Trefaset motorstyring, metoder til motorhastighedskontrol

Styringen af ​​asynkronmotorer kan enten være parametrisk, det vil sige ved at ændre parametrene for maskinkredsløbene, eller ved hjælp af en separat konverter.

Parametrisk kontrol

Den kritiske slip afhænger svagt af den aktive modstand i statorkredsløbet. Når der indføres yderligere modstand i statorkredsløbet, falder værdien lidt. Det maksimale drejningsmoment kan reduceres betydeligt. Som et resultat vil den mekaniske karakteristik have den form, der er vist i fig. 1.

Ris. 1. Mekaniske egenskaber for en asynkronmotor ved ændring af parametrene for det primære og sekundære kredsløb: 1 — naturlig, 2 og 3 — med indførelse af yderligere aktiv og induktiv modstand i statorkredsløbet

Ved at sammenligne det med motorens naturlige karakteristika kan vi konkludere, at indførelsen af ​​yderligere modstand i statorkredsløbet har ringe effekt på hastigheden. Ved konstant statisk moment vil hastigheden falde lidt.Derfor er denne hastighedskontrolmetode ineffektiv og bruges ikke i denne enkleste version.

At indføre induktiv modstand i statorkredsløbet er også ineffektivt. Kritisk slip vil også falde en smule, og motorens drejningsmoment er væsentligt reduceret på grund af stigningen i modstand. Den tilsvarende mekaniske karakteristik er vist i samme fig. 1.

Nogle gange indføres en ekstra modstand i statorkredsløbet at begrænse startstrømme… I dette tilfælde bruges drosler normalt som ekstra induktiv modstand, og tyristorer bruges som aktive (fig. 2).

Ris. 2. Inklusive tyristorer i statorkredsløbet

Det skal dog huskes, at dette reducerer ikke kun det kritiske markant, men også motorens startmoment (i c = 1), hvilket betyder, at start under disse forhold kun er muligt med et lille statisk moment. Indførelsen af ​​yderligere modstand i rotorkredsløbet er naturligvis kun mulig for en viklet rotormotor.

Den ekstra induktive modstand i rotorkredsløbet har samme effekt på motorens hastighed, som når den indføres i statorkredsløbet.

I praksis er brugen af ​​induktiv modstand i et rotorkredsløb ekstremt vanskelig på grund af det faktum, at det skal fungere ved en variabel frekvens - fra 50 Hz til flere hertz og nogle gange brøkdele af en hertz. Under sådanne forhold er det meget svært at skabe en choke.

Ved lav frekvens vil den aktive modstand af induktoren hovedsageligt påvirke. Baseret på ovenstående betragtninger bruges induktiv modstand i rotorkredsløbet aldrig til hastighedsregulering.

Den mest effektive måde til parametrisk hastighedsstyring er at indføre yderligere aktiv modstand i rotorkredsløbet. Dette giver os en familie af egenskaber med konstant maksimalt drejningsmoment. Disse karakteristika bruges til at begrænse strøm og opretholde et konstant drejningsmoment og kan også bruges til at styre hastigheden.

I fig. 3 viser, hvordan man ved at ændre r2, dvs. input rext, er det muligt på et eller andet statisk tidspunkt at ændre hastigheden over et bredt område - fra nominel til nul. I praksis er det dog kun muligt at justere hastigheden for tilstrækkeligt store værdier af det statiske moment.

Ris. 3. Mekaniske egenskaber for en asynkronmotor med indførelse af yderligere modstand i rotorkredsløbet

Ved lave værdier af (Mo) i næsten tomgangstilstand reduceres hastighedskontrolområdet kraftigt, og der skal indføres meget store ekstra modstande for at reducere hastigheden mærkbart.

Det skal huskes, at ved drift ved lave hastigheder og med høje statiske drejningsmomenter, vil hastighedsstabiliteten være utilstrækkelig, fordi på grund af den høje stejlhed af karakteristikaene vil små udsving i drejningsmomentet forårsage betydelige ændringer i hastigheden.

Nogle gange er en rheostat og en induktiv spole forbundet parallelt med rotorringene for at give motoren acceleration uden successiv fjernelse af rheostatsektionerne (fig. 4).

Ris. 4. Parallelforbindelse af yderligere aktiv og induktiv modstand i asynkronmotorens rotorkredsløb

I det indledende startmoment, når frekvensen af ​​strømmen i rotoren er høj, lukkes strømmen hovedsageligt gennem reostaten, dvs.gennem en stor modstand, der giver et tilstrækkeligt højt startmoment. Når frekvensen falder, falder den induktive modstand, og strømmen begynder også at lukke gennem induktansen.

Når driftshastigheder nås, når slip er lille, strømmer strømmen hovedsageligt gennem induktoren, hvis modstand ved lav frekvens bestemmes af den elektriske modstand af viklingen rrev. Ved opstart ændres den ydre modstand i sekundærkredsløbet således automatisk fra rreost til roro, og accelerationen sker ved praktisk talt konstant drejningsmoment.

Parametrisk styring er naturligt forbundet med store energitab. Slipenergien, som i form af elektromagnetisk energi overføres gennem spalten fra statoren til rotoren og normalt omdannes til mekanisk, med en stor modstand i sekundærkredsløbet, går hovedsageligt til at opvarme denne modstand, og ved s = 1 al den energi, der overføres fra stator til rotor, vil blive forbrugt i det sekundære kredsløbs reostater (fig. 5).

Ris. 5. Tab i sekundærkredsløbet ved justering af hastigheden af ​​en asynkronmotor ved at indføre yderligere modstand i rotorkredsløbet: I — zone med nyttig effekt, der overføres til motorakslen, II — zone med tab i sekundærkredsløbets modstande

Derfor bruges parametrisk styring hovedsageligt til kortvarig hastighedsreduktion i løbet af den teknologiske proces, der udføres af arbejdsmaskinen.Kun i tilfælde, hvor hastighedsreguleringsprocesser kombineres med start og stop af arbejdsmaskinen, som for eksempel i løfteinstallationer, anvendes parametrisk styring med indførelse af yderligere modstand i rotorkredsløbet som det vigtigste middel til hastighedsstyring.

Hastighedsregulering ved at variere den spænding, der påføres statoren

Når du justerer hastigheden på en induktionsmotor ved at ændre spændingen, forbliver formen af ​​den mekaniske karakteristik uændret, og momenterne falder i forhold til kvadratet af spændingen. De mekaniske egenskaber ved forskellige spændinger er vist i fig. 6. Som du kan se, er hastighedskontrolområdet meget begrænset i tilfælde af anvendelse af konventionelle motorer.

Ris. 6... Regulering af hastigheden af ​​en induktionsmotor ved at ændre spændingen i statorkredsløbet

En lidt bredere rækkevidde kan opnås med en motor med høj slip. Men i dette tilfælde er de mekaniske egenskaber stejle (fig. 7), og stabil drift af motoren kan kun opnås ved brug af et lukket system, der giver hastighedsstabilisering.

Når det statiske drejningsmoment ændres, opretholder styresystemet et givet hastighedsniveau, og der sker en overgang fra en mekanisk karakteristik til en anden. Som følge heraf fortsætter driften med de karakteristika, der er vist med de stiplede linjer.

Ris. 7. Mekaniske egenskaber ved justering af statorspændingen i et lukket system

Når drevet er overbelastet, når motoren grænsekarakteristikken svarende til den maksimalt mulige spænding, som konverteren giver, og efterhånden som belastningen øges yderligere, vil hastigheden falde i henhold til denne karakteristik. Hvis konverteren ved lav belastning ikke kan reducere spændingen til nul, vil der være en hastighedsforøgelse i henhold til AC-karakteristikken.

Magnetiske forstærkere eller tyristorkonvertere bruges normalt som en spændingsstyret kilde. Ved brug af en tyristorkonverter (fig. 8) fungerer sidstnævnte normalt i pulstilstand. I dette tilfælde opretholdes en vis gennemsnitsspænding ved induktionsmotorens statorterminaler, hvilket er nødvendigt for at sikre en given hastighed.

Ris. 8. Skema for impulshastighedsstyring af en induktionsmotor

For at regulere spændingen ved motorens statorterminaler synes det muligt at bruge en transformer eller autotransformer med sektionsviklinger. Brugen af ​​separate transformerblokke er imidlertid forbundet med meget høje omkostninger og giver ikke den nødvendige reguleringskvalitet, da kun en trinvis ændring af spændingen i dette tilfælde er mulig, og det er praktisk talt umuligt at indføre en sektionsomskifteranordning i en automatisk system. Autotransformatorer bruges nogle gange til at begrænse startstrømmene af kraftige motorer.

Hastighedskontrol ved at skifte statorviklingssektioner til forskellige antal polpar

Der er en række produktionsmekanismer, som under den teknologiske proces skal arbejde på forskellige hastighedsniveauer, mens der ikke er behov for en jævn regulering, men det er nok at have et drev med en diskret, trinvis, hastighedsændring. Sådanne mekanismer omfatter nogle metalbearbejdnings- og træbearbejdningsmaskiner, elevatorer osv.

Et begrænset antal faste omdrejningshastigheder kan opnås multi-speed egern-bur motorer, hvor statorviklingen skifter til et andet antal polpar. Egerncellen i en egerncellemotor danner automatisk antallet af poler svarende til antallet af statorpoler.

Der bruges to motordesigns: med flere viklinger i hver statorslids og med en enkelt vikling, hvis sektioner skiftes til at producere et forskelligt antal polpar.

Multi-speed motorer med flere uafhængige statorviklinger er ringere end enkelt-vindede multi-speed motorer i teknisk og økonomisk henseende. I flerviklingsmotorer bruges statorviklingen ineffektivt, fyldningen af ​​statorspalten er utilstrækkelig, effektiviteten og cosφ er under optimale. Derfor opnås hovedfordelingen fra multi-speed enkeltviklingsmotorer med omskiftning af viklingerne på forskelligt antal polpar.

Ved sektionsskift ændres MDS-fordelingen i statorens boring. Som følge heraf ændres rotationshastigheden af ​​MDS også, og dermed den magnetiske flux. Den nemmeste måde er at skifte polpar med et forhold på 1: 2. I dette tilfælde er viklingerne af hver fase lavet i form af to sektioner.Ændring af strømmens retning i en af ​​sektionerne giver dig mulighed for at halvere antallet af polpar.

Overvej kredsløbene i motorens statorvikling, hvis sektioner er skiftet til otte og fire poler. I fig. 9 viser en enkeltfaset vikling for nemheds skyld. Når to sektioner er forbundet i serie, det vil sige, når enden af ​​den første sektion K1 er forbundet med begyndelsen af ​​den anden H2, får vi otte poler (fig. 9, a).

Hvis vi ændrer retningen af ​​strømmen i den anden sektion til det modsatte, så vil antallet af poler dannet af spolen blive reduceret med det halve og vil være lig med fire (fig. 9, b). Strømretningen i den anden sektion kan ændres ved at overføre jumperen fra terminalerne K1, H2 til terminalerne K1, K2. Også fire poler kan opnås ved at forbinde sektioner parallelt (fig. 9, c).

Ris. 9. Skift sektioner af statorviklingen til et andet antal polpar

De mekaniske egenskaber for en to-gears motor med skiftede statorviklinger er vist i fig. ti.

Ris. 10. Mekaniske egenskaber for en induktionsmotor, når der skiftes statorvikling af forskelligt antal polpar

Ved skift fra skema a til skema b (fig. 9), opretholdes konstant motoreffekt ved begge hastighedsniveauer (fig. 10, a). Ved brug af anden skift-mulighed kan motoren udvikle det samme drejningsmoment. Det er muligt at skifte sektioner af statorviklingen, hvilket giver et hastighedsforhold ikke kun 1: 2, men også andre. Udover to-trins motorer producerer industrien også tre- og fire-trins motorer.

Frekvensstyring af trefasede motorer

Som det følger af ovenstående, er hastighedsreguleringen af ​​induktionsmotoren ekstremt vanskelig. Trinløs regulering af hastigheden over et bredt område og samtidig opretholdelse af tilstrækkelig stivhed af karakteristika er kun mulig med delvis kontrol. Ved at ændre frekvensen af ​​forsyningsstrømmen og derfor magnetfeltets rotationshastighed er det muligt at justere motorrotorens rotationshastighed.

For at styre frekvensen i installationen er der dog behov for en frekvensomformer, som kan konvertere en konstant frekvensstrøm i forsyningsnettet på 50 Hz til en variabel frekvensstrøm, der jævnt varierer over et bredt område.

I starten var der forsøg på at bruge omformere på elektriske maskiner. For at opnå strøm med variabel frekvens fra en synkrongenerator er det imidlertid nødvendigt at rotere dens rotor med variabel hastighed. I dette tilfælde er opgaverne med at regulere den kørende motors hastighed tildelt den motor, der driver synkrongeneratoren i rotation.

Kollektorgeneratoren, som kan generere en strøm med variabel frekvens ved en konstant rotationshastighed, tillod heller ikke at løse problemet, fordi for det første er en strøm med variabel frekvens nødvendig for at excitere den, og for det andet, ligesom alle AC-kollektormaskiner , opstår der store vanskeligheder, hvilket sikrer normal kommutering af opsamleren.

I praksis begyndte frekvensstyring at udvikle sig med fremkomsten af halvlederenheder… Det viste sig samtidig at være muligt at lave frekvensomformere til styring af både kraftværker og executive motorer i servosystemer og servodrev.

Sammen med kompleksiteten ved at designe en frekvensomformer er der også behov for samtidig at kontrollere to størrelser - frekvens og spænding. Når frekvensen falder for at reducere hastigheden, kan EMF og netspændingsbalancen kun opretholdes ved at øge motorens magnetiske flux. I dette tilfælde vil det magnetiske kredsløb mættes, og statorstrømmen vil stige intensivt ifølge en ikke-lineær lov. Som et resultat er driften af ​​en induktionsmotor i frekvensstyringstilstand ved konstant spænding umulig.

Ved at reducere frekvensen, for at holde den magnetiske flux uændret, er det nødvendigt at reducere spændingsniveauet samtidigt. Ved frekvensstyring skal der således bruges to styrekanaler: frekvens og spænding.

Ris. 11. Mekaniske egenskaber for en induktionsmotor, når den forsynes med spænding med kontrolleret frekvens og konstant magnetisk flux

Frekvensstyringssystemer er normalt bygget som lukkede sløjfesystemer, og mere information om dem er givet her: Frekvensregulering af en asynkronmotor