Trifazis variklio valdymas, variklio apsukų valdymo metodai

Asinchroninių variklių valdymas gali būti arba parametrinis, tai yra keičiant mašinos grandinių parametrus, arba atskiru keitikliu.

Parametrinis valdymas

Kritinis slydimas silpnai priklauso nuo statoriaus grandinės aktyviosios varžos. Kai į statoriaus grandinę įvedamas papildomas pasipriešinimas, vertė šiek tiek sumažėja. Maksimalus sukimo momentas gali būti žymiai sumažintas. Dėl to mechaninė charakteristika bus tokia, kaip parodyta Fig. 1.

Ryžiai. 1. Asinchroninio variklio mechaninės charakteristikos keičiant pirminės ir antrinės grandinės parametrus: 1 — natūrali, 2 ir 3 — įvedus papildomą aktyviąją ir indukcinę varžą statoriaus grandinėje

Palyginus tai su natūralia variklio charakteristika, galime daryti išvadą, kad papildomo pasipriešinimo įvedimas į statoriaus grandinę turi mažai įtakos greičiui. Esant pastoviam statiniam sukimo momentui, greitis šiek tiek sumažės.Todėl šis greičio valdymo metodas yra neefektyvus ir nenaudojamas šioje paprasčiausioje versijoje.

Indukcinės varžos įvedimas į statoriaus grandinę taip pat neveiksmingas. Nežymiai sumažės ir kritinis slydimas, o variklio sukimo momentas gerokai sumažėja dėl padidėjusio pasipriešinimo. Atitinkama mechaninė charakteristika parodyta tame pačiame pav. 1.

Kartais statoriaus grandinėje įvedama papildoma varža apriboti įsiveržimo sroves… Šiuo atveju droseliai dažniausiai naudojami kaip papildoma indukcinė varža, o tiristoriai – kaip aktyvieji (2 pav.).

Ryžiai. 2. Tiristorių įtraukimas į statoriaus grandinę

Tačiau reikia turėti omenyje, kad tai žymiai sumažina ne tik kritinį, bet ir variklio paleidimo momentas (c = 1), o tai reiškia, kad paleisti tokiomis sąlygomis galima tik esant nedideliam statiniam momentui. Papildomo pasipriešinimo įvedimas rotoriaus grandinėje, žinoma, galimas tik suvyniotam rotoriaus varikliui.

Papildoma indukcinė varža rotoriaus grandinėje turi tokį patį poveikį variklio greičiui, kaip ir įvedant jį į statoriaus grandinę.

Praktiškai indukcinės varžos naudojimas rotoriaus grandinėje yra nepaprastai sunkus dėl to, kad jis turi veikti kintamu dažniu - nuo 50 Hz iki kelių hercų, o kartais ir hercų dalimis. Tokiomis sąlygomis labai sunku sukurti droselį.

Esant žemam dažniui, daugiausia įtakos turės aktyvusis induktoriaus pasipriešinimas. Remiantis aukščiau išdėstytais argumentais, rotoriaus grandinės indukcinė varža niekada nenaudojama greičio reguliavimui.

Veiksmingiausias parametrinio greičio reguliavimo būdas – rotoriaus grandinėje įvesti papildomą aktyviąją varžą. Tai suteikia mums savybių šeimą su pastoviu didžiausiu sukimo momentu. Šios charakteristikos naudojamos apriboti srovę ir palaikyti pastovų sukimo momentą, taip pat gali būti naudojamos greičiui valdyti.

Fig. 3 parodyta, kaip keičiant r2, t.y. input rext, tam tikru statiniu momentu galima keisti greitį plačiame diapazone – nuo ​​vardinio iki nulio. Tačiau praktikoje greitį galima reguliuoti tik esant pakankamai didelėms statinio momento reikšmėms.

Ryžiai. 3. Asinchroninio variklio mechaninės charakteristikos įvedant papildomą varžą rotoriaus grandinėje

Esant mažoms (Mo) vertėms beveik tuščiosios eigos režimu, greičio reguliavimo diapazonas labai sumažėja, todėl norint žymiai sumažinti greitį, reikės įvesti labai didelius papildomus pasipriešinimus.

Reikėtų nepamiršti, kad dirbant mažu greičiu ir esant dideliems statiniams sukimo momentams, greičio stabilumas bus nepakankamas, nes dėl didelio charakteristikų statumo, nedideli sukimo momento svyravimai sukels didelius greičio pokyčius.

Kartais, norint užtikrinti variklio pagreitį be nuoseklaus reostato sekcijų pašalinimo, reostatas ir indukcinė ritė yra sujungti lygiagrečiai su rotoriaus žiedais (4 pav.).

Ryžiai. 4. Lygiagretus papildomos aktyviosios ir indukcinės varžos prijungimas asinchroninio variklio rotoriaus grandinėje

Pradiniu paleidimo momentu, kai srovės dažnis rotoriuje yra didelis, srovė daugiausia uždaroma per reostatą, t.y.per didelį pasipriešinimą, kuris užtikrina pakankamai didelį paleidimo momentą. Kai dažnis mažėja, indukcinė varža mažėja, o srovė taip pat pradeda užsidaryti per induktyvumą.

Pasiekus darbinius greičius, kai slydimas mažas, srovė daugiausia teka per induktorių, kurio varžą žemu dažniu lemia apvijos elektrinė varža rrrev. Taigi paleidimo metu antrinės grandinės išorinė varža automatiškai pakeičiama iš rreost į roro, o pagreitis vyksta esant praktiškai pastoviam sukimo momentui.

Parametrinis valdymas natūraliai siejamas su dideliais energijos nuostoliais. Slydimo energija, kuri elektromagnetinės energijos pavidalu perduodama per tarpą iš statoriaus į rotorių ir paprastai paverčiama mechanine, su dideliu antrinės grandinės pasipriešinimu, daugiausia naudojama šiai varžai šildyti, o esant s = 1 visa energija, perduodama iš statoriaus į rotorių, bus sunaudota antrinės grandinės reostatuose (5 pav.).

Ryžiai. 5. Nuostoliai antrinėje grandinėje reguliuojant asinchroninio variklio greitį įvedant papildomą varžą rotoriaus grandinėje: I — variklio velenui perduodamos naudingosios galios zona, II — antrinės grandinės varžų nuostolių zona.

Todėl parametrinis valdymas daugiausia naudojamas trumpalaikiam greičio mažinimui darbo mašinos vykdomo technologinio proceso eigoje.Tik tais atvejais, kai greičio reguliavimo procesai derinami su darbinės mašinos paleidimu ir sustabdymu, pavyzdžiui, kėlimo įrenginiuose, parametrinis valdymas su papildomo pasipriešinimo įvedimu rotoriaus grandinėje naudojamas kaip pagrindinė greičio reguliavimo priemonė.

Greičio reguliavimas keičiant statoriaus įtampą

Reguliuojant asinchroninio variklio greitį keičiant įtampą, mechaninės charakteristikos forma išlieka nepakitusi, o momentai mažėja proporcingai įtampos kvadratui. Mechaninės charakteristikos esant skirtingiems įtempiams parodytos Fig. 6. Kaip matote, naudojant įprastus variklius, greičio reguliavimo diapazonas yra labai ribotas.

Ryžiai. 6… Asinchroninio variklio greičio reguliavimas keičiant įtampą statoriaus grandinėje

Šiek tiek platesnį diapazoną galima pasiekti naudojant didelio slydimo variklį. Tačiau šiuo atveju mechaninės charakteristikos yra stačios (7 pav.) ir stabilų variklio darbą galima pasiekti tik naudojant uždarą sistemą, kuri užtikrina greičio stabilizavimą.

Pasikeitus statiniam sukimo momentui, valdymo sistema palaiko tam tikrą greičio lygį ir įvyksta perėjimas nuo vienos mechaninės charakteristikos prie kitos, todėl toliau veikia punktyrinėmis linijomis nurodytomis charakteristikomis.

Ryžiai. 7. Mechaninės charakteristikos reguliuojant statoriaus įtampą uždaroje sistemoje

Kai pavara yra perkrauta, variklis pasiekia ribinę charakteristiką, atitinkančią maksimalią įmanomą įtampą, kurią suteikia keitiklis, o toliau didėjant apkrovai, greitis pagal šią charakteristiką mažės. Esant mažai apkrovai, jei keitiklis negali sumažinti įtampos iki nulio, greitis padidės pagal kintamosios srovės charakteristiką.

Magnetiniai stiprintuvai arba tiristorių keitikliai dažniausiai naudojami kaip įtampos valdomas šaltinis. Naudojant tiristorių keitiklį (8 pav.), pastarasis dažniausiai veikia impulsiniu režimu. Šiuo atveju asinchroninio variklio statoriaus gnybtuose palaikoma tam tikra vidutinė įtampa, reikalinga tam tikram greičiui užtikrinti.

Ryžiai. 8. Asinchroninio variklio impulsinio greičio reguliavimo schema

Atrodo, kad variklio statoriaus gnybtų įtampai reguliuoti galima naudoti transformatorių arba autotransformatorių su sekcinėmis apvijomis. Tačiau atskirų transformatorių blokų naudojimas yra susijęs su labai didelėmis sąnaudomis ir neužtikrina reikiamos reguliavimo kokybės, nes tokiu atveju galimas tik laipsniškas įtampos keitimas, o sekcijų perjungimo įtaiso įvesti praktiškai neįmanoma. automatine sistema. Automatiniai transformatoriai kartais naudojami siekiant apriboti galingų variklių įsijungimo sroves.

Greičio reguliavimas perjungiant statoriaus apvijų sekcijas į skirtingą polių porų skaičių

Yra nemažai gamybos mechanizmų, kurie technologinio proceso metu turi veikti skirtingais greičio lygiais, tuo tarpu nereikia sklandaus reguliavimo, o užtenka pavaros su diskretišku, laipsnišku, greičio keitimu. Tokie mechanizmai apima kai kurias metalo ir medžio apdirbimo stakles, liftus ir kt.

Galima pasiekti ribotą skaičių fiksuotų sukimosi greičių kelių greičių varikliai su voverės narveliais, kuriame statoriaus apvija persijungia į skirtingą polių porų skaičių. Voverės elemento variklio voverės elementas automatiškai suformuoja polių skaičių, lygų statoriaus polių skaičiui.

Naudojamos dvi variklių konstrukcijos: su keliomis apvijomis kiekviename statoriaus plyšyje ir su viena apvija, kurios sekcijos perjungiamos taip, kad būtų sukurtas skirtingas polių porų skaičius.

Kelių greičių varikliai su keliomis nepriklausomomis statoriaus apvijomis technine ir ekonomine prasme yra prastesni už vienos apvijos kelių greičių variklius. Kelių apvijų varikliuose statoriaus apvija naudojama neefektyviai, neužtenka statoriaus lizdo užpildymo, efektyvumas ir cosφ yra žemesni už optimalų. Todėl pagrindinis paskirstymas gaunamas iš kelių greičių vienos apvijos variklių su skirtingų polių porų skaičiumi apvijų perjungimu.

Perjungiant sekcijas, pasikeičia MDS paskirstymas statoriaus angoje. Dėl to keičiasi ir MDS sukimosi greitis, taigi ir magnetinis srautas. Lengviausias būdas yra perjungti polių poras, kurių santykis yra 1: 2. Šiuo atveju kiekvienos fazės apvijos yra pagamintos dviejų sekcijų pavidalu.Srovės krypties keitimas vienoje iš sekcijų leidžia perpus sumažinti polių porų skaičių.

Apsvarstykite variklio statoriaus apvijos grandines, kurių sekcijos perjungiamos į aštuonis ir keturis polius. Fig. 9 parodyta vienfazė apvija, kad būtų paprasčiau. Sujungus dvi sekcijas nuosekliai, tai yra sujungus pirmosios sekcijos K1 galą su antrojo H2 pradžia, gauname aštuonis polius (9 pav., a).

Jei antroje sekcijoje pakeisime srovės kryptį į priešingą, tada ritės suformuotų polių skaičius sumažės per pusę ir bus lygus keturiems (9 pav., b). Srovės kryptį antroje sekcijoje galima pakeisti perkeliant trumpiklį iš gnybtų K1, H2 į gnybtus K1, K2. Taip pat keturis polius galima gauti lygiagrečiai sujungus sekcijas (9 pav., c).

Ryžiai. 9. Statoriaus apvijos sekcijų perjungimas į skirtingą polių porų skaičių

Dviejų greičių variklio su perjungtomis statoriaus apvijomis mechaninės charakteristikos parodytos fig. dešimt.

Ryžiai. 10. Asinchroninio variklio mechaninės charakteristikos perjungiant skirtingo polių porų skaičiaus statoriaus apviją

Perjungiant nuo schemos a prie schemos b (9 pav.), abiem sūkių lygiais palaikoma pastovi variklio galia (10 pav., a). Naudojant antrąją perjungimo parinktį, variklis gali sukurti tokį patį sukimo momentą. Galima perjungti statoriaus apvijos dalis, užtikrinant ne tik 1: 2 greičio santykį, bet ir kitus. Be dviejų greičių variklių, pramonė taip pat gamina trijų ir keturių greičių variklius.

Trifazių variklių dažnio valdymas

Kaip matyti iš aukščiau, indukcinio variklio greitį reguliuoti yra labai sunku. Tobulai kintamo greičio reguliavimas plačiame diapazone išlaikant pakankamą charakteristikų standumą galimas tik su daliniu valdymu. Keičiant maitinimo srovės dažnį, taigi ir magnetinio lauko sukimosi greitį, galima reguliuoti variklio rotoriaus sukimosi greitį.

Tačiau norint valdyti dažnį instaliacijoje, reikalingas dažnio keitiklis, kuris nuolatinę 50 Hz tiekimo tinklo srovę galėtų paversti kintamo dažnio srove, sklandžiai kintančia plačiame diapazone.

Iš pradžių buvo bandoma naudoti keitiklius elektrinėse mašinose. Tačiau norint gauti kintamo dažnio srovę iš sinchroninio generatoriaus, būtina sukti jo rotorių kintamu greičiu. Šiuo atveju veikiančio variklio greičio reguliavimo užduotys priskiriamos varikliui, kuris varo sinchroninį generatorių.

Kolektoriaus generatorius, galintis generuoti kintamo dažnio srovę esant pastoviam sukimosi greičiui, taip pat neleido išspręsti problemos, nes, pirma, jam sužadinti reikalinga kintamo dažnio srovė, antra, kaip ir visos kintamosios srovės kolektorių mašinos. , kyla didelių sunkumų, užtikrinančių įprastą kolektoriaus komutaciją.

Praktiškai dažnio valdymas pradėjo vystytis atsiradus puslaidininkiniai įtaisai… Tuo pačiu metu paaiškėjo, kad galima sukurti dažnio keitiklius, skirtus valdyti tiek jėgaines, tiek vykdomuosius variklius servo sistemose ir servo pavarose.

Be dažnio keitiklio projektavimo sudėtingumo, taip pat reikia vienu metu valdyti du dydžius - dažnį ir įtampą. Kai dažnis mažėja, kad sumažėtų greitis, EML ir tinklo įtampos balansą galima išlaikyti tik padidinus variklio magnetinį srautą. Tokiu atveju magnetinė grandinė prisisotins ir statoriaus srovė intensyviai padidės pagal netiesinį dėsnį. Dėl to asinchroninio variklio veikimas dažnio valdymo režimu esant pastoviai įtampai yra neįmanomas.

Sumažinus dažnį, kad magnetinis srautas išliktų nepakitęs, kartu reikia mažinti ir įtampos lygį. Taigi, valdant dažnį, turi būti naudojami du valdymo kanalai: dažnis ir įtampa.

Ryžiai. 11. Asinchroninio variklio mechaninės charakteristikos, kai jam tiekiama reguliuojamo dažnio įtampa ir pastovus magnetinis srautas

Dažnio valdymo sistemos dažniausiai kuriamos kaip uždaro ciklo sistemos, o daugiau informacijos apie jas rasite čia: Asinchroninio variklio dažnio reguliavimas