Асинхронный двигатель схема резонанса

Разберемся сначала с важными понятиями.

Колебания внешнего воздействия могут усиливать даже незначительные колебания системы. Наибольший резонанс достигается при совпадении частоты колебаний внешнего воздействия с колебаниями системы.

Одним из примеров явления резонанса, есть расшатывание моста ротой солдат. Это происходит, когда частота шагов солдат, которая являются внешним воздействием, совпадает с частотой колебаний моста. Если возникнет такой резонанс, это может разрушить мост. Именно поэтому солдаты не переходят мосты стройным шагом, а идут в вольном режиме.

Часто встречаемым явлением в физике есть электрический резонанс. Без него невозможно было бы провести телетрансляцию, многие медицинские обследования и прочие важные процессы.

Востребованными резонансами в электрической цепи есть:

• резонанс напряжений;
• резонанс токов.

Частотный преобразователь своими руками

Частотный преобразователь своими руками — представляю вам небольшую статью о асинхронном двигателе и частотном преобразователе, который мне ранее приходилось делать. Вот и теперь потребовался хороший привод для циркулярной пилы. Конечно можно было бы взять в магазине фирменный частотник, но все-таки вариант самостоятельного изготовления оказался для меня наиболее приемлемым.

К тому же, качество регулировки скорости привода пилорамы не требовало абсолютной точности. Однако с нагрузками ударного типа и длительными перегрузками он должен справляться. К тому же хотелось сделать управление наиболее простым, без всяких там параметров, а просто установить пару кнопок.

Главные преимущества привода с регулировкой частоты:

• Создаем из однофазного напряжения 220v полновесные три фазы 220v, сдвиг у которых будет 120°, при этом получаем абсолютный вращательный момент с мощностью на валу
• Повышенный момент старта с плавным запуском без максимального пускового тока
• Нет сильного замагничивания и излишнего перегрева мотора, как это бывает когда применяются конденсаторы
• При необходимости можно свободно управлять скоростью вращения и менять направление

Читать еще:  Волга сайбер чип тюнинг двигателя

Ниже показана принципиальная схема устройства:

Трехфазный мост выполнен на гибридных IGBT транзисторах c диодами обратной проводимости.

В целом это представляет собой бустрепное управление микроконтроллером PIC16F628A, осуществляемое с помощью специализированных оптодрайверов HCPL-3120.

Во входном тракте установлен конденсатор гашения напряжения, выполняющего функцию мягкой зарядки электролитических конденсаторов в цепи постоянного напряжения.

Быстродействующая защита

Далее по схеме он зашунтирован электромагнитным реле, при этом на PIC16F628A подается цифровой логический уровень готовности. В схеме предусмотрена быстродействующая защита по току от короткого замыкания и критической перегрузке мотора, выполненная по триггерной схеме. Все это управляется при помощи двух кнопок и одного переключателя, который изменяет направление вращения вала.

Частотный преобразователь своими руками, в частности участок силовых напряжений был собран методом навесного монтажа, а контроллер размещен на печатной плате, которая показана ниже:

Постоянные резисторы с номиналом 270к, шунтирующие конденсаторы установленные в цепи затвора IGBT, запаял со стороны дорожек, так как упустил из виду сделать для них площадки. Их конечно можно заменить на smd.

Здесь показано фото печатной платы контроллера после распайки компонентов:

А это с противоположной стороны

Для подачи напряжения питания в модуль управления был изготовлен стандартный обратноходовой импульсный источник питания.

Принципиальная схема блока питания:

Чтобы изготовить частотный преобразователь своими руками в принципе можно использовать практически любой источник питания с выходным напряжением 24v. Однако, этот блок питания должен быть стабилизированный и с задержкой напряжения на выходе с момента исчезновения напряжения сети, хотябы в пределах 3-х секунд. Это обусловлено тем, что двигатель смог отключится в случае возникновения ошибки по DC. Достигается подбором электролитического конденсатора С1 с большим значением емкости.

Ну, а теперь нужно подробнее разобраться в самом важном компоненте данного устройства — в программе микроконтроллера.

В интернете подходящей для меня информации по этому вопросу я не нашел, хотя были предложения установить специальные фирменные контроллеры. Но как я уже говорил, мне принципиально нужно было установить, что-то собственной разработки.

Приступил во всех подробностях анализировать ШИМ модуляцию, в какое время и каким способом открыть определенный транзистор…

Читать еще:  Электрический двигатель схема устройства

Программа формирования задержек

Выяснились некоторые закономерности и получился образец несложной программы формирования задержек.

При ее использовании получается произвести достаточно хорошую синусоидальную ШИМ с возможностью изменять напряжение.

Естественно контроллер делать какие либо вычисления не успевал, задержки не давали того эффекта, который был нужен. Следовательно, такой вариант обсчитывания ШИМ на микроконтроллере PIC16F628A я забраковал сразу.

В результате образовалась констант матрица, а ее уже отрабатывал PIC16F628A. Они формировали и диапазон частоты и напряжение питания. Конечно эта работа по созданию данного устройства несколько затянулась.

Циркуляркой уже полным ходом пилили на конденсаторах, когда появился необходимый вариант прошивки. Первоначально тестировал схему на моторе от вентилятора, мощностью 180 Вт.

Вот фото прибора на стадии экспериментальных работ:

Тестирование устройства

Чуть позже, в процессе испытания программа подвергалась усовершенствованию, а после запуска двигателя мощностью на 4 кВт я практически был удовлетворен итогом своей работы.

Защита от короткого замыкания прекрасно срабатывает, полутора-киловаттный мотор на 1440об/мин с диском 300мм свободно справлялся с приличными брусками. Шкивы были установлены одинаковые, что на двигатель, что на вал циркулярки.

При попадании пилы на сучок сетевое напряжение немного падало, хотя двигатель продолжал работать.

По ходу работы потребовалось немного натянуть ремень, поскольку при увеличении нагрузки он начинал скользить на шкиве. В дальнейшем применили двойную передачу.

Но на этом решил не останавливаться, поэтому сейчас начал усовершенствовать программу, в итоге она будет значительно эффективней.

Принцип работы ШИМ-контролера немного усложняется, появится больше режимов, появится ресурс раскручивания выше номинального значения.

В конце статьи файлы для того самого простого варианта устройства, которое прекрасно работает с циркулярной пилой уже больше года.

Характеристики:

• Частота на выходе: 2,5-50Гц, шаг 1,25Гц; Частота ШИМ-контроллера синхронная, с возможностью изменения. Диапазон частот в пределах 1750-3350Гц.; Скалярное управление частотным преобразователем, мощность мотора около 4кВт. Самая меньшая частота работы при разовом нажатии кнопки «Пуск» — составляет 10Гц.
• Во время удержании кнопки нажатой появляется разгоняющий момент, а когда кнопка отпускается, то частота буде той, до какой смог разогнаться. Частота по максимуму — 50Гц информирует светодиодный индикатор. Номинальное время разгоняющего момента составляет 2 секунды.
• Индикатор «Готов» сообщает о готовности устройства к старту двигателя.

Читать еще:  Гранта стук двигателя после запуска

Асинхронный двигатель схема резонанса

Главная » Новости

Рейтинг статьи Загрузка…

Каждый день инженеры проектируют системы, в которых используются асинхронные двигатели с однофазным питанием. В свою очередь, управление скоростью однофазных двигателей желательно в большинстве применений, так как это не только обеспечивает требуемую скорость, но и уменьшает потребление электроэнергии, и снижает уровень акустического шума.

Большинство серийно выпускаемых однофазных двигателей не реверсивные, т.е. они разработаны, чтобы вращаться только в одном направлении.

Изменить направление их вращения можно только с помощью дополнительных средств: добавочной обмотки, внешних реле и переключателей, механического редуктора и т.д.

Так же, если позволяет конструкция двигателя, реверсировать его можно с помощью преобразователей для регулировки скорости.

Существует множество разновидностей асинхронных двигателей с однофазным питанием. Конструкция и принцип их действия подробно описаны в литературе по электромеханике.

Наиболее распространенным типом является двигатель с двумя статорными обмотками, одна из которых имеет в своей цепи постоянно-включенный рабочий конденсатор, который обеспечивает сдвиг тока в обмотках на 90 электрических градусов для образования вращающегося магнитного поля. Такой двигатель называется конденсаторным. О нем и пойдет речь в данной статье.

Основным способом плавной регулировки скорости конденсаторного однофазного двигателя является частотный метод, реализуемый с помощью трехфазных или однофазных ШИМ-инверторов (преобразователей частоты), а также метод фазовой регулировки напряжения с помощью тиристорных регуляторов мощности. Рассмотрим эти методы подробнее.

Вариант 1. V/F управление с помощью однофазного ШИМ-инвертора

На выходе инвертора, состоящего из четырех IGBT-транзисторов (рис.1), формируется однофазное напряжение с переменной частотой и среднеквадратичным значением с линейной зависимостью V/F (вольт-частотная характеристика). За счет конденсатора в обмотке двигателя получается поле, близкое к круговому.

Данный способ управления реализуется с помощью специализированных преобразователей частоты, которые разработаны исключительно для управления однофазными двигателями.

В них, как правило реализованы специальные алгоритмы, управления двигателем, обеспечивающие устойчивый пуск и стабильную работу в заявленном диапазоне частот.

Регулировать частоту можно, как вниз, так и вверх от номинальной, но в отличие от частотно-регулируемых трехфазных приводов, диапазон регулирования однофазного двигателя меньше. Оно, как правило, не превышает 1:10, за счет того, что емкостное сопротивление напрямую зависит от частоты.

К основным достоинствам данного метода управления можно отнести: 1) простоту ввода в эксплуатацию, т.к.

не требуется конструктивных изменений двигателя; 2) гарантированно надежную и устойчивую работу, так как частотный преобразователь специально разработан для таких двигателей и в нем учтены все особенности их эксплуатации; 3) хорошие характеристики управления и возможности, присущие большинству преобразователей частоты (аналоговые и дискретные входы/выходы, ПИД-регулятор, предустановленные скорости, коммуникационные интерфейсы, защитные функции, и т.д.).

К недостаткам относится: 1) только однонаправленное вращение (невозможность без внешних коммутирующих устройств реверсировать двигатель); 2) достаточно высокая стоимость частотных преобразователей для однофазных двигателей, так как в них используются IGBT-модули со значительным запасом по току (например, в однофазном частотнике мощностью 1.1кВт используется IGBT-модуль такой же как в трехфазном на 2.2кВт) и из-за ограниченности предложения на рынке.

Вариант 2. V/F управление с помощью трехфазного ШИМ-инвертора

В данном случае используется стандартный преобразователь частоты с мостовой схемой IGBT-транзисторов (рис.2), формируемый на выходе трехфазное напряжение с фазовым сдвигом на 120 градусов. Обе обмотки однофазного двигателя и их средняя точка подключаются ко трем выходным фазам инвертора.

Конденсатор, при этом, из схемы должен быть исключен. Так как обмотки геометрически сдвинуты на 90 градусов , а напряжение, прикладываемое к ним – на 120 электрических градусов, то полученное поле не будет круговым, и как следствие, момент будет пульсирующим. Причем среднее его значение за период будет меньше (рис.

2), чем в случае питания от напряжений со сдвигом 90 гадусов.

При схеме подключения на рис.2 действующее напряжение на главной обмотке (Vгл) будет равно разности напряжений фаз A и C, а напряжение на дополнительной обмотке (Vдоп) = Vb-Vc. Изменяя порядок коммутации IGBT-транзисторов, можно легко изменять чередование напряжение на обмотках, а следовательно и направление вращения двигателя (рис.3) без каких-либо дополнительных аппаратных средств.

Здесь стоит отметить, что не любой преобразователь частоты подойдет для управления однофазным двигателем, так как токи в фазах будут не симметричны, и в случае наличия защиты от асимметрии выходных фаз, работа преобразователя будет блокироваться.

Как впрочем, и не любой конденсаторный двигатель подойдет для данного способа, так как у некоторых типов двигателей весьма затруднительно или невозможно убрать емкость из дополнительной обмотки, и дополнительная обмотка как правило выполнена более тонким проводом, что при отсутствии конденсатора может привести к её перегреву и межвитковому замыканию.

Иногда на свой страх и риск используют подключение однофазного двигателя с конденсатором к трехфазному инвертору, что большинством производителей частотных преобразователей запрещено.

В этом случае надо выбирать частотник со значительным запасом по току по отношению к двигателю, в частотнике не должно быть защиты от обрыва/перекоса выходных фаз, и надо помнить, что при определенной частоте может возникнуть электрический резонанс в контуре конденсатор-обмотка двигателя, что приведет к его повреждению.

Читать еще:  Bmw 3 e90 двигатели характеристики

Итак, достоинствами метода являются: 1) доступность на рынке и достаточно низкая цена преобразователей частоты с трехфазным выходом; 2) возможность реверсивной работы; 3) хороший диапазон регулирования скорости и возможности, присущие большинству преобразователей частоты (аналоговые и дискретные входы/выходы, ПИД-регулятор, предустановленные скорости, коммуникационные интерфейсы, защитные функции, и т.д.).

Недостатки метода: 1) пониженный и пульсирующий момент двигателя, повышенный его нагрев; 2) не все преобразователи частоты и конденсаторные двигатели годятся для данного метода, требуется предварительный анализ характеристик преобразователя и конструкции двигателя. К тому же, большинство производителей частотных преобразователей в своих инструкциях запрещают подключение однофазных двигателей, и в случае поломки могут снять с изделия свои гарантийные обязательства.

Вариант 3. Фазовая регулировка напряжения с помощью тиристорного регулятора

Отсутствие до недавнего времени доступного и качественного преобразователя частоты для однофазных двигателей приводило к поиску других решений, одно из которых — изменение напряжения статора при неизменной его частоте.

На выходе тиристорного регулятора, состоящего из двух, включенных встречно-параллельно тиристоров (рис.4), формируется однофазное напряжение с постоянной частотой и регулируемым среднеквадратичным значением за счет изменения угла (альфа) открывания тиристоров.

Критический момент при таком регулировании будет снижаться пропорционально напряжению, критическое скольжение в останется неизменным.

Проведём оценку метода. 1) Регулирование однозонное – только вниз от основной скорости. 2) Диапазон регулирования в разомкнутом контуре, примерно, 2:1; стабильность скорости удовлетворительная; плавность высокая. 3) Допустимая нагрузка резко снижается с уменьшением скорости.

4) Рассмотренный способ регулирования неэффективен для использования в продолжительном режиме.

Даже для самой благоприятной нагрузке — вентиляторной необходимо двух-трехкратное завышение установленной мощности двигателя, интенсивный внешний обдув, так как, допустим, если двигатель вращается 750 об/мин (когда синхронная частота 1500) — скольжение 0,5, и 0,5 мощности идет в нагрузку, а 0,5 — греет ротор (не считая других потерь). 5) Тиристорный регулятор — простое устройство в 3-4 раза более дешевое, чем преобразователь частоты, и именно эта особенность системы регулировки скорости напряжением приводила в ряде случаев к её неоправданному применению.

Заключение

Все три способа имеют право на существование, только выбор одного из них нужно делать исходя из конкретной прикладной задачи.

Безусловно, наиболее универсальным и наименее трудоемким на стадии проектирования является первый метод – регулирование с помощью преобразователя частоты с однофазным выходом. Этот способ годится для большинства применений и помимо конденсаторных двигателей его можно использовать и для управления однофазными двигателями с экранированными полюсами.

Второй способ – регулирование с помощью преобразователя частоты с трехфазным выходом, — требует предварительного изучения, как преобразователя, так и двигателя на предмет возможности совместной работы. И рекомендуется всегда выбирать преобразователь с существенным запасом мощности по отношению к двигателю. Этот метод оптимален в реверсивных приложениях.

Третий способ – регулирование скорости изменением напряжения, — может в ряде случаев использоваться для кратковременного снижения скорости маломощных вентиляторов и насосов, и весьма полезен и эффективен для снижения пусковых токов, для экономии энергии при недогрузках. Этот метод является самым бюджетным, но как подчеркивалось ранее, тиристорные регуляторы не должны применяться для регулирования скорости сколько-нибудь мощных двигателей, приводящих во вращение машины, работающие в продолжительном режиме.

Что такое Резонанс?

Большинство сооружений и машин совершают собственные колебания, поэтому периодические внешние воздействия на них могут вызвать резонанс. Резонансом часто называют колебания с собственной частотой или на критической частоте.

Резонанс — это явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при приближении частоты внешнего воздействия к резонансным частотам, определяемым свойствами системы. Увеличение амплитуды колебаний — это лишь следствие резонанса, а причина — совпадение внешней (возбуждающей) частоты с внутренней (собственной) частотой колебательной системы (ротор-опора).

Резонанс — явление, заключающееся в том, что при некоторой частоте вынуждающей силы колебательная система оказывается особенно отзывчивой на действие этой силы.

Параметры системы, такие, как низкая жесткость и/или слабое демпфирование, на резонансной частоте воздействуя на роторную машину, могут привести к возникновению резонанса. Резонанс не обязательно приводит к поломке машины или ее узла, за исключением, если дефекты в машине вызывают вибрацию или вблизи установленная машина, «наводит» вибрацию на той же частоте, что и собственные частоты.

Резонанс не создает вибрации, он только усиливает их. Резонанс это не дефект, а свойство механической системы. Поэтому, резонанс не вызывает проблем, если какие-либо колебания не возбуждают его.

Это сопоставимо с колебаниями колокола, или барабана. В случае колебаний колокола (рис.1), вся его энергия содержится в потенциальной форме, когда он неподвижен и находится в верхних точках траектории движения, а при прохождении нижней точки на максимальной скорости, она преобразуется в кинетическую.

Потенциальная энергия пропорциональна массе колокола и высоте подъёма относительно нижней точки, кинетическая — массе и квадрату скорости в точке измерения. То есть, если колокол ударить, то он будет резонировать с определенной частотой (или частотами).

Если он находится в состоянии покоя, то он не будет совершать колебания на резонансной частоте.

Читать еще:  Бмв 630 сколько масла в двигателе

Рис.1 Периодические колебания колокола

Резонанс — это свойство машины, когда она работает или не работает. Следует отметить, что динамическая жесткость вала при вращении машины может сильно отличаться, от статической жёсткости, когда машина не работает, при этом резонанс ее изменяется не существенно.

Есть такое неизменное правило, основанное на практическом опыте, которое гласит, что резонансные частоты, измеренные при останове (выбеге) машины меньше на 20 процентов частоты вынужденных колебаний. Резонансные частоты отдельных узлов и деталей машины, таких как вал, ротор, корпус, и фундамент — это колебания на их собственной частоте.

После монтажа машины резонансные частоты могут поменять свое значение из-за изменения параметров системы (массы, жесткости и демпфирования), которые после соединения всех механизмов машины в единый агрегат могут увеличиться или снизиться.

Кроме того, динамическая жесткость, как отмечалось выше, может сдвинуть резонансные частоты, когда машины работают на номинальной частоте вращения. Большинство машин проектируются таким образом, чтобы ротор не имел собственную частоту колебаний такую же, как вал. Машина, состоящая из одного или двух механизмов не должна эксплуатироваться на резонансной частоте.

Однако, при ее износе и изменении зазоров в машине, очень часто собственная частота смещается в сторону рабочей частоты вращения, вызывая резонанс.

Внезапное появление колебаний на частоте дефекта, таком как ослабление посадки или другого, могут вызвать колебания машины на резонансной частоте. При этом вибрация машины возрастет с допустимого уровня до недопустимого, если колебания вызваны резонансом узлов или элементов машины.

Рис.2 Амплитудо-фазочастотная характеристика ротора при пуске или останове машины

Например:

Двухскоростная машина работает при 900 об/мин и 1200 об/мин. Машина имеет резонанс на 1200 об/мин, который усиливает вибрацию на частоте вращения 1200об/мин. При 900 об/мин, вибрация составляет 2.54мм/с, а на 1200 об/мин резонанс увеличивает колебания до 12.7 мм/с

Резонанс можно наблюдать при пуске машины, когда она проходит через резонансную частоту (рис.2).

Амплитуда при увеличении частоты вращения будет возрастать до максимального значения на резонансной частоте (nрез) , и уменьшаться, после прохождения через нее.

При прохождении ротора через резонанс фаза колебаний измениться на 180 градусов. При резонансе колебания системы сдвинуты по фазе на 90 градусов относительно колебаний возбуждающей силы.

• Рис.3 Справа колебания ротора имеющего одну плоскость коррекции (диск);
• слева колебания сложной системы (двух соединенных роторов).

Сдвиг фаз на 180 градусов часто наблюдается только на роторах имеющих одну единственной плоскость коррекции (рис.3, слева). Более сложные системы «вал/ротор-опора» (рис.

3 справа) имеют сдвиг фаз, который находится в пределах 1600 — 180 градусов.

Всякий раз, когда специалист по анализу вибрации наблюдает высокую амплитуду колебаний, он должен предполагать, что рост ее до недопустимого уровня, возможно, связан с резонансом системы.

9 комментариев

Повторяться не буду, если не знаете, тогда смотрите в этой нашей статье. Повторяться не буду, если не знаете, тогда смотрите в этой нашей статье. Если стрелка двигается к плюсу, то полярность совпала с другой обмоткой.

«Загоняем» асинхронный двигатель в резонанс

Секретные материалы

Тема эта очень интересная по ней очень много всяких устройств и она очень противоречива. Познакомившись с работой Мандельштама и Папалекси о параметрическом резонансе, стал глубже вникать в эту проблему. Хотя резонанс последовательный и параллельный мной изучен досконально, так как по образованию электронщик, обнаружил много интересного.Хотя никаких больших тайн в явлении резонанса ранее не замечал, все же все время было ощущение, что что-то не договорено и непонятно.

Первый вопрос, который все время крутился — система введенная в резонанс, способна отдавать излишек, связанный с добротностью колебательной системы? Вот тут изрядно напаявшись всяких устройств, осенила мысль, все бросить и найти теоретическое нормальное объяснение резонансным явлениям, а если путь верный, то и другим не менее загадочным фактам. Формулировка для резонанса дает понять, на что способен тот или иной принцип резонанса.

Параллельный резонанс, образованный индуктивностью и емкостью это замкнутая система, в которой все параметры фиксированы, и энергия в системе замкнута, попытка прямым путем снять излишки колебательного процесса приведет к затуханию колебаний. Поняв, наконец, это, стал исследовать последовательный — пришел к тому же выводу.

Поговорив с друзьями, опытными электронщиками, посвятившими жизнь электроприводу, услышал от них много интересного.…Как развивался электропривод, в каких годах произошло изменение в направлении конструкции электропривода, и с чем это было связанно.

Появилось много моментов подсказки, то есть, до 80-х годов асинхронные двигатели имели массивный ротор, очень большой инерционный момент и беличья клетка была прямой, что, при пуске, придавало жесткость.

Где-то в восьмидесятых привод стал, коренным образом, манятся, связанно это с бурным ростом машиностроения, потребовались компактные мощные двигатели с мягкими параметрами пуска и быстрой остановкой.

Роторы таких машин стали делать длинными, чтобы уменьшить выбег двигателя после остановки для мягкости характеристики пуска применили скошенную магнитную систему ротора. Это расследование натолкнуло на мысль проверить правильность одной возникшей мысли.

Набрав общим счетом 27 асинхронных двигателей, разных годов и параметров принялся их разбирать и пересчитывать число полюсов ротора и статора. А также искать массивный ротор без скоса роторных полюсов. Из 27 двигателей попался только один очень старой конструкции, на нем только удалось рассмотреть, что он 7,5 кВт, обороты путем замера оказались почти 3000об/мин.

Сопротивление обмоток 1,3 Ом, число полюсов статора 36, ротора 34 (индуктивность не меряю принципиально — с расчетом резонанс не сходится). Единственный недостаток этого двигателя, все-таки скошенные магнитные полюса ротора. Запускаю двигатель по схеме ротовертера или классической, с фазосдвигающим конденсатором. Рабочую емкость настраиваю в резонанс.

Напряжение подбираю рабочим конденсатором до 380 вольт. Останавливаю, от мощного звукового генератора по всем правилам снятия АЧХ, снимаю характеристику, и резонанс приходится на частоту выше 120 герц. Вынимаю ротор частота еще герц на двадцать выше. Если при снятии АЧХ произвести подстройку конденсаторами на 50 герц и включить, то он довольно быстро сгорит.

Если запитать через латр, постепенно снижая напряжение, то он будет вращаться даже при 30 вольтах. Но на синусе резонансных обмоток, на вершине синуса, есть прогиб осциллограммы, один в один как у феррорезонансных стабилизаторов. Это убедило меня в том, что резонансные обмотки с рабочим конденсатором не работают на основной частоте, а только настраиваются на гармонику кратную ей. Возникает закономерный вопрос — а что собственно интересного, нового в моем повествовании. А всего то искал условие возникновения параметрического резонанса.

Так какое соотношение искать в асинхронных двигателях? Первое, что удалось понять, что рассматривать в работе двигателя нужно всего две обмотки, которые работают в резонансе. Третья применяется для нагрузок потребителей.

Разгонять можно двигатель любым способом. По достижению им номинальных оборотов, одна обмотка путем переключения должна быть электрически отсоединена.

Применял для разгона классическую схему — соединение звездой, две обмотки в резонансе через фазосдвигающую емкость. После достижения оборотов, нужно на ходу быстро перекинуть выводы одной обмотки местами.

Двигатель еще не отсоединен от сети, до переключения обмоток, резонансное напряжение должно быть подобрано не ниже 380 вольт. После перекидки полярности, двигатель не меняя внешне ничего, продолжает также работать, но замер резонанса показывает, что напряжение упало почти до 170 вольт.

Подобрав емкость нужно вернуть первоначальное напряжение, то есть 380 вольт, емкость увеличится, примерно в три-четыре раза. Вот тут и начинается весь фокус — если инерционная масса достаточна, конденсаторы имеют хорошую добротность малую утечку.

Надо позаботиться о наличие маховика, возможно, поняв все нюансы, можно от него избавиться, но на начальном этапе лучше перестраховаться, чтоб выбег был с массой несколько десятков минут. В своей конструкций использовал пилораму.

Установил на ней отрезные круги большого размера 4-5 штук, стянув их планшайбой. Даже без эффекта крутится очень долго!…

Если обмотка двигателя качественная, обладает хорошей добротностью, правильно выбрано соотношение статорных и роторных полюсов, то двигатель переходит в режим параметрической генерации, на синусоидальной обмотке возникает плоскость, точно такая, как у феррорезонансных стабилизаторов. И можно смело отсоединять от сети, если все параметры двигателя удачны он, как бы чуть на слух ускоряется, и продолжает работать, при этом незначительно греется. Можно потихоньку пробовать нагружать.

Конденсаторы,для резонанса,нужно набирать из небольших — по 2 мкФ. Их несколько суток желательно продержать в тепле, после зарядить от источника вольт на 220 и оставить, на другой день вольтметром с высокоомным входом промерять и выбрать удерживающие максимально большое напряжение.

Провода для спайки конденсаторов и подводу к двигателю лучше сделать из самодельного литцендрата. Литцендрат применяю очень давно, когда еще занимался звукотехникой у него очень низкое волновое сопротивление. При передаче импульсных сигналов, повышении добротности колебательных систем, выполняю, не задумываясь, для меня это правило.

Но можно и простым медным проводом, но желательно толстым 2,5- 3 мм .

Литцендрат можно набрать из провода марки ПЭЛ – 0,2 жилок 8-12. Все же, самое главное, это сам двигатель мне так и не удалось найти такой, какой именно вытекает из теоретических рассуждений, все современные двигатели имеют косые полюса на роторе маленький диаметр, а нужно большого диаметра ротор и прямые магнитные полюса.

Такие двигатели сданы давно на металлолом. C соотношение, двух роторных полюсов, сдвинутых на сто двадцать градусов, относительно статора, должно выполняться строго.

Если верхний полностью совмещен, то левый полюс только собирается входить в статорный полюс. Это обмотки, работающие в резонансе, правая обмотка для нагрузки и ее положение не имеет значения.

Эта схема имеет очень интересные свойства для исследований. Преимущества ее, что она почти в полной мере использует резонанс, питаясь от сети всего через одну обмотку. Две обмотки с резонансной емкостью также вырабатывают магнитный поток, участвующий в работе. Это позволяет снять повышенную механическую мощность.

Мной переделаны все станки на этот режим токарный, фрезерный, сверлильный, наждак, циркулярка, все прекрасно работает от однофазной сети. Собираюсь переделать компрессор. Все оборудование как бы работает на полную мощность и ощущение, что от трехфазной сети.

В схеме применяются для пуска электролиты в неполярном включении, а рабочая обмотка, настроенная в резонанс с конденсатором типа МБГЧ с допустимым напряжением не менее 600 В.

неизвестен

Другие материалы по теме: Резонансный усилитель мощности тока промышленной частотыПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ ГЕНЕРИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ.Сергей Зацаринин

Проблемы резонансных явлений при применении регулируемых частотных приводов

К.т.н. В.Н.Жук, начальник отдела АСУ,ООО «Энергопромис», г. Минск, Республика Беларусь

Любая механическая конструкция, будь то мост или дымосос, имеет собственные частоты механических резонансов, на которых резко увеличиваются амплитуды вибраций как всей конструкции, так и составных частей при совпадении частоты внешних воздействий с собственными резонансными частотами. Из школьного курса физики всем известен случай с разрушением моста, по которому строевым шагом прошла армейская колонна. После установления причины разрушения моста в армейские уставы всех стран была внесена команда при прохождении мостов — «расстроить шаг» т.е. «идти не в ногу».

При производстве насосов, вентиляторов, дымососов, задвижек и других теплоэнергетических устройств на заводах-изготовителях проводятся их испытания с определением частот собственных механических резонансов, которые указываются в паспортах на данные устройства. График возникновения резонансов для дымососов имеет вид, приведенный на рисунке.

На графике отчетливо видны три зоны возникновения резонансов. Первая зона в диапазоне частот 0-10 Гц, как правило, имеет очень высокую амплитуду механических колебаний, связанную с колебаниями всей механической конструкции. Типичным примером может служить работа точильного станка.

После выключения питания при уменьшении скорости вращения вала двигателя вдруг возникают резкие вибрации станка в районе частот вращения 1-10 Гц. В этом диапазоне при совпадении частоты вращения двигателя дымососа с частотой механического резонанса возможно разрушение всей конструкции.

Вторая зона резонанса в районе частот 100 Гц связана с колебаниями отдельных механических элементов (лопасти, вал). Третья зона резонансов в районе частот 500 Гц связана с резонансами небольших деталей конструкции дымососа.

По результатам заводских испытаний определяется зона устойчивой работы и, если она не соответствует техническому заданию, производится перепроектирование механической конструкции для достижения требуемого диапазона устойчивой работы. В паспорте на тепломеханическое изделие указывается его зона устойчивой работы, которая исключает возникновение механических резонансов.

Ранее, когда все электродвигатели питались от электрической сети с частотой 50 Гц, проблем с возникновением механических резонансов, как правило, не возникало.

В последнее десятилетие в связи с массовым внедрением регулируемых частотных приводов частота питающего напряжения, подаваемого на электродвигатели тепломеханических агрегатов, стала изменяться от 1 до 300 Гц. В этом случае системы гарантированно попадают в зоны неустойчивой работы.

К сожалению, организации по внедрению регулируемых частотных приводов даже не задумываются над данными обстоятельствами и, как результат, — выход из строя агрегатов по «непонятным» причинам.

К примеру, на дымосос мини-ТЭЦ ОАО «Городейский сахарный комбинат» (Республика Беларусь) при проектировании АСУ ТП был установлен регулируемый частотный электропривод (РЭП).

При наладке РЭП специализированной наладочной организацией по неведению не были внесены ограничения на частоту работы двигателя дымососа.

В результате работы дымососа в закритических режимах и, как следствие, возникших резонансных явлений, лопнули элементы крепления дымососа к станине. Восстановление чугунной станины потребовало остановки ТЭЦ и дорогостоящего ремонта.

Из приведенного выше следует, что при внедрении регулируемых частотных приводов проектные и наладочные организации должны выполнять работы по анализу заводской документации и ограничивать рабочий диапазон частот РЭП в соответствии с установленными заводской документацией зонами безопасной эксплуатации агрегатов.

На этом, казалось бы, стоило завершить представленный анализ и считать, что проблема с защитой от механических резонансов решена, однако не все так однозначно. Механические резонансы возникают при совпадении собственной частоты резонанса с частотой внешних воздействий.

Предположим, в механической системе собственная частота резонанса составляет 2 Гц, а дискретность изменения частоты — 0,5 Гц. Это значит, что при авторегулировании с периодичностью 1 раз за 4 цикла происходит механическое возмущение системы.

Следует отметить, что механический маятник можно раскачать при воздействии на него 1 раз за 1 цикл, 1 раз за 2 цикла, 1 раз за 4 цикла и т.д. Важно, чтобы периодичность воздействий была кратной периоду основного резонанса.

В этом случае пусть медленнее, но систему можно довести до механического резонанса.

Если у турбоустановок имеются штатные системы виброконтроля и контроля осевого сдвига, то у дымососов, вентиляторов, насосов ничего этого нет.

Помимо того, что современные РЭП начинают регулирование практически от 0,5 Гц, они сами могут выбирать шаг регулирования частоты, не учитывая при этом резонансные частоты механической системы объекта регулирования. Все это уже начало приводить к негативным последствиям.

• Еще одним обстоятельством, осложняющим применение РЭП, является тот факт, что к теплофикационным насосам, дымососам, вентиляторам часто подключены трубы, короба, опоры, кронштейны и другие конструкции, обеспечивающие создание дополнительных резонансных частот всей конструкции, не оговоренных заводами-изготовителями.
• По всей видимости, наиболее приемлемым вариантом защиты тепломеханических установок от механических резонансов при внедрении РЭП является установка датчиков виброконтроля и подключение выходов последних ко входам обратной связи РЭП.
• При оснащении регулируемыми частотными приводами тепломеханических агрегатов и устройств следует проводить выбор режимов работы не только в соответствии с документацией заводов-изготовителей оборудования, но и анализировать возможность возникновения косвенных резонансов от воздействий на приводы, а также предупреждать появление таких воздействий.

Ад в резонансе

Работа асинхронного двигателя в резонансном режиме.

Ниже представлена статья работы асинхронного
двигателя в резонансном режиме. Автор статьи неизвестен, найдено на сайте
www.realstrannik.ru в формате .txt. Корректировка текста моя.

Попробовал резонансом запитать асинхронный движок и ведь заработал!

Потребление электроэнергии снизилось в 1.83 раза!

Работать как бы и должен, а если нагрузить?

И нагружал, и нет, все полностью подтверждается. Характеристика под нагрузкой полностью
совпадает с характеристикой питания от сети. Сегодня уже двум фомам неверующим
показывал у себя на работе. А вообще-то целую статью уже написать можно, только
не поверят же пока не увидят, а самим сделать видать лень.

Самое интересное
-что с помощью программы SW CAD III экспериментальные данные полностью совпали
с симуляцией на этой программе (тютелька в тютельку). двигатель 154 Вт (внутреннее
R=173 Ом) имел на обмотке 220 вольт и 0.72 А как и положено по паспорту. А
запитан был через конденсатор (набор С) 11.

66 мкФ — последовательный резонанс
Источник выдавал 120 вольт , 0.72 А (84 Вт).

Да активное сопротивление можно было и не приводить, питание ведь — переменный
ток.

А как вы сами объясняете возможный эффект? Ни в каких резонансных цепях
нет ничего подобного, двигатель в данной ситуации можно рассматривать как
обычную индуктивность, номинал которой, к тому же, меняется от нагрузки на
валу. Это, кстати, противоречит тому, что двигатель будет находиться в
резонансе при переменной нагрузке.

Правильно индуктивность меняется, но добротность контура не высокая и запаса
хватает с лихвой. Если бы частоты были выше, тогда пришлось бы подстраивать емкость
под нагрузку каждый раз. Почему я указал сопротивление обмотки — потому что
если бы сопротивление было ниже, я бы мог получить и больший выигрыш. Это
подтверждает и симулятор.

Двигатель Испанский (Барселона) фирма «CAFO» Tipo VE-25

220/240 V 0.72 A 50 Hz RPM 1350.

Внутри четыре обмотки через 90 градусов. В общем обычный однофазный без
конденсаторный двигатель используется на вентиляторе в общем второй, который
попался под руку.

Первый который пробовал запитать был российский ДВН-8 220в 1965 г «ЯэмК»
СТУ14/03-138-64 от настольного вентилятора. Очень старенький такой весь
железный. Две обмотки последовательно.

• Характеристики его:
• Питанеи 220 вольт.
• Внутреннее сопротивление R=362 Ом.

Индуктивность обмоток L=1.556 Гн.

При питании 220 вольт, потреблял 143 мА, вращая вентилятор.

При питании 170 вольт, потреблял 104 мА.

Расчетная емкость, при 50 Гц, С=6.51 мкФ.

Дальше схема собиралась как последовательный контур, запитанный от латра (не
знаю нужно ли схему рисовать ведь проще некуда – двигатель последовательно с
конденсатором на выход латра).

Контроль напряжения и тока на выходе латра и
контроль напряжения и тока непосредственно на двигателе (даже не обязательно
мерить ток в последовательной цепи он и так один и тот же).

И даже с таким
дерьмовеньким движком получил на выходе латра:

Питание 168 вольт ток 143 мА. 

А на двигателе питание 220 вольт потребляемый ток 143 мА. 

Потребление от сети P1=24.024 Вт.

Мощность на двигателе P2=31.46 Вт.

P2/ P1 = 1.3 или выигрыш в 30 %.

Лучше на данном двигателе не получить т.к. велико внутреннее сопротивление
обмоток

(подтверждается программой SW CAD III).

1. Ну, так вернёмся ко второму движку:
2. Замеры на двигателе: R=173
   Ом
3. Индуктивность обмоток L=0.220 Гн
4. При питании 220 вольт потреблял 720 мА вращая вентилятор — проверено.

Расчетная емкость, при 50 Гц, С=46.055 мкФ.

Спаял длинную цепочку конденсаторов. И собрал последовательную цепь как описано
выше.

Получил 220 вольт 720 мА на двигателе при потреблении 165 вольт 720 мА от сети.

Но дальше стал экспериментировать с конденсаторами убавляя и добавляя. И
получил куда более лучшие результаты на второй гармонике резонанса:

При С=11.66 мкФ.

При тех же параметрах на двигателе питание осуществлялось от 120 вольт 720 мА.

Посчитайте выигрыш 83%.

Спрашивали, что показывает осциллограф на двигателе – ПРАКТИЧЕСКИ РОВНУЮ
СИНУСОИДУ (никаких гармоник и всплесков), ТО ЖЕ САМОЕ НА ЛАТРЕ. По-моему
всплески могли бы быть при питании от импульсного блока питания (вентильное
управление).

На сайте www.linear.com в апреле 2004г. в разделе Software появилась новая
версия программы SwCAD III. Несложная и считает быстрее в сравнении с ORCADом
или Micro СAPом. Неплохая библиотека моделей. Один недостаток. Нельзя напрямую
добавлять модели новых элементов. Нужно потрудится.

http://www.linear.com/software/
LTspice/SwitcherCAD III (4MB) Apr 13, 2004.

А насчет параллельного соединения — есть такая штука, конденсаторный
компенсатор (применяется при мощности двигателя до десятков киловатт). Обычный АД
потребляет не только активную, но и реактивную мощность. Для того что бы ни гонять по
проводам этот самый реактивный балласт, прямо около станка ставят этот самый конденсаторный
компенсатор.

Последний как раз и представляет батарею конденсаторов, включенных
параллельно обмоткам двигателей.

И что характерно — никакого резонанса! А если
бы он и был, то движок (в идеальном случае постоянства оборотов, внешних
магнитных полей и настроения тёщи) просто перестал бы давать полезную мощность
(идеальный параллельный LC контур в резонансе ведет себя как разрыв цепи). 

Вот потому и сделал параллельное включение. Давление тоже, а потребление в два
раза меньше. И это при том, что как индуктивность он хреновый. 11000 витков тонким
проводом. Сопротивление и все такое. А что касается конденсаторов, то их ставят
возле генераторов, вырабатывающих энергию для нас с вами.

Именно по причине
реактивных токов. Чтобы они не гуляли туда-сюда и не разнесли генератор. Получается,
что параллельный колебательный контур заложен в саму систему РАО ЕЭС.

Только
вот счетчик учета стоит не снаружи контура, а внутри, заставляя нас оплачивать не
только потребленную нами энергию индукции, но и отдаваемую им обратно энергию
самоиндукции… 

Господа я просто собрал схему, как писалось в статье. Никаких научных выкладок
не делал, и делать не собираюсь — мне надо просто на просто меньше платить за
электричество. Работает и ладно. Пусть теоретики теории создают.

Похоже, что вас взбудоражило — то что собрать такую простую схему просто
поленились.

Вопросами просто завалили. Попробую ответить.

В обратной последовательности.

1. L гуляет в нормальных (определенных) пределах и ширины полосы пропускания
контура вполне хватает. В конце концов, подбираешь емкость под свою конкретную
нагрузку. Когда вентилятор держу за лопасть (двигатель стоит-всё равно коэффициент
1.3 в большую сторону и безопасней для движка ток уменьшается до 0.6 А, а
напряжение на латре 120 вольт, а на движке 150 вольт).

2. Еще раз повторяю для непонятливых — двигатель нагружен на лопасти
вентилятора (работает не в холостую). Т.Е. Рассчитанная номинальная нагрузка. А перегружать нельзя любой движок. Посмотрите характеристики асинхронников. 

3.Насчет параллельного колебательного контура — МОЖНО но только если питаться
не от сети, а от отдельного генератора с ВЫСОКИМ ВНУТРЕННИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ! Иначе
не будет у вас резонанса в параллельном контуре.!

4. Про КПД я не писал. Только про разные показания (выигрыш).