בקרת מנוע תלת פאזי, שיטות בקרת מהירות מנוע

השליטה במנועים אסינכרוניים יכולה להיות פרמטרית, כלומר על ידי שינוי הפרמטרים של מעגלי המכונה, או על ידי ממיר נפרד.

בקרה פרמטרית

ההחלקה הקריטית תלויה במידה חלשה בהתנגדות הפעילה של מעגל הסטטור. כאשר התנגדות נוספת מוכנסת למעגל הסטטור, הערך יורד מעט. המומנט המרבי עשוי להיות מופחת באופן משמעותי. כתוצאה מכך, המאפיין המכני יקבל את הצורה המוצגת באיור. 1.

אורז. 1. מאפיינים מכניים של מנוע אסינכרוני בעת שינוי הפרמטרים של המעגל הראשוני והמשני: 1 - טבעי, 2 ו-3 - עם הכנסת התנגדות אקטיבית ואינדוקטיבית נוספת במעגל הסטטור.

בהשוואה שלו עם המאפיין הטבעי של המנוע, אנו יכולים להסיק כי הכנסת התנגדות נוספת במעגל הסטטור משפיעה מעט על המהירות. במומנט סטטי קבוע, המהירות תרד מעט.לכן, שיטת בקרת קצב זו אינה יעילה ואינה משמשת בגרסה הפשוטה ביותר הזו.

הכנסת התנגדות אינדוקטיבית למעגל הסטטור אינה יעילה אף היא. גם ההחלקה הקריטית תקטן מעט, ומומנט המנוע מופחת משמעותית עקב העלייה בגרר. המאפיין המכני המתאים מוצג באותה איור. 1.

לפעמים התנגדות נוספת מוצגת במעגל הסטטור כדי להגביל זרמי פריצה... במקרה זה, משנקים משמשים בדרך כלל כהתנגדות אינדוקטיבית נוספת, ותיריסטורים משמשים כפעילים (איור 2).

אורז. 2. כולל תיריסטורים במעגל הסטטור

עם זאת, יש לזכור כי זה מפחית משמעותית לא רק את הקריטיים, אלא גם מומנט התנעה של המנוע (ב-c = 1), כלומר להתחיל בתנאים אלו אפשר רק עם מומנט סטטי קטן. הכנסת התנגדות נוספת למעגל הרוטור אפשרית, כמובן, רק עבור מנוע פצעי רוטור.

להתנגדות האינדוקטיבית הנוספת במעגל הרוטור יש את אותה השפעה על מהירות המנוע כמו בעת הכנסתו למעגל הסטטור.

בפועל, השימוש בהתנגדות אינדוקטיבית במעגל רוטור קשה ביותר בשל העובדה שהוא חייב לפעול בתדר משתנה - מ-50 הרץ למספר הרץ ולעיתים שברירי הרץ. בתנאים כאלה, קשה מאוד ליצור חנק.

בתדר נמוך, ההתנגדות הפעילה של המשרן תשפיע בעיקר. בהתבסס על השיקולים לעיל, התנגדות אינדוקטיבית במעגל הרוטור אינה משמשת לעולם לבקרת מהירות.

הדרך היעילה ביותר לבקרת מהירות פרמטרית היא הכנסת התנגדות אקטיבית נוספת במעגל הרוטור. זה נותן לנו משפחה של מאפיינים עם מומנט מרבי קבוע. מאפיינים אלה משמשים להגבלת זרם ולשמירה על מומנט קבוע, וניתן להשתמש בהם גם כדי לשלוט במהירות.

באיור. 3 מראה כיצד על ידי שינוי r2, כלומר. קלט rext, אפשר ברגע סטטי כלשהו לשנות את המהירות בטווח רחב - מנומינלית לאפס. אולם בפועל, ניתן להתאים את המהירות רק עבור ערכים גדולים מספיק של הרגע הסטטי.

אורז. 3. מאפיינים מכניים של מנוע אסינכרוני עם הכנסת התנגדות נוספת במעגל הרוטור

בערכים נמוכים של (Mo) במצב כמעט סרק, טווח בקרת המהירות מצטמצם מאוד ויצטרכו להכניס התנגדויות נוספות גדולות מאוד כדי להפחית את המהירות בצורה ניכרת.

יש לזכור כי בהפעלה במהירויות נמוכות ובמומנטים סטטיים גבוהים, יציבות המהירות לא תהיה מספקת, שכן בשל תלילות המאפיינים, תנודות קלות במומנט יגרמו לשינויים משמעותיים במהירות.

לפעמים, על מנת לספק האצה של המנוע ללא הסרה רצופה של חלקי הריאוסטט, מחברים ראוסטט וסליל אינדוקטיבי במקביל לטבעות הרוטור (איור 4).

אורז. 4. חיבור מקביל של התנגדות אקטיבית ואינדוקטיבית נוספת במעגל הרוטור של המנוע האסינכרוני

ברגע ההתחלה הראשוני, כאשר תדירות הזרם ברוטור גבוהה, הזרם נסגר בעיקר דרך הריאוסטט, כלומר.באמצעות התנגדות גדולה המספקת מומנט התחלה גבוה מספיק. ככל שהתדר יורד, ההתנגדות האינדוקטיבית יורדת והזרם מתחיל להיסגר גם דרך השראות.

כאשר מגיעים למהירויות הפעלה, כאשר ההחלקה קטנה, הזרם זורם בעיקר דרך המשרן, שהתנגדותו בתדר נמוך נקבעת על ידי ההתנגדות החשמלית של המתפתל rrev. לפיכך, בעת ההפעלה, ההתנגדות החיצונית של המעגל המשני משתנה אוטומטית מ-rreost ל-roro, וההאצה מתרחשת במומנט כמעט קבוע.

בקרה פרמטרית קשורה באופן טבעי לאובדי אנרגיה גדולים. אנרגיית ההחלקה, אשר בצורת אנרגיה אלקטרומגנטית מועברת דרך הרווח מהסטטור לרוטור ומומרת בדרך כלל למכנית, עם התנגדות גדולה של המעגל המשני, הולכת בעיקר לחימום התנגדות זו, וב- s = 1 כל האנרגיה המועברת מהסטטור לרוטור, תצורך ב-rheostats של המעגל המשני (איור 5).

אורז. 5. הפסדים במעגל המשני בעת התאמת המהירות של מנוע אסינכרוני על ידי החדרת התנגדות נוספת במעגל הרוטור: I - אזור של כוח שימושי המועבר לציר המנוע, II - אזור הפסדים בהתנגדויות של המעגל המשני

לכן, בקרה פרמטרית משמשת בעיקר להפחתת מהירות לטווח קצר במהלך התהליך הטכנולוגי המבוצע על ידי המכונה העובדת.רק במקרים בהם משולבים תהליכי ויסות מהירות עם התנעה ועצירה של המכונה העובדת, כמו למשל במתקני הרמה, בקרה פרמטרית עם הכנסת התנגדות נוספת במעגל הרוטור משמשת כאמצעי עיקרי לבקרת מהירות.

ויסות מהירות על ידי שינוי המתח המופעל על הסטטור

כאשר מכוונים את המהירות של מנוע אינדוקציה על ידי שינוי המתח, צורת המאפיין המכאני נשארת ללא שינוי, והמומנטים יורדים ביחס לריבוע המתח. המאפיינים המכניים בלחצים שונים מוצגים באיור. 6. כפי שניתן לראות, במקרה של שימוש במנועים קונבנציונליים, טווח בקרת המהירות מוגבל מאוד.

אורז. 6... ויסות המהירות של מנוע אינדוקציה על ידי שינוי המתח במעגל הסטטור

ניתן להשיג טווח מעט יותר רחב עם מנוע החלקה גבוהה. עם זאת, במקרה זה, המאפיינים המכניים תלולים (איור 7) וניתן להשיג פעולה יציבה של המנוע רק עם שימוש במערכת סגורה המספקת ייצוב מהירות.

כאשר המומנט הסטטי משתנה, מערכת הבקרה שומרת על רמת מהירות נתונה ומתרחשת מעבר ממאפיין מכני אחד לאחר, כתוצאה מכך, הפעולה נמשכת במאפיינים המוצגים בקווים המקווקוים.

אורז. 7. מאפיינים מכניים בעת התאמת מתח הסטטור במערכת סגורה

כאשר הכונן עומס יתר על המידה, המנוע מגיע למאפיין הגבול המתאים למתח המרבי האפשרי שהממיר מספק, וככל שהעומס גדל עוד יותר, המהירות תרד בהתאם למאפיין זה. בעומס נמוך, אם הממיר לא יכול להוריד את המתח לאפס, תהיה עלייה במהירות בהתאם למאפיין AC.

מגברים מגנטיים או ממירי תיריסטורים משמשים בדרך כלל כמקור מבוקר מתח. במקרה של שימוש בממיר תיריסטור (איור 8), האחרון פועל בדרך כלל במצב דופק. במקרה זה, מתח ממוצע מסוים נשמר במסופי הסטטור של מנוע האינדוקציה, הכרחי כדי להבטיח מהירות נתונה.

אורז. 8. תוכנית בקרת מהירות דחף של מנוע אינדוקציה

כדי לווסת את המתח במסופי הסטטור של המנוע נראה שאפשר להשתמש בשנאי או שנאי אוטומטי עם פיתולים חתכים. עם זאת, השימוש בלוקי שנאים נפרדים קשור בעלויות גבוהות מאוד ואינו מספק את איכות הרגולציה הדרושה, שכן במקרה זה רק שינוי צעד של מתח אפשרי, וכמעט בלתי אפשרי להכניס מכשיר מיתוג מקטע לתוך מערכת אוטומטית. רובוטריקים אוטומטיים משמשים לפעמים כדי להגביל את זרמי הכניסה של מנועים חזקים.

בקרת מהירות על ידי החלפת חלקי פיתול סטטור למספר שונה של זוגות מוטות

ישנם מספר מנגנוני ייצור שבמהלך התהליך הטכנולוגי חייבים לעבוד ברמות מהירות שונות, בעוד שאין צורך בוויסות חלק, אך מספיק שיהיה כונן עם שינוי מהירות דיסקרטי, צעד צעד. מנגנונים כאלה כוללים כמה מכונות עיבוד מתכת ועץ, מעליות וכו'.

ניתן להשיג מספר מוגבל של מהירויות סיבוב קבועות מנועי כלוב סנאי רב מהירויות, שבו מתפתל הסטטור עובר למספר שונה של זוגות מוטות. תא הסנאי של מנוע תא סנאי יוצר אוטומטית את מספר הקטבים השווה למספר קטבי הסטטור.

נעשה שימוש בשני עיצובי מנוע: עם ריבוי פיתולים בכל חריץ סטטור, ועם פיתול בודד שחלקיו מוחלפים כדי לייצר מספר שונה של זוגות מוטות.

מנועים מרובי מהירויות עם מספר פיתולי סטאטור עצמאיים נחותים מנועים מרובי מהירויות חד-סולידיים במונחים טכניים וכלכליים. במנועים מרובי פיתולים, נעשה שימוש לא יעיל בפיתול הסטטור, המילוי של חריץ הסטטור אינו מספיק, היעילות וה-cosφ נמוכים מהאופטימליים. לכן, ההפצה העיקרית מתקבלת ממנועים מרובים מהירים מפותלים עם מיתוג של הפיתולים על מספר שונה של זוגות מוטות.

בעת החלפת מקטעים, התפלגות ה-MDS בקדח הסטטור משתנה. כתוצאה מכך משתנה גם מהירות הסיבוב של ה-MDS, ומכאן השטף המגנטי. הדרך הקלה ביותר היא להחליף זוגות של קטבים ביחס של 1: 2. במקרה זה, הפיתולים של כל שלב נעשים בצורה של שני חלקים.שינוי כיוון הזרם באחד הסעיפים מאפשר לצמצם בחצי את מספר זוגות הקטבים.

שקול את המעגלים של מתפתל הסטטור של המנוע, שחלקיו מוחלפים לשמונה וארבעה קטבים. באיור. 9 מציג סלילה חד פאזי לפשטות. כששני קטעים מחוברים בסדרה, כלומר כאשר קצה הקטע הראשון K1 מחובר לתחילת H2 השני, נקבל שמונה קטבים (איור 9, א).

אם נשנה את כיוון הזרם בקטע השני להפך, אזי מספר הקטבים שנוצרו על ידי הסליל יקטן בחצי ויהיה שווה לארבעה (איור 9, ב). ניתן לשנות את כיוון הזרם בקטע השני על ידי העברת המגשר מהטרמינלים K1, H2 לטרמינלים K1, K2. כמו כן, ניתן להשיג ארבעה קטבים על ידי חיבור מקטעים במקביל (איור 9, ג).

אורז. 9. החלפת קטעים בפיתול הסטטור למספר שונה של זוגות מוטות

המאפיינים המכניים של מנוע דו-הילוכים עם פיתולי סטטור מוחלפים מוצגים באיור. עשר.

אורז. 10. מאפיינים מכניים של מנוע אינדוקציה בעת החלפת פיתול הסטטור של מספר שונה של זוגות מוטות

בעת מעבר מתכנית א' לתכנית ב' (איור 9), כוח מנוע קבוע נשמר בשתי רמות המהירות (איור 10, א'). בעת שימוש באפשרות ההילוכים השנייה, המנוע יכול לפתח את אותו מומנט. אפשר להחליף חלקים של סלילה הסטטור, לספק יחס מהירות לא רק 1: 2, אלא גם אחרים. בנוסף למנועי שני הילוכים, התעשייה מייצרת גם מנועים בעלי שלושה וארבעה הילוכים.

בקרת תדר של מנועים תלת פאזיים

כדלקמן מהאמור לעיל, ויסות המהירות של מנוע האינדוקציה קשה ביותר. בקרת מהירות משתנה אינסופית על פני טווח רחב תוך שמירה על קשיחות מספקת של מאפיינים אפשרית רק עם שליטה חלקית. על ידי שינוי תדירות זרם האספקה ​​ולכן מהירות הסיבוב של השדה המגנטי, ניתן להתאים את מהירות הסיבוב של רוטור המנוע.

עם זאת, כדי לשלוט על התדר בהתקנה, יש צורך בממיר תדרים, שיכול להמיר זרם תדר קבוע של רשת האספקה ​​של 50 הרץ לזרם תדר משתנה המשתנה בצורה חלקה על פני טווח רחב.

בתחילה, היו ניסיונות להשתמש בממירים במכונות חשמליות. עם זאת, כדי לקבל זרם תדר משתנה מגנרטור סינכרוני, יש צורך לסובב את הרוטור שלו במהירות משתנה. במקרה זה, המשימות של ויסות מהירות המנוע הפועל מוקצות למנוע המניע את הגנרטור הסינכרוני בסיבוב.

גם מחולל הקולט, שיכול לייצר זרם בתדירות משתנה במהירות סיבוב קבועה, לא אפשר לפתור את הבעיה, כי ראשית, יש צורך בזרם בתדר משתנה כדי לעורר אותו, ושנית, כמו כל מכונות קולט AC. , מתעוררים קשיים גדולים, המבטיחים תנועה נורמלית של האספן.

בפועל, בקרת תדרים החלה להתפתח עם הופעתו של התקני מוליכים למחצה... במקביל, התברר שניתן ליצור ממירי תדר לשליטה הן בתחנות כוח והן במנועי מנהלים במערכות סרוו והנעי סרוו.

יחד עם המורכבות של תכנון ממיר תדרים, יש גם צורך לשלוט בו זמנית בשתי כמויות - תדר ומתח. כאשר התדר יורד כדי להקטין את המהירות, ניתן לשמור על איזון ה-EMF ומתח הרשת רק על ידי הגדלת השטף המגנטי של המנוע. במקרה זה, המעגל המגנטי ירווה וזרם הסטטור יגדל באופן אינטנסיבי על פי חוק לא ליניארי. כתוצאה מכך, הפעולה של מנוע אינדוקציה במצב בקרת תדר במתח קבוע היא בלתי אפשרית.

על ידי הפחתת התדר, על מנת לשמור על השטף המגנטי ללא שינוי, יש צורך להפחית בו זמנית את רמת המתח. לפיכך, בבקרת תדר יש להשתמש בשני ערוצי בקרה: תדר ומתח.

אורז. 11. מאפיינים מכניים של מנוע אינדוקציה כאשר הוא מסופק עם מתח בתדר מבוקר ושטף מגנטי קבוע

מערכות בקרת תדר בנויות בדרך כלל כמערכות לולאה סגורה ומידע נוסף עליהן ניתן כאן: ויסות תדר של מנוע אסינכרוני