Trīsfāzu motora vadība, motora ātruma regulēšanas metodes

Asinhrono motoru vadība var būt vai nu parametriska, tas ir, mainot mašīnas ķēžu parametrus, vai arī ar atsevišķu pārveidotāju.

Parametriskā vadība

Kritiskā slīdēšana ir vāji atkarīga no statora ķēdes aktīvās pretestības. Kad statora ķēdē tiek ievadīta papildu pretestība, vērtība nedaudz samazinās. Maksimālo griezes momentu var ievērojami samazināt. Rezultātā mehāniskais raksturlielums iegūs attēlā parādīto formu. 1.

Rīsi. 1. Asinhronā motora mehāniskie raksturlielumi, mainot primārās un sekundārās ķēdes parametrus: 1 — dabisks, 2 un 3 — ar papildu aktīvo un induktīvās pretestības ieviešanu statora ķēdē

Salīdzinot to ar motora dabisko raksturlielumu, mēs varam secināt, ka papildu pretestības ieviešana statora ķēdē maz ietekmē ātrumu. Pie nemainīga statiskā griezes momenta ātrums nedaudz samazināsies.Tāpēc šī ātruma kontroles metode ir neefektīva un netiek izmantota šajā vienkāršākajā versijā.

Arī induktīvās pretestības ieviešana statora ķēdē ir neefektīva. Nedaudz samazināsies arī kritiskā slīdēšana, un dzinēja griezes moments ievērojami samazinās, jo palielinās pretestība. Atbilstošais mehāniskais raksturlielums ir parādīts tajā pašā attēlā. 1.

Dažreiz statora ķēdē tiek ieviesta papildu pretestība lai ierobežotu ieslēgšanas strāvas… Šajā gadījumā droseles parasti tiek izmantotas kā papildu induktīvā pretestība, bet tiristori tiek izmantoti kā aktīvie (2. att.).

Rīsi. 2. Tiristoru iekļaušana statora ķēdē

Tomēr jāpatur prātā, ka tas ievērojami samazina ne tikai kritisko, bet arī motora palaišanas griezes moments (in c = 1), kas nozīmē, ka iedarbināšana šādos apstākļos ir iespējama tikai ar nelielu statisko momentu. Papildu pretestības ieviešana rotora ķēdē, protams, ir iespējama tikai motoram ar rotoru.

Papildu induktīvajai pretestībai rotora ķēdē ir tāda pati ietekme uz motora ātrumu kā tad, kad to ievada statora ķēdē.

Praksē induktīvās pretestības izmantošana rotora ķēdē ir ārkārtīgi sarežģīta, jo tai jādarbojas ar mainīgu frekvenci - no 50 Hz līdz vairākiem herciem un dažreiz ar hercu daļām. Šādos apstākļos ir ļoti grūti izveidot aizrīties.

Zemā frekvencē galvenokārt ietekmēs induktora aktīvā pretestība. Pamatojoties uz iepriekš minētajiem apsvērumiem, induktīvā pretestība rotora ķēdē nekad netiek izmantota ātruma kontrolei.

Visefektīvākais parametru ātruma regulēšanas veids ir papildu aktīvas pretestības ieviešana rotora ķēdē. Tas dod mums raksturlielumu saimi ar nemainīgu maksimālo griezes momentu. Šos raksturlielumus izmanto, lai ierobežotu strāvu un uzturētu nemainīgu griezes momentu, un tos var izmantot arī ātruma regulēšanai.

attēlā. 3 parāda, kā, mainot r2, t.i. input rext, ir iespējams kādā statiskā brīdī mainīt ātrumu plašā diapazonā - no nominālā līdz nullei. Tomēr praksē ir iespējams regulēt ātrumu tikai pietiekami lielām statiskā momenta vērtībām.

Rīsi. 3. Asinhronā motora mehāniskie raksturlielumi ar papildu pretestības ieviešanu rotora ķēdē

Pie zemām (Mo) vērtībām gandrīz tukšgaitas režīmā ātruma regulēšanas diapazons ir ievērojami samazināts, un, lai ievērojami samazinātu ātrumu, būs jāievieš ļoti lielas papildu pretestības.

Jāpatur prātā, ka, strādājot pie maziem apgriezieniem un ar lieliem statiskajiem griezes momentiem, ātruma stabilitāte būs nepietiekama, jo raksturlielumu lielā stāvuma dēļ nelielas griezes momenta svārstības radīs būtiskas ātruma izmaiņas.

Dažkārt, lai nodrošinātu motora paātrinājumu bez secīgas reostata sekciju noņemšanas, paralēli rotora gredzeniem tiek savienots reostats un induktīvā spole (4. att.).

Rīsi. 4. Papildu aktīvās un induktīvās pretestības paralēlais savienojums asinhronā motora rotora ķēdē.

Sākotnējā palaišanas brīdī, kad strāvas frekvence rotorā ir augsta, strāva galvenokārt tiek slēgta caur reostatu, t.i.caur lielu pretestību, kas nodrošina pietiekami augstu palaišanas griezes momentu. Samazinoties frekvencei, induktīvā pretestība samazinās un strāva sāk aizvērties arī caur induktivitāti.

Sasniedzot darba ātrumus, kad slīdēšana ir maza, strāva plūst galvenokārt caur induktors, kura pretestību zemā frekvencē nosaka tinuma elektriskā pretestība rrrev. Tādējādi palaišanas laikā sekundārās ķēdes ārējā pretestība tiek automātiski mainīta no rreost uz roro, un paātrinājums notiek pie praktiski nemainīga griezes momenta.

Parametriskā vadība dabiski ir saistīta ar lieliem enerģijas zudumiem. Slīdes enerģija, kas elektromagnētiskās enerģijas veidā tiek pārraidīta caur spraugu no statora uz rotoru un parasti tiek pārveidota mehāniskā ar lielu sekundārās ķēdes pretestību, galvenokārt tiek izmantota šīs pretestības sildīšanai, un pie s = 1 visa enerģija, kas tiek pārnesta no statora uz rotoru, tiks patērēta sekundārās ķēdes reostatos (5. att.).

Rīsi. 5. Zudumi sekundārajā ķēdē, regulējot asinhronā motora ātrumu, ieviešot papildu pretestību rotora ķēdē: I — motora vārpstai pārvadītās lietderīgās jaudas zona, II — sekundārās ķēdes pretestību zudumu zona.

Tāpēc parametriskā vadība galvenokārt tiek izmantota īslaicīgai ātruma samazināšanai darba mašīnas veiktā tehnoloģiskā procesa gaitā.Tikai gadījumos, kad ātruma regulēšanas procesi tiek apvienoti ar darba mašīnas iedarbināšanu un apturēšanu, kā, piemēram, pacelšanas iekārtās, kā galvenais ātruma regulēšanas līdzeklis tiek izmantota parametriskā vadība ar papildu pretestības ieviešanu rotora ķēdē.

Ātruma regulēšana, mainot statoram pievadīto spriegumu

Regulējot asinhronā motora ātrumu, mainot spriegumu, mehāniskā raksturlieluma forma paliek nemainīga, un momenti samazinās proporcionāli sprieguma kvadrātam. Mehāniskie raksturlielumi pie dažādiem spriegumiem ir parādīti attēlā. 6. Kā redzat, parasto motoru izmantošanas gadījumā ātruma regulēšanas diapazons ir ļoti ierobežots.

Rīsi. 6… Asinhronā motora ātruma regulēšana, mainot spriegumu statora ķēdē

Nedaudz plašāku diapazonu var sasniegt ar augstas slīdes motoru. Taču šajā gadījumā mehāniskie raksturlielumi ir stāvi (7. att.) un stabilu dzinēja darbību var panākt tikai izmantojot slēgtu sistēmu, kas nodrošina ātruma stabilizāciju.

Mainoties statiskajam griezes momentam, vadības sistēma uztur noteiktu apgriezienu līmeni un notiek pāreja no viena mehāniskā raksturlieluma uz otru, kā rezultātā darbība turpinās ar punktētām līnijām norādītajiem raksturlielumiem.

Rīsi. 7. Mehāniskie raksturlielumi, regulējot statora spriegumu slēgtā sistēmā

Kad piedziņa ir pārslogota, motors sasniedz robežīpašību, kas atbilst maksimālajam iespējamajam spriegumam, ko nodrošina pārveidotājs, un, slodzei palielinoties tālāk, ātrums samazināsies atbilstoši šim raksturlielumam. Pie zemas slodzes, ja pārveidotājs nevar samazināt spriegumu līdz nullei, tiks palielināts ātrums atbilstoši maiņstrāvas raksturlielumam.

Magnētiskie pastiprinātāji vai tiristoru pārveidotāji parasti tiek izmantoti kā sprieguma kontrolēts avots. Tiristoru pārveidotāja izmantošanas gadījumā (8. att.) pēdējais parasti darbojas impulsa režīmā. Šajā gadījumā asinhronā motora statora spailēm tiek uzturēts noteikts vidējais spriegums, kas nepieciešams, lai nodrošinātu noteiktu ātrumu.

Rīsi. 8. Asinhronā dzinēja impulsa ātruma regulēšanas shēma

Lai regulētu spriegumu motora statora spailēs, šķiet iespējams izmantot transformatoru vai autotransformatoru ar sekciju tinumiem. Tomēr atsevišķu transformatoru bloku izmantošana ir saistīta ar ļoti augstām izmaksām un nenodrošina nepieciešamo regulēšanas kvalitāti, jo šajā gadījumā iespējama tikai pakāpeniska sprieguma maiņa, un praktiski nav iespējams ievietot sekciju komutācijas ierīci. automātiskā sistēma. Autotransformatorus dažreiz izmanto, lai ierobežotu jaudīgu motoru iedarbināšanas strāvas.

Ātruma kontrole, pārslēdzot statora tinumu sekcijas uz dažādu polu pāru skaitu

Ir vairāki ražošanas mehānismi, kuriem tehnoloģiskā procesa laikā jāstrādā dažādos apgriezienu līmeņos, kamēr nav nepieciešama vienmērīga regulēšana, bet pietiek ar piedziņu ar diskrētu, pakāpenisku apgriezienu maiņu. Pie šādiem mehānismiem pieder dažas metālapstrādes un kokapstrādes mašīnas, lifti utt.

Var sasniegt ierobežotu skaitu fiksētu rotācijas ātrumu daudzpakāpju vāveres korpusa motori, kurā statora tinums pārslēdzas uz citu skaitu polu pāru. Vāveres šūnas motora vāveres šūna automātiski veido polu skaitu, kas vienāds ar statora polu skaitu.

Tiek izmantotas divas motoru konstrukcijas: ar vairākiem tinumiem katrā statora spraugā un ar vienu tinumu, kura sekcijas tiek pārslēgtas, lai izveidotu atšķirīgu skaitu polu pāru.

Vairāku ātrumu motori ar vairākiem neatkarīgiem statora tinumiem tehniskā un ekonomiskā ziņā ir zemāki par viena tinuma daudzpakāpju motoriem. Vairāku tinumu motoros statora tinums tiek izmantots neefektīvi, statora spraugas aizpildījums ir nepietiekams, efektivitāte un cosφ ir zem optimālā. Tāpēc galvenais sadalījums tiek iegūts no vairāku ātrumu viena tinuma motoriem ar tinumu pārslēgšanu uz dažādu polu pāru skaitu.

Pārslēdzot sekcijas, mainās MDS sadalījums statora urbumā. Rezultātā mainās arī MDS griešanās ātrums un līdz ar to arī magnētiskā plūsma. Vienkāršākais veids ir pārslēgt stabu pārus ar attiecību 1: 2. Šajā gadījumā katras fāzes tinumi ir izgatavoti divu sekciju veidā.Strāvas virziena maiņa vienā no sekcijām ļauj uz pusi samazināt polu pāru skaitu.

Apsveriet motora statora tinuma ķēdes, kuru sekcijas ir pārslēgtas uz astoņiem un četriem poliem. attēlā. 9 parādīts vienfāzes tinums vienkāršības labad. Kad divas sekcijas ir savienotas virknē, tas ir, kad pirmās sadaļas K1 gals ir savienots ar otrā H2 sākumu, mēs iegūstam astoņus polus (9. att., a).

Ja mainīsim strāvas virzienu otrajā sekcijā uz pretējo, tad spoles veidoto polu skaits samazināsies uz pusi un būs vienāds ar četriem (9. att., b). Strāvas virzienu otrajā sadaļā var mainīt, pārvietojot džemperi no spailēm K1, H2 uz spailēm K1, K2. Tāpat četrus stabus var iegūt, paralēli savienojot sekcijas (9. att., c).

Rīsi. 9. Statora tinuma sekciju pārslēgšana uz dažādu polu pāru skaitu

Divu ātrumu motora ar pārslēgtiem statora tinumiem mehāniskie raksturlielumi ir parādīti attēlā. desmit.

Rīsi. 10. Asinhronā motora mehāniskie raksturlielumi, pārslēdzot dažāda skaita polu pāru statora tinumu

Pārejot no shēmas a uz shēmu b (9. att.), abos apgriezienu līmeņos tiek uzturēta nemainīga dzinēja jauda (10. att., a). Izmantojot otro pārslēgšanas iespēju, dzinējs var attīstīt tādu pašu griezes momentu. Ir iespējams pārslēgt statora tinuma sekcijas, nodrošinot ātruma attiecību ne tikai 1: 2, bet arī citus. Papildus divu ātrumu dzinējiem nozare ražo arī trīs un četru ātrumu dzinējus.

Trīsfāzu motoru frekvences kontrole

Kā izriet no iepriekš minētā, asinhronā motora ātruma regulēšana ir ārkārtīgi sarežģīta. Bezpakāpju ātruma kontrole plašā diapazonā, vienlaikus saglabājot pietiekamu raksturlielumu stingrību, ir iespējama tikai ar daļēju vadību. Mainot barošanas strāvas frekvenci un līdz ar to arī magnētiskā lauka griešanās ātrumu, iespējams regulēt motora rotora griešanās ātrumu.

Tomēr, lai kontrolētu frekvenci instalācijā, ir nepieciešams frekvences pārveidotājs, kas varētu pārveidot barošanas tīkla konstantas frekvences strāvu 50 Hz par mainīgas frekvences strāvu, kas vienmērīgi mainās plašā diapazonā.

Sākotnēji bija mēģinājumi izmantot pārveidotājus elektriskajās mašīnās. Tomēr, lai iegūtu mainīgas frekvences strāvu no sinhronā ģeneratora, ir nepieciešams pagriezt tā rotoru ar mainīgu ātrumu. Šajā gadījumā darbojošā dzinēja apgriezienu regulēšanas uzdevumi tiek uzticēti dzinējam, kas rotē sinhrono ģeneratoru.

Arī kolektora ģenerators, kas var ģenerēt mainīgas frekvences strāvu pie nemainīga griešanās ātruma, neļāva atrisināt problēmu, jo, pirmkārt, tā ierosināšanai ir nepieciešama mainīgas frekvences strāva, otrkārt, tāpat kā visas maiņstrāvas kolektoru mašīnas. , rodas lielas grūtības, nodrošinot normālu kolektora komutāciju.

Praksē frekvences kontrole sāka attīstīties, parādoties pusvadītāju ierīces… Tajā pašā laikā izrādījās, ka ir iespējams izveidot frekvences pārveidotājus gan spēkstaciju, gan izpildmotoru vadīšanai servo sistēmās un servo piedziņās.

Līdzās frekvences pārveidotāja projektēšanas sarežģītībai ir arī nepieciešamība vienlaicīgi kontrolēt divus lielumus - frekvenci un spriegumu. Kad frekvence samazinās, lai samazinātu ātrumu, EML un tīkla sprieguma līdzsvaru var uzturēt, tikai palielinot motora magnētisko plūsmu. Šajā gadījumā magnētiskā ķēde piesātinās un statora strāva intensīvi palielināsies saskaņā ar nelineāru likumu. Tā rezultātā asinhronā motora darbība frekvences regulēšanas režīmā pie pastāvīga sprieguma nav iespējama.

Samazinot frekvenci, lai saglabātu magnētisko plūsmu nemainīgu, vienlaikus ir jāsamazina sprieguma līmenis. Tādējādi frekvences kontrolē ir jāizmanto divi vadības kanāli: frekvence un spriegums.

Rīsi. 11. Asinhronā motora mehāniskie raksturlielumi, ja to piegādā ar kontrolētas frekvences spriegumu un pastāvīgu magnētisko plūsmu

Frekvences kontroles sistēmas parasti tiek veidotas kā slēgtas cilpas sistēmas, un vairāk informācijas par tām ir sniegta šeit: Asinhronā motora frekvences regulēšana