Kolmefaasiline mootori juhtimine, mootori kiiruse reguleerimise meetodid

Asünkroonsete mootorite juhtimine võib olla kas parameetriline, see tähendab masina ahelate parameetrite muutmisega või eraldi muunduriga.

Parameetriline juhtimine

Kriitiline libisemine sõltub nõrgalt staatori ahela aktiivsest takistusest. Kui staatori ahelasse sisestatakse täiendav takistus, väheneb väärtus veidi. Maksimaalset pöördemomenti võib oluliselt vähendada. Selle tulemusena omandab mehaaniline omadus joonisel fig. 1.

Riis. 1. Asünkroonmootori mehaanilised omadused primaar- ja sekundaarahela parameetrite muutmisel: 1 — loomulik, 2 ja 3 — täiendava aktiiv- ja induktiivtakistuse sisseviimisega staatori ahelasse

Võrreldes seda mootori loomuliku karakteristikuga, võime järeldada, et täiendava takistuse sisseviimine staatori ahelasse mõjutab kiirust vähe. Pideva staatilise pöördemomendi korral väheneb kiirus veidi.Seetõttu on see kiiruse reguleerimise meetod ebaefektiivne ja seda ei kasutata selles kõige lihtsamas versioonis.

Induktiivse takistuse sisestamine staatori ahelasse on samuti ebaefektiivne. Veidi väheneb ka kriitiline libisemine ja mootori pöördemoment väheneb tõmbetugevuse suurenemise tõttu oluliselt. Vastav mehaaniline omadus on näidatud samal joonisel. 1.

Mõnikord lisatakse staatori ahelasse täiendav takistus sisselülitusvoolude piiramiseks… Sel juhul kasutatakse tavaliselt täiendava induktiivse takistusena drosselid ja aktiivsetena türistoreid (joonis 2).

Riis. 2. Türistoride kaasamine staatori ahelasse

Siiski tuleb meeles pidada, et see vähendab oluliselt mitte ainult kriitilist, vaid ka mootori käivitusmoment (in c = 1), mis tähendab, et nendes tingimustes on käivitamine võimalik ainult väikese staatilise momendiga. Täiendava takistuse sisseviimine rootori ahelasse on loomulikult võimalik ainult keritud rootormootori puhul.

Täiendav induktiivtakistus rootori vooluringis avaldab mootori kiirusele sama mõju kui selle sisestamisel staatori ahelasse.

Praktikas on induktiivtakistuse kasutamine rootori ahelas äärmiselt keeruline, kuna see peab töötama muutuva sagedusega - 50 Hz kuni mitu hertsi ja mõnikord ka hertsi murdosa. Sellistes tingimustes on õhuklapi tekitamine väga raske.

Madala sagedusega mõjutab peamiselt induktiivpooli aktiivne takistus. Ülaltoodud kaalutlustest lähtuvalt ei kasutata rootoriahela induktiivtakistust kunagi kiiruse reguleerimiseks.

Parameetrilise kiiruse reguleerimise kõige tõhusam viis on täiendava aktiivtakistuse sisseviimine rootori ahelasse. See annab meile pideva maksimaalse pöördemomendiga omaduste perekonna. Neid omadusi kasutatakse voolu piiramiseks ja püsiva pöördemomendi säilitamiseks ning neid saab kasutada ka kiiruse reguleerimiseks.

Joonisel fig. 3 näitab, kuidas r2 muutmisega, s.o. input rext, on võimalik mingil staatilisel hetkel muuta kiirust laias vahemikus — nimiväärtusest nullini. Praktikas on aga võimalik kiirust reguleerida ainult staatilise momendi piisavalt suurte väärtuste puhul.

Riis. 3. Asünkroonmootori mehaanilised omadused koos täiendava takistuse sisseviimisega rootori ahelasse

Madalatel (Mo) väärtustel peaaegu tühikäigurežiimis väheneb kiiruse reguleerimise vahemik oluliselt ja kiiruse oluliseks vähendamiseks tuleb kasutusele võtta väga suured lisatakistused.

Arvestada tuleb sellega, et madalatel pööretel ja suurte staatiliste pöördemomentidega töötades jääb kiiruse stabiilsus ebapiisavaks, sest karakteristikute suure järsuse tõttu põhjustavad pöördemomendi kerged kõikumised olulisi muutusi kiiruses.

Mõnikord ühendatakse mootori kiirendamiseks ilma reostaadi sektsioonide järjestikuse eemaldamiseta paralleelselt rootori rõngastega reostaat ja induktsioonmähis (joonis 4).

Riis. 4. Täiendava aktiiv- ja induktiivtakistuse paralleelühendus asünkroonmootori rootori ahelas

Käivitamise alghetkel, kui voolu sagedus rootoris on kõrge, suletakse vool peamiselt läbi reostaadi, s.o.läbi suure takistuse, mis tagab piisavalt suure käivitusmomendi. Kui sagedus väheneb, siis induktiivne takistus väheneb ja vool hakkab sulguma ka läbi induktiivsuse.

Töökiiruste saavutamisel, kui libisemine on väike, liigub vool peamiselt läbi induktiivpooli, mille takistuse madalal sagedusel määrab mähise elektritakistus rrrev. Seega muudetakse käivitamisel sekundaarahela välistakistus automaatselt rreost-lt roro-le ja kiirendus toimub praktiliselt konstantse pöördemomendi juures.

Parameetriline juhtimine on loomulikult seotud suurte energiakadudega. Libisemisenergia, mis elektromagnetilise energia kujul edastatakse läbi pilu staatorist rootorile ja muundatakse tavaliselt mehaaniliseks, sekundaarahela suure takistusega, läheb peamiselt selle takistuse soojendamiseks ja temperatuuril s = 1 kogu staatorilt rootorile ülekantud energia kulub sekundaarahela reostaatidesse (joonis 5).

Riis. 5. Kaod sekundaarahelas asünkroonmootori kiiruse reguleerimisel rootori ahelasse lisatakistuse sisseviimisega: I — mootori võllile ülekantava kasuliku võimsuse tsoon, II — sekundaarahela takistuste kadude tsoon.

Seetõttu kasutatakse parameetrilist juhtimist peamiselt lühiajaliseks kiiruse vähendamiseks töömasina poolt läbiviidava tehnoloogilise protsessi käigus.Ainult juhtudel, kui kiiruse reguleerimise protsessid on kombineeritud töömasina käivitamise ja seiskamisega, nagu näiteks tõsteseadmete puhul, kasutatakse kiiruse reguleerimise peamise vahendina parameetrilist juhtimist koos täiendava takistuse sisseviimisega rootori ahelasse.

Kiiruse reguleerimine, muutes staatorile rakendatavat pinget

Asünkroonmootori kiiruse reguleerimisel pinge muutmisega jääb mehaanilise karakteristiku kuju muutumatuks ja momendid vähenevad võrdeliselt pinge ruuduga. Mehaanilised omadused erinevatel pingetel on näidatud joonisel fig. 6. Nagu näete, on tavaliste mootorite kasutamise korral kiiruse reguleerimise vahemik väga piiratud.

Riis. 6… Asünkroonmootori kiiruse reguleerimine staatori ahela pinge muutmisega

Suure libisemisega mootoriga on võimalik saavutada veidi laiem ulatus. Kuid sel juhul on mehaanilised omadused järsud (joonis 7) ja mootori stabiilset tööd on võimalik saavutada ainult suletud süsteemi kasutamisel, mis tagab kiiruse stabiliseerimise.

Staatilise pöördemomendi muutumisel hoiab juhtsüsteem etteantud kiiruse taset ja toimub üleminek ühelt mehaaniliselt karakteristikult teisele, mille tulemusena jätkub töö katkendjoontega näidatud karakteristikutel.

Riis. 7. Mehaanilised omadused staatori pinge reguleerimisel suletud süsteemis

Kui ajam on ülekoormatud, saavutab mootor piirkarakteristiku, mis vastab muunduri pakutavale maksimaalsele võimalikule pingele ja koormuse edasisel suurenemisel kiirus vastavalt sellele karakteristikule väheneb. Madala koormuse korral, kui muundur ei suuda pinget nullini vähendada, toimub kiiruse tõus vastavalt vahelduvvoolu karakteristikule.

Pinge juhitava allikana kasutatakse tavaliselt magnetvõimendeid või türistormuundureid. Türistormuunduri (joonis 8) kasutamise korral töötab viimane enamasti impulssrežiimis. Sel juhul hoitakse asünkroonmootori staatori klemmidel teatud keskmist pinget, mis on vajalik etteantud kiiruse tagamiseks.

Riis. 8. Asünkroonmootori impulsskiiruse reguleerimise skeem

Mootori staatori klemmide pinge reguleerimiseks näib olevat võimalik kasutada sektsioonmähistega trafot või autotransformaatorit. Eraldi trafoplokkide kasutamine on aga seotud väga kõrgete kuludega ega taga vajalikku reguleerimiskvaliteeti, kuna sel juhul on võimalik ainult astmeline pingemuutus ning sektsioonilülitusseadet on praktiliselt võimatu sisestada automaatne süsteem. Võimsate mootorite sisselülitusvoolude piiramiseks kasutatakse mõnikord autotransformaatoreid.

Kiiruse reguleerimine, lülitades staatori mähise sektsioonid erineva arvu pooluste paaridele

On mitmeid tootmismehhanisme, mis tehnoloogilise protsessi käigus peavad töötama erinevatel kiirustasemetel, samas ei ole vaja sujuvat reguleerimist, vaid piisab diskreetse, astmelise kiiruse muutmisega ajamist. Selliste mehhanismide hulka kuuluvad mõned metalli- ja puidutöötlemismasinad, liftid jne.

Saavutada on piiratud arv fikseeritud pöörlemiskiirusi mitme kiirusega oravpuuriga mootorid, milles staatori mähis lülitub erineva arvu pooluste paaridele. Oravaelemendi mootori oravarakk moodustab automaatselt staatori pooluste arvuga võrdse pooluste arvu.

Kasutatakse kahte mootorikonstruktsiooni: mitme mähisega igas staatori pilus ja ühe mähisega, mille sektsioonid on ümber lülitatud, et tekitada erinev arv poolusepaare.

Mitme sõltumatu staatorimähisega mitmekiiruselised mootorid on tehnilises ja majanduslikus mõttes halvemad kui ühemähised mitmekiiruselised mootorid. Mitme mähisega mootorites kasutatakse staatorimähist ebaefektiivselt, staatori pilu täitmine on ebapiisav, kasutegur ja cosφ on alla optimaalse. Seetõttu saadakse põhijaotus mitme kiirusega ühe mähisega mootoritelt, mille mähiste ümberlülitamine toimub erineval arvul pooluspaaridel.

Sektsioonide vahetamisel muutub MDS-jaotus staatori avas. Selle tulemusena muutub ka MDS-i pöörlemiskiirus ja seega ka magnetvoog. Lihtsaim viis on vahetada pooluste paare suhtega 1: 2. Sel juhul tehakse iga faasi mähised kahe sektsiooni kujul.Voolu suuna muutmine ühes sektsioonis võimaldab pooluste paaride arvu poole võrra vähendada.

Mõelge mootori staatorimähise ahelatele, mille sektsioonid on lülitatud kaheksa- ja neljapoolusele. Joonisel fig. 9 kujutab lihtsuse huvides ühefaasilist mähist. Kui kaks sektsiooni on ühendatud järjestikku, st kui esimese sektsiooni K1 ots on ühendatud teise H2 algusega, saame kaheksa poolust (joonis 9, a).

Kui muudame teises sektsioonis voolu suuna vastupidiseks, siis pooli moodustatud pooluste arv väheneb poole võrra ja võrdub neljaga (joonis 9, b). Teise sektsiooni voolu suunda saab muuta, viies hüppaja klemmidest K1, H2 klemmidele K1, K2. Samuti on neli poolust võimalik saada, ühendades sektsioonid paralleelselt (joon. 9, c).

Riis. 9. Staatori mähise sektsioonide ümberlülitamine erineva arvu pooluste paaridele

Lülitatud staatorimähistega kahekiiruselise mootori mehaanilised omadused on näidatud joonisel fig. kümme.

Riis. 10. Asünkroonmootori mehaanilised omadused erineva arvu pooluste paaride staatori mähise ümberlülitamisel

Skeemilt a skeemile b (joonis 9) üleminekul säilib mootori konstantne võimsus mõlemal kiirustasemel (joonis 10, a). Teist käiguvahetust kasutades võib mootor arendada sama pöördemomenti. Staatori mähise sektsioone on võimalik vahetada, tagades kiiruse suhte mitte ainult 1: 2, vaid ka teisi. Lisaks kahekäigulistele mootoritele toodab tööstus ka kolme- ja neljakäigulisi mootoreid.

Kolmefaasiliste mootorite sageduse juhtimine

Nagu ülaltoodust järeldub, on asünkroonmootori kiiruse reguleerimine äärmiselt keeruline. Pidevalt muudetava kiiruse reguleerimine laias vahemikus, säilitades samal ajal karakteristikute piisava jäikuse, on võimalik ainult osalise juhtimisega. Toitevoolu sagedust ja seega ka magnetvälja pöörlemiskiirust muutes on võimalik reguleerida mootori rootori pöörlemiskiirust.

Käitises sageduse juhtimiseks on aga vaja sagedusmuundurit, mis suudaks toitevõrgu konstantse sagedusega 50 Hz voolu muundada laias vahemikus sujuvalt muutuvaks sagedusvooluks.

Esialgu üritati elektrimasinatel kasutada muundureid. Muutuva sagedusega voolu saamiseks sünkroongeneraatorist on aga vaja pöörata selle rootorit muutuva kiirusega. Sel juhul määratakse töötava mootori kiiruse reguleerimise ülesanded mootorile, mis sünkroongeneraatorit pöörleb.

Ka kollektorgeneraator, mis suudab genereerida muutuva sagedusega voolu konstantsel pöörlemiskiirusel, ei võimaldanud probleemi lahendada, sest esiteks on selle ergastamiseks vaja muutuva sagedusega voolu ja teiseks nagu kõik vahelduvvoolu kollektormasinad. , tekivad suured raskused, tagades kollektori normaalse kommutatsiooni.

Praktikas hakkas sageduse juhtimine arenema tulekuga pooljuhtseadmed… Samal ajal osutus võimalikuks luua sagedusmuundurid nii elektrijaamade kui ka täitevmootorite juhtimiseks servosüsteemides ja servoajamites.

Lisaks sagedusmuunduri projekteerimise keerukusele on ka vajadus juhtida korraga kahte suurust — sagedust ja pinget. Kui sagedus väheneb kiiruse vähendamiseks, saab EMF-i ja võrgu pinge tasakaalu säilitada ainult mootori magnetvoo suurendamisega. Sel juhul magnetahel küllastub ja staatori vool suureneb intensiivselt vastavalt mittelineaarsele seadusele. Selle tulemusena on asünkroonmootori töötamine sageduse reguleerimise režiimis konstantsel pingel võimatu.

Sageduse vähendamisega, et hoida magnetvoo muutumatuna, on vaja samaaegselt vähendada pingetaset. Seega tuleb sageduse juhtimisel kasutada kahte juhtimiskanalit: sagedust ja pinget.

Riis. 11. Asünkroonmootori mehaanilised omadused, kui see on varustatud kontrollitava sagedusega pinge ja konstantse magnetvooga

Sagedusjuhtimissüsteemid on tavaliselt ehitatud suletud ahela süsteemidena ja nende kohta leiate lisateavet siit: Asünkroonse mootori sageduse reguleerimine