变频调速的概念是通过改变异步电动机供电频率来改变电动机转速的,这可以用异步电动机的转速公式来描述:n=(1-s)60f/p。当电动机的磁极对数p、转差率s-定时,电动机的转速n与电动机电源的频率成正比。所以,只要输入电动机的交流电频率能跟随变频调速系统输入频率变化,就可以实现变频调速。我们可以用下图的黑匣子来描述。
由图可知,不管黑匣子里面是什么,只要电动机的供电频率能随黑匣子输入端的频率变化,则,这个黑匣子就是变频调速电路。我们知道,音频放大器的输出信号频率是随输入信号频率变化的,所以,音频放大器就是那只黑匣子,就是变频调速电路。基于这样的理论,我们可以说,用任何音频放大器都可以实现变频调速。因此,有下图所示的单相异步电动机变频调速框图。
图中的正弦振荡器是系统的信号源,要求其振荡频率可调,频率范围为变频范围,这种变频调速系统仍然属于交一直一交变频,功放电路就是系统的逆变桥(直一交电路),它的直流电源是经过整流电路(即交一直电路)供给的,系统的控制电路就是正弦波发生器电路。
变频调速的正弦波可以用任何形式的正弦振荡电路,本例选用函数发生器电路ICL8038,其振荡频率为:f=0.33/RC,若RP1=22K,C=2.2微法、R1=R2=3K时,可以实现基频以下的恒压频比调速,频率范围为6-50Hz;如果C不变,加大RP1,还可以实现基频以上的弱磁调速。
基于音频放大器的变频调速电路如上图所示,图中ICL8038后边增加了一个电压放大器,以提高ICL8038的负载能力。电压放大器与输出电路间采用变压器耦合,L2、L3同名端互补,以满足H桥驱动相位的需要。输出采用准互补H桥乙类放大器,这个H桥实际就是变频电路里的逆变器。RP1、RP2是双联同轴电位器,系统设计为基频以下调速,当频率下调时,双联电位器使输入H桥的信号降低,从而降低电动机的电压以保证恒压频比变频调速。
交流正半周BG1、BG2、BG7、BG8导通,电机内有正向电流流过;交流负半周BG3、BG4、BG5、BG6导通,电机内有反向电流流过;则电动机电流的频率就是ICL8038给定的频率,电动机按给定频率的速度运行;当ICL8038的频率改变时,异步电动机的转速跟着改变,从而实现变频调速。电位器RP2到地串联的电阻R4是为转矩补偿加入的,当频率很低时电动机的负载能力下降较多,这时适当地提高电压,可以提高转矩。其补偿特性如下图所示。
上图中由VD5-8二极管单相桥整流(即AC/DC),由C5、C6滤波,R14、R15是均压电阻。前级电源由R8、R9、C1、C2、V1、V2组成的正负12伏稳压电路提供。
以上电路通过笔者实验,完全可以实现单相异步电动机的变频调速。由于这种变频调速系统的输出是工作在音频乙类状态,所以,输出功率管要加足散热器。
上述变频调速方案同样适用于三相异步电动机。
总之,用音频放大器可以构成简洁的单相变频调速电路,是单相异步电动机变频调速的一种新方法。电路的造价低、易于制造、节能环保、便于推广,在电风扇、吊扇、鼓风机、排油烟机等小容量单相异步电动机中有广泛应用前景。
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