Трофазно управљање мотором, методе контроле брзине мотора

Управљање асинхроним моторима може бити параметарско, односно променом параметара машинских кола, или посебним претварачем.

Параметријска контрола

Критично клизање слабо зависи од активног отпора статорског кола. Када се у коло статора унесе додатни отпор, вредност се благо смањује. Максимални обртни момент може бити значајно смањен. Као резултат, механичка карактеристика ће попримити облик приказан на Сл. 1.

Пиринач. 1. Механичке карактеристике асинхроног мотора при промени параметара примарног и секундарног кола: 1 — природни, 2 и 3 — уз увођење додатног активног и индуктивног отпора у коло статора.

Упоређујући то са природном карактеристиком мотора, можемо закључити да увођење додатног отпора у коло статора мало утиче на брзину. При константном статичком обртном моменту, брзина ће се благо смањити.Стога је овај метод контроле стопе неефикасан и не користи се у овој најједноставнијој верзији.

Увођење индуктивног отпора у коло статора је такође неефикасно. Критично проклизавање ће се такође благо смањити, а обртни момент мотора је значајно смањен због повећања отпора. Одговарајућа механичка карактеристика је приказана на истој сл. 1.

Понекад се у коло статора уводи додатни отпор да ограничи ударне струје… У овом случају, пригушнице се обично користе као додатни индуктивни отпор, а тиристори се користе као активни (сл. 2).

Пиринач. 2. Укључивање тиристора у коло статора

Међутим, треба имати на уму да ово значајно смањује не само критично, већ и момент покретања мотора (у ц = 1), што значи да је покретање под овим условима могуће само са малим статичким моментом. Увођење додатног отпора у коло ротора је, наравно, могуће само за мотор са намотаним ротором.

Додатни индуктивни отпор у колу ротора има исти ефекат на брзину мотора као када се уводи у коло статора.

У пракси, употреба индуктивног отпора у колу ротора је изузетно тешка због чињенице да мора да ради на променљивој фреквенцији — од 50 Хз до неколико херца, а понекад и фракција херца. У таквим условима, веома је тешко створити пригушницу.

На ниској фреквенцији, активни отпор индуктора ће углавном утицати. На основу горе наведених разматрања, индуктивни отпор у колу ротора се никада не користи за контролу брзине.

Најефикаснији начин параметарске контроле брзине је увођење додатног активног отпора у коло ротора. Ово нам даје породицу карактеристика са константним максималним обртним моментом. Ове карактеристике се користе за ограничавање струје и одржавање константног обртног момента, а могу се користити и за контролу брзине.

На сл. 3 показује како променом р2, тј. инпут рект, могуће је у неком статичком тренутку променити брзину у широком опсегу — од номиналне до нуле. У пракси је, међутим, могуће подесити брзину само за довољно велике вредности статичког момента.

Пиринач. 3. Механичке карактеристике асинхроног мотора са увођењем додатног отпора у коло ротора.

При ниским вредностима (Мо) у режиму скоро празног хода, опсег контроле брзине је знатно смањен и мораће да се уведу веома велики додатни отпори да би се брзина знатно смањила.

Треба имати на уму да ће при раду при малим брзинама и са великим статичким обртним моментима стабилност брзине бити недовољна, јер ће због велике стрмине карактеристика мала колебања обртног момента изазвати значајне промене брзине.

Понекад, да би се обезбедило убрзање мотора без сукцесивног уклањања секција реостата, реостат и индуктивни калем су повезани паралелно са прстеновима ротора (слика 4).

Пиринач. 4. Паралелно повезивање додатног активног и индуктивног отпора у колу ротора асинхроног мотора

У почетном тренутку покретања, када је фреквенција струје у ротору велика, струја се углавном затвара кроз реостат, тј.кроз велики отпор који обезбеђује довољно велики почетни обртни момент. Како фреквенција опада, индуктивни отпор се смањује и струја почиње да се затвара и кроз индуктивност.

Када се достигну радне брзине, када је клизање мало, струја тече углавном кроз индуктор, чији је отпор на ниској фреквенцији одређен електричним отпором намотаја рр. Тако се при покретању спољни отпор секундарног кола аутоматски мења из рреост у роро, а убрзање се дешава при практично константном обртном моменту.

Параметријско управљање је природно повезано са великим губицима енергије. Енергија клизања, која се у виду електромагнетне енергије преноси кроз отвор од статора до ротора и обично се претвара у механичку, са великим отпором секундарног кола, иде углавном на загревање овог отпора, а при с = 1 сва енергија пренета са статора на ротор, биће утрошена у реостатима секундарног кола (слика 5).

Пиринач. 5. Губици у секундарном колу при подешавању брзине асинхроног мотора увођењем додатног отпора у коло ротора: И — зона корисне снаге која се преноси на вратило мотора, ИИ — зона губитака у отпорима секундарног кола.

Стога се параметарско управљање углавном користи за краткотрајно смањење брзине у току технолошког процеса који обавља радна машина.Само у случајевима када се процеси регулације брзине комбинују са покретањем и заустављањем радне машине, као на пример у подизним инсталацијама, параметарско управљање са увођењем додатног отпора у коло ротора користи се као главно средство контроле брзине.

Регулација брзине варирањем напона примењеног на статор

Приликом подешавања брзине индукционог мотора променом напона, облик механичке карактеристике остаје непромењен, а моменти се смањују сразмерно квадрату напона. Механичке карактеристике при различитим напонима приказане су на Сл. 6. Као што видите, у случају коришћења конвенционалних мотора, опсег контроле брзине је веома ограничен.

Пиринач. 6… Регулација брзине асинхроног мотора променом напона у колу статора

Нешто шири опсег се може постићи са мотором високог клизања. Међутим, у овом случају су механичке карактеристике стрме (слика 7) и стабилан рад мотора се може постићи само уз употребу затвореног система који обезбеђује стабилизацију брзине.

Када се статички обртни момент промени, управљачки систем одржава задати ниво брзине и долази до преласка са једне механичке карактеристике на другу, као резултат тога, рад се наставља на карактеристикама приказаним испрекиданим линијама.

Пиринач. 7. Механичке карактеристике при подешавању напона статора у затвореном систему

Када је погон преоптерећен, мотор достиже граничну карактеристику која одговара максималном могућем напону који претвара претварач, а како се оптерећење даље повећава, брзина ће се смањивати према овој карактеристици. При малом оптерећењу, ако претварач не може да смањи напон на нулу, доћи ће до повећања брзине према карактеристици наизменичне струје.

Магнетни појачивачи или тиристорски претварачи се обично користе као напонски контролисани извори. У случају коришћења тиристорског претварача (слика 8), овај други обично ради у импулсном режиму. У овом случају се на стезаљкама статора асинхроног мотора одржава одређени средњи напон, који је неопходан да би се обезбедила задата брзина.

Пиринач. 8. Шема импулсне контроле брзине асинхроног мотора

Да би се регулисао напон на терминалима статора мотора, чини се да је могуће користити трансформатор или аутотрансформатор са секционим намотајима. Међутим, употреба одвојених трансформаторских блокова је повезана са веома високим трошковима и не обезбеђује потребан квалитет регулације, јер је у овом случају могућа само постепена промена напона, а практично је немогуће увести склопни уређај секције у аутоматски систем. Аутотрансформатори се понекад користе за ограничавање ударних струја снажних мотора.

Контрола брзине пребацивањем делова намотаја статора на различит број парова полова

Постоји велики број производних механизама који у току технолошког процеса морају да раде на различитим брзинама, при чему нема потребе за глатком регулацијом, већ је довољно имати погон са дискретном, степенастом, променом брзине. Такви механизми укључују неке машине за обраду метала и дрвета, лифтове итд.

Може се постићи ограничен број фиксних брзина ротације вишебрзински кавезни мотори, при чему се намотај статора пребацује на различит број парова полова. Веверичаста ћелија мотора са веверичним ћелијама аутоматски формира број полова једнак броју полова статора.

Користе се два дизајна мотора: са више намотаја у сваком прорезу статора и са једним намотајем чији се делови пребацују да би произвели различит број парова полова.

Вишебрзински мотори са неколико независних намотаја статора су у техничком и економском смислу инфериорни у односу на моторе са више брзина са једним намотајем. Код мотора са више намотаја, намотај статора се користи неефикасно, попуњавање прореза статора је недовољно, ефикасност и цосφ су испод оптималног. Дакле, главна дистрибуција се добија од вишебрзинских мотора са једним намотајем са пребацивањем намотаја на различит број парова полова.

Приликом пребацивања секција мења се МДС расподела у отвору статора. Као резултат, мења се и брзина ротације МДС-а, а самим тим и магнетни флукс. Најлакши начин је пребацивање парова полова са односом од 1: 2. У овом случају, намотаји сваке фазе су направљени у облику две секције.Промена смера струје у једној од секција омогућава вам да преполовите број парова полова.

Размотрите кругове намотаја статора мотора, чији су делови пребачени на осам и четири пола. На сл. 9 приказује једнофазни намотај ради једноставности. Када се две секције споје у серију, односно када се крај првог пресека К1 повеже са почетком другог Х2, добијамо осам полова (сл. 9, а).

Ако променимо смер струје у другом одсеку на супротан, онда ће се број полова које формира калем смањити за половину и биће једнак четири (слика 9, б). Смер струје у другом делу може се променити преношењем краткоспојника са прикључака К1, Х2 на терминале К1, К2. Такође, четири пола се могу добити паралелним повезивањем секција (сл. 9, в).

Пиринач. 9. Пребацивање делова намотаја статора на различит број парова полова

Механичке карактеристике двобрзинског мотора са укљученим намотајима статора приказане су на сл. десет.

Пиринач. 10. Механичке карактеристике индукционог мотора при пребацивању намотаја статора различитог броја парова полова.

Приликом преласка са шеме а на шему б (слика 9), константна снага мотора се одржава на оба нивоа брзине (слика 10, а). Када користите опцију друге промене, мотор може развити исти обртни момент. Могуће је пребацити делове намотаја статора, обезбеђујући однос брзина не само 1: 2, већ и друге. Поред двобрзинских мотора, индустрија производи и моторе са три и четири брзине.

Контрола фреквенције трофазних мотора

Као што следи из горе наведеног, регулација брзине индукционог мотора је изузетно тешка. Бесконачно променљива контрола брзине у широком опсегу уз одржавање довољне крутости карактеристика је могућа само са делимичном контролом. Променом фреквенције струје напајања а самим тим и брзине ротације магнетног поља, могуће је подесити брзину ротације ротора мотора.

Међутим, за контролу фреквенције у инсталацији потребан је фреквентни претварач, који би могао да конвертује струју константне фреквенције напојне мреже од 50 Хз у струју променљиве фреквенције која глатко варира у широком опсегу.

У почетку је било покушаја употребе претварача на електричним машинама. Међутим, да би се добила струја променљиве фреквенције од синхроног генератора, потребно је да ротор ротира променљивом брзином. У овом случају, задаци регулације брзине рада мотора се додељују мотору који покреће синхрони генератор у ротацији.

Генератор колектора, који може да генерише струју променљиве фреквенције при константној брзини ротације, такође није омогућио решавање проблема, јер је, прво, потребна струја променљиве фреквенције да би се узбудио, а друго, као и све машине са колекторима наизменичне струје , настају велике потешкоће, осигуравајући нормалну комутацију колектора.

У пракси, контрола фреквенције је почела да се развија са појавом полупроводнички уређаји… У исто време, показало се да је могуће направити фреквентне претвараче за управљање и електранама и извршним моторима у серво системима и серво погонима.

Поред сложености пројектовања фреквентног претварача, постоји и потреба да се истовремено контролишу две величине — фреквенција и напон. Када се фреквенција смањи да би се смањила брзина, ЕМФ и равнотежа напона мреже могу се одржавати само повећањем магнетног флукса мотора. У овом случају, магнетно коло ће се засићити и струја статора ће се интензивно повећати према нелинеарном закону. Као резултат, рад индукционог мотора у режиму контроле фреквенције при константном напону је немогућ.

Смањењем фреквенције, да би магнетни флукс остао непромењен, потребно је истовремено смањити ниво напона. Дакле, у контроли фреквенције морају се користити два управљачка канала: фреквенција и напон.

Пиринач. 11. Механичке карактеристике индукционог мотора када се напаја напоном контролисане фреквенције и константног магнетног флукса.

Системи за контролу фреквенције се обично граде као системи затворене петље и више информација о њима је дато овде: Регулација фреквенције асинхроног мотора