Upravljanje trofaznim motorom, metode upravljanja brzinom motora

Upravljanje asinkronim motorima može biti parametarsko, odnosno promjenom parametara krugova stroja, ili zasebnim pretvaračem.

Parametarska kontrola

Kritično klizanje slabo ovisi o aktivnom otporu kruga statora. Kada se u krug statora uvede dodatni otpor, vrijednost se malo smanjuje. Maksimalni okretni moment može biti značajno smanjen. Kao rezultat toga, mehanička karakteristika će imati oblik prikazan na sl. 1.

Riža. 1. Mehaničke karakteristike asinkronog motora pri promjeni parametara primarnog i sekundarnog kruga: 1 - prirodni, 2 i 3 - s uvođenjem dodatnog aktivnog i induktivnog otpora u statorskom krugu

Uspoređujući ga s prirodnom karakteristikom motora, možemo zaključiti da uvođenje dodatnog otpora u strujnom krugu statora malo utječe na brzinu. Pri konstantnom statičkom momentu, brzina će se malo smanjiti.Stoga je ova metoda kontrole stope neučinkovita i ne koristi se u ovoj najjednostavnijoj verziji.

Uvođenje induktivnog otpora u krug statora također je neučinkovito. Kritično proklizavanje također će se malo smanjiti, a okretni moment motora značajno će se smanjiti zbog povećanja otpora. Odgovarajuća mehanička karakteristika prikazana je na istoj slici. 1.

Ponekad se u krug statora uvodi dodatni otpor za ograničavanje udarnih struja… U ovom slučaju obično se kao dodatni induktivni otpor koriste prigušnice, a kao aktivni tiristori (slika 2).

Riža. 2. Uključivanje tiristora u statorski krug

Međutim, treba imati na umu da se time značajno smanjuje ne samo kritičnost, već i moment pokretanja motora (u c = 1), što znači da je pokretanje pod tim uvjetima moguće samo uz mali statički moment. Uvođenje dodatnog otpora u krugu rotora moguće je, naravno, samo kod motora s namotanim rotorom.

Dodatni induktivni otpor u krugu rotora ima isti učinak na brzinu motora kao kad je uveden u krug statora.

U praksi je korištenje induktivnog otpora u krugu rotora izuzetno teško zbog činjenice da mora raditi na promjenjivoj frekvenciji - od 50 Hz do nekoliko herca, a ponekad i frakcija herca. U takvim uvjetima vrlo je teško stvoriti prigušnicu.

Na niskoj frekvenciji, aktivni otpor induktora će uglavnom utjecati. Na temelju gornjih razmatranja, induktivni otpor u krugu rotora nikada se ne koristi za regulaciju brzine.

Najučinkovitiji način parametarske regulacije brzine je uvođenje dodatnog aktivnog otpora u krug rotora. To nam daje obitelj karakteristika s konstantnim maksimalnim momentom. Ove se karakteristike koriste za ograničavanje struje i održavanje konstantnog zakretnog momenta, a mogu se koristiti i za kontrolu brzine.

Na sl. 3 pokazuje kako se promjenom r2, tj. input rext, moguće je u nekom statičkom trenutku promijeniti brzinu u širokom rasponu — od nominalne do nule. U praksi je, međutim, moguće prilagoditi brzinu samo za dovoljno velike vrijednosti statičkog momenta.

Riža. 3. Mehaničke karakteristike asinkronog motora s uvođenjem dodatnog otpora u krug rotora

Pri niskim vrijednostima (Mo) u načinu rada gotovo praznog hoda, raspon upravljanja brzinom je znatno smanjen i morat će se uvesti vrlo veliki dodatni otpori kako bi se brzina značajno smanjila.

Treba imati na umu da će pri radu na malim brzinama i s velikim statičkim momentima stabilnost brzine biti nedovoljna, jer će zbog velike strmine karakteristika male fluktuacije momenta uzrokovati značajne promjene brzine.

Ponekad, kako bi se osiguralo ubrzanje motora bez uzastopnog uklanjanja dijelova reostata, reostat i induktivni svitak spojeni su paralelno na prstenove rotora (slika 4).

Riža. 4. Paralelni spoj dodatnog aktivnog i induktivnog otpora u krugu rotora asinkronog motora

U početnom trenutku pokretanja, kada je frekvencija struje u rotoru visoka, struja se uglavnom zatvara kroz reostat, tj.kroz veliki otpor koji osigurava dovoljno visok startni moment. Kako se frekvencija smanjuje, induktivni otpor se smanjuje i struja se također počinje zatvarati kroz induktivitet.

Kada se postignu radne brzine, kada je klizanje malo, struja teče uglavnom kroz induktor, čiji je otpor pri niskoj frekvenciji određen električnim otporom namota rrev. Stoga se pri pokretanju vanjski otpor sekundarnog kruga automatski mijenja s rreost na roro, a ubrzanje se događa pri praktički konstantnom momentu.

Parametarska kontrola je prirodno povezana s velikim gubicima energije. Energija klizanja, koja se u obliku elektromagnetske energije prenosi kroz raspor od statora do rotora i obično se pretvara u mehaničku, uz veliki otpor sekundara, ide uglavnom na zagrijavanje tog otpora, a pri s = 1 sva energija prenesena sa statora na rotor, potrošit će se u reostatima sekundarnog kruga (slika 5).

Riža. 5. Gubici u sekundarnom krugu pri podešavanju brzine asinkronog motora uvođenjem dodatnog otpora u krug rotora: I — zona korisne snage koja se prenosi na osovinu motora, II — zona gubitaka u otporima sekundarnog kruga

Stoga se parametarsko upravljanje uglavnom koristi za kratkotrajno smanjenje brzine u tijeku tehnološkog procesa koji obavlja radni stroj.Samo u slučajevima kada se procesi regulacije brzine vrtnje kombiniraju s pokretanjem i zaustavljanjem radnog stroja, kao na primjer u podiznim postrojenjima, kao glavno sredstvo regulacije brzine koristi se parametarsko upravljanje s uvođenjem dodatnog otpora u krugu rotora.

Regulacija brzine mijenjanjem napona koji se primjenjuje na stator

Pri podešavanju brzine vrtnje asinkronog motora promjenom napona, oblik mehaničke karakteristike ostaje nepromijenjen, a momenti se smanjuju proporcionalno kvadratu napona. Mehaničke karakteristike pri različitim naprezanjima prikazane su na sl. 6. Kao što vidite, u slučaju korištenja konvencionalnih motora, raspon regulacije brzine je vrlo ograničen.

Riža. 6… Regulacija brzine asinkronog motora promjenom napona u krugu statora

Nešto širi raspon može se postići s motorom s visokim kliznim djelovanjem. Međutim, u ovom slučaju mehaničke karakteristike su strme (slika 7) i stabilan rad motora može se postići samo korištenjem zatvorenog sustava koji osigurava stabilizaciju brzine.

Kada se statički zakretni moment promijeni, upravljački sustav održava zadanu razinu brzine i dolazi do prijelaza s jedne mehaničke karakteristike na drugu. Kao rezultat toga, rad se nastavlja na karakteristikama prikazanim isprekidanim linijama.

Riža. 7. Mehaničke karakteristike pri podešavanju napona statora u zatvorenom sustavu

Kada je pogon preopterećen, motor doseže graničnu karakteristiku koja odgovara maksimalnom mogućem naponu koji pretvarač daje, a kako se opterećenje dalje povećava, brzina će se smanjivati ​​u skladu s tom karakteristikom. Pri malom opterećenju, ako pretvarač ne može smanjiti napon na nulu, doći će do povećanja brzine prema AC karakteristici.

Kao naponski kontrolirani izvor obično se koriste magnetska pojačala ili tiristorski pretvarači. U slučaju korištenja tiristorskog pretvarača (slika 8), potonji obično radi u pulsnom načinu rada. U tom se slučaju na stezaljkama statora asinkronog motora održava određeni prosječni napon, što je potrebno za osiguranje određene brzine.

Riža. 8. Shema impulsne regulacije brzine vrtnje asinkronog motora

Za regulaciju napona na stezaljkama statora motora čini se mogućim koristiti transformator ili autotransformator sa sekcijskim namotima. Međutim, uporaba zasebnih transformatorskih blokova povezana je s vrlo visokim troškovima i ne osigurava potrebnu kvalitetu regulacije, budući da je u ovom slučaju moguća samo postupna promjena napona, a praktički je nemoguće uvesti sklopni uređaj sekcije u automatski sustav. Autotransformatori se ponekad koriste za ograničavanje udarnih struja snažnih motora.

Kontrola brzine prebacivanjem dijelova namota statora na različit broj pari polova

Postoji niz proizvodnih mehanizama koji tijekom tehnološkog procesa moraju raditi na različitim brzinama, pri čemu nije potrebna glatka regulacija, već je dovoljno imati pogon s diskretnom, stepenastom, promjenom brzine. Takvi mehanizmi uključuju neke strojeve za obradu metala i drva, dizala itd.

Može se postići ograničen broj fiksnih brzina vrtnje kavezni motori s više brzina, u kojem se namot statora prebacuje na različiti broj pari polova. Vjeveričasta ćelija motora s vjeveričicom automatski formira broj polova jednak broju polova statora.

Koriste se dvije izvedbe motora: s više namota u svakom utoru statora i s jednim namotom čiji se dijelovi izmjenjuju kako bi proizveli različiti broj pari polova.

Višebrzinski motori s nekoliko neovisnih namota statora lošiji su od jednonamotnih višebrzinskih motora u tehničkom i ekonomskom smislu. U motorima s više namota namot statora se koristi neučinkovito, punjenje utora statora je nedovoljno, učinkovitost i cosφ su ispod optimalnih. Stoga se glavni razvod dobiva od višebrzinskih motora s jednim namotom s preklapanjem namota na različitom broju pari polova.

Prilikom prebacivanja sekcija mijenja se distribucija MDS u ​​provrtu statora. Zbog toga se mijenja i brzina rotacije MDS-a, a time i magnetski tok. Najlakši način je prebacivanje parova polova s ​​omjerom 1: 2. U ovom slučaju, namoti svake faze izrađeni su u obliku dva odjeljka.Promjena smjera struje u jednom od odjeljaka omogućuje prepolovljenje broja parova polova.

Razmotrite krugove namota statora motora, čiji su dijelovi prebačeni na osam i četiri pola. Na sl. Slika 9 prikazuje jednofazni namot radi jednostavnosti. Kada su dvije sekcije spojene u seriju, odnosno kada je kraj prve sekcije K1 spojen s početkom druge H2, dobivamo osam polova (slika 9, a).

Ako promijenimo smjer struje u drugom odjeljku na suprotno, tada će se broj polova koje formira zavojnica smanjiti za pola i bit će jednak četiri (slika 9, b). Smjer struje u drugom dijelu može se promijeniti premještanjem kratkospojnika sa stezaljki K1, H2 na stezaljke K1, K2. Također, četiri pola se mogu dobiti paralelnim povezivanjem sekcija (slika 9, c).

Riža. 9. Prebacivanje dijelova statorskog namota na različiti broj pari polova

Mehaničke karakteristike dvobrzinskog motora s komutiranim namotajima statora prikazane su na sl. deset.

Riža. 10. Mehaničke karakteristike asinkronog motora pri preklapanju namota statora različitog broja pari polova

Pri prelasku sa sheme a na shemu b (slika 9), konstantna snaga motora održava se na obje razine brzine (slika 10, a). Kada koristite opciju drugog stupnja prijenosa, motor može razviti isti okretni moment. Moguće je mijenjati dijelove namota statora, osiguravajući omjer brzine ne samo 1: 2, već i druge. Osim motora s dvije brzine, industrija također proizvodi motore s tri i četiri brzine.

Regulacija frekvencije trofaznih motora

Kao što slijedi iz navedenog, regulacija brzine asinkronog motora je izuzetno teška. Beskonačno promjenjiva regulacija brzine u širokom rasponu uz održavanje dovoljne krutosti karakteristika moguća je samo uz djelomičnu regulaciju. Promjenom frekvencije struje napajanja, a time i brzine vrtnje magnetskog polja, moguće je podešavati brzinu vrtnje rotora motora.

Međutim, za kontrolu frekvencije u instalaciji potreban je pretvarač frekvencije, koji bi mogao pretvoriti struju konstantne frekvencije opskrbne mreže od 50 Hz u struju promjenjive frekvencije koja glatko varira u širokom rasponu.

U početku je bilo pokušaja korištenja pretvarača na električnim strojevima. Međutim, da bi se dobila struja promjenjive frekvencije iz sinkronog generatora, potrebno je okretati njegov rotor promjenjivom brzinom. U ovom slučaju zadaće regulacije brzine vrtnje motora u radu dodjeljuju se motoru koji pokreće sinkroni generator u rotaciji.

Generator kolektora, koji može generirati struju promjenjive frekvencije pri konstantnoj brzini vrtnje, također nije omogućio rješavanje problema, jer je, prvo, potrebna struja promjenjive frekvencije za njegovo pobuđivanje, a drugo, kao i svi kolektorski strojevi izmjenične struje , nastaju velike poteškoće, osiguravajući normalnu komutaciju kolektora.

U praksi se kontrola frekvencije počela razvijati s pojavom poluvodički uređaji… U isto vrijeme, pokazalo se da je moguće stvoriti frekvencijske pretvarače za upravljanje i elektranama i izvršnim motorima u servo sustavima i servo pogonima.

Uz složenost projektiranja pretvarača frekvencije, postoji i potreba za istodobnim upravljanjem dvjema veličinama — frekvencijom i naponom. Kada se frekvencija smanji da bi se smanjila brzina, EMF i ravnoteža napona mreže mogu se održati samo povećanjem magnetskog toka motora. U tom slučaju dolazi do zasićenja magnetskog kruga, a struja statora intenzivno će rasti prema nelinearnom zakonu. Kao rezultat toga, rad asinkronog motora u načinu upravljanja frekvencijom pri konstantnom naponu je nemoguć.

Smanjenjem frekvencije, da bi magnetski tok ostao nepromijenjen, potrebno je istovremeno smanjiti razinu napona. Dakle, kod upravljanja frekvencijom moraju se koristiti dva kanala upravljanja: frekvencija i napon.

Riža. 11. Mehaničke karakteristike asinkronog motora kada se napaja naponom kontrolirane frekvencije i konstantnim magnetskim tokom

Sustavi za kontrolu frekvencije obično se grade kao sustavi zatvorene petlje, a više informacija o njima dano je ovdje: Regulacija frekvencije asinkronog motora