3 способа поиска и устранения неисправностей двигателей переменного тока с помощью тестера цепи
Двигатель переменного тока не работает должным образом. Что вы делаете? Перед заменой двигателя ознакомьтесь с тремя способами поиска и устранения неисправностей двигателя переменного тока с помощью тестера цепей.
Двигатели переменного тока — самый простой в использовании тип двигателей. После подключения питания двигатель переменного тока работает с определенной скоростью и останавливается при отключении питания. Когда двигатель переменного тока не работает, обычно это проблема с питанием или проводкой. Хитрость в определении причины заключается в том, чтобы изолировать потенциальные проблемы.
Что такое тестер цепи?
Тестер цепи (также известный как мультиметр или мультитестер) представляет собой электронный измерительный прибор, сочетающий в себе функции вольтметра, омметра и амперметра. Типичный тестер цепи может измерять напряжение, сопротивление и ток в цепи. |
Сначала проверьте основную проводку.
Если двигатель подключен к источнику питания, но не работает, первое, что вы должны сделать, это проверить проводку и убедиться, что необходимые для работы компоненты находятся в хорошем рабочем состоянии. Поскольку в цепи питания может быть много компонентов, которые могут повлиять на работу двигателя, таких как реле, переключатели или контроллеры, начните с самой простой схемы. Это означает подключение двигателя переменного тока и конденсатора непосредственно к источнику питания переменного тока. Как только вы подтвердите, что двигатель работает, вы можете добавить компоненты обратно. Это может помочь вам проверить, являются ли компоненты хорошими или плохими.
СОВЕТ : Многие проблемы с двигателем переменного тока вызваны неисправными компонентами или неправильной проводкой. Чтобы упростить поиск и устранение неисправностей, изолируйте проблему, сначала выполнив поиск и устранение неисправностей в самой простой цепи. Как только это будет подтверждено, протестируйте каждый отдельный компонент по мере их добавления в схему. |
3 Что нужно проверить с помощью тестера цепей
Вот три способа найти причину неисправности двигателя переменного тока.
1. Сравните приложенное напряжение с напряжением на клеммах конденсатора. |
Теперь мы покажем вам, как проводить каждое измерение и что оно подтверждает.
| ТЕСТ 1: сравнение приложенного напряжения с напряжением на клеммах конденсатора |
При правильном подключении напряжение на клеммах конденсатора должно примерно в 1,7 раза превышать значение напряжения источника питания.
Это подтверждает, что двигатель получает правильное напряжение.
С помощью тестера цепей A , как показано на схеме выше, подсоедините кончик красной иглы к оголенной части красного провода, а кончик черной иглы – к оголенной части черного провода (и убедитесь, что хороший контакт). Убедитесь, что на двигатель подается правильное напряжение. Перед запуском выберите режим измерения напряжения переменного тока (обозначается буквой «V») на тестере цепей. При правильном подключении тестер цепи А покажет напряжение питания. Для простоты расчетов мы использовали в примере двигатель на 100 В переменного тока, поэтому на тестере цепи будет отображаться 100 В.
С помощью тестера цепей B , как показано на схеме выше, подсоедините кончик красной иглы к оголенной части красного провода, а кончик черной иглы соедините с оголенной частью белого провода. При правильном подключении тестер цепи покажет значение, примерно в 1,7 раза превышающее напряжение источника питания.
В этом примере измеряется 170 В.
Сравните два измеренных напряжения. Напряжение на клеммах конденсатора (красный/белый) должно быть в 1,7 раза больше напряжения источника питания (черный/красный).
Что делать, если у меня нет тестера цепи/мультиметра?
Чтобы проверить, подключен ли какой-либо конденсатор в цепи, вручную проверните вал двигателя при включенном питании. Если конденсатор не подключен, он будет вращаться в том направлении, в котором вы прикладываете силу.
| ОБЗОР: |
| ТЕСТ 2. Проверьте, проходит ли электричество по кабелю |
Обрыв соединения цепи двигателя с источником питания может привести к неправильной работе двигателя. Выполнение следующего измерения может подтвердить, замкнута цепь или разомкнута.
Делайте это при выключенном питании.
Используйте тестер цепи C и D
| ТЕСТ 3: Проверка сопротивления обмотки двигателя |
Путем измерения сопротивления обмотки двигателя и сравнения значений с исходными расчетными значениями двигателя можно проверить электрическое состояние двигателя.
Перед измерением удалите из цепи все дополнительные компоненты, такие как удлинители и конденсатор. Переключите тестер цепей в режим измерения значения сопротивления. Использование Тестер цепей E и F на приведенной выше схеме подключите к открытым участкам выводных проводов непосредственно от двигателя.
В качестве примера мы снова используем двигатель на 100 В (модель: 2IK6A-JA). Для этого конкретного двигателя показания сопротивления обоих тестеров цепей E и F должны составлять 170 Ом. Если обмотка повреждена, тестер цепи покажет значение более нескольких тысяч Ом. Если есть внутреннее короткое замыкание, значение менее 170 Ом. Для других двигателей, пожалуйста, свяжитесь с производителем двигателя, чтобы узнать, какими должны быть расчетные значения. Существует допуск около +/- 10% для сопротивления обмотки.
Что делать, если мой двигатель не проходит эти тесты?
Если двигатель не работает, это может быть неисправность двигателя или неисправный компонент, из-за которого двигатель выглядит плохо. Примерами являются неисправные переключатели, реле, кабели или просто неправильное напряжение. Выполнение этих тестов даст ценные подсказки о том, что нужно исправить. Это примеры.
Если ваш двигатель не проходит тест 1, проверьте/замените конденсатор или проводку. Если ваш двигатель не проходит тест 2, проверьте/замените кабель или разъем. Если ваш двигатель не прошел тест 3, замените двигатель. |
Механические проблемы, такие как повреждение шарикоподшипника из-за чрезмерных радиальных или осевых нагрузок, также могут привести к остановке двигателя. Чтобы проверить это, снимите двигатель и редуктор и попробуйте повернуть вал в обоих направлениях. Если вал двигателя или вал редуктора кажется заблокированным без какой-либо нагрузки, значит, что-то не так. Ненормальный шум или трение при вращении вала могут указывать на повреждение или нарушение соосности. Лучше всего заменить двигатель и/или редуктор.
Еще один способ стать лучшим специалистом по устранению неполадок двигателя — лучше понять продукт. Ознакомьтесь с этими соответствующими сообщениями, чтобы расширить свои знания о двигателях переменного тока (или обратитесь к нашим инженерам технической поддержки).
Похожие сообщения: |
Питание и управление бесщеточными двигателями постоянного тока
Растущая популярность бесщеточных двигателей постоянного тока (BLDC) обусловлена использованием электронной коммутации. Это заменяет обычную механику, состоящую в том, что щетки трутся о коллектор для подачи питания на обмотки якоря двигателя постоянного тока.
Электронная коммутация обеспечивает более высокий КПД по сравнению с обычными двигателями постоянного тока с улучшением на 20–30 % для двигателей, работающих с той же скоростью и нагрузкой. Поскольку Международное энергетическое агентство сообщает, что 40% всей электроэнергии в мире используется для питания электродвигателей, такое повышение эффективности становится убедительным.
Кроме того, двигатель BLDC более надежен. Он сохраняет свою высокую производительность, в то время как эффективность и мощность эквивалентного обычного двигателя снижаются из-за износа, вызывая плохой контакт щеток, искрение между щетками и коммутатором, рассеивая энергию, и грязь, ухудшающую электропроводность.
Повышение эффективности позволяет сделать двигатели BLDC меньше, легче и тише при заданной выходной мощности, что еще больше увеличивает их популярность в таких секторах, как автомобилестроение; бытовая техника; и отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха (HVAC). Другие преимущества двигателей BLDC включают превосходные характеристики скорости по отношению к крутящему моменту (за исключением крутящего момента при запуске), более динамичный отклик, бесшумную работу и более высокие диапазоны скоростей.
Недостатком двигателей BLDC является их сложность и связанное с этим увеличение стоимости. Электронная коммутация требует контролирующих цепей, чтобы гарантировать точное время включения катушки для точного управления скоростью и крутящим моментом, а также для обеспечения работы двигателя с максимальной эффективностью.
К счастью, этот сектор быстро развивается, и поставщики полупроводников теперь предлагают широкий спектр высокоинтегрированных микросхем MOSFET с драйверами двигателей постоянного тока с внешними или встроенными микроконтроллерами, что упрощает процесс проектирования и снижает стоимость компонентов.
В этой статье объясняется, как разработчик может воспользоваться преимуществами этих новейших микросхем для упрощения процесса проектирования. энергия. Ток через обмотку создает магнитное поле, которое в присутствии второго магнитного поля (обычно инициируемого постоянными магнитами) создает силу на этой обмотке, которая достигает максимума, когда ее проводники находятся под углом 90° ко второму полю. Увеличение количества катушек повышает мощность двигателя и выравнивает подачу мощности. (Monolithic Power Systems (MPS) выпустила примечания по применению (см. Ссылку 1), в которых хорошо обобщаются основные концепции двигателя.)
Двигатель BLDC преодолевает требования к механическому коммутатору за счет изменения схемы двигателя; обмотки становятся статором, а постоянные магниты становятся частью ротора. Статор обычно состоит из стальных пластин с осевыми прорезями для размещения четного числа обмоток вдоль его внутренней периферии. Ротор состоит из вала и ступицы с постоянными магнитами, образующими от двух до восьми пар полюсов, которые чередуются между «N» и «S».
На рис. 1 показан один из примеров обычного расположения магнитов, в данном случае две пары магнитов, прикрепленные непосредственно к втулке ротора.
Рисунок 1: В двигателе BLDC постоянные магниты прикреплены к ротору. Типичные конфигурации включают от двух до восьми пар, чередующихся между полюсами «N» и «S». (любезно предоставлено: MPS)
Поскольку обмотки являются стационарными, для их подачи можно установить постоянные соединения. Чтобы неподвижные обмотки двигали постоянный магнит, обмотки должны быть запитаны (или коммутированы) в контролируемой последовательности для создания вращающегося магнитного поля.
Поскольку вращающееся магнитное поле, создаваемое статором, заставляет ротор вращаться с той же частотой, двигатель BLDC известен как «синхронный» тип. Двигатели BLDC могут быть одно-, двух- или трехфазными. Трехфазные двигатели BLDC являются наиболее распространенными и будут предметом остальной части этой статьи.
Управление двигателем BLDC
На сегодняшний день наиболее распространенной конфигурацией для последовательной подачи тока на трехфазный двигатель BLDC является использование трех пар силовых МОП-транзисторов, расположенных в мостовой структуре, как показано на рис.
2. Каждая пара управляет коммутация одной фазы двигателя. В типичной схеме полевые МОП-транзисторы верхнего плеча управляются с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ), которая преобразует входное постоянное напряжение в модулированное управляющее напряжение. Использование ШИМ позволяет ограничить пусковой ток и обеспечивает точный контроль скорости и крутящего момента. Частота ШИМ представляет собой компромисс между потерями при переключении, возникающими на высоких частотах, и пульсирующими токами, возникающими на низких частотах, которые в экстремальных случаях могут повредить двигатель. Обычно конструкторы используют частоту ШИМ, по крайней мере, на порядок превышающую максимальную скорость вращения двигателя.
Рис. 2. Трехфазный двигатель BLDC обычно питается от трех пар полевых МОП-транзисторов, расположенных в мостовой конструкции и управляемых ШИМ. ШИМ обеспечивает точное управление скоростью и крутящим моментом двигателя. (Схема нарисована с помощью Digi-Key Scheme-it®)
Существуют три схемы управления для электронной коммутации: трапециевидная, синусоидальная и полевой.
Трапециевидная техника (описанная в примере ниже) — самая простая. На каждом шаге две обмотки находятся под напряжением (одна «высокая» и одна «низкая»), а другая обмотка плавает. Недостатком трапециевидного метода является то, что эта «ступенчатая» коммутация вызывает «пульсацию» крутящего момента, особенно на низких скоростях.
Синусоидальное управление более сложное, но снижает пульсации крутящего момента. В этом режиме управления все три катушки остаются под напряжением, при этом управляющий ток в каждой из них изменяется синусоидально на 120° друг от друга. Результатом является гораздо более плавная подача мощности по сравнению с трапециевидной техникой.
Полеориентированное управление основано на измерении и регулировке токов статора таким образом, чтобы угол между потоками ротора и статора всегда составлял 90°. Этот метод более эффективен на высоких скоростях, чем синусоидальный метод, и дает лучшие характеристики при динамических изменениях нагрузки по сравнению со всеми другими методами.
Пульсации крутящего момента практически отсутствуют, а более плавное и точное управление двигателем может быть достигнуто как на низких, так и на высоких скоростях.
В этой статье остальная часть технического обсуждения будет ограничена трапециевидной техникой.
В двигателе, использующем трапециевидную схему управления, переключение моста MOSFET должно происходить в точно определенной последовательности, чтобы двигатель BLDC работал эффективно. Последовательность переключения определяется взаимным расположением пар магнитов ротора и обмоток статора. Трехфазному двигателю BLDC требуется шестиступенчатая последовательность коммутации для завершения одного электрического цикла. Количество механических оборотов за электрический цикл определяется количеством пар магнитов на роторе. Например, два электрических цикла потребуются для механического вращения ротора, состоящего из двух пар магнитов, на один оборот.
С датчиком и без датчика
Две технологии предлагают решение для обратной связи по положению.
В первом и наиболее распространенном используются три датчика Холла, встроенные в статор и расположенные через равные промежутки времени, обычно 60° или 120°. Вторая, «бессенсорная» технология управления применяется для двигателей BLDC, требующих минимальных электрических соединений.
В оборудованном датчиком двигателе BLDC каждый датчик Холла объединен с переключателем, который генерирует логический «высокий» (для одного магнитного полюса) или «низкий» (для противоположного полюса) сигнал. Последовательность коммутации определяется путем объединения логических сигналов от датчиков Холла и соответствующих переключателей. В любой момент времени хотя бы один из датчиков срабатывает от одного из магнитных полюсов ротора и генерирует импульс напряжения.
На рис. 3 показана последовательность коммутации трехфазного бесконтактного двигателя постоянного тока с вращением против часовой стрелки. Датчики Холла устанавливаются в положениях «а», «б» и «в». Для каждого шага в последовательности коммутации одна обмотка (либо «U», «V» или «W») управляется высоким уровнем моста MOSFET, в то время как одна управляется низким, а третья остается плавающей.
Например, в левом верхнем углу рисунка U высокий (образует N-полюс), V низкий (S) и W плавающий. Результирующее магнитное поле перемещает ротор против часовой стрелки, поскольку его постоянные магниты отталкиваются от одной обмотки и притягиваются к другой. Второй этап (ниже) показывает, что обмотка U остается на высоком уровне, в то время как V переключается на плавающий, а W переключается на низкий, таким образом поддерживая «вращение» магнитного поля и перемещая ротор вместе с ним. Остальные шаги коммутации, один электрический цикл, завершает половину механического оборота ротора.
Рисунок 3: Последовательность электронной коммутации для трехфазного двигателя BLDC с использованием моста MOSFET и датчиков Холла. В этом случае ротор вращается против часовой стрелки, а датчики Холла («а», «b» и «с») устанавливаются с интервалом 60°. (Предоставлено MPS)
На рис. 4 показано состояние фазных обмоток по отношению к сигналам датчика Холла для двигателя, вращающегося против часовой стрелки, показанного на рис.
3 выше.
Рис. 4. Выход логического переключателя датчика Холла и временная диаграмма состояния обмотки для трехфазного двигателя BLDC с вращением против часовой стрелки. Обратите внимание, как минимум один логический переключатель и обмотка меняют состояние каждые 60°. (Предоставлено MPS)
Бессенсорный бессенсорный двигатель постоянного тока использует электродвижущую силу (ЭДС), которая создает ток в обмотках любого двигателя постоянного тока с магнитным полем, противодействующим первоначальному изменению магнитного потока, как описано в законе Ленца. ЭДС имеет тенденцию сопротивляться вращению двигателя и поэтому называется «обратной» ЭДС. Для данного двигателя с фиксированным магнитным потоком и числом обмоток ЭДС пропорциональна угловой скорости ротора.
Контролируя обратную ЭДС, соответствующим образом запрограммированный микроконтроллер может определять относительное положение статора и ротора без использования датчиков Холла. Это упрощает конструкцию двигателя, снижает его стоимость, а также устраняет дополнительную проводку и соединения с двигателем, которые в противном случае были бы необходимы для поддержки датчиков, что повышает надежность.
Однако, поскольку стационарный двигатель не создает противо-ЭДС, контроллер не может определить положение двигателя при запуске. Решение состоит в том, чтобы запустить двигатель в конфигурации с разомкнутым контуром до тех пор, пока не будет сгенерировано достаточное количество ЭДС, чтобы контроллер мог определить положение ротора и статора, а затем взять на себя управление. Более сложный режим управления используется, если двигатель используется в приложениях, где вращение в обратном направлении запрещено.
Обратная ЭДС, генерируемая каждой обмоткой описанного выше асинхронного двигателя постоянного тока, показана в нижней половине рисунка 5. Это сравнивается с выходным сигналом логического переключателя датчика Холла для сравнимого асинхронного двигателя постоянного тока, оснащенного датчиками. Из рисунка видно, что точки пересечения нуля ЭДС, генерируемой в обмотке, совпадают с изменениями состояния переключения логических ключей. Именно эту информацию о переходе через нуль микроконтроллер использует для запуска каждой стадии цикла коммутации в бессенсорном двигателе постоянного тока.
(См. статью в библиотеке «Управление бессенсорными двигателями постоянного тока с помощью обратной ЭДС».)
Рис. 5: Выход логического переключателя датчика Холла по сравнению с обратной ЭДС для двигателя BLDC с вращением против часовой стрелки. Обратите внимание, как точки пересечения нуля для информации об обратной ЭДС, используемой для управления двигателем BLDC без датчиков, совпадают с изменением состояния логических переключателей в двигателе BLDC, оборудованном датчиками. (Любезно предоставлено: MPS)
Проектирование двигателя BLDC
В то время как принципы коммутации двигателя BLDC задействованы, мощность двигателя BLDC и схема управления не обязательно. На рынке имеется множество проверенных интегрированных продуктов, которые можно использовать в качестве строительных блоков для схем. Силовые модули BLDC, содержащие либо драйверы затворов, либо встроенные полевые МОП-транзисторы, лежат в основе схемы.
Трехфазный драйвер MOSFET A4915 компании Allegro Microsystems работает в качестве предварительного драйвера для шестимощного моста MOSFET для двигателя BLDC.
Это устройство предназначено для продуктов с батарейным питанием. Одной из примечательных особенностей экономии энергии является спящий режим с низким энергопотреблением, который гарантирует, что устройство потребляет минимальный ток, когда двигатель не вращается. Устройство также оснащено синхронным выпрямлением — методом, заимствованным у импульсных регуляторов напряжения, для снижения энергопотребления и устранения необходимости во внешних диодах Шоттки.
Microchip также предлагает предварительный драйвер для шестимощного моста MOSFET для двигателя BLDC, но на этот раз для небольших бездатчиковых устройств, используемых в автомобилях, бытовой технике и товарах для хобби. В состав устройства MCP8025 входит понижающий импульсный стабилизатор для питания внешнего контроллера, а также два линейных регулятора с малым падением напряжения (LDO) и зарядный насос для питания моста MOSFET.
Этот чип упрощает работу, измеряя противоЭДС плавающей обмотки, которую затем сравнивают с нейтральной точкой двигателя.
Когда обратная ЭДС пересекает нулевую точку, детектор пересечения нуля отправляет сигнал на главный контроллер, чтобы указать контрольную точку коммутации.
Компания Texas Instruments DRV8313 делает еще один шаг вперед, объединяя три индивидуально управляемых мостовых полупроводниковых драйвера. Преимущество этой компоновки заключается в том, что микросхема может использоваться не только для управления трехфазным двигателем постоянного тока, но и для управления двигателем с механической коммутацией (с использованием двух полукруглых мостов) или тремя независимыми соленоидами. Микросхема может подавать до 3,5 А от источника питания от 8 до 60 В.
DRV8313 не имеет входов датчиков. TI предполагает, что для сенсорной или безсенсорной работы чип должен быть объединен с микроконтроллером, таким как популярный MSP430. Такое расположение, как показано на рисунке 6, обеспечивает полную систему управления с обратной связью для трехфазного двигателя постоянного тока с датчиками.
Рис.
6: Полная система управления с обратной связью для трехфазного двигателя постоянного тока с датчиком. Схема включает аналоговый вход скорости, микроконтроллер MSP430, контролирующий выходы ШИМ для мощных полевых МОП-транзисторов, мостовой драйвер с шестью полевыми МОП-транзисторами, мост МОП-транзисторов и двигатель постоянного тока BLDC. Положения статора и ротора двигателя определяются тремя датчиками Холла, которые подают сигналы на микроконтроллер. (Любезно предоставлено: Texas Instruments)
TI предлагает альтернативную часть, DRV8308, в которую не интегрированы МОП-транзисторы. Однако он может напрямую принимать входные данные от трех датчиков Холла и, следовательно, при желании может использоваться без дополнительного микроконтроллера.
В то время как датчики Холла являются проверенным решением для обратной связи по положению, разработки в технологии датчиков положения обеспечивают большую точность и обещают более эффективную последовательность коммутации. Например, ADA4571 компании Analog Devices представляет собой угловой датчик и формирователь сигналов, который может заменить три датчика Холла типичной конструкции трехфазного двигателя BLDC одним устройством.
Преимуществами являются экономия места и необходимость работы только с одиночным сигналом.
ADA4571 использует технологию анизотропной магниторезистивной (AMR) технологии. Типичная реализация заключается в установке диаметрально намагниченного диска на конце вала двигателя BLDC (см. рис. 7). Магнитное поле диска проходит через плоскость датчика, и угол ротора определяется без контакта механических и электрических компонентов.
Рис. 7: Один анизотропный магниторезистивный датчик можно разместить рядом с дисковым магнитом, установленным на конце вала двигателя BLDC, заменив три датчика Холла для определения угла двигателя BLDC, сэкономив место и облегчив обработку сигналов.
ADA4571 выдает усиленные косинусоидальные и синусоидальные выходные сигналы, зависящие от угла поворота магнитного поля. Диапазон выходного напряжения пропорционален напряжению питания. Analog Devices предлагает объединить датчик с 12-разрядным АЦП AD7866 для преобразования аналоговых сигналов ADA4571 в цифровой сигнал, требуемый контроллером привода двигателя BLDC или внешним микроконтроллером.