Kolmivaihemoottorin ohjaus, moottorin nopeuden säätömenetelmät

Asynkronisten moottoreiden ohjaus voi olla joko parametrista eli konepiirien parametreja muuttamalla tai erillisellä muuntimella.

Parametrinen ohjaus

Kriittinen luisto riippuu heikosti staattoripiirin aktiivisesta resistanssista. Kun staattoripiiriin syötetään lisävastusta, arvo pienenee hieman. Suurin vääntömomentti voi olla huomattavasti pienempi. Tämän seurauksena mekaaninen ominaisuus saa kuvan 1 mukaisen muodon. 1.

Riisi. 1. Asynkronisen moottorin mekaaniset ominaisuudet, kun ensiö- ja toisiopiirin parametreja muutetaan: 1 — luonnollinen, 2 ja 3 — lisäaktiivisen ja induktiivisen resistanssin käyttöönotolla staattoripiirissä

Vertaamalla sitä moottorin luonnolliseen ominaisuuksiin, voimme päätellä, että lisävastuksen lisäämisellä staattoripiiriin on vain vähän vaikutusta nopeuteen. Vakiona staattisella vääntömomentilla nopeus laskee hieman.Siksi tämä nopeudensäätömenetelmä on tehoton, eikä sitä käytetä tässä yksinkertaisimmassa versiossa.

Induktiivisen vastuksen lisääminen staattoripiiriin on myös tehotonta. Myös kriittinen luisto pienenee hieman, ja moottorin vääntömomentti pienenee merkittävästi lisääntyneen vastuksen vuoksi. Vastaava mekaaninen ominaisuus on esitetty samassa kuvassa. 1.

Joskus staattoripiiriin lisätään ylimääräinen vastus rajoittamaan syöttövirtoja… Tässä tapauksessa induktiivisena lisävastuksena käytetään yleensä kuristimia ja aktiivisina tyristoreja (kuva 2).

Riisi. 2. Tyristorit mukaan lukien staattoripiirissä

On kuitenkin pidettävä mielessä, että tämä vähentää merkittävästi paitsi kriittistä myös moottorin käynnistysmomentti (in c = 1), mikä tarkoittaa, että käynnistäminen näissä olosuhteissa on mahdollista vain pienellä staattisella momentilla. Lisävastuksen tuominen roottoripiiriin on tietysti mahdollista vain kierretylle roottorimoottorille.

Roottoripiirin lisäinduktiivisella resistanssilla on sama vaikutus moottorin nopeuteen kuin silloin, kun se viedään staattoripiiriin.

Käytännössä induktiivisen vastuksen käyttö roottoripiirissä on erittäin vaikeaa, koska sen on toimittava vaihtelevalla taajuudella - 50 Hz:stä useisiin hertseihin ja joskus hertsin murto-osaan. Tällaisissa olosuhteissa kuristimen luominen on erittäin vaikeaa.

Matalalla taajuudella induktorin aktiivinen vastus vaikuttaa pääasiassa. Yllä olevien näkökohtien perusteella roottoripiirin induktiivista vastusta ei koskaan käytetä nopeuden säätöön.

Tehokkain tapa parametriseen nopeudensäätöön on lisätä aktiivista vastusta roottoripiiriin. Tämä antaa meille joukon ominaisuuksia, joilla on jatkuva maksimivääntömomentti. Näitä ominaisuuksia käytetään rajoittamaan virtaa ja ylläpitämään tasaista vääntömomenttia, ja niitä voidaan käyttää myös nopeuden säätämiseen.

Kuvassa 3 näyttää kuinka muuttamalla r2, so. input rext, on mahdollista jossain staattisessa hetkessä muuttaa nopeutta laajalla alueella - nimellisarvosta nollaan. Käytännössä nopeutta on kuitenkin mahdollista säätää vain riittävän suurille staattisen momentin arvoille.

Riisi. 3. Asynkronisen moottorin mekaaniset ominaisuudet, joissa roottoripiirissä on lisävastus

Matalilla (Mo) -arvoilla lähes tyhjäkäyntitilassa nopeudensäätöalue pienenee huomattavasti ja on otettava käyttöön erittäin suuria lisävastuksia nopeuden vähentämiseksi tuntuvasti.

On syytä muistaa, että ajettaessa pienillä nopeuksilla ja suurilla staattisilla vääntömomenteilla nopeuden vakaus on riittämätön, koska ominaisuuksien suuresta jyrkkyydestä johtuen vääntömomentin pienet vaihtelut aiheuttavat merkittäviä muutoksia nopeudessa.

Joskus moottorin kiihdytyksen aikaansaamiseksi ilman reostaattiosien peräkkäistä poistamista reostaatti ja induktiivinen kela on kytketty rinnan roottorin renkaisiin (kuva 4).

Riisi. 4. Lisäaktiivisen ja induktiivisen vastuksen rinnakkaiskytkentä asynkronisen moottorin roottoripiirissä

Käynnistyksen alkuhetkellä, kun roottorin virran taajuus on korkea, virta on pääosin kiinni reostaatin kautta, ts.suuren vastuksen kautta, joka tarjoaa riittävän korkean käynnistysmomentin. Taajuuden pienentyessä induktiivinen vastus pienenee ja virta alkaa sulkeutua myös induktanssin kautta.

Kun käyttönopeuksia saavutetaan, kun luisto on pieni, virta kulkee pääasiassa induktorin läpi, jonka resistanssi matalalla taajuudella määräytyy käämin rrrev sähkövastuksen mukaan. Siten käynnistettäessä toisiopiirin ulkoinen vastus muuttuu automaattisesti rreostista roroon ja kiihtyvyys tapahtuu käytännössä vakiolla vääntömomentilla.

Parametriseen ohjaukseen liittyy luonnollisesti suuria energiahäviöitä. Liukuenergia, joka sähkömagneettisena energiana välitetään raon kautta staattorista roottoriin ja muunnetaan yleensä mekaaniseksi, toisiopiirin suurella resistanssilla, menee pääasiassa tämän vastuksen lämmittämiseen, ja kun s = 1 kaikki staattorilta roottoriin siirtyvä energia kuluu toisiopiirin reostaatteihin (kuva 5).

Riisi. 5. Häviöt toisiopiirissä säädettäessä asynkronisen moottorin nopeutta lisäämällä roottoripiiriin lisävastusta: I — moottorin akselille siirretyn hyötytehon vyöhyke, II — toisiopiirin resistanssien häviöalue

Siksi parametrista ohjausta käytetään pääasiassa lyhytaikaiseen nopeuden vähentämiseen työkoneen suorittaman teknologisen prosessin aikana.Vain niissä tapauksissa, joissa nopeudensäätöprosessit yhdistetään työkoneen käynnistykseen ja pysäyttämiseen, kuten esimerkiksi nostolaitteistoissa, parametriohjausta, jossa on lisävastus roottoripiirissä, käytetään pääasiallisena nopeudensäätövälineenä.

Nopeuden säätö muuttamalla staattoriin syötettyä jännitettä

Kun oikosulkumoottorin nopeutta säädetään jännitettä muuttamalla, mekaanisen ominaiskäyrän muoto pysyy ennallaan ja momentit pienenevät suhteessa jännitteen neliöön. Mekaaniset ominaisuudet eri jännityksissä on esitetty kuvassa. 6. Kuten näet, perinteisiä moottoreita käytettäessä nopeudensäätöalue on hyvin rajallinen.

Riisi. 6… Induktiomoottorin nopeuden säätö muuttamalla staattoripiirin jännitettä

Hieman laajempi alue voidaan saavuttaa korkean luiston moottorilla. Tässä tapauksessa mekaaniset ominaisuudet ovat kuitenkin jyrkät (kuva 7) ja moottorin vakaa toiminta voidaan saavuttaa vain käyttämällä suljettua järjestelmää, joka varmistaa nopeuden stabiloinnin.

Kun staattinen vääntömomentti muuttuu, ohjausjärjestelmä ylläpitää tiettyä nopeustasoa ja tapahtuu siirtymä mekaanisesta ominaisuudesta toiseen, minkä seurauksena toiminta jatkuu katkoviivojen osoittamilla ominaisuuksilla.

Riisi. 7. Mekaaniset ominaisuudet säädettäessä staattorin jännitettä suljetussa järjestelmässä

Taajuusmuuttajan ylikuormitettuna moottori saavuttaa taajuusmuuttajan suurinta mahdollista jännitettä vastaavan rajakäyrän, ja kuorman kasvaessa nopeus laskee tämän ominaisuuden mukaisesti. Alhaisella kuormituksella, jos muuntaja ei pysty laskemaan jännitettä nollaan, nopeus kasvaa vaihtovirtakäyrän mukaan.

Magneettivahvistimia tai tyristorimuuntimia käytetään yleensä jänniteohjattuina lähteinä. Jos käytetään tyristorimuunninta (kuva 8), jälkimmäinen toimii yleensä pulssitilassa. Tässä tapauksessa oikosulkumoottorin staattorin liittimissä ylläpidetään tietty keskijännite, joka on tarpeen tietyn nopeuden varmistamiseksi.

Riisi. 8. Kaavio oikosulkumoottorin impulssinopeuden ohjauksesta

Moottorin staattorin liittimien jännitteen säätämiseksi näyttäisi olevan mahdollista käyttää muuntajaa tai automuuntajaa, jossa on poikkileikkauskäämit. Erillisten muuntajalohkojen käyttöön liittyy kuitenkin erittäin korkeita kustannuksia, eikä se tarjoa tarvittavaa säätölaatua, koska tällöin vain asteittainen jännitteen muutos on mahdollista, ja on käytännössä mahdotonta viedä osakytkinlaitetta automaattinen järjestelmä. Automaattisia muuntajia käytetään joskus rajoittamaan tehokkaiden moottoreiden käynnistysvirtoja.

Nopeudensäätö kytkemällä staattorin käämitysosat eri napaparien lukumäärään

On olemassa useita tuotantomekanismeja, joiden on teknologisen prosessin aikana toimittava eri nopeustasoilla, mutta tasaista säätöä ei tarvita, vaan riittää, että käytössä on diskreetti, portaittainen nopeudenmuutos. Tällaisia ​​mekanismeja ovat jotkin metallin- ja puuntyöstökoneet, hissit jne.

Rajoitettu määrä kiinteitä pyörimisnopeuksia voidaan saavuttaa moninopeuksiset oravahäkkimoottorit, jossa staattorin käämitys vaihtaa eri napaparien lukumäärään. Oravakennomoottorin oravakenno muodostaa automaattisesti napojen lukumäärän, joka on yhtä suuri kuin staattorin napojen lukumäärä.

Käytetään kahta moottorimallia: useilla käämeillä kussakin staattoriurassa ja yhdellä käämityksellä, jonka osat on kytketty tuottamaan eri määrä napapareja.

Moninopeuksiset moottorit, joissa on useita itsenäisiä staattorikäämityksiä, ovat teknisesti ja taloudellisesti huonompia kuin yksikäämiiset moninopeuksiset moottorit. Monikäämismoottoreissa staattorikäämitystä käytetään tehottomasti, staattoriraon täyttö on riittämätön, hyötysuhde ja cosφ ovat alle optimaalisen. Siksi pääjakauma saadaan moninopeuksisista yksikäämimoottoreista, joissa käämitykset kytketään eri napaparien lukumäärälle.

Osia vaihdettaessa MDS-jakauma staattorin reiässä muuttuu. Tämän seurauksena myös MDS:n pyörimisnopeus ja siten magneettivuo muuttuvat. Helpoin tapa on vaihtaa napapareja, joiden suhde on 1: 2. Tässä tapauksessa kunkin vaiheen käämit tehdään kahden osan muodossa.Virran suunnan muuttaminen yhdessä osiossa mahdollistaa napaparien määrän puolittamisen.

Harkitse moottorin staattorikäämin piirejä, joiden osat on kytketty kahdeksaan ja neljään napaan. Kuvassa Kuvassa 9 on esitetty yksivaiheinen käämitys yksinkertaisuuden vuoksi. Kun kaksi osaa on kytketty sarjaan, eli kun ensimmäisen osan K1 pää on kytketty toisen H2:n alkuun, saadaan kahdeksan napaa (kuva 9, a).

Jos muutamme virran suunnan toisessa osassa päinvastaiseksi, kelan muodostamien napojen lukumäärä pienenee puoleen ja on neljä (kuva 9, b). Toisen osan virran suuntaa voidaan muuttaa siirtämällä hyppyjohdin liittimistä K1, H2 liittimiin K1, K2. Myös neljä napaa voidaan saada yhdistämällä osia rinnakkain (kuva 9, c).

Riisi. 9. Staattorikäämin osien kytkeminen eri napaparien lukumäärään

Kaksinopeuksisen moottorin, jossa on kytketyt staattorikäämit, mekaaniset ominaisuudet on esitetty kuvassa. kymmenen.

Riisi. 10. Oikosulkumoottorin mekaaniset ominaisuudet vaihdettaessa staattorin käämitystä eri napaparien lukumäärällä

Kun vaihdetaan kaaviosta a kaavioon b (kuva 9), moottorin teho säilyy vakiona molemmilla nopeustasoilla (kuva 10, a). Toista vaihtovaihtoehtoa käytettäessä moottori voi kehittää saman vääntömomentin. On mahdollista vaihtaa staattorikäämin osia, jolloin nopeussuhde ei ole vain 1: 2, vaan myös muut. Kaksinopeuksisten moottoreiden lisäksi alalla valmistetaan myös kolmi- ja nelinopeuksisia moottoreita.

Kolmivaihemoottorien taajuudensäätö

Kuten yllä olevasta seuraa, oikosulkumoottorin nopeuden säätö on erittäin vaikeaa. Portaaton nopeudensäätö laajalla alueella ominaisuuksien riittävän jäykkyyden säilyttäen on mahdollista vain osittaisella ohjauksella. Muuttamalla syöttövirran taajuutta ja siten magneettikentän pyörimisnopeutta on mahdollista säätää moottorin roottorin pyörimisnopeutta.

Laitoksen taajuuden ohjaamiseen tarvitaan kuitenkin taajuusmuuttaja, joka muuntaa syöttöverkon vakiotaajuisen 50 Hz:n taajuuden tasaisesti laajalla vaihteluvälillä vaihtuvaksi virraksi.

Aluksi muuntimia yritettiin käyttää sähkökoneissa. Vaihtuvataajuisen virran saamiseksi synkronisesta generaattorista on kuitenkin välttämätöntä pyörittää sen roottoria vaihtelevalla nopeudella. Tässä tapauksessa käynnissä olevan moottorin nopeuden säätötehtävät on osoitettu moottorille, joka käyttää synkronista generaattoria pyörimässä.

Myöskään kollektorigeneraattori, joka pystyy generoimaan vaihtelevataajuista virtaa tasaisella pyörimisnopeudella, ei mahdollistanut ongelman ratkaisemista, koska ensinnäkin tarvitaan muuttuvataajuista virtaa sen virittämiseen, ja toiseksi, kuten kaikki AC-kollektorikoneet. , syntyy suuria vaikeuksia, mikä varmistaa keräimen normaalin kommutoinnin.

Käytännössä taajuudensäätö alkoi kehittyä kynnyksellä puolijohdelaitteet… Samalla osoittautui mahdolliseksi luoda taajuusmuuttajia sekä voimalaitosten että servojärjestelmien ja servokäyttöjen ohjausmoottoreiden ohjaamiseen.

Taajuusmuuttajan suunnittelun monimutkaisuuden lisäksi on myös tarve ohjata samanaikaisesti kahta määrää - taajuutta ja jännitettä. Kun taajuus pienenee nopeuden pienentämiseksi, EMF- ja verkkojännitteen tasapaino voidaan ylläpitää vain lisäämällä moottorin magneettivuoa. Tässä tapauksessa magneettipiiri kyllästyy ja staattorin virta kasvaa voimakkaasti epälineaarisen lain mukaan. Tämän seurauksena oikosulkumoottorin toiminta taajuudensäätötilassa vakiojännitteellä on mahdotonta.

Taajuutta pienentämällä, jotta magneettivuo pysyisi muuttumattomana, on samanaikaisesti alennettava jännitetasoa. Taajuusohjauksessa on siis käytettävä kahta ohjauskanavaa: taajuutta ja jännitettä.

Riisi. 11. Oikosulkumoottorin mekaaniset ominaisuudet, kun siihen syötetään säädetyn taajuuden ja vakiomagneettivuon jännite

Taajuussäätöjärjestelmät rakennetaan yleensä suljetun silmukan järjestelmiksi ja niistä löytyy lisätietoja täältä: Asynkronisen moottorin taajuuden säätö