Применение частотного метода регулирования скорости вращения асинхронного двигателя

В сельскохозяйственном производстве необходимым является вентилирование воздуха внутри помещений, а также изменение потока воздуха, проходящего через вентилятор. Объясняется это необходимостью поддержания благоприятного микроклимата внутри помещения. В частности, с помощью изменения потока воздуха можно регулировать влажность и температуру.
Рис.1 – Сельскохозяйственное помещение (птичник)

Изменять поток воздуха, проходящего через вентилятор можно следующими способами:
1) Изменение угла поворота лопастей
Недостатки:
Необходим дополнительный поворотный механизм, что снижает надежность системы вентилирования помещения;
Низкий диапазон регулирования потока воздуха.
Рис.2 – Лопасти вентилятора

2) Использование заслонки
Недостатки:
Необходим дополнительный поворотный механизм, что снижает надежность системы вентилирования помещения;
Невозможно увеличить поток воздуха выше номинального при горизонтальном положении заслонки;
Возникают потери мощности на заслонке по причине сопротивления потоку воздуха.
Рис.3 – Заслонка и поворотный механизм

3) Изменение входных параметров электродвигателя привода вентилятора
Рис.4 - Электровентилятор ТS с клино-ременной передачей
Данный способ позволяет регулировать поток воздуха в широком диапазоне и с большой плавностью.

В качестве привода к вентилятору можно использовать следующие типы электродвигателей:
1) Двигатель постоянного тока (а) и асинхронный двигатель с фазным ротором (б)
Недостатки:
Экономически невыгоден из-за сложной конструкции;
Наличие подвижных контактов, что снижает надежность работы электродвигателя двигателя;
АД с фазным ротором имеет большие габариты.
Рис.5 - Двигатель постоянного тока (а) и асинхронный двигатель с фазным ротором (б) в разрезе

2) Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
Рис.6 - Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором в разрезе
Достоинства:
Отсутствие подвижных контактов;
Питание подается только на неподвижную трехфазную обмотку статора;
Прост в изготовлении.

Регулирование скорости вращения АД КЗР осуществляется следующими методами:
1) Регулирование путем изменения величины питающего напряжения
Недостатки:
Малый диапазон регулирования;
Резкое уменьшение момента при уменьшении питающего напряжения.

2) Регулирование изменением числа полюсов
Достоинства:
Такое регулирование позволяет получить ступенчатое изменение частоты вращения.
Недостатки:
Большие габариты и масса по сравнению с двигателями стандартного исполнения, экономически невыгоден;
Кроме того регулирование осуществляется с низкой плавностью. При частоте f1=50Гц частота вращения поля n1 при переключениях изменяется в отношении 3000:1500 .

3)Регулирование путем включения реостата в цепь ротора
Недостатки:
Большие потери мощности в регулировочном реостате;
Чрезмерно мягкая механическая характеристика двигателя при большом сопротивлении в цепи ротора, так как малому изменению нагрузочного момента соответствует существенное изменение частоты вращения.

4) Частотное регулирование.
Достоинства:
Большой диапазон регулирования;
Плавность регулирования;
Жесткость механической характеристики постоянна при различных частотах.

Чтобы регулировать частоту вращения, необходимо одновременно с изменением частоты fi менять и напряжение питания U1.
Для вентиляторной нагрузки соотношение напряжения U и частоты fi равно:
Этот закон управления называется квадратичным

Вывод
Исходя из проведенного анализа различных способов регулирования входных параметров АД с КЗР выявлено, что наиболее эффективным способом регулирования скорости вращения вентилятора является частотный метод регулирования.

Техническая реализация проекта
Частотный преобразователь
Для осуществления способа регулирования требуется источник питания двигателя переменным током с регулируемой частотой.
Рис.7 – Простейшая схема преобразователя частоты

Рис.8 – Внешний вид преобразователя частоты Lenze smd

2)Датчики обратной связи
В предлагаемой системе управления воздушным потоком нужно применить два датчика обратной связи:
Анемометр – для контроля скорости воздушного потока
Тахогенератор. Для стабилизации заданной скорости вращения АД на вал АД устанавливается тахогенератор постоянного тока, например ТГ-1 с коэффициентом передачи 3 В/(об/с

Рис. 9 - Конструкция цифрового анемометра

3)Микроконтроллер
Рис. 10 – внешний вид микроконтроллера
Получает сигналы от датчиков, обрабатывает из в соответствии с заложенной программой и выдает сигналы управления на частотный преобразователь.