помимо прочего, машинка оснащена функцией контроля образования пены, за счет чего улучшается качество стирки.

Weissgauff WM 5649

Это одна из самых экономичных в плане энергопотребления стиральных машин с таким объемом загрузки. Класс энергопотребления у нее А+++, что соответствует приблизительно 0,14 кВт*ч/кг. За один раз стиралка может «взять» до 9 кг белья, что делает ее востребованной для семьи из 5 — 6 человек. Также в ней можно стирать большие толстые одеяла. Отметим также, что максимальные обороты в режиме отжима достигают 1400 об/мин, так что вещи будут лишь слегка влажными.

Стиральная машина позволяет не только использовать фиксированные режимы стирки, но и настроить свой. То есть вы можете выбрать из списка (16 шт) одну из программ и дополнительно откорретикровать ее (например, добавить полоскание или уменьшить обороты отжима). Эти настройки сохраняются в памяти устройства, их можно запустить одним нажатием при каждой новой стирке. За один цикл устройство расходует 56 л воды. При 9 кг белья это небольшой расход. ТЭН изготовлен из нержавеющей стали.

Samsung WW80R52LCFS

Инверторная стиралка от Samsung позволяет одновременно стирать до 8 кг белья. Производитель оснастил устройство функцией пузырьковой стирки Eco Bubble. Благодаря ей пузырьки воздуха проходят сквозь ткань, что позволяет лучше бороться с загрязнениями. Однако для работы этой функции желательна мягкая вода, так как в жесткой пузырьки не будут образовываться.

Помимо прочего, есть функция стирки паром (есть далеко не во всех моделях). Вещи обдаются паром, температура которого выше 100 °С, благодаря чему отстирываются даже самые старые загрязнения. Из опыта скажем, что стирать паром хорошо в том числе спецодежду. За один цикл стиральная машинка расходует 48 л воды. Отметим, что здесь установлен керамический ТЭН.

Haier HW70-BP1439G

Как и стиральная машина Weissgauff, эта имеет класс энергопотребления А+++, поэтому экономно расходует электроэнергию. Благодаря инверторному двигателю она очень тихая, и при стирке издает шум примерно в 54 дБ. При 7 кг загрузки устройство расходует всего 37 л воды. Максимальный отжим достигает 1400 об/мин — если вам хочется доставать вещи из бака практически сухими, эта машинка то, что нужно.

Производитель оснастил устройство функцией стирки паром, которая удобна для очистки вещей с застарелыми пятнами и детского белья. В некоторых магазинах в данный момент на нее действует скидка, поэтому можно купить дешевле обычного.

Bosch WAT 28541

Очень экономная немецкая стиральная машина расходует всего 0,13 кВт*ч/кг (класс энергопотребления А+++). При загрузке в 9 кг ее среднегодовое потребление воды составляет 12 400 л. Оснащена функцией ActiveWater, которая, по заявлению производителя, экономит  ресурсы (воду и электроэнергию) в зависимости от загрузки. Если во время работы нарушится целостность сливного или заливного патрубков, то сработает система защиты от протечек Aquastop.

Как и у большинства машин, в данной модели есть функция отложенного старта, которая позволяет запустить стиралку в работу без участия человека. Это удобно, если нужно стирать ночью, когда тарифы на электроэнергию самые выгодные. Шумность устройства в режиме стирки составляет всего 48 дБ, при отжиме — 73 дБ. Единственным недостатком машинки является ее не самая демократичная цена.

Что еще купить в дом:

• Лучшие индукционные варочные панели 2020 года
• Хлебопечки: рейтинг лучших моделей с замесом в 2020 году

Теги

стиральные машины

Автор

Алексей Иванов

Методы управления скоростью различных типов двигателей с регулированием скорости

Скачать PDF

Kazuya SHIRAHATA

Компания Oriental Motor Co., Ltd. предлагает широкий выбор двигателей с регулированием скорости. Наши блоки управления скоростью включают в себя двигатель, привод (контроллер) и потенциометр, который позволяет легко регулировать скорость. Существует три группы двигателей с регулированием скорости. «Моторный блок управления скоростью переменного тока», в котором используется самый популярный однофазный асинхронный двигатель с конденсатором, небольшой и высокоэффективный «Бесщеточный двигатель постоянного тока» и «Инверторный блок», который сочетает в себе трехфазный асинхронный двигатель с маленький инвертор. В этой статье объясняется структура, принцип управления скоростью и особенности каждой группы продуктов, а также представлены наши стандартные продукты.

1. Введение

Большое количество двигателей используется для общих целей в нашем окружении от бытовой техники до станков на промышленных предприятиях. Электродвигатель в настоящее время является необходимым и незаменимым источником энергии во многих отраслях промышленности. Функции и характеристики, необходимые для этих двигателей, очень разнообразны. Если сосредоточить внимание на сегменте управления скоростью на рынке двигателей, серводвигатели и шаговые двигатели регулируют свою скорость с помощью последовательности импульсов, в то время как асинхронный двигатель и бесщеточный двигатель постоянного тока регулируют скорость с помощью внешнего резистора и/или напряжения постоянного тока.
В этой статье объясняется структура, принцип управления скоростью и характеристики следующих трех групп продуктов, которые могут относительно легко управлять скоростью с помощью аналогового входа.

• Двигатель переменного тока и мотор-редуктор
• Бесщеточный двигатель постоянного тока и мотор-редукторы
• Инверторный блок

2. Методы управления скоростью различных двигателей с регулированием скорости

Способ управления выходом схемы управления скоростью можно условно разделить на две группы: фазовое управление и управление инвертором, которые составляют группы продуктов, показанные на рис. 1.

Рис. 1 Классификация двигателей с регулируемой скоростью

2.1. Двигатели переменного тока с регулируемой скоростью

2.1.1. Конструкция двигателя

Как показано на рис. 2, конструкция однофазных и трехфазных асинхронных двигателей включает в себя статор, на который намотана первичная обмотка, и литой из цельного алюминия ротор в форме корзины. Ротор недорогой, потому что конструкция проста и не использует магнит.

Рис. 2 Конструкция асинхронного двигателя

Когда скорость этого двигателя должна регулироваться, для определения скорости используется тахогенератор, который крепится к двигателю, как показано на рис. 3. Тахогенератор состоит из магнита, подключенного непосредственно к вал двигателя и катушка статора, которая обнаруживает магнитные полюса и генерирует переменное напряжение с частотой 12 циклов на оборот. Поскольку это напряжение и частота увеличиваются с увеличением скорости вращения, скорость вращения двигателя регулируется на основе этого сигнала.

Рис. 3 Система управления двигателем переменного тока

 

2.1.2. Принцип управления скоростью
Скорость вращения N асинхронного двигателя можно выразить выражением (1). Когда напряжение, подаваемое на двигатель, увеличивается и уменьшается, скольжение с изменяется, а затем изменяется скорость вращения N.
N = 120· f  ·(1- s )/ P  · · · · · · · · · · (1)

N : Скорость вращения [об/мин]
F : Частота 〔Hz〕 
P : Число полюсов двигателя
S : Скольжение

В случае асинхронного двигателя, как показано на рис. 4, существует стабильный и нестабильный диапазоны на кривой Скорость вращения — Крутящий момент. Поскольку невозможно надежно работать в нестабильном диапазоне, простое управление напряжением (управление без обратной связи) ограничивается управлением скоростью в узком диапазоне, подобном N1~N3 на рис. 5. Чтобы обеспечить надежную работу даже в В вышеупомянутом нестабильном диапазоне необходимо определить скорость вращения двигателя и использовать механизм управления напряжением (управление с обратной связью), который уменьшает ошибку скорости по сравнению с заданным значением.

Рис. 4 Скорость вращения – характеристики крутящего момента асинхронных двигателей

Рис. 5 Простое управление напряжением

Доступные методы управления напряжением включают управление с помощью трансформатора или фазового управления. На рис. 6 показано, когда напряжение регулируется с помощью трансформатора. Этот метод не так просто реализовать с двигателем переменного тока с регулируемой скоростью. В качестве альтернативы, напряжение переменного тока можно регулировать, устанавливая время включения/выключения каждого полупериода напряжения переменного тока (50 или 60 Гц), подаваемого на двигатель, с помощью переключающего элемента (тиристора или симистора), который может напрямую включать и выключать переменный ток. напряжения, как показано на рис. 7 и рис. 8. Управление скоростью достигается методом фазового управления путем управления среднеквадратичным значением. значение переменного напряжения.

Рис. 6 Изменение напряжения с помощью трансформатора

Рис. 7 Изменение напряжения с помощью фазы управления

Рис. управление фазой с обратной связью даже в нестабильном диапазоне.
На рис. 9 в виде блок-схемы показана конфигурация системы управления скоростью для двигателя переменного тока с регулированием скорости.

Рис. 9 Блок-схема системы управления двигателем переменного тока

Рис. 10 Форма волны для каждого блока

На рис. 10 показаны формы волны для каждого блока. Заданное значение скорости d и обнаруженное напряжение e скорости, генерируемой тахогенератором, сравниваются в блоке усилителя сравнения. Затем определяется уровень сигнала напряжения a .
Сигнал напряжения a низкий, когда обнаруженное значение скорости достигает заданного значения скорости, и выше, когда заданное значение скорости снижается. Поскольку триггерный сигнал выводится в точке, где треугольная волна b  пересекается с сигналом напряжения a , определяется время (фазовый угол) включения симистора с уровнем сигнала напряжения a  . Когда это время медленное, напряжение, подаваемое на двигатель, становится низким, и скорость вращения двигателя уменьшается. Пониженная скорость вращения снова возвращается, и управление повторяется, так что разница между обнаруженным значением скорости и заданным значением скорости всегда может быть постоянной.
На рис. 11 показан внешний вид вышеупомянутого регулятора скорости. На рис. 11 рабочая точка двигателя рисует петлю Q-R-S-T-Q с центром в точке O, а скорость вращения поддерживается между N1 и N2. Эта петля максимально уменьшена за счет повышения точности определения скорости.

Рис. 11 Работа регулятора скорости

Электродвигатель регулятора скорости переменного тока имеет следующие особенности при использовании фазового регулирования с обратной связью.
1) Поскольку напряжение переменного тока регулируется напрямую, схема управления скоростью может быть сконфигурирована просто потому, что сглаживающая схема не нужна, что позволяет получить компактную конструкцию по низкой цене.
2) Точно так же возможна конструкция с длительным сроком службы, поскольку не нужен большой алюминиевый электролитический конденсатор.
3) Переключение выполняется только один раз в каждом полупериоде стандартного источника питания переменного тока, что снижает уровень создаваемого шума.

2.1.3. Характеристики
Двигатели переменного тока с регулированием скорости обычно имеют характеристики скорости вращения и крутящего момента, показанные на рис. 12.

Рис. 12. «Линия безопасной эксплуатации» представляет собой ограничение, при котором двигатель может работать в непрерывном режиме без превышения максимально допустимой температуры.

2.2. Бесщеточный блок управления скоростью постоянного тока
2.2.1. Конструкция двигателя
Что касается конструкции бесщеточного двигателя, то катушка соединена звездой (звездой) с тремя фазами: U, V и W и расположена в статоре, а ротор состоит из магнитов. намагничены в многополюсной конфигурации, как показано на рис. 14.
Внутри статора три ИС Холла расположены как магнитные элементы, так что разность фаз выходного сигнала от каждой ИС Холла будет составлять 120 градусов на каждый оборот ротор.

Рис. 14 Конструкция бесщеточного двигателя постоянного тока

2.2.2. Принцип управления скоростью
Как показано на рис. 15, характеристики скорости вращения бесщеточного двигателя постоянного тока имеют отрицательный наклон, когда его скорость не регулируется, что аналогично характеристике коллекторного двигателя постоянного тока.

Рис. 15 Характеристики вращательного момента бесщеточного двигателя постоянного тока скорость N1. Когда приложен момент нагрузки T1, рабочая точка смещается к Q, а скорость вращения уменьшается до N2, однако скорость вращения возвращается к N1, если напряжение повышается до V3. Следовательно, поскольку скорость вращения изменяется всякий раз, когда изменяется крутящий момент нагрузки, механизм управления скоростью должен будет изменять входное напряжение только всякий раз, когда наблюдается изменение скорости, чтобы поддерживать постоянную скорость на линии PR.
Это управление напряжением осуществляется инвертором в выходной части схемы управления (драйвер). Этот инвертор генерирует трехфазное переменное напряжение из постоянного тока путем включения и выключения, как показано на рис. 16 (b), с помощью шести переключающих элементов (FET или IGBT), показанных на рис. 16 (a).

Рис. 16 (a) Выходная часть цепи управления (драйвер)

Рис. 16 (b) Последовательность переключения

Переключающие элементы подключены к обмотке двигателя, как показано на рис. 16 (а), а состояние ВКЛ/ВЫКЛ переключающего элемента определяет, какая катушка статора находится под напряжением и в каком направлении будет течь ток, то есть какая катушка становится полюсом N или полюсом S.
Фактически, положение магнитного полюса ротора определяется интегральной микросхемой Холла, и соответствующий переключающий элемент включается или выключается, как показано на рис. 16 (b). Например, в случае шага 1 транзисторы Tr1 и Tr6 включены, и ток течет из фазы U в фазу W. В это время U-фаза возбуждается как полюс N, а W-фаза становится полюсом S, и ротор поворачивается на 30 градусов, переходя к шагу 2. Один оборот ротора выполняется путем повторения этой операции 12 раз (шаг 1). ~ 12).
На рис. 17 показана конфигурация для управления скоростью бесщеточного двигателя постоянного тока в виде блок-схемы.

Рис. 17 Блок-схема системы бесщеточного двигателя постоянного тока

Последовательность переключения инвертора определяется сигналом от микросхемы Холла в части определения положения блок-схемы, и двигатель вращается.
Затем сигнал от IC Холла отправляется на детектор скорости, чтобы стать сигналом скорости, и он сравнивается с сигналом задания скорости в блоке усилителя сравнения, который затем генерирует сигнал отклонения. Значение входного тока двигателя определяется блоком настройки ШИМ на основе сигнала отклонения.
Бесщеточные двигатели постоянного тока имеют следующие особенности.
1) Он имеет высокий КПД, поскольку используется ротор с постоянными магнитами, а вторичные потери малы.
2) Инерция ротора может быть уменьшена, и достигается высокая скорость отклика.
3) Двигатель можно уменьшить, поскольку он очень эффективен.
4) Небольшие колебания скорости при изменении нагрузки.

На рис. 16 показана типичная последовательность переключения (метод подачи напряжения на 120 градусов). Еще более эффективная система бесщеточного двигателя постоянного тока использует метод синусоидального привода, получая информацию о положении ротора с высоким разрешением от программного обеспечения из сигнала Холла IC. Этот метод приводит к малошумному приводу, поскольку ток, который течет к двигателю, не изменяется быстро. (2)

Рис. 18 Сравнение напряжений, прикладываемых методом синусоидального привода и методом 120-градусного привода

2.2.3. Характеристики
Характеристики скорости вращения бесщеточного двигателя постоянного тока имеют ограниченный рабочий диапазон в дополнение к непрерывному рабочему диапазону.
Зона ограниченного режима работы очень эффективна при запуске инерционной нагрузки. Однако, когда работа в ограниченном режиме продолжается в течение пяти секунд или более, активируется функция защиты привода от перегрузки, и двигатель замедляется до полной остановки.

2.3. Блок управления скоростью инвертора

2.3.1. Принцип управления скоростью

Инверторный блок регулирует скорость трехфазного асинхронного двигателя путем изменения частоты f напряжения, подаваемого на двигатель. Инверторный блок изменяет частоту f путем изменения цикла ВКЛ/ВЫКЛ шести переключающих элементов, а скорость вращения (N) двигателя изменяется пропорционально выражению в формуле (1).

N = 120· f  ·(1- s )/ P ·· · · · · · · · · (1)

N : Скорость вращения [об/мин]
F : Частота 〔Гц〕 
P : Число полюсов двигателя
S : Скольжение

Кроме того, чтобы напряжение, подаваемое на обмотку, имело синусоидальную форму, инвертор регулирует рабочий цикл ВКЛ/ВЫКЛ, как показано на рис. 21. Время ВКЛ/ВЫКЛ регулируется таким образом, чтобы среднее напряжение, двигатель приобретает синусоидальную форму путем сравнения треугольной волны, называемой несущей, с синусоидальной формой сигнала. Этот метод называется ШИМ-управлением.

Рис. 19 Управление работой ВКЛ/ВЫКЛ

Метод управления скоростью наших инверторных блоков делится на два типа: управление без обратной связи, которое просто изменяет скорость, и управление с обратной связью, которое снижает скорость изменение при изменении нагрузки двигателя.
1) Управление без обратной связи
На рис. 22 показана конфигурация системы управления в виде блок-схемы.

Рис. 20 Блок-схема управления без обратной связи

Этот метод используется для изменения входного напряжения и частоты двигателя в соответствии с заданной частотой. Этот метод подходит для изменения скорости и может достигать высоких скоростей (частота может быть установлена ​​до 80 Гц) просто тогда, когда регулирование скорости при различных нагрузках не так важно.
Создаваемый крутящий момент T двигателя отображается по формуле (2). Из этого соотношения можно сказать, что крутящий момент также будет постоянным, если V/f, отношение напряжения V к частоте f, будет постоянным.

　　 Ｔ ＝ Ｋ ・ Ｉ・Ｖ ／ ｆ 　　・・・1 （9２00）

ｔ : крутящий момент [N · M]
ｖ ： напряжение питания [V]
ｉ ： Моторный ток [A]
ｆ ： Частота [Гц]
： 0004

Однако, чем ниже скорость, тем труднее поддерживать постоянным входное сопротивление асинхронного двигателя при изменении f. Следовательно, чтобы получить постоянный крутящий момент от низкой скорости до высокой, необходимо отрегулировать отношение V/f на низкой скорости в соответствии с характеристиками двигателя, как показано сплошной линией на рис. 23.

Рис. 21 Управление V/f

2) Управление с обратной связью
На рис. 24 показана конфигурация блок-схемы системы управления с обратной связью, используемой в нашей серии BHF.

Рис. 22 Блок-схема управления с обратной связью

Этот метод определяет разность фаз между напряжением выходного блока инвертора и первичным током, который вычисляет частоту возбуждения, соответствующую нагрузке, используя данные характеристик. таблице (рис. 25), подготовленной заранее, и регулирует частоту преобразователя без необходимости использования датчика скорости на двигателе.

Рис. 23 Характеристики Таблица

С помощью этой таблицы характеристик и обнаруженного времени разности фаз t инвертор вычисляет выходную частоту инвертора, которая соответствует команде скорости вращения Nset, установленной потенциометром скорости, и выводит ее как выходную частоту инвертора. После получения выходной частоты блок управления V/f вычисляет напряжение, подаваемое на двигатель, соответствующее выходной частоте f, и выполняет управление скоростью, управляя инвертором PWM. В результате при приложении нагрузки выходная частота инвертора повышается, так что можно компенсировать снижение скорости вращения. (3)

2.3.2. Характеристика s

Характеристики скорости вращения и крутящего момента инверторного блока показаны на Рис. 26 и Рис. 27. Как поясняется в разделе, посвященном двигателю с регулированием скорости переменного тока, на характеристике крутящего момента нарисована «линия безопасной работы». Эта линия представляет собой предел непрерывной работы, а область под этой линией называется областью непрерывной работы.

Рис. 24. Характеристики скорости вращения для управления без обратной связи

) для использования в широком диапазоне приложений управления скоростью. Подходящий продукт для управления скоростью можно выбрать в соответствии с функцией, производительностью, стоимостью и целью, необходимой для вашего приложения.
Oriental Motor продолжит работу над разработкой продукции, чтобы в будущем мы могли предлагать продукцию, которая наилучшим образом отвечает различным потребностям наших клиентов.

Ссылки

(1) Исследовательская группа по технологиям двигателей переменного тока: «Книга для понимания малых двигателей переменного тока», Kogyo Chosakai Publishing (1998) 163, стр. 19-25 (2003)
(3) Коджи Намихана, Масаёси Сато: «Новый метод управления трехфазным асинхронным двигателем», RENGA № 159, стр. 23-28 (1999)

Kazuya Shirahata Завод Tsuruoka, ACIX Operations Circuit Technology Division Секция разработки схемы

Блок управления двигателем (инвертор)

---

 

Блок управления двигателем (инвертор) — серия CP для электромобилей высокого напряжения

Инновационный блок управления двигателем (MCU) серии CP с управлением на основе DSP специально разработан для транспортных средств с электроприводом и оснащен эффективным модулем IGBT для обеспечения высокой удельной мощности и надежности. Его компактная и надежная конструкция подходит для различных типов системной интеграции электромобилей e-Drive, включая электромобили с аккумуляторной батареей и гибридные электромобили с подключаемым модулем.

MCU настраивает скорость и крутящий момент двигателя после получения комментариев от VCU (блок управления автомобилем) по шине CAN. MCU преобразует источник питания постоянного тока аккумуляторной батареи в источник питания переменного тока для привода гребного двигателя. Во время торможения автомобиля он может регенерировать постоянный ток обратно в аккумуляторную батарею для зарядки. Эффективная система охлаждения обеспечивает высокую удельную мощность и производительность. Защита включает защиту от перегрузки по току, перенапряжения и перегрева. Различные электрические и экологические испытания проходят для соответствия международным стандартам.

MCU серии CP обеспечивает максимальную производительность, эффективность, выносливость и надежность для применения в электрических силовых установках, делая управление электромобилем более контролируемым.

---

Электронный привод CP300-F1

Блок управления двигателем CP300-F1, выполненный в шестифазной конфигурации с пиковой мощностью 300 кВт, специально разработан для применения в электробусах 12M. Система электронного привода CP300-F1, интегрированная с внутренним двигателем с постоянными магнитами, может развивать максимальный крутящий момент 3330 Нм. крутящий момент, >20% Макс. способность преодолевать подъемы и максимальная скорость 100 км/ч, что соответствует требованиям к характеристикам транспортного средства электронного автобуса 12M, подходящего как для городских, так и для междугородних перевозок.

Шестифазный электропривод обладает превосходной отказоустойчивостью, уменьшенной пульсацией крутящего момента и большей удельной мощностью. Система может автоматически переключаться между трехфазным и шестифазным режимом в зависимости от условий движения, что приводит к повышению энергоэффективности.

---

●  Конфигурация системы	6-фазный
● Пиковая выходная мощность	300 кВт
●  Напряжение постоянного тока (номинальное / диапазон)	600/500-750 В
●  Крутящий момент (пиковый/постоянный)	3 200 / 1 300 Н·м
●  Скорость (пиковая/постоянная)	3600/1200 об/мин

---

Блок управления двигателем CP150-S2

CP150-S2 имеет выходную пиковую мощность 150 кВт и непрерывную мощность 65 кВт, что идеально подходит для электрических коммерческих транспортных средств, включая электрические легкие грузовики и микроавтобусы, а также для других приложений с электромобилями.