Controlul motorului trifazat, metode de control al vitezei motorului

Controlul motoarelor asincrone poate fi fie parametric, adică prin modificarea parametrilor circuitelor mașinii, fie printr-un convertor separat.

Control parametric

Alunecarea critică depinde slab de rezistența activă a circuitului statorului. Când se introduce rezistență suplimentară în circuitul statorului, valoarea scade ușor. Cuplul maxim poate fi redus semnificativ. Ca urmare, caracteristica mecanică va lua forma prezentată în Fig. 1.

Orez. 1. Caracteristicile mecanice ale unui motor asincron la modificarea parametrilor circuitului primar și secundar: 1 — natural, 2 și 3 — cu introducerea rezistenței suplimentare active și inductive în circuitul statorului

Comparând-o cu caracteristica naturală a motorului, putem concluziona că introducerea unei rezistențe suplimentare în circuitul statorului are un efect redus asupra vitezei. La un cuplu static constant, viteza va scădea ușor.Prin urmare, această metodă de control al ratei este ineficientă și nu este utilizată în această versiune cea mai simplă.

Introducerea rezistenței inductive în circuitul statorului este, de asemenea, ineficientă. Alunecarea critică va scădea, de asemenea, ușor, iar cuplul motorului este redus semnificativ datorită creșterii rezistenței. Caracteristica mecanică corespunzătoare este prezentată în aceeași fig. 1.

Uneori se introduce o rezistență suplimentară în circuitul statorului pentru a limita curenții de aprindere… În acest caz, șocurile sunt de obicei folosite ca rezistență inductivă suplimentară, iar tiristoarele sunt folosite ca și active (Fig. 2).

Orez. 2. Inclusiv tiristoare în circuitul statorului

Cu toate acestea, trebuie avut în vedere că acest lucru reduce semnificativ nu numai criticul, ci și cuplul de pornire a motorului (în c = 1), ceea ce înseamnă că pornirea în aceste condiții este posibilă doar cu un mic moment static. Introducerea unei rezistențe suplimentare în circuitul rotorului este, desigur, posibilă numai pentru un motor cu rotor bobinat.

Rezistența inductivă suplimentară în circuitul rotorului are același efect asupra turației motorului ca atunci când este introdus în circuitul statorului.

În practică, utilizarea rezistenței inductive într-un circuit rotor este extrem de dificilă datorită faptului că trebuie să funcționeze la o frecvență variabilă - de la 50 Hz la câțiva herți și uneori fracțiuni de hertz. În astfel de condiții, este foarte dificil să creezi o sufocare.

La frecvență joasă, rezistența activă a inductorului va afecta în principal. Pe baza considerațiilor de mai sus, rezistența inductivă în circuitul rotorului nu este niciodată utilizată pentru controlul vitezei.

Cel mai eficient mod de control parametric al vitezei este introducerea unei rezistențe active suplimentare în circuitul rotorului. Acest lucru ne oferă o familie de caracteristici cu cuplu maxim constant. Aceste caracteristici sunt folosite pentru a limita curentul și pentru a menține un cuplu constant și pot fi folosite și pentru a controla viteza.

În fig. 3 arată cum prin schimbarea r2, adică input rext, este posibil la un moment static să se schimbe viteza într-un interval larg - de la nominal la zero. În practică, însă, este posibilă reglarea vitezei numai pentru valori suficient de mari ale momentului static.

Orez. 3. Caracteristicile mecanice ale unui motor asincron cu introducerea unei rezistențe suplimentare în circuitul rotorului

La valori scăzute de (Mo) în modul aproape de mers în gol, domeniul de control al vitezei este mult redus și vor trebui introduse rezistențe suplimentare foarte mari pentru a reduce viteza în mod apreciabil.

Trebuie avut în vedere faptul că atunci când se lucrează la viteze mici și cu cupluri statice mari, stabilitatea vitezei va fi insuficientă, deoarece datorită abruptului mare a caracteristicilor, ușoare fluctuații ale cuplului vor provoca modificări semnificative ale vitezei.

Uneori, pentru a asigura accelerarea motorului fără îndepărtarea succesivă a secțiunilor reostatului, un reostat și o bobină inductivă sunt conectate în paralel cu inelele rotorului (Fig. 4).

Orez. 4. Conectarea în paralel a rezistenței active și inductive suplimentare în circuitul rotorului motorului asincron

În momentul inițial al pornirii, când frecvența curentului în rotor este mare, curentul este în principal închis prin reostat, adică.printr-o rezistenţă mare care asigură un cuplu de pornire suficient de mare. Pe măsură ce frecvența scade, rezistența inductivă scade și curentul începe să se închidă și prin inductanță.

Când se atinge viteze de funcționare, când alunecarea este mică, curentul circulă în principal prin inductor, a cărui rezistență la frecvență joasă este determinată de rezistența electrică a înfășurării rrev. Astfel, la pornire, rezistența externă a circuitului secundar este schimbată automat de la rreost la roro, iar accelerația are loc la un cuplu practic constant.

Controlul parametric este în mod natural asociat cu pierderi mari de energie. Energia de alunecare, care sub formă de energie electromagnetică este transmisă prin golul de la stator la rotor și este de obicei transformată în mecanică, cu o rezistență mare a circuitului secundar, merge în principal la încălzirea acestei rezistențe, iar la s = 1 toată energia transferată de la stator la rotor, va fi consumată în reostatele circuitului secundar (Fig. 5).

Orez. 5. Pierderi în circuitul secundar la reglarea vitezei unui motor asincron prin introducerea unei rezistențe suplimentare în circuitul rotoric: I — zona de putere utilă transmisă arborelui motorului, II — zona pierderilor în rezistențele circuitului secundar

Prin urmare, controlul parametric este utilizat în principal pentru reducerea vitezei pe termen scurt în cursul procesului tehnologic efectuat de mașina de lucru.Numai în cazurile în care procesele de reglare a vitezei sunt combinate cu pornirea și oprirea mașinii de lucru, ca de exemplu în instalațiile de ridicare, controlul parametric cu introducerea unei rezistențe suplimentare în circuitul rotorului este utilizat ca mijloc principal de control al vitezei.

Reglarea vitezei prin variarea tensiunii aplicate statorului

La reglarea vitezei unui motor cu inducție prin modificarea tensiunii, forma caracteristicii mecanice rămâne neschimbată, iar momentele scad proporțional cu pătratul tensiunii. Caracteristicile mecanice la diferite tensiuni sunt prezentate în Fig. 6. După cum puteți vedea, în cazul utilizării motoarelor convenționale, domeniul de control al vitezei este foarte limitat.

Orez. 6… Reglarea vitezei unui motor cu inducție prin modificarea tensiunii din circuitul statorului

O gamă ceva mai largă poate fi atinsă cu un motor cu alunecare mare. Cu toate acestea, în acest caz, caracteristicile mecanice sunt abrupte (Fig. 7) și funcționarea stabilă a motorului poate fi realizată numai cu utilizarea unui sistem închis care asigură stabilizarea vitezei.

Când cuplul static se modifică, sistemul de control menține un anumit nivel de viteză și are loc o tranziție de la o caracteristică mecanică la alta, ca urmare, funcționarea continuă la caracteristicile indicate de liniile întrerupte.

Orez. 7. Caracteristici mecanice la reglarea tensiunii statorice într-un sistem închis

Când convertizorul este supraîncărcat, motorul atinge caracteristica limită corespunzătoare tensiunii maxime posibile pe care o asigură convertizorul, iar pe măsură ce sarcina crește în continuare, viteza va scădea conform acestei caracteristici. La sarcină mică, dacă convertorul nu poate reduce tensiunea la zero, va exista o creștere a vitezei în funcție de caracteristica AC.

Amplificatoarele magnetice sau convertoarele tiristoare sunt de obicei utilizate ca sursă controlată de tensiune. În cazul utilizării unui convertor tiristor (Fig. 8), acesta din urmă funcționează de obicei în modul impuls. În acest caz, la bornele statorului motorului cu inducție se menține o anumită tensiune medie, care este necesară pentru a asigura o viteză dată.

Orez. 8. Schema controlului vitezei de impuls a unui motor cu inducție

Pentru reglarea tensiunii la bornele statorului motorului ar părea posibil să se utilizeze un transformator sau un autotransformator cu înfășurări secționale. Cu toate acestea, utilizarea blocurilor de transformatoare separate este asociată cu costuri foarte ridicate și nu asigură calitatea necesară a reglementării, deoarece în acest caz este posibilă doar o schimbare treptată a tensiunii și este practic imposibilă introducerea unui dispozitiv de comutare a secțiunii într-un sistem automat. Autotransformatoarele sunt uneori folosite pentru a limita curenții de pornire ai motoarelor puternice.

Controlul vitezei prin comutarea secțiunilor de înfășurare a statorului la un număr diferit de perechi de poli

Există o serie de mecanisme de producție care în timpul procesului tehnologic trebuie să funcționeze la diferite niveluri de viteză, în timp ce nu este nevoie de o reglare lină, dar este suficient să aveți o unitate cu o schimbare discretă, în trepte, a vitezei. Astfel de mecanisme includ unele mașini pentru prelucrarea metalelor și a lemnului, lifturi etc.

Se poate atinge un număr limitat de viteze de rotație fixe motoare cu colivie cu mai multe viteze, în care înfășurarea statorului comută la un număr diferit de perechi de poli. Celula veveriță a unui motor cu celulă veveriță formează automat un număr de poli egal cu numărul de poli statori.

Sunt utilizate două modele de motoare: cu înfășurări multiple în fiecare fantă a statorului și cu o singură înfășurare ale cărei secțiuni sunt comutate pentru a produce un număr diferit de perechi de poli.

Motoarele cu mai multe viteze cu mai multe înfășurări statorice independente sunt inferioare motoarelor cu mai multe viteze cu o singură înfășurare din punct de vedere tehnic și economic. La motoarele cu înfășurare multiplă, înfășurarea statorului este utilizată ineficient, umplerea fantei statorului este insuficientă, eficiența și cosφ sunt sub optim. Prin urmare, distribuția principală este obținută din motoare cu o singură înfășurare cu mai multe viteze, cu comutarea înfășurărilor pe un număr diferit de perechi de poli.

La comutarea secțiunilor, distribuția MDS în alezajul statorului se modifică. Ca urmare, viteza de rotație a MDS se modifică și, prin urmare, fluxul magnetic. Cea mai ușoară modalitate este de a comuta perechile de poli cu un raport de 1: 2. În acest caz, înfășurările fiecărei faze sunt realizate sub formă de două secțiuni.Schimbarea direcției curentului într-una dintre secțiuni vă permite să înjumătățiți numărul de perechi de poli.

Luați în considerare circuitele înfășurării statorului a motorului, ale căror secțiuni sunt comutate la opt și patru poli. În fig. 9 prezintă o înfășurare monofazată pentru simplitate. Când două secțiuni sunt conectate în serie, adică atunci când capătul primei secțiuni K1 este conectat la începutul celui de-al doilea H2, obținem opt poli (Fig. 9, a).

Dacă schimbăm direcția curentului în a doua secțiune în sens invers, atunci numărul de poli formați de bobină se va reduce la jumătate și va fi egal cu patru (Fig. 9, b). Direcția curentului din a doua secțiune poate fi schimbată prin transferul jumperului de la bornele K1, H2 la bornele K1, K2. De asemenea, se pot obține patru poli prin conectarea secțiunilor în paralel (Fig. 9, c).

Orez. 9. Comutarea secțiunilor înfășurării statorului la un număr diferit de perechi de poli

Caracteristicile mecanice ale unui motor cu două viteze cu înfășurări statorice comutate sunt prezentate în Fig. zece.

Orez. 10. Caracteristicile mecanice ale unui motor cu inducție la comutarea înfășurării statorului a unui număr diferit de perechi de poli

La trecerea de la schema a la schema b (Fig. 9), puterea constantă a motorului este menținută la ambele niveluri de turație (Fig. 10, a). Atunci când se utilizează a doua opțiune de schimbare, motorul poate dezvolta același cuplu. Este posibilă comutarea secțiunilor înfășurării statorului, oferind un raport de viteză nu numai 1: 2, ci și altele. Pe lângă motoarele cu două trepte, industria produce și motoare cu trei și patru trepte.

Controlul frecvenței motoarelor trifazate

După cum rezultă din cele de mai sus, reglarea vitezei motorului cu inducție este extrem de dificilă. Controlul infinit variabil al vitezei pe o gamă largă, menținând în același timp o rigiditate suficientă a caracteristicilor, este posibil doar cu control parțial. Prin modificarea frecvenței curentului de alimentare și, prin urmare, a vitezei de rotație a câmpului magnetic, este posibilă reglarea vitezei de rotație a rotorului motorului.

Cu toate acestea, pentru a controla frecvența în instalație, este necesar un convertor de frecvență, care ar putea converti un curent de frecvență constantă al rețelei de alimentare de 50 Hz într-un curent de frecvență variabilă care variază fără probleme pe o gamă largă.

Inițial, au existat încercări de utilizare a convertoarelor pe mașinile electrice. Cu toate acestea, pentru a obține curent de frecvență variabilă de la un generator sincron, este necesar să se rotească rotorul acestuia la viteză variabilă. În acest caz, sarcinile de reglare a turației motorului în funcțiune sunt atribuite motorului care antrenează generatorul sincron în rotație.

Generatorul de colector, care poate genera un curent de frecvență variabilă la o viteză constantă de rotație, nu a permis, de asemenea, rezolvarea problemei, deoarece, în primul rând, este nevoie de un curent de frecvență variabilă pentru a-l excita și, în al doilea rând, ca toate mașinile colectoare de curent alternativ. , apar mari dificultăți, asigurând comutația normală a colectorului.

În practică, controlul frecvenței a început să se dezvolte odată cu apariția dispozitive semiconductoare… În același timp, s-a dovedit a fi posibilă crearea convertoarelor de frecvență pentru controlul atât a centralelor electrice, cât și a motoarelor executive în sistemele servo și servomotorizările.

Pe lângă complexitatea proiectării unui convertor de frecvență, există și nevoia de a controla simultan două mărimi - frecvența și tensiunea. Când frecvența scade pentru a scădea viteza, echilibrul EMF și tensiunea rețelei pot fi menținute doar prin creșterea fluxului magnetic al motorului. În acest caz, circuitul magnetic se va satura și curentul statorului va crește intens conform unei legi neliniare. Ca urmare, funcționarea unui motor cu inducție în modul de control al frecvenței la tensiune constantă este imposibilă.

Prin reducerea frecvenței, pentru a menține neschimbat fluxul magnetic, este necesară reducerea simultană a nivelului de tensiune. Astfel, în controlul frecvenței, trebuie utilizate două canale de control: frecvența și tensiunea.

Orez. 11. Caracteristicile mecanice ale unui motor cu inducție atunci când este alimentat cu tensiune de frecvență controlată și flux magnetic constant

Sistemele de control al frecvenței sunt de obicei construite ca sisteme în buclă închisă și mai multe informații despre acestea sunt oferite aici: Reglarea frecvenței unui motor asincron