Riadenie trojfázového motora, spôsoby riadenia otáčok motora

Riadenie asynchrónnych motorov môže byť buď parametrické, to znamená zmenou parametrov obvodov stroja, alebo samostatným meničom.

Parametrické ovládanie

Kritický sklz slabo závisí od aktívneho odporu obvodu statora. Keď sa do obvodu statora zavedie dodatočný odpor, hodnota sa mierne zníži. Maximálny krútiaci moment sa môže výrazne znížiť. V dôsledku toho bude mať mechanická charakteristika podobu znázornenú na obr. 1.

Ryža. 1. Mechanická charakteristika asynchrónneho motora pri zmene parametrov primárneho a sekundárneho okruhu: 1 — prirodzený, 2 a 3 — so zavedením prídavného aktívneho a indukčného odporu do obvodu statora.

Pri porovnaní s prirodzenou charakteristikou motora môžeme konštatovať, že zavedenie dodatočného odporu do obvodu statora má malý vplyv na rýchlosť. Pri konštantnom statickom krútiacom momente sa otáčky mierne znížia.Preto je tento spôsob riadenia rýchlosti neefektívny a v tejto najjednoduchšej verzii sa nepoužíva.

Zavedenie indukčného odporu do obvodu statora je tiež neúčinné. Kritický sklz sa tiež mierne zníži a krútiaci moment motora sa výrazne zníži v dôsledku zvýšeného odporu. Zodpovedajúca mechanická charakteristika je znázornená na tom istom obr. 1.

Niekedy sa do obvodu statora zavedie dodatočný odpor obmedziť nábehové prúdy… V tomto prípade sa zvyčajne používajú tlmivky ako dodatočný indukčný odpor a tyristory ako aktívne (obr. 2).

Ryža. 2. Vrátane tyristorov v obvode statora

Treba však mať na pamäti, že to výrazne znižuje nielen kritické, ale aj štartovací moment motora (v c = 1), čo znamená, že štart za týchto podmienok je možný len s malým statickým momentom. Zavedenie dodatočného odporu do obvodu rotora je samozrejme možné len pre motor s vinutým rotorom.

Dodatočný indukčný odpor v obvode rotora má rovnaký vplyv na rýchlosť motora ako pri jeho zavedení do obvodu statora.

V praxi je použitie indukčného odporu v obvode rotora mimoriadne ťažké, pretože musí pracovať s premenlivou frekvenciou - od 50 Hz do niekoľkých hertzov a niekedy zlomkov hertzov. Za takýchto podmienok je veľmi ťažké vytvoriť tlmivku.

Pri nízkej frekvencii bude ovplyvňovať hlavne aktívny odpor induktora. Na základe vyššie uvedených úvah sa indukčný odpor v obvode rotora nikdy nepoužíva na reguláciu rýchlosti.

Najúčinnejším spôsobom parametrického riadenia otáčok je zavedenie dodatočného aktívneho odporu do obvodu rotora. To nám dáva rodinu charakteristík s konštantným maximálnym krútiacim momentom. Tieto charakteristiky sa používajú na obmedzenie prúdu a udržiavanie konštantného krútiaceho momentu a môžu sa použiť aj na riadenie rýchlosti.

Na obr. 3 ukazuje, ako zmenou r2, t.j. input rext, je možné v určitom statickom momente meniť rýchlosť v širokom rozsahu — od nominálnej po nulovú. V praxi je však možné regulovať otáčky len pre dostatočne veľké hodnoty statického momentu.

Ryža. 3. Mechanická charakteristika asynchrónneho motora so zavedením dodatočného odporu v obvode rotora

Pri nízkych hodnotách (Mo) v režime takmer naprázdno je rozsah regulácie rýchlosti značne znížený a bude potrebné zaviesť veľmi veľké dodatočné odpory, aby sa rýchlosť výrazne znížila.

Treba si uvedomiť, že pri prevádzke v nízkych otáčkach a s vysokými statickými krútiacimi momentmi bude stabilita otáčok nedostatočná, pretože vzhľadom na veľkú strmosť charakteristiky spôsobia mierne výkyvy krútiaceho momentu výrazné zmeny otáčok.

Niekedy, aby sa zabezpečilo zrýchlenie motora bez následného odstránenia sekcií reostatu, sú reostat a indukčná cievka zapojené paralelne ku krúžkom rotora (obr. 4).

Ryža. 4. Paralelné zapojenie prídavného aktívneho a indukčného odporu v obvode rotora asynchrónneho motora

V počiatočnom momente štartu, keď je frekvencia prúdu v rotore vysoká, je prúd hlavne uzavretý cez reostat, t.j.cez veľký odpor, ktorý poskytuje dostatočne vysoký rozbehový krútiaci moment. So znižovaním frekvencie sa znižuje indukčný odpor a prúd sa začína uzatvárať aj cez indukčnosť.

Pri dosiahnutí prevádzkových otáčok, pri malom sklze, prúdi prúd hlavne cez tlmivku, ktorej odpor pri nízkej frekvencii je určený elektrickým odporom vinutia rrev. Pri rozbehu sa teda vonkajší odpor sekundárneho okruhu automaticky zmení z rreost na roro a zrýchlenie nastáva pri prakticky konštantnom krútiacom momente.

Parametrické riadenie je prirodzene spojené s veľkými energetickými stratami. Energia sklzu, ktorá sa vo forme elektromagnetickej energie prenáša cez medzeru zo statora na rotor a zvyčajne sa premieňa na mechanickú, s veľkým odporom sekundárneho okruhu, ide hlavne na ohrev tohto odporu a pri s = 1 všetka energia prenesená zo statora na rotor sa spotrebuje v reostatoch sekundárneho okruhu (obr. 5).

Ryža. 5. Straty v sekundárnom okruhu pri úprave otáčok asynchrónneho motora zavedením dodatočného odporu do okruhu rotora: I — zóna užitočného výkonu prenášaného na hriadeľ motora, II — zóna strát v odporoch sekundárneho okruhu.

Preto sa parametrické riadenie používa najmä na krátkodobé zníženie rýchlosti v priebehu technologického procesu vykonávaného pracovným strojom.Iba v prípadoch, keď sú procesy regulácie rýchlosti kombinované so spúšťaním a zastavovaním pracovného stroja, ako napríklad pri zdvíhacích zariadeniach, sa ako hlavný prostriedok regulácie rýchlosti používa parametrické riadenie so zavedením dodatočného odporu do okruhu rotora.

Regulácia otáčok zmenou napätia aplikovaného na stator

Pri nastavovaní rýchlosti indukčného motora zmenou napätia zostáva tvar mechanickej charakteristiky nezmenený a momenty klesajú úmerne so štvorcom napätia. Mechanické charakteristiky pri rôznych napätiach sú znázornené na obr. 6. Ako vidíte, v prípade použitia konvenčných motorov je rozsah regulácie otáčok veľmi obmedzený.

Ryža. 6… Regulácia otáčok indukčného motora zmenou napätia v obvode statora

O niečo širší rozsah možno dosiahnuť motorom s vysokým sklzom. Mechanické charakteristiky sú však v tomto prípade strmé (obr. 7) a stabilný chod motora je možné dosiahnuť len s použitím uzavretého systému, ktorý zabezpečuje stabilizáciu otáčok.

Pri zmene statického krútiaceho momentu riadiaci systém udržiava danú úroveň otáčok a dochádza k prechodu z jednej mechanickej charakteristiky na druhú, v dôsledku čoho prevádzka pokračuje pri charakteristikách znázornených prerušovanými čiarami.

Ryža. 7. Mechanické charakteristiky pri nastavovaní napätia statora v uzavretom systéme

Pri preťažení pohonu motor dosiahne hraničnú charakteristiku zodpovedajúcu maximálnemu možnému napätiu, ktoré menič poskytuje a pri ďalšom zvyšovaní záťaže sa otáčky znížia podľa tejto charakteristiky. Pri nízkom zaťažení, ak menič nedokáže znížiť napätie na nulu, dôjde k zvýšeniu otáčok podľa AC charakteristiky.

Ako napäťovo riadený zdroj sa zvyčajne používajú magnetické zosilňovače alebo tyristorové meniče. V prípade použitia tyristorového meniča (obr. 8) tento zvyčajne pracuje v pulznom režime. V tomto prípade sa na statorových svorkách indukčného motora udržiava určité priemerné napätie, ktoré je potrebné na zabezpečenie danej rýchlosti.

Ryža. 8. Schéma impulzného riadenia rýchlosti indukčného motora

Na reguláciu napätia na svorkách statora motora sa zdá byť možné použiť transformátor alebo autotransformátor s sekčnými vinutiami. Použitie samostatných transformátorových blokov je však spojené s veľmi vysokými nákladmi a nezabezpečuje potrebnú kvalitu regulácie, pretože v tomto prípade je možná len skoková zmena napätia a je prakticky nemožné zaviesť úsekový spínací prístroj do automatický systém. Autotransformátory sa niekedy používajú na obmedzenie nábehových prúdov výkonných motorov.

Regulácia otáčok prepínaním sekcií vinutia statora na rôzny počet párov pólov

Existuje množstvo výrobných mechanizmov, ktoré počas technologického procesu musia pracovať na rôznych stupňoch otáčok, pričom nie je potrebná plynulá regulácia, ale stačí mať pohon s diskrétnou, stupňovitou, zmenou otáčok. Medzi takéto mechanizmy patria niektoré kovoobrábacie a drevoobrábacie stroje, výťahy atď.

Je možné dosiahnuť obmedzený počet pevných otáčok viacrýchlostné motory s klietkou nakrátko, pri ktorom sa vinutie statora prepne na iný počet pólových párov. Veveričková bunka motora vo veveričke automaticky vytvára počet pólov rovný počtu pólov statora.

Používajú sa dve konštrukcie motora: s viacerými vinutiami v každej štrbine statora a s jedným vinutím, ktorého sekcie sú prepínané tak, aby vytvárali rôzny počet párov pólov.

Viacotáčkové motory s niekoľkými nezávislými statorovými vinutiami sú z technického a ekonomického hľadiska horšie ako jednovinuté viacrýchlostné motory. Pri viacvinutých motoroch sa statorové vinutie využíva neefektívne, vyplnenie statorovej štrbiny je nedostatočné, účinnosť a cosφ sú pod optimálnym. Preto sa hlavný rozvod získava z viacrýchlostných jednovinutých motorov so spínaním vinutí na rôznom počte pólových párov.

Pri prepínaní sekcií sa mení rozvod MDS vo vývrte statora. V dôsledku toho sa mení aj rýchlosť otáčania MDS a tým aj magnetický tok. Najjednoduchším spôsobom je prepínanie párov pólov s pomerom 1: 2. V tomto prípade sú vinutia každej fázy vyrobené vo forme dvoch sekcií.Zmena smeru prúdu v jednej zo sekcií umožňuje znížiť počet pólových párov na polovicu.

Zvážte obvody vinutia statora motora, ktorých sekcie sú prepnuté na osem a štyri póly. Na obr. 9 znázorňuje pre jednoduchosť jednofázové vinutie. Keď sú dve sekcie zapojené do série, to znamená, že keď je koniec prvej sekcie K1 spojený so začiatkom druhej H2, dostaneme osem pólov (obr. 9, a).

Ak zmeníme smer prúdu v druhej sekcii na opačný, potom sa počet pólov tvorených cievkou zníži na polovicu a bude sa rovnať štyrom (obr. 9, b). Smer prúdu v druhej sekcii je možné zmeniť presunutím prepojky zo svoriek K1, H2 na svorky K1, K2. Tiež štyri póly možno získať paralelným spojením sekcií (obr. 9, c).

Ryža. 9. Prepínanie sekcií vinutia statora na iný počet pólových párov

Mechanické charakteristiky dvojrýchlostného motora so spínaným statorovým vinutím sú na obr. desať.

Ryža. 10. Mechanická charakteristika asynchrónneho motora pri spínaní statorového vinutia rôzneho počtu pólových párov

Pri prechode zo schémy a na schému b (obr. 9) sa udržiava konštantný výkon motora pri oboch stupňoch otáčok (obr. 10, a). Pri použití druhej možnosti radenia môže motor vyvinúť rovnaký krútiaci moment. Je možné prepínať sekcie vinutia statora, čím sa dosiahne pomer otáčok nielen 1: 2, ale aj iné. Okrem dvojrýchlostných motorov priemysel vyrába aj troj- a štvorrýchlostné motory.

Riadenie frekvencie trojfázových motorov

Ako vyplýva z vyššie uvedeného, ​​regulácia otáčok indukčného motora je mimoriadne náročná. Plynulá regulácia otáčok v širokom rozsahu pri zachovaní dostatočnej tuhosti charakteristiky je možná len pri čiastočnej regulácii. Zmenou frekvencie napájacieho prúdu a tým aj rýchlosti otáčania magnetického poľa je možné nastaviť rýchlosť otáčania rotora motora.

Na riadenie frekvencie v inštalácii je však potrebný frekvenčný menič, ktorý dokáže premeniť prúd konštantnej frekvencie napájacej siete 50 Hz na prúd s premenlivou frekvenciou, ktorý sa plynule mení v širokom rozsahu.

Spočiatku existovali pokusy použiť meniče na elektrických strojoch. Na získanie prúdu s premenlivou frekvenciou zo synchrónneho generátora je však potrebné otáčať jeho rotor premenlivou rýchlosťou. V tomto prípade sú úlohy regulácie otáčok bežiaceho motora priradené motoru, ktorý poháňa synchrónny generátor v rotácii.

Kolektorový generátor, ktorý môže generovať prúd s premenlivou frekvenciou pri konštantnej rýchlosti otáčania, tiež neumožnil vyriešiť problém, pretože po prvé, na jeho vybudenie je potrebný prúd s premenlivou frekvenciou a po druhé, ako všetky stroje so striedavým kolektorom vznikajú veľké ťažkosti, ktoré zabezpečujú normálnu komutáciu kolektora.

V praxi sa frekvenčné riadenie začalo rozvíjať s príchodom r polovodičové zariadenia… Zároveň sa ukázalo, že je možné vytvoriť frekvenčné meniče na riadenie elektrární a výkonných motorov v servosystémoch a servopohonoch.

Spolu so zložitosťou návrhu frekvenčného meniča je potrebné súčasne riadiť dve veličiny – frekvenciu a napätie. Keď sa frekvencia zníži, aby sa znížila rýchlosť, rovnováha EMF a sieťového napätia sa dá udržať iba zvýšením magnetického toku motora. V tomto prípade sa magnetický obvod nasýti a statorový prúd sa intenzívne zvýši podľa nelineárneho zákona. V dôsledku toho je prevádzka indukčného motora v režime riadenia frekvencie pri konštantnom napätí nemožná.

Znížením frekvencie, aby sa magnetický tok nezmenil, je potrebné súčasne znížiť úroveň napätia. Preto pri riadení frekvencie musia byť použité dva riadiace kanály: frekvencia a napätie.

Ryža. 11. Mechanické charakteristiky asynchrónneho motora pri napájaní napätím riadenej frekvencie a konštantným magnetickým tokom

Systémy riadenia frekvencie sú zvyčajne postavené ako systémy s uzavretou slučkou a viac informácií o nich je uvedených tu: Regulácia frekvencie asynchrónneho motora