Háromfázisú motorvezérlés, motorfordulatszám szabályozási módszerek
Az aszinkron motorok vezérlése lehet parametrikus, azaz a gépi áramkörök paramétereinek változtatásával, vagy külön átalakítóval.
Paraméteres vezérlés
A kritikus csúszás gyengén függ az állórész áramkör aktív ellenállásától. Ha további ellenállást vezetnek be az állórész áramkörébe, az érték kissé csökken. A maximális nyomaték jelentősen csökkenhet. Ennek eredményeként a mechanikai jellemzők az ábrán látható formát öltik. 1.
Rizs. 1. Az aszinkron motor mechanikai jellemzői a primer és szekunder kör paramétereinek megváltoztatásakor: 1 - természetes, 2 és 3 - további aktív és induktív ellenállás bevezetésével az állórész áramkörébe
Összehasonlítva a motor természetes jellemzőivel, arra a következtetésre juthatunk, hogy a további ellenállás bevezetése az állórész áramkörébe kevés hatással van a fordulatszámra. Állandó statikus nyomaték mellett a fordulatszám enyhén csökken.Ezért ez a sebességszabályozási módszer nem hatékony, és ebben a legegyszerűbb változatban nem használják.
Az induktív ellenállás bevezetése az állórész áramkörébe szintén nem hatékony. A kritikus csúszás is kissé csökken, és a motor nyomatéka jelentősen csökken a légellenállás növekedése miatt. A megfelelő mechanikai jellemzők ugyanazon az ábrán láthatók. 1.
Néha további ellenállást vezetnek be az állórész áramkörébe a bekapcsolási áramok korlátozására… Ebben az esetben a fojtótekercseket általában kiegészítő induktív ellenállásként, a tirisztorokat pedig aktívként használják (2. ábra).
Rizs. 2. Tirisztorok beépítése az állórész áramkörébe
Nem szabad azonban elfelejteni, hogy ez jelentősen csökkenti nemcsak a kritikus, hanem a motor indító nyomatéka (c = 1-ben), ami azt jelenti, hogy ilyen körülmények között az indítás csak kis statikus nyomatékkal lehetséges. További ellenállás bevezetése a rotor áramkörben természetesen csak tekercses forgórészes motornál lehetséges.
A forgórész áramkörében a járulékos induktív ellenállás ugyanolyan hatással van a motor fordulatszámára, mint amikor az állórész áramkörébe kerül.
A gyakorlatban az induktív ellenállás alkalmazása a forgórész áramkörében rendkívül nehéz, mivel annak változó frekvencián kell működnie - 50 Hz-től több hertzig, és néha egy hertz töredékéig. Ilyen körülmények között nagyon nehéz fojtót létrehozni.
Alacsony frekvencián az induktor aktív ellenállása főként befolyásolja. A fenti megfontolások alapján a forgórész áramkörének induktív ellenállását soha nem használják sebességszabályozásra.
A parametrikus fordulatszám-szabályozás leghatékonyabb módja a további aktív ellenállás bevezetése a rotor áramkörébe. Ezáltal állandó maximális nyomatékkal rendelkező jellemzők családját kapjuk. Ezek a jellemzők az áram korlátozására és az állandó nyomaték fenntartására szolgálnak, valamint a fordulatszám szabályozására is használhatók.
ábrán. A 3. ábra azt mutatja, hogy az r2 megváltoztatásával, azaz input rext, bizonyos statikus pillanatokban lehetőség van a sebesség széles tartományban történő megváltoztatására - névlegestől nulláig. A gyakorlatban azonban csak a statikus nyomaték kellően nagy értékeire van lehetőség a sebesség beállítására.
Rizs. 3. Aszinkron motor mechanikai jellemzői további ellenállás bevezetésével a forgórész áramkörében
Alacsony (Mo) értéknél az alapjárathoz közeli üzemmódban a fordulatszám-szabályozási tartomány nagymértékben lecsökken, és nagyon nagy kiegészítő ellenállásokat kell bevezetni a sebesség érzékelhető csökkentése érdekében.
Figyelembe kell venni, hogy alacsony fordulatszámon és nagy statikus nyomaték mellett a fordulatszám stabilitása nem lesz elegendő, mert a karakterisztika nagy meredeksége miatt a nyomaték enyhe ingadozása jelentős fordulatszám-változást okoz.
Néha annak érdekében, hogy a motor felgyorsuljon a reosztátszakaszok egymás utáni eltávolítása nélkül, egy reosztátot és egy induktív tekercset párhuzamosan kapcsolnak a rotorgyűrűkkel (4. ábra).
Rizs. 4. További aktív és induktív ellenállás párhuzamos kapcsolása az aszinkron motor forgórész áramkörében
Az indítás kezdeti pillanatában, amikor a forgórész áramának frekvenciája nagy, az áram főként a reosztáton keresztül záródik, azaz.nagy ellenálláson keresztül, amely kellően magas indítónyomatékot biztosít. A frekvencia csökkenésével az induktív ellenállás csökken, és az áram az induktivitáson keresztül is zárni kezd.
Az üzemi fordulatszám elérésekor, ha kicsi a szlip, az áram főleg az induktoron folyik át, amelynek alacsony frekvenciájú ellenállását a tekercs rrrev elektromos ellenállása határozza meg. Így indításkor a szekunder kör külső ellenállása automatikusan rreostról roro-ra változik, és gyakorlatilag állandó nyomaték mellett történik a gyorsulás.
A paraméteres szabályozás természetesen nagy energiaveszteséggel jár. A csúszási energia, amely elektromágneses energia formájában a résen keresztül az állórészről a forgórészre továbbítódik, és általában mechanikussá alakul, a szekunder kör nagy ellenállása mellett, főként ennek az ellenállásnak a fűtésére megy el, és s = 1-nél. az állórészről a forgórészre átvitt összes energia a szekunder kör reosztátjaiban fog elfogyni (5. ábra).
Rizs. 5. Veszteségek a szekunder körben az aszinkron motor fordulatszámának a forgórész áramkörbe történő további ellenállásával történő beállításakor: I — a motor tengelyére átvitt hasznos teljesítmény zóna, II — a szekunder kör ellenállásainak veszteségi zónája
Ezért a paraméteres vezérlést elsősorban a munkagép által végrehajtott technológiai folyamat során rövid távú sebességcsökkentésre használják.Csak azokban az esetekben, amikor a fordulatszám-szabályozási folyamatokat a munkagép indításával és leállításával kombinálják, mint például az emelőberendezéseknél, a paraméteres vezérlést a rotorkörben további ellenállás bevezetésével használják a sebességszabályozás fő eszközeként.
Sebességszabályozás az állórészre adott feszültség változtatásával
Az indukciós motor fordulatszámának feszültség változtatással történő beállításánál a mechanikai karakterisztika alakja változatlan marad, a nyomatékok pedig a feszültség négyzetével arányosan csökkennek. A mechanikai jellemzőket különböző feszültségeknél a ábra mutatja. 6. Amint látható, a hagyományos motorok használata esetén a fordulatszám szabályozási tartomány nagyon korlátozott.
Rizs. 6… Indukciós motor fordulatszámának szabályozása az állórész áramkörében lévő feszültség változtatásával
Nagy csúszású motorral valamivel szélesebb tartomány érhető el. Ebben az esetben azonban a mechanikai jellemzők meredekek (7. ábra), és a motor stabil működése csak zárt, fordulatszám-stabilizálást biztosító rendszer alkalmazásával érhető el.
A statikus nyomaték változásakor a vezérlőrendszer egy adott fordulatszámot tart, és az egyik mechanikai jellemzőről a másikra vált át, ennek eredményeként a működés a szaggatott vonallal jelölt karakterisztikán folytatódik.
Rizs. 7. Mechanikai jellemzők az állórész feszültségének beállításakor zárt rendszerben
A hajtás túlterhelése esetén a motor eléri az átalakító által biztosított maximális feszültségnek megfelelő határkarakterisztikát, és a terhelés további növekedésével a fordulatszám ennek a karakterisztikának megfelelően csökken. Alacsony terhelésnél, ha az átalakító nem tudja nullára csökkenteni a feszültséget, az AC karakterisztika szerint sebességnövekedés következik be.
Feszültségvezérelt forrásként általában mágneses erősítőket vagy tirisztoros átalakítókat használnak. Tirisztoros konverter alkalmazása esetén (8. ábra) ez utóbbi általában impulzus üzemmódban működik. Ebben az esetben az aszinkronmotor állórészein egy bizonyos átlagos feszültséget tartanak fenn, amely egy adott fordulatszám biztosításához szükséges.
Rizs. 8. Aszinkronmotor impulzus fordulatszám szabályozásának vázlata
A motor állórészein lévő feszültség szabályozásához lehetségesnek tűnik transzformátor vagy autotranszformátor használata szekcionált tekercsekkel. A különálló transzformátorblokkok használata azonban nagyon magas költségekkel jár, és nem biztosítja a szükséges minőségi szabályozást, mivel ebben az esetben csak a feszültség fokozatos változása lehetséges, és gyakorlatilag lehetetlen szakaszkapcsolót bevezetni automatikus rendszer. Az autotranszformátorokat néha az erős motorok bekapcsolási áramának korlátozására használják.
Sebességszabályozás az állórész tekercselési szakaszainak különböző számú póluspárra történő kapcsolásával
Számos olyan gyártási mechanizmus létezik, amelyeknek a technológiai folyamat során különböző fordulatszámon kell működniük, miközben nincs szükség zökkenőmentes szabályozásra, hanem elegendő egy diszkrét, lépésenkénti fordulatszám változtatással rendelkező hajtás. Ilyen mechanizmusok közé tartozik néhány fém- és famegmunkáló gép, lift stb.
Korlátozott számú rögzített forgási sebesség érhető el többsebességes mókuskalitkás motorok, amelyben az állórész tekercselése eltérő számú póluspárra kapcsol. A mókuscellás motor mókuscellája automatikusan az állórész pólusainak számával megegyező pólusszámot képez.
Kétféle motort alkalmaznak: több tekercselés minden állórész résében, és egyetlen tekercselés, amelynek szakaszai különböző számú póluspár létrehozásához kapcsolódnak.
A több független állórész tekercseléssel rendelkező többsebességes motorok műszaki és gazdasági szempontból rosszabbak, mint az egytekercses többsebességes motorok. A több tekercses motoroknál az állórész tekercset nem hatékonyan használják, az állórész rés kitöltése nem elegendő, a hatásfok és a cosφ az optimális alatt van. Ezért a fő elosztást a többsebességes egytekercses motorok kapják, amelyekben a tekercseket különböző számú póluspáron kapcsolják.
Szakaszváltáskor az állórész furatában megváltozik az MDS eloszlás. Ennek eredményeként az MDS forgási sebessége is megváltozik, és ezáltal a mágneses fluxus is. A legegyszerűbb módja a póluspárok 1: 2 arányú cseréje. Ebben az esetben az egyes fázisok tekercseit két szakasz formájában készítik el.Az áram irányának megváltoztatása az egyik szakaszban lehetővé teszi a póluspárok számának felére csökkentését.
Tekintsük a motor állórész tekercsének áramköreit, amelyek szakaszai nyolc és négy pólusra vannak kapcsolva. ábrán. A 9. ábra egyfázisú tekercset mutat az egyszerűség kedvéért. Ha két szakaszt sorba kötünk, vagyis ha az első K1 szakasz vége a második H2 elejéhez kapcsolódik, nyolc pólust kapunk (9. ábra, a).
Ha a második szakaszban az áram irányát az ellenkezőjére változtatjuk, akkor a tekercs által alkotott pólusok száma felére csökken, és négy lesz (9. ábra, b). A második szakaszban az áram iránya megváltoztatható, ha a jumpert a K1, H2 kapcsokról a K1, K2 kapcsokra helyezzük át. A szakaszok párhuzamos összekapcsolásával négy pólus is elérhető (9. ábra, c).
Rizs. 9. Az állórész tekercselés szakaszainak átkapcsolása eltérő számú póluspárra
A kapcsolt állórész tekercselésű kétsebességes motor mechanikai jellemzőit az ábra mutatja. tíz.
Rizs. 10. Indukciós motor mechanikai jellemzői különböző számú póluspár állórész tekercselésének kapcsolásakor
Amikor az a sémáról a b sémára váltunk (9. ábra), a motor teljesítménye mindkét fordulatszámon állandó marad (10. ábra, a). A második váltási opció használatakor a motor ugyanazt a nyomatékot tudja kifejleszteni. Lehetőség van az állórész tekercsének szakaszainak váltására, nemcsak 1: 2 sebességarányt biztosítva, hanem másokat is. Az ipar a kétsebességes motorok mellett három- és négysebességes motorokat is gyárt.
Háromfázisú motorok frekvenciaszabályozása
A fentiekből következik, hogy az indukciós motor fordulatszámának szabályozása rendkívül nehéz. Fokozatmentesen változtatható fordulatszám-szabályozás széles tartományban a karakterisztikák kellő merevségének megőrzése mellett csak részleges szabályozással lehetséges. A tápáram frekvenciájának és ezáltal a mágneses tér forgási sebességének változtatásával lehetőség nyílik a motor forgórészének forgási sebességének beállítására.
A berendezés frekvenciájának szabályozásához azonban szükség van egy olyan frekvenciaváltóra, amely az ellátó hálózat 50 Hz-es állandó frekvenciájú áramát egy széles tartományban simán változó frekvenciájú árammá tudja alakítani.
Kezdetben voltak kísérletek átalakítók használatára elektromos gépeken. Ahhoz azonban, hogy változó frekvenciájú áramot kapjunk egy szinkron generátortól, a forgórészét változó sebességgel kell forgatni. Ebben az esetben a futó motor fordulatszámának szabályozási feladatai a szinkrongenerátort forgásban hajtó motorra hárulnak.
Az állandó forgási sebesség mellett változó frekvenciájú áramot generáló kollektorgenerátor sem tette lehetővé a probléma megoldását, mert egyrészt változó frekvenciájú áramra van szükség a gerjesztéséhez, másrészt, mint minden AC kollektoros géphez. , nagy nehézségek merülnek fel, biztosítva a kollektor normál kommutációját.
A gyakorlatban a frekvenciaszabályozás a megjelenésével kezdett kialakulni félvezető eszközök… Ezzel egy időben kiderült, hogy lehetséges frekvenciaváltókat létrehozni az erőművek és a végrehajtó motorok vezérlésére szervorendszerekben és szervohajtásokban.
A frekvenciaváltó tervezésének bonyolultsága mellett két mennyiség – a frekvencia és a feszültség – egyidejű szabályozására is szükség van. Amikor a frekvencia a fordulatszám csökkentése érdekében csökken, az EMF és a hálózati feszültség egyensúlya csak a motor mágneses fluxusának növelésével tartható fenn. Ebben az esetben a mágneses áramkör telítődik, és az állórész árama egy nemlineáris törvény szerint intenzíven növekszik. Ennek eredményeként az aszinkronmotor működése frekvenciaszabályozási módban állandó feszültség mellett lehetetlen.
A frekvencia csökkentésével a mágneses fluxus változatlan tartása érdekében egyidejűleg a feszültségszintet is csökkenteni kell. Így a frekvenciaszabályozásban két vezérlőcsatornát kell használni: a frekvenciát és a feszültséget.
Rizs. 11. Az indukciós motor mechanikai jellemzői szabályozott frekvenciájú feszültséggel és állandó mágneses fluxussal
A frekvenciaszabályozási rendszereket általában zárt hurkú rendszerként építik fel, és itt talál bővebb információt róluk: Aszinkron motor frekvenciaszabályozása