Control de motor trifàsic, mètodes de control de velocitat del motor

El control dels motors asíncrons pot ser paramètric, és a dir, canviant els paràmetres dels circuits de la màquina, o mitjançant un convertidor independent.

Control paramètric

El lliscament crític depèn dèbilment de la resistència activa del circuit de l'estator. Quan s'introdueix una resistència addicional al circuit de l'estator, el valor disminueix lleugerament. El parell màxim es pot reduir significativament. Com a resultat, la característica mecànica adoptarà la forma que es mostra a la Fig. 1.

Arròs. 1. Característiques mecàniques d'un motor asíncron quan es canvien els paràmetres del circuit primari i secundari: 1 — natural, 2 i 3 — amb la introducció de resistència activa i inductiva addicional al circuit de l'estator

Comparant-ho amb la característica natural del motor, podem concloure que la introducció de resistència addicional al circuit de l'estator té poc efecte sobre la velocitat. Amb un parell estàtic constant, la velocitat disminuirà lleugerament.Per tant, aquest mètode de control de velocitat és ineficient i no s'utilitza en aquesta versió més senzilla.

Introduir resistència inductiva al circuit de l'estator també és ineficaç. El lliscament crític també disminuirà lleugerament i el parell motor es redueix significativament a causa de l'augment de la resistència. La característica mecànica corresponent es mostra a la mateixa fig. 1.

De vegades s'introdueix una resistència addicional al circuit de l'estator per limitar els corrents d'entrada… En aquest cas, els chokes s'utilitzen normalment com a resistència inductiva addicional i els tiristors s'utilitzen com a actius (Fig. 2).

Arròs. 2. Incloent tiristors al circuit de l'estator

Tanmateix, cal tenir en compte que això redueix significativament no només el crític, sinó també parell d'arrencada del motor (en c = 1), el que significa que començar en aquestes condicions només és possible amb un petit moment estàtic. La introducció de resistència addicional al circuit del rotor, per descomptat, només és possible per a un motor de rotor bobinat.

La resistència inductiva addicional al circuit del rotor té el mateix efecte sobre la velocitat del motor que quan s'introdueix al circuit de l'estator.

A la pràctica, l'ús de la resistència inductiva en un circuit de rotor és extremadament difícil a causa del fet que ha de funcionar a una freqüència variable: des de 50 Hz fins a diversos hertzs ​​i, de vegades, fraccions d'un hertz. En aquestes condicions, és molt difícil crear un asfixia.

A baixa freqüència, la resistència activa de l'inductor afectarà principalment. D'acord amb les consideracions anteriors, la resistència inductiva del circuit del rotor mai s'utilitza per al control de velocitat.

La forma més eficaç de controlar la velocitat paramètrica és introduir una resistència activa addicional al circuit del rotor. Això ens proporciona una família de característiques amb un parell màxim constant. Aquestes característiques s'utilitzen per limitar el corrent i mantenir un parell constant, i també es poden utilitzar per controlar la velocitat.

A la fig. 3 mostra com canviant r2, és a dir. entrada rext, és possible en algun moment estàtic canviar la velocitat en un ampli rang: de nominal a zero. A la pràctica, però, és possible ajustar la velocitat només per a valors prou grans del moment estàtic.

Arròs. 3. Característiques mecàniques d'un motor asíncron amb la introducció de resistència addicional al circuit del rotor

A valors baixos de (Mo) en el mode gairebé inactiu, el rang de control de velocitat es redueix molt i caldrà introduir resistències addicionals molt grans per reduir la velocitat de manera apreciable.

Cal tenir en compte que quan es treballa a velocitats baixes i amb parells estàtics elevats, l'estabilitat de la velocitat serà insuficient, ja que a causa de l'elevada inclinació de les característiques, lleugeres fluctuacions en el parell provocaran canvis significatius de velocitat.

De vegades, per tal de proporcionar l'acceleració del motor sense l'eliminació successiva de les seccions del reòstat, un reòstat i una bobina inductiva es connecten en paral·lel als anells del rotor (Fig. 4).

Arròs. 4. Connexió en paral·lel de resistència activa i inductiva addicional al circuit del rotor del motor asíncron

En el moment inicial de l'arrencada, quan la freqüència del corrent al rotor és alta, el corrent es tanca principalment a través del reòstat, és a dir.mitjançant una gran resistència que proporciona un parell d'arrencada prou elevat. A mesura que la freqüència disminueix, la resistència inductiva disminueix i el corrent també comença a tancar-se a través de la inductància.

Quan s'assoleixen les velocitats de funcionament, quan el lliscament és petit, el corrent flueix principalment a través de l'inductor, la resistència del qual a baixa freqüència està determinada per la resistència elèctrica del bobinat rrev. Així, a la posada en marxa, la resistència externa del circuit secundari es canvia automàticament de rreost a roro, i l'acceleració es produeix amb un parell pràcticament constant.

El control paramètric s'associa naturalment a grans pèrdues d'energia. L'energia de lliscament, que en forma d'energia electromagnètica es transmet a través del buit de l'estator al rotor i es converteix normalment en mecànica, amb una gran resistència del circuit secundari, va principalment a escalfar aquesta resistència, i a s = 1 tota l'energia transferida de l'estator al rotor, es consumirà en els reòstats del circuit secundari (Fig. 5).

Arròs. 5. Pèrdues en el circuit secundari en ajustar la velocitat d'un motor asíncron mitjançant la introducció de resistència addicional al circuit del rotor: I — zona de potència útil transmesa a l'eix del motor, II — zona de pèrdues en les resistències del circuit secundari.

Per tant, el control paramètric s'utilitza principalment per reduir la velocitat a curt termini en el curs del procés tecnològic dut a terme per la màquina de treball.Només en els casos en què els processos de regulació de velocitat es combinen amb l'arrencada i l'aturada de la màquina de treball, com per exemple en les instal·lacions d'elevació, s'utilitza el control paramètric amb la introducció de resistència addicional al circuit del rotor com a mitjà principal de control de velocitat.

Regulació de velocitat variant la tensió aplicada a l'estator

Quan s'ajusta la velocitat d'un motor d'inducció canviant la tensió, la forma de la característica mecànica es manté inalterada i els moments disminueixen en proporció al quadrat de la tensió. Les característiques mecàniques a diferents tensions es mostren a la Fig. 6. Com podeu veure, en el cas d'utilitzar motors convencionals, el rang de control de velocitat és molt limitat.

Arròs. 6... Regulació de la velocitat d'un motor d'inducció canviant la tensió en el circuit de l'estator

Es pot aconseguir un rang una mica més ampli amb un motor d'alt lliscament. Tanmateix, en aquest cas, les característiques mecàniques són pronunciades (Fig. 7) i només es pot aconseguir un funcionament estable del motor amb l'ús d'un sistema tancat que proporcioni estabilització de la velocitat.

Quan el parell estàtic canvia, el sistema de control manté un determinat nivell de velocitat i es produeix una transició d'una característica mecànica a una altra, per tant, el funcionament continua amb les característiques que mostren les línies discontínues.

Arròs. 7. Característiques mecàniques en ajustar la tensió de l'estator en un sistema tancat

Quan el variador està sobrecarregat, el motor arriba a la característica límit corresponent a la tensió màxima possible que proporciona el convertidor, i a mesura que la càrrega augmenta més, la velocitat disminuirà segons aquesta característica. A baixa càrrega, si el convertidor no pot reduir la tensió a zero, hi haurà un augment de velocitat segons la característica de CA.

Normalment s'utilitzen amplificadors magnètics o convertidors de tiristors com a font controlada per tensió. En el cas d'utilitzar un convertidor de tiristors (Fig. 8), aquest últim acostuma a funcionar en mode d'impuls. En aquest cas, es manté una determinada tensió mitjana als terminals de l'estator del motor d'inducció, que és necessària per assegurar una velocitat determinada.

Arròs. 8. Esquema de control de la velocitat d'impuls d'un motor d'inducció

Per regular la tensió als terminals de l'estator del motor semblaria possible utilitzar un transformador o autotransformador amb bobinatges seccionals. No obstant això, l'ús de blocs de transformadors separats està associat a costos molt elevats i no proporciona la qualitat de regulació necessària, ja que en aquest cas només és possible un canvi de tensió gradual i és pràcticament impossible introduir un dispositiu de commutació de secció en un sistema automàtic. De vegades s'utilitzen autotransformadors per limitar els corrents d'entrada de motors potents.

Control de velocitat canviant les seccions de bobinatge de l'estator a un nombre diferent de parells de pols

Hi ha una sèrie de mecanismes de producció que durant el procés tecnològic han de funcionar a diferents nivells de velocitat, mentre que no cal una regulació suau, però n'hi ha prou amb tenir un accionament amb un canvi de velocitat discret i gradual. Aquests mecanismes inclouen algunes màquines per a treballar el metall i la fusta, ascensors, etc.

Es pot aconseguir un nombre limitat de velocitats de rotació fixes motors de gàbia d'esquirol de diverses velocitats, en què el bobinatge de l'estator canvia a un nombre diferent de parells de pols. La cèl·lula d'esquirol d'un motor de cel·la d'esquirol forma automàticament el nombre de pols igual al nombre de pols de l'estator.

S'utilitzen dos dissenys de motor: amb múltiples bobinatges a cada ranura de l'estator i amb un únic bobinatge les seccions del qual es canvien per produir un nombre diferent de parells de pols.

Els motors multivelocitat amb diversos bobinatges d'estator independents són inferiors als motors multivelocitats d'un sol bobinatge en termes tècnics i econòmics. En els motors de bobinats múltiples, el bobinatge de l'estator s'utilitza de manera ineficient, l'ompliment de la ranura de l'estator és insuficient, l'eficiència i el cosφ estan per sota de l'òptim. Per tant, la distribució principal s'obté a partir de motors d'un sol bobinat multivelocitat amb commutació dels bobinatges en diferent nombre de parells de pols.

Quan es canvia de secció, la distribució MDS al forat de l'estator canvia. Com a resultat, la velocitat de rotació del MDS també canvia i, per tant, el flux magnètic. La manera més senzilla és canviar parells de pols amb una proporció d'1: 2. En aquest cas, els bobinatges de cada fase es fan en forma de dues seccions.Canviar la direcció del corrent en una de les seccions permet reduir a la meitat el nombre de parells de pols.

Considereu els circuits del bobinatge de l'estator del motor, les seccions dels quals es canvien a vuit i quatre pols. A la fig. 9 mostra un bobinatge monofàsic per simplificar. Quan dos trams es connecten en sèrie, és a dir, quan el final del primer tram K1 està connectat amb l'inici del segon H2, obtenim vuit pols (Fig. 9, a).

Si canviem el sentit del corrent en el segon tram al contrari, aleshores el nombre de pols formats per la bobina es reduirà a la meitat i serà igual a quatre (Fig. 9, b). La direcció del corrent a la segona secció es pot canviar transferint el pont des dels terminals K1, H2 als terminals K1, K2. També es poden obtenir quatre pols connectant seccions en paral·lel (Fig. 9, c).

Arròs. 9. Canvi de seccions del bobinatge de l'estator a un nombre diferent de parells de pols

A la Fig. deu.

Arròs. 10. Característiques mecàniques d'un motor d'inducció en canviar el bobinatge de l'estator de diferent nombre de parells de pols

Quan es canvia de l'esquema a a l'esquema b (Fig. 9), la potència del motor es manté constant als dos nivells de velocitat (Fig. 10, a). Quan s'utilitza la segona opció de canvi, el motor pot desenvolupar el mateix parell. És possible canviar seccions del bobinatge de l'estator, proporcionant una relació de velocitat no només 1: 2, sinó també altres. A més dels motors de dues velocitats, la indústria també produeix motors de tres i quatre velocitats.

Control de freqüència de motors trifàsics

Com es desprèn de l'anterior, la regulació de la velocitat del motor d'inducció és extremadament difícil. El control de velocitat infinitament variable en un ampli rang mentre es manté una rigidesa suficient de les característiques només és possible amb un control parcial. En canviar la freqüència del corrent d'alimentació i, per tant, la velocitat de rotació del camp magnètic, és possible ajustar la velocitat de rotació del rotor del motor.

No obstant això, per controlar la freqüència a la instal·lació, es necessita un convertidor de freqüència, que pugui convertir un corrent de freqüència constant de la xarxa de subministrament de 50 Hz en un corrent de freqüència variable que varia suaument en un ampli rang.

Inicialment, hi va haver intents d'utilitzar convertidors en màquines elèctriques. Tanmateix, per obtenir corrent de freqüència variable d'un generador síncron, cal fer girar el seu rotor a velocitat variable. En aquest cas, les tasques de regulació de la velocitat del motor en marxa s'assignen al motor que acciona el generador síncron en rotació.

El generador de col·lectors, que pot generar un corrent de freqüència variable a una velocitat de gir constant, tampoc va permetre resoldre el problema, ja que, en primer lloc, es necessita un corrent de freqüència variable per excitar-lo, i en segon lloc, com totes les màquines de col·lectors de CA. , sorgeixen grans dificultats, assegurant la commutació normal del col·lector.

A la pràctica, el control de freqüència va començar a desenvolupar-se amb l'arribada de dispositius semiconductors… Al mateix temps, va resultar possible crear convertidors de freqüència per al control tant de centrals elèctriques com de motors executius en servosistemes i servoaccionaments.

Juntament amb la complexitat de dissenyar un convertidor de freqüència, també hi ha la necessitat de controlar simultàniament dues magnituds: freqüència i tensió. Quan la freqüència disminueix per disminuir la velocitat, l'equilibri de voltatge de la xarxa electromagnètica i de la xarxa només es pot mantenir augmentant el flux magnètic del motor. En aquest cas, el circuit magnètic es saturarà i el corrent de l'estator augmentarà intensament segons una llei no lineal. Com a resultat, el funcionament d'un motor d'inducció en mode de control de freqüència a tensió constant és impossible.

En reduir la freqüència, per mantenir el flux magnètic sense canvis, cal reduir simultàniament el nivell de tensió. Així, en el control de freqüència s'han d'utilitzar dos canals de control: freqüència i tensió.

Arròs. 11. Característiques mecàniques d'un motor d'inducció quan s'alimenta amb tensió de freqüència controlada i flux magnètic constant

Els sistemes de control de freqüència es construeixen normalment com a sistemes de llaç tancat i aquí es dóna més informació sobre ells: Regulació de freqüència d'un motor asíncron