Tre-fase motorkontroll, metoder for motorhastighetskontroll

Styringen av asynkronmotorer kan enten være parametrisk, det vil si ved å endre parameterne til maskinkretsene, eller ved en separat omformer.

Parametrisk kontroll

Den kritiske slip avhenger svakt av den aktive motstanden til statorkretsen. Når ytterligere motstand introduseres i statorkretsen, synker verdien litt. Maksimalt dreiemoment kan reduseres betydelig. Som et resultat vil den mekaniske egenskapen ha formen vist i fig. 1.

Ris. 1. Mekaniske egenskaper til en asynkronmotor ved endring av parametrene til primær- og sekundærkretsen: 1 — naturlig, 2 og 3 — med innføring av ekstra aktiv og induktiv motstand i statorkretsen

Ved å sammenligne det med motorens naturlige karakteristikk, kan vi konkludere med at innføringen av ekstra motstand i statorkretsen har liten effekt på hastigheten. Ved konstant statisk dreiemoment vil hastigheten reduseres noe.Derfor er denne hastighetskontrollmetoden ineffektiv og brukes ikke i denne enkleste versjonen.

Å introdusere induktiv motstand i statorkretsen er også ineffektivt. Kritisk slip vil også avta litt, og motormomentet reduseres betydelig på grunn av økningen i luftmotstand. Den tilsvarende mekaniske karakteristikk er vist i samme fig. 1.

Noen ganger introduseres en ekstra motstand i statorkretsen for å begrense innkoblingsstrømmene… I dette tilfellet brukes vanligvis choker som ekstra induktiv motstand, og tyristorer brukes som aktive (fig. 2).

Ris. 2. Inkludert tyristorer i statorkretsen

Imidlertid bør det tas i betraktning at dette reduserer betydelig ikke bare det kritiske, men også motorens startmoment (i c = 1), noe som betyr at start under disse forholdene bare er mulig med et lite statisk moment. Innføring av ekstra motstand i rotorkretsen er selvfølgelig bare mulig for en viklet rotormotor.

Den ekstra induktive motstanden i rotorkretsen har samme effekt på hastigheten til motoren som når den innføres i statorkretsen.

I praksis er bruken av induktiv motstand i en rotorkrets ekstremt vanskelig på grunn av det faktum at den må operere med en variabel frekvens - fra 50 Hz til flere hertz og noen ganger brøkdeler av en hertz. Under slike forhold er det veldig vanskelig å lage en choke.

Ved lav frekvens vil den aktive motstanden til induktoren hovedsakelig påvirke. Basert på betraktningene ovenfor, brukes aldri induktiv motstand i rotorkretsen til hastighetskontroll.

Den mest effektive måten for parametrisk hastighetskontroll er å innføre ekstra aktiv motstand i rotorkretsen. Dette gir oss en familie av egenskaper med konstant maksimalt dreiemoment. Disse egenskapene brukes til å begrense strøm og opprettholde et konstant dreiemoment, og kan også brukes til å kontrollere hastighet.

I fig. 3 viser hvordan ved å endre r2, dvs. input rext, er det mulig på et eller annet statisk tidspunkt å endre hastigheten over et bredt område — fra nominell til null. I praksis er det imidlertid mulig å justere hastigheten bare for tilstrekkelig store verdier av det statiske momentet.

Ris. 3. Mekaniske egenskaper til en asynkronmotor med innføring av ekstra motstand i rotorkretsen

Ved lave verdier på (Mo) i nesten tomgangsmodus reduseres hastighetskontrollområdet kraftig, og det må innføres veldig store ekstra motstander for å redusere hastigheten betraktelig.

Det bør huskes at ved drift med lave hastigheter og med høye statiske dreiemomenter, vil hastighetsstabiliteten være utilstrekkelig, fordi på grunn av den høye brattheten til egenskapene vil små svingninger i dreiemomentet forårsake betydelige endringer i hastigheten.

Noen ganger, for å gi akselerasjon av motoren uten suksessiv fjerning av reostatdelene, kobles en reostat og en induktiv spole parallelt med rotorringene (fig. 4).

Ris. 4. Parallellkobling av ekstra aktiv og induktiv motstand i rotorkretsen til asynkronmotoren

I det første startøyeblikket, når frekvensen til strømmen i rotoren er høy, lukkes strømmen hovedsakelig gjennom reostaten, dvs.gjennom en stor motstand som gir et tilstrekkelig høyt startmoment. Når frekvensen synker, avtar den induktive motstanden og strømmen begynner også å lukke seg gjennom induktansen.

Når driftshastigheter er nådd, når slip er liten, flyter strømmen hovedsakelig gjennom induktoren, hvis motstand ved lav frekvens bestemmes av den elektriske motstanden til viklingen rrev. Ved oppstart endres således den eksterne motstanden til sekundærkretsen automatisk fra rreost til roro, og akselerasjonen skjer ved praktisk talt konstant dreiemoment.

Parametrisk kontroll er naturlig forbundet med store energitap. Slipenergien, som i form av elektromagnetisk energi overføres gjennom gapet fra statoren til rotoren og vanligvis omdannes til mekanisk, med stor motstand i sekundærkretsen, går hovedsakelig til å varme opp denne motstanden, og ved s = 1 all energien som overføres fra stator til rotor, vil bli forbrukt i reostatene til sekundærkretsen (fig. 5).

Ris. 5. Tap i sekundærkretsen ved justering av hastigheten til en asynkronmotor ved å innføre ekstra motstand i rotorkretsen: I — sone med nyttig kraft overført til motorakselen, II — sone med tap i motstandene til sekundærkretsen

Derfor brukes parametrisk kontroll hovedsakelig for kortsiktig hastighetsreduksjon i løpet av den teknologiske prosessen utført av arbeidsmaskinen.Bare i tilfeller der hastighetsreguleringsprosesser kombineres med start og stopp av arbeidsmaskinen, som for eksempel i løfteinstallasjoner, brukes parametrisk styring med innføring av ekstra motstand i rotorkretsen som hovedmiddel for hastighetsregulering.

Hastighetsregulering ved å variere spenningen som påføres statoren

Når du justerer hastigheten til en induksjonsmotor ved å endre spenningen, forblir formen på den mekaniske karakteristikken uendret, og øyeblikkene avtar proporsjonalt med kvadratet av spenningen. De mekaniske egenskapene ved forskjellige spenninger er vist i fig. 6. Som du kan se, ved bruk av konvensjonelle motorer, er hastighetskontrollområdet svært begrenset.

Ris. 6... Regulering av hastigheten til en induksjonsmotor ved å endre spenningen i statorkretsen

Et litt bredere spekter kan oppnås med en motor med høy slip. Men i dette tilfellet er de mekaniske egenskapene bratte (fig. 7) og stabil drift av motoren kan kun oppnås ved bruk av et lukket system som gir hastighetsstabilisering.

Når det statiske dreiemomentet endres, opprettholder kontrollsystemet et gitt hastighetsnivå og det skjer en overgang fra en mekanisk karakteristikk til en annen. Som et resultat fortsetter driften med de karakteristikkene som vises av de stiplede linjene.

Ris. 7. Mekaniske egenskaper ved justering av statorspenningen i et lukket system

Når frekvensomformeren er overbelastet, når motoren grensekarakteristikken som tilsvarer den maksimalt mulige spenningen som omformeren gir, og etter hvert som belastningen øker ytterligere, vil turtallet avta i henhold til denne karakteristikken. Ved lav belastning, hvis omformeren ikke kan redusere spenningen til null, vil det være en hastighetsøkning i henhold til AC-karakteristikken.

Magnetiske forsterkere eller tyristoromformere brukes vanligvis som en spenningsstyrt kilde. Ved bruk av tyristoromformer (fig. 8) fungerer sistnevnte vanligvis i pulsmodus. I dette tilfellet opprettholdes en viss gjennomsnittlig spenning ved statorterminalene til induksjonsmotoren, noe som er nødvendig for å sikre en gitt hastighet.

Ris. 8. Skjema for impulshastighetskontroll av en induksjonsmotor

For å regulere spenningen ved motorens statorterminaler ser det ut til å være mulig å bruke en transformator eller autotransformator med seksjonsviklinger. Imidlertid er bruken av separate transformatorblokker forbundet med svært høye kostnader og gir ikke den nødvendige kvaliteten på reguleringen, siden i dette tilfellet er bare en trinnvis endring av spenningen mulig, og det er praktisk talt umulig å introdusere en seksjonsbryterenhet i en automatisk system. Autotransformatorer brukes noen ganger for å begrense innkoblingsstrømmene til kraftige motorer.

Hastighetskontroll ved å bytte statorviklingsseksjoner til forskjellig antall polpar

Det er en rekke produksjonsmekanismer som i løpet av den teknologiske prosessen må fungere på forskjellige hastighetsnivåer, mens det ikke er behov for jevn regulering, men det er nok å ha et drev med en diskret, trinnvis, hastighetsendring. Slike mekanismer inkluderer noen metallbearbeidings- og trebearbeidingsmaskiner, heiser, etc.

Et begrenset antall faste rotasjonshastigheter kan oppnås flerhastighets ekorn-bur-motorer, der statorviklingen bytter til et annet antall polpar. Ekorncellen til en ekorncellemotor danner automatisk antall poler lik antall statorpoler.

To motorkonstruksjoner brukes: med flere viklinger i hver statorspalte, og med en enkelt vikling hvis seksjoner er byttet for å produsere et annet antall polpar.

Flertrinnsmotorer med flere uavhengige statorviklinger er dårligere enn enkeltviklings flertrinnsmotorer i tekniske og økonomiske termer. I flerviklingsmotorer brukes statorviklingen ineffektivt, fyllingen av statorspalten er utilstrekkelig, effektiviteten og cosφ er under optimal. Derfor oppnås hovedfordelingen fra flerhastighets enkeltviklingsmotorer med bytte av viklingene på forskjellig antall polpar.

Ved seksjonsbytte endres MDS-fordelingen i statorens boring. Som et resultat endres også rotasjonshastigheten til MDS, og derav den magnetiske fluksen. Den enkleste måten er å bytte polpar med forholdet 1: 2. I dette tilfellet er viklingene til hver fase laget i form av to seksjoner.Endring av strømmens retning i en av seksjonene lar deg halvere antall polpar.

Vurder kretsene til motorens statorvikling, hvis seksjoner er byttet til åtte og fire poler. I fig. 9 viser en enfaset vikling for enkelhets skyld. Når to seksjoner er koblet i serie, det vil si når enden av den første seksjonen K1 er koblet til begynnelsen av den andre H2, får vi åtte poler (fig. 9, a).

Hvis vi endrer retningen til strømmen i den andre seksjonen til det motsatte, vil antallet poler som dannes av spolen reduseres med halvparten og vil være lik fire (fig. 9, b). Strømretningen i den andre seksjonen kan endres ved å overføre jumperen fra terminalene K1, H2 til terminalene K1, K2. Dessuten kan fire poler oppnås ved å koble seksjoner parallelt (fig. 9, c).

Ris. 9. Bytte deler av statorviklingen til et annet antall polpar

De mekaniske egenskapene til en to-trinns motor med svitsjede statorviklinger er vist i fig. ti.

Ris. 10. Mekaniske egenskaper til en induksjonsmotor når du bytter statorviklingen til forskjellige antall polpar

Når du bytter fra skjema a til skjema b (fig. 9), opprettholdes konstant motoreffekt ved begge hastighetsnivåene (fig. 10, a). Ved bruk av det andre giret kan motoren utvikle samme dreiemoment. Det er mulig å bytte deler av statorviklingen, noe som gir et hastighetsforhold ikke bare 1: 2, men også andre. I tillegg til to-trinns motorer, produserer industrien også tre- og fire-trinns motorer.

Frekvensstyring av trefasemotorer

Som følger av ovenstående er hastighetsreguleringen av induksjonsmotoren ekstremt vanskelig. Trinnløs hastighetskontroll over et bredt område, samtidig som tilstrekkelig stivhet i egenskapene opprettholdes, er kun mulig med delvis kontroll. Ved å endre frekvensen til forsyningsstrømmen og derfor rotasjonshastigheten til magnetfeltet, er det mulig å justere rotasjonshastigheten til motorrotoren.

For å kontrollere frekvensen i installasjonen er det imidlertid nødvendig med en frekvensomformer, som kan konvertere en konstant frekvensstrøm i forsyningsnettverket på 50 Hz til en variabel frekvensstrøm som jevnt varierer over et bredt område.

I utgangspunktet var det forsøk på å bruke omformere på elektriske maskiner. For å oppnå variabel frekvensstrøm fra en synkrongenerator, er det imidlertid nødvendig å rotere rotoren med variabel hastighet. I dette tilfellet er oppgavene med å regulere hastigheten til den kjørende motoren tildelt motoren som driver synkrongeneratoren i rotasjon.

Kollektorgeneratoren, som kan generere en strøm med variabel frekvens med konstant rotasjonshastighet, tillot heller ikke å løse problemet, fordi det for det første er nødvendig med en strøm med variabel frekvens for å eksitere den, og for det andre, som alle AC-kollektormaskiner , store vanskeligheter oppstår, noe som sikrer normal kommutering av samleren.

I praksis begynte frekvenskontroll å utvikle seg med ankomsten av halvlederenheter… Samtidig viste det seg å være mulig å lage frekvensomformere for styring av både kraftverk og executive motorer i servosystemer og servodrifter.

Sammen med kompleksiteten ved å designe en frekvensomformer, er det også behov for å kontrollere to størrelser samtidig - frekvens og spenning. Når frekvensen synker for å redusere hastigheten, kan EMF og nettspenningsbalansen bare opprettholdes ved å øke motorens magnetiske fluks. I dette tilfellet vil den magnetiske kretsen mettes og statorstrømmen vil øke intensivt i henhold til en ikke-lineær lov. Som et resultat er driften av en induksjonsmotor i frekvenskontrollmodus ved konstant spenning umulig.

Ved å redusere frekvensen, for å holde den magnetiske fluksen uendret, er det nødvendig å redusere spenningsnivået samtidig. Ved frekvensstyring må altså to kontrollkanaler brukes: frekvens og spenning.

Ris. 11. Mekaniske egenskaper til en induksjonsmotor når den forsynes med spenning med kontrollert frekvens og konstant magnetisk fluks

Frekvenskontrollsystemer er vanligvis bygget som lukkede sløyfesystemer og mer informasjon om dem er gitt her: Frekvensregulering av en asynkronmotor