Τριφασικός έλεγχος κινητήρα, μέθοδοι ελέγχου ταχύτητας κινητήρα

Ο έλεγχος των ασύγχρονων κινητήρων μπορεί να είναι είτε παραμετρικός, δηλαδή αλλάζοντας τις παραμέτρους των κυκλωμάτων του μηχανήματος, είτε με ξεχωριστό μετατροπέα.

Παραμετρικός έλεγχος

Η κρίσιμη ολίσθηση εξαρτάται ασθενώς από την ενεργή αντίσταση του κυκλώματος του στάτη. Όταν εισάγεται πρόσθετη αντίσταση στο κύκλωμα του στάτη, η τιμή μειώνεται ελαφρώς. Η μέγιστη ροπή μπορεί να μειωθεί σημαντικά. Ως αποτέλεσμα, τα μηχανικά χαρακτηριστικά θα έχουν τη μορφή που φαίνεται στο Σχ. 1.

Ρύζι. 1. Μηχανικά χαρακτηριστικά ενός ασύγχρονου κινητήρα κατά την αλλαγή των παραμέτρων του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος κυκλώματος: 1 — φυσικό, 2 και 3 — με την εισαγωγή πρόσθετης ενεργού και επαγωγικής αντίστασης στο κύκλωμα του στάτη

Συγκρίνοντάς το με το φυσικό χαρακτηριστικό του κινητήρα, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η εισαγωγή πρόσθετης αντίστασης στο κύκλωμα του στάτη έχει μικρή επίδραση στην ταχύτητα. Σε σταθερή στατική ροπή, η ταχύτητα θα μειωθεί ελαφρώς.Επομένως, αυτή η μέθοδος ελέγχου ρυθμού είναι αναποτελεσματική και δεν χρησιμοποιείται σε αυτήν την απλούστερη έκδοση.

Η εισαγωγή επαγωγικής αντίστασης στο κύκλωμα του στάτη είναι επίσης αναποτελεσματική. Η κρίσιμη ολίσθηση θα μειωθεί επίσης ελαφρώς και η ροπή του κινητήρα μειώνεται σημαντικά λόγω της αύξησης της αντίστασης. Το αντίστοιχο μηχανικό χαρακτηριστικό φαίνεται στο ίδιο σχ. 1.

Μερικές φορές μια πρόσθετη αντίσταση εισάγεται στο κύκλωμα του στάτη για τον περιορισμό των ρευμάτων εισόδου… Σε αυτήν την περίπτωση, τα τσοκ χρησιμοποιούνται συνήθως ως πρόσθετη επαγωγική αντίσταση και τα θυρίστορ χρησιμοποιούνται ως ενεργά (Εικ. 2).

Ρύζι. 2. Συμπεριλαμβανομένων των θυρίστορ στο κύκλωμα του στάτη

Ωστόσο, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι αυτό μειώνει σημαντικά όχι μόνο το κρίσιμο, αλλά και ροπή εκκίνησης κινητήρα (σε c = 1), που σημαίνει ότι η εκκίνηση υπό αυτές τις συνθήκες είναι δυνατή μόνο με μια μικρή στατική ροπή. Η εισαγωγή πρόσθετης αντίστασης στο κύκλωμα του ρότορα είναι, φυσικά, δυνατή μόνο για έναν κινητήρα περιτυλιγμένου ρότορα.

Η πρόσθετη επαγωγική αντίσταση στο κύκλωμα του ρότορα έχει την ίδια επίδραση στην ταχύτητα του κινητήρα όπως όταν εισάγεται στο κύκλωμα του στάτορα.

Στην πράξη, η χρήση επαγωγικής αντίστασης σε ένα κύκλωμα ρότορα είναι εξαιρετικά δύσκολη λόγω του γεγονότος ότι πρέπει να λειτουργεί σε μεταβλητή συχνότητα — από 50 Hz έως αρκετά Hertz και μερικές φορές κλάσματα του Hertz. Κάτω από τέτοιες συνθήκες, είναι πολύ δύσκολο να δημιουργηθεί ένα τσοκ.

Σε χαμηλή συχνότητα, η ενεργή αντίσταση του επαγωγέα θα επηρεάσει κυρίως. Με βάση τα παραπάνω, η επαγωγική αντίσταση στο κύκλωμα του ρότορα δεν χρησιμοποιείται ποτέ για έλεγχο ταχύτητας.

Ο πιο αποτελεσματικός τρόπος παραμετρικού ελέγχου ταχύτητας είναι η εισαγωγή πρόσθετης ενεργής αντίστασης στο κύκλωμα του δρομέα. Αυτό μας δίνει μια οικογένεια χαρακτηριστικών με σταθερή μέγιστη ροπή. Αυτά τα χαρακτηριστικά χρησιμοποιούνται για τον περιορισμό του ρεύματος και τη διατήρηση σταθερής ροπής και μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο της ταχύτητας.

Στο σχ. Το 3 δείχνει πώς αλλάζοντας το r2, δηλ. εισαγάγετε το rext, είναι δυνατό σε κάποια στατική στιγμή να αλλάξετε την ταχύτητα σε μεγάλο εύρος — από ονομαστική σε μηδενική. Στην πράξη, ωστόσο, είναι δυνατή η ρύθμιση της ταχύτητας μόνο για αρκετά μεγάλες τιμές της στατικής ροπής.

Ρύζι. 3. Μηχανικά χαρακτηριστικά ενός ασύγχρονου κινητήρα με την εισαγωγή πρόσθετης αντίστασης στο κύκλωμα του δρομέα

Σε χαμηλές τιμές (Mo) στη λειτουργία σχεδόν αδράνειας, το εύρος ελέγχου ταχύτητας μειώνεται σημαντικά και θα πρέπει να εισαχθούν πολύ μεγάλες πρόσθετες αντιστάσεις για να μειωθεί αισθητά η ταχύτητα.

Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι όταν λειτουργεί σε χαμηλές ταχύτητες και με υψηλές στατικές ροπές, η σταθερότητα της ταχύτητας θα είναι ανεπαρκής, επειδή λόγω της μεγάλης κλίσης των χαρακτηριστικών, μικρές διακυμάνσεις στη ροπή θα προκαλέσουν σημαντικές αλλαγές στην ταχύτητα.

Μερικές φορές, για να παρέχεται επιτάχυνση του κινητήρα χωρίς διαδοχική αφαίρεση των τμημάτων του ρεοστάτη, ένας ρεοστάτης και ένα επαγωγικό πηνίο συνδέονται παράλληλα με τους δακτυλίους του ρότορα (Εικ. 4).

Ρύζι. 4. Παράλληλη σύνδεση πρόσθετης ενεργητικής και επαγωγικής αντίστασης στο κύκλωμα του ρότορα του ασύγχρονου κινητήρα

Την αρχική στιγμή της εκκίνησης, όταν η συχνότητα του ρεύματος στον ρότορα είναι υψηλή, το ρεύμα κλείνει κυρίως μέσω του ρεοστάτη, δηλ.μέσω μιας μεγάλης αντίστασης που παρέχει μια αρκετά υψηλή ροπή εκκίνησης. Καθώς η συχνότητα μειώνεται, η επαγωγική αντίσταση μειώνεται και το ρεύμα αρχίζει να κλείνει και μέσω της επαγωγής.

Όταν επιτυγχάνονται ταχύτητες λειτουργίας, όταν η ολίσθηση είναι μικρή, το ρεύμα ρέει κυρίως μέσω του επαγωγέα, του οποίου η αντίσταση σε χαμηλή συχνότητα καθορίζεται από την ηλεκτρική αντίσταση της περιέλιξης rrev. Έτσι, κατά την εκκίνηση, η εξωτερική αντίσταση του δευτερεύοντος κυκλώματος αλλάζει αυτόματα από το rreost σε roro και η επιτάχυνση εμφανίζεται με σχεδόν σταθερή ροπή.

Ο παραμετρικός έλεγχος συνδέεται φυσικά με μεγάλες απώλειες ενέργειας. Η ενέργεια ολίσθησης, η οποία με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας μεταδίδεται μέσω του κενού από τον στάτορα στον ρότορα και συνήθως μετατρέπεται σε μηχανική, με μεγάλη αντίσταση του δευτερεύοντος κυκλώματος, πηγαίνει κυρίως για να θερμάνει αυτή την αντίσταση και σε s = 1 όλη η ενέργεια που μεταφέρεται από στάτορα σε ρότορα, θα καταναλωθεί στους ρεοστάτες του δευτερεύοντος κυκλώματος (Εικ. 5).

Ρύζι. 5. Απώλειες στο δευτερεύον κύκλωμα κατά τη ρύθμιση της ταχύτητας ενός ασύγχρονου κινητήρα με την εισαγωγή πρόσθετης αντίστασης στο κύκλωμα του δρομέα: I — ζώνη χρήσιμης ισχύος που μεταδίδεται στον άξονα του κινητήρα, II — ζώνη απωλειών στις αντιστάσεις του δευτερεύοντος κυκλώματος

Ως εκ τούτου, ο παραμετρικός έλεγχος χρησιμοποιείται κυρίως για βραχυπρόθεσμη μείωση της ταχύτητας κατά τη διάρκεια της τεχνολογικής διαδικασίας που εκτελείται από τη μηχανή εργασίας.Μόνο σε περιπτώσεις όπου οι διαδικασίες ρύθμισης της ταχύτητας συνδυάζονται με την εκκίνηση και το σταμάτημα της μηχανής εργασίας, όπως για παράδειγμα στις εγκαταστάσεις ανύψωσης, ο παραμετρικός έλεγχος με την εισαγωγή πρόσθετης αντίστασης στο κύκλωμα του ρότορα χρησιμοποιείται ως κύριο μέσο ελέγχου ταχύτητας.

Ρύθμιση ταχύτητας μεταβάλλοντας την τάση που εφαρμόζεται στον στάτορα

Όταν ρυθμίζετε την ταχύτητα ενός κινητήρα επαγωγής αλλάζοντας την τάση, το σχήμα του μηχανικού χαρακτηριστικού παραμένει αμετάβλητο και οι ροπές μειώνονται αναλογικά με το τετράγωνο της τάσης. Τα μηχανικά χαρακτηριστικά σε διαφορετικές τάσεις φαίνονται στο Σχ. 6. Όπως μπορείτε να δείτε, στην περίπτωση χρήσης συμβατικών κινητήρων, το εύρος ελέγχου ταχύτητας είναι πολύ περιορισμένο.

Ρύζι. 6… Ρύθμιση της ταχύτητας ενός επαγωγικού κινητήρα με αλλαγή της τάσης στο κύκλωμα του στάτη

Ένα ελαφρώς μεγαλύτερο εύρος μπορεί να επιτευχθεί με έναν κινητήρα υψηλής ολίσθησης. Ωστόσο, σε αυτή την περίπτωση, τα μηχανικά χαρακτηριστικά είναι απότομα (Εικ. 7) και η σταθερή λειτουργία του κινητήρα μπορεί να επιτευχθεί μόνο με τη χρήση ενός κλειστού συστήματος που παρέχει σταθεροποίηση της ταχύτητας.

Όταν αλλάζει η στατική ροπή, το σύστημα ελέγχου διατηρεί ένα δεδομένο επίπεδο ταχύτητας και γίνεται μετάβαση από το ένα μηχανικό χαρακτηριστικό στο άλλο, με αποτέλεσμα η λειτουργία να συνεχίζεται στα χαρακτηριστικά που δείχνουν οι διακεκομμένες γραμμές.

Ρύζι. 7. Μηχανικά χαρακτηριστικά κατά τη ρύθμιση της τάσης του στάτη σε κλειστό σύστημα

Όταν ο ηλεκτροκινητήρας είναι υπερφορτωμένος, ο κινητήρας φτάνει στο οριακό χαρακτηριστικό που αντιστοιχεί στη μέγιστη δυνατή τάση που παρέχει ο μετατροπέας και καθώς το φορτίο αυξάνεται περαιτέρω, η ταχύτητα θα μειώνεται σύμφωνα με αυτό το χαρακτηριστικό. Σε χαμηλό φορτίο, εάν ο μετατροπέας δεν μπορεί να μειώσει την τάση στο μηδέν, θα αυξηθεί η ταχύτητα σύμφωνα με το χαρακτηριστικό AC.

Ως πηγή ελεγχόμενης τάσης χρησιμοποιούνται συνήθως μαγνητικοί ενισχυτές ή μετατροπείς θυρίστορ. Στην περίπτωση χρήσης μετατροπέα θυρίστορ (Εικ. 8), ο τελευταίος συνήθως λειτουργεί σε παλμική λειτουργία. Σε αυτή την περίπτωση, διατηρείται μια ορισμένη μέση τάση στους ακροδέκτες του στάτη του κινητήρα επαγωγής, η οποία είναι απαραίτητη για τη διασφάλιση μιας δεδομένης ταχύτητας.

Ρύζι. 8. Σχέδιο ελέγχου παλμικής ταχύτητας επαγωγικού κινητήρα

Για τη ρύθμιση της τάσης στους ακροδέκτες του στάτορα του κινητήρα, φαίνεται δυνατό να χρησιμοποιηθεί ένας μετασχηματιστής ή αυτομετασχηματιστής με περιελίξεις τομής. Ωστόσο, η χρήση χωριστών μπλοκ μετασχηματιστών συνδέεται με πολύ υψηλό κόστος και δεν παρέχει την απαραίτητη ποιότητα ρύθμισης, καθώς σε αυτήν την περίπτωση είναι δυνατή μόνο μια σταδιακή αλλαγή τάσης και είναι πρακτικά αδύνατο να εισαχθεί μια διάταξη μεταγωγής τμημάτων σε αυτόματο σύστημα. Οι αυτομετασχηματιστές χρησιμοποιούνται μερικές φορές για τον περιορισμό των ρευμάτων εισόδου ισχυρών κινητήρων.

Έλεγχος ταχύτητας με εναλλαγή τμημάτων περιέλιξης στάτορα σε διαφορετικό αριθμό ζευγών πόλων

Υπάρχουν διάφοροι μηχανισμοί παραγωγής που κατά τη διάρκεια της τεχνολογικής διαδικασίας πρέπει να λειτουργούν σε διαφορετικά επίπεδα ταχύτητας, ενώ δεν χρειάζεται ομαλή ρύθμιση, αλλά αρκεί να έχουμε μια κίνηση με διακριτή, σταδιακή, αλλαγή ταχύτητας. Τέτοιοι μηχανισμοί περιλαμβάνουν ορισμένες μηχανές μεταλλουργίας και επεξεργασίας ξύλου, ανελκυστήρες κ.λπ.

Μπορεί να επιτευχθεί περιορισμένος αριθμός σταθερών ταχυτήτων περιστροφής κινητήρες σκίουρου πολλαπλών ταχυτήτων, στην οποία η περιέλιξη του στάτη μεταβαίνει σε διαφορετικό αριθμό ζευγών πόλων. Το κελί του σκίουρου ενός κινητήρα σκίουρου κυψέλης σχηματίζει αυτόματα τον αριθμό των πόλων ίσο με τον αριθμό των πόλων του στάτη.

Χρησιμοποιούνται δύο σχέδια κινητήρα: με πολλαπλές περιελίξεις σε κάθε σχισμή στάτορα και με ένα μόνο τύλιγμα του οποίου τα τμήματα αλλάζουν για να παράγουν διαφορετικό αριθμό ζευγών πόλων.

Οι κινητήρες πολλαπλών ταχυτήτων με πολλές ανεξάρτητες περιελίξεις στάτη είναι κατώτεροι από τους κινητήρες πολλαπλών ταχυτήτων μονής περιέλιξης από τεχνική και οικονομική άποψη. Σε κινητήρες πολλαπλών περιελίξεων, η περιέλιξη του στάτορα χρησιμοποιείται αναποτελεσματική, η πλήρωση της σχισμής του στάτη είναι ανεπαρκής, η απόδοση και το cosφ είναι κάτω από το βέλτιστο. Επομένως, η κύρια κατανομή λαμβάνεται από κινητήρες μονής περιέλιξης πολλαπλών ταχυτήτων με εναλλαγή των περιελίξεων σε διαφορετικό αριθμό ζευγών πόλων.

Κατά την εναλλαγή τμημάτων, η κατανομή MDS στη οπή του στάτορα αλλάζει. Ως αποτέλεσμα, η ταχύτητα περιστροφής του MDS αλλάζει επίσης και ως εκ τούτου η μαγνητική ροή. Ο ευκολότερος τρόπος είναι να αλλάξετε ζεύγη πόλων με αναλογία 1: 2. Σε αυτή την περίπτωση, οι περιελίξεις κάθε φάσης γίνονται με τη μορφή δύο τμημάτων.Η αλλαγή της κατεύθυνσης του ρεύματος σε ένα από τα τμήματα σάς επιτρέπει να μειώσετε στο μισό τον αριθμό των ζευγών πόλων.

Εξετάστε τα κυκλώματα της περιέλιξης του στάτορα του κινητήρα, τα τμήματα του οποίου αλλάζουν σε οκτώ και τέσσερις πόλους. Στο σχ. Το 9 δείχνει μια μονοφασική περιέλιξη για απλότητα. Όταν δύο τμήματα συνδέονται σε σειρά, δηλαδή όταν το άκρο του πρώτου τμήματος Κ1 συνδέεται με την αρχή του δεύτερου Η2, παίρνουμε οκτώ πόλους (Εικ. 9, α).

Αν αλλάξουμε την κατεύθυνση του ρεύματος στο δεύτερο τμήμα προς το αντίθετο, τότε ο αριθμός των πόλων που σχηματίζει το πηνίο θα μειωθεί στο μισό και θα είναι ίσος με τέσσερις (Εικ. 9, β). Η κατεύθυνση του ρεύματος στο δεύτερο τμήμα μπορεί να αλλάξει μεταφέροντας το βραχυκυκλωτήρα από τους ακροδέκτες K1, H2 στους ακροδέκτες K1, K2. Επίσης, τέσσερις πόλοι μπορούν να ληφθούν συνδέοντας τμήματα παράλληλα (Εικ. 9, γ).

Ρύζι. 9. Εναλλαγή τμημάτων της περιέλιξης του στάτορα σε διαφορετικό αριθμό ζευγών πόλων

Τα μηχανικά χαρακτηριστικά ενός κινητήρα δύο ταχυτήτων με περιελίξεις στάτορα με μεταγωγή φαίνονται στο Σχ. δέκα.

Ρύζι. 10. Μηχανικά χαρακτηριστικά ενός επαγωγικού κινητήρα κατά την εναλλαγή της περιέλιξης του στάτη διαφορετικού αριθμού ζευγών πόλων

Κατά τη μετάβαση από το σχήμα α στο σχήμα β (Εικ. 9), διατηρείται σταθερή η ισχύς του κινητήρα και στα δύο επίπεδα στροφών (Εικ. 10, α). Όταν χρησιμοποιείτε την επιλογή δεύτερης αλλαγής, ο κινητήρας μπορεί να αναπτύξει την ίδια ροπή. Είναι δυνατή η αλλαγή τμημάτων της περιέλιξης του στάτορα, παρέχοντας μια αναλογία ταχύτητας όχι μόνο 1: 2, αλλά και άλλων. Εκτός από κινητήρες δύο ταχυτήτων, η βιομηχανία παράγει επίσης κινητήρες τριών και τεσσάρων ταχυτήτων.

Έλεγχος συχνότητας τριφασικών κινητήρων

Όπως προκύπτει από τα παραπάνω, η ρύθμιση της ταχύτητας του επαγωγικού κινητήρα είναι εξαιρετικά δύσκολη. Ο έλεγχος απείρως μεταβλητής ταχύτητας σε μεγάλο εύρος διατηρώντας παράλληλα επαρκή ακαμψία των χαρακτηριστικών είναι δυνατός μόνο με μερικό έλεγχο. Αλλάζοντας τη συχνότητα του ρεύματος τροφοδοσίας και συνεπώς την ταχύτητα περιστροφής του μαγνητικού πεδίου, είναι δυνατή η ρύθμιση της ταχύτητας περιστροφής του ρότορα του κινητήρα.

Ωστόσο, για τον έλεγχο της συχνότητας στην εγκατάσταση, χρειάζεται ένας μετατροπέας συχνότητας, ο οποίος θα μπορούσε να μετατρέψει ένα ρεύμα σταθερής συχνότητας του δικτύου τροφοδοσίας 50 Hz σε ένα ρεύμα μεταβλητής συχνότητας που ποικίλλει ομαλά σε ένα ευρύ φάσμα.

Αρχικά, έγιναν προσπάθειες χρήσης μετατροπέων σε ηλεκτρικές μηχανές. Ωστόσο, για να αποκτήσετε ρεύμα μεταβλητής συχνότητας από μια σύγχρονη γεννήτρια, είναι απαραίτητο να περιστρέψετε τον ρότορά της με μεταβλητή ταχύτητα. Σε αυτή την περίπτωση, οι εργασίες ρύθμισης της ταχύτητας του κινητήρα που λειτουργεί ανατίθενται στον κινητήρα που κινεί τη σύγχρονη γεννήτρια σε περιστροφή.

Η γεννήτρια συλλέκτη, η οποία μπορεί να δημιουργήσει ρεύμα μεταβλητής συχνότητας με σταθερή ταχύτητα περιστροφής, δεν επέτρεψε επίσης την επίλυση του προβλήματος, επειδή, πρώτον, απαιτείται ρεύμα μεταβλητής συχνότητας για να το διεγείρει και δεύτερον, όπως όλες οι μηχανές συλλεκτών AC , προκύπτουν μεγάλες δυσκολίες, εξασφαλίζοντας κανονική μεταγωγή του συλλέκτη.

Στην πράξη, ο έλεγχος συχνότητας άρχισε να αναπτύσσεται με την έλευση του συσκευές ημιαγωγών… Ταυτόχρονα, αποδείχθηκε ότι ήταν δυνατή η δημιουργία μετατροπέων συχνότητας για τον έλεγχο τόσο των σταθμών παραγωγής ενέργειας όσο και των εκτελεστικών κινητήρων σε σερβο συστήματα και σερβομηχανές.

Μαζί με την πολυπλοκότητα του σχεδιασμού ενός μετατροπέα συχνότητας, υπάρχει επίσης η ανάγκη για ταυτόχρονο έλεγχο δύο ποσοτήτων — συχνότητας και τάσης. Όταν η συχνότητα μειώνεται για να μειωθεί η ταχύτητα, το EMF και η ισορροπία τάσης δικτύου μπορούν να διατηρηθούν μόνο αυξάνοντας τη μαγνητική ροή του κινητήρα. Σε αυτή την περίπτωση, το μαγνητικό κύκλωμα θα κορεστεί και το ρεύμα του στάτη θα αυξηθεί έντονα σύμφωνα με έναν μη γραμμικό νόμο. Ως αποτέλεσμα, η λειτουργία ενός επαγωγικού κινητήρα σε λειτουργία ελέγχου συχνότητας σε σταθερή τάση είναι αδύνατη.

Μειώνοντας τη συχνότητα, για να διατηρηθεί η μαγνητική ροή αμετάβλητη, είναι απαραίτητο να μειωθεί ταυτόχρονα το επίπεδο τάσης. Έτσι, στον έλεγχο συχνότητας, πρέπει να χρησιμοποιούνται δύο κανάλια ελέγχου: η συχνότητα και η τάση.

Ρύζι. 11. Μηχανικά χαρακτηριστικά κινητήρα επαγωγής όταν τροφοδοτείται με τάση ελεγχόμενης συχνότητας και σταθερής μαγνητικής ροής

Τα συστήματα ελέγχου συχνότητας κατασκευάζονται συνήθως ως συστήματα κλειστού βρόχου και περισσότερες πληροφορίες σχετικά με αυτά δίνονται εδώ: Ρύθμιση συχνότητας ασύγχρονου κινητήρα