Управление частотой вращения асинхронного двигателя: Управление частотным преобразователем, векторное, скалярное.

Содержание

Управление частотным преобразователем, векторное, скалярное.

23.мар.2018

Компания Русэлком производит и поставляет преобразователи частоты для управления асинхронными двигателями. Поэтому для понимания принципа частотного управления рассмотрим более детально работу асинхронного двигателя и методы его частотного регулирования

Конструкция асинхронного двигателя схематически изображена на рис. 2. Двигатель состоит из неподвижной части, которая называется статор и подвижной (вращающейся) части называемой ротор.

В пазах статора уложены три группы обмоток А-В-С. Обмотки статора сдвинуты друг относительно друга в пространстве на угол 120°. Это является одним из двух обязательных условий для создания вращающегося магнитного поля статора.

Ротор двигателя изготовлен в виде цельного цилиндра из специальной электротехнической стали с короткозамкнутой обмоткой.

Рис. 2. Схематический разрез асинхронного двигателя.

На обмотки статора от источника питания подается трехфазное напряжение uа, uв, uс с частотой

Напряжения uа, uв, uс сдвинуты друг относительно друга по фазе на 120°. Это является вторым обязательным условием для создания вращающегося магнитного поля статора.

При питании обмоток статора электрического двигателя трехфазным напряжением с частотой создается вращающееся магнитное поле. Угловая скорость вращения этого поля в радианах определяется по известной формуле

– число пар полюсов статора.

Переход от угловой скорости вращения поля измеряемой в радианах, к частоте вращения выраженной в оборотах в минуту, осуществляется по следующей формуле

где 60 – коэффициент пересчета размерности.

Подставив в это уравнение скорость вращения поля, получим, что

Из формулы видно, что частота вращения магнитного поля статора зависит от частоты напряжения питания и числа пар полюсов.

К примеру, в двигателе с одной парой полюсов при частоте питающего напряжения 50 Гц частота вращения магнитного поля равна 3000 об/мин.

В синхронном электрическом двигателе частота вращения ротора на установившемся режиме равна частоте вращения магнитного поля статора

В асинхронном электрическом двигателе частота вращения ротора на установившемся режиме отличается от частоты вращения на величину скольжения . Для примера в асинхронном двигателе с одной парой полюсов при частоте питающего напряжения 50 Гц и при скольжении 5% частота вращения ротора равна 2850 об/мин.

Таким образом, частота вращения ротора синхронного и асинхронного двигателей зависит от частоты напряжения питания.

На этой зависимости и основан метод частотного регулирования.

Изменяя с помощью преобразователя частоту на входе двигателя, мы регулируем частоту вращения ротора.

В наиболее распространенном частотно регулируемом приводе на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяются скалярное и векторное частотное управление.

При скалярном управлении по определенному закону изменяют амплитуду и частоту приложенного к двигателю напряжения. Изменение частоты питающего напряжения приводит к отклонению от расчетных значений максимального и пускового моментов двигателя, к.п.д., коэффициента мощности. Поэтому для поддержания требуемых рабочих характеристик двигателя необходимо с изменением частоты одновременно соответственно изменять и амплитуду напряжения.

В существующих преобразователях частоты при скалярном управлении чаще всего поддерживается постоянным отношение максимального момента двигателя к моменту сопротивления на валу. То есть при изменении частоты амплитуда напряжения изменяется таким образом, что отношение максимального момента двигателя к текущему моменту нагрузки остается неизменным. Это отношение называется перегрузочная способность двигателя.

При постоянстве перегрузочной способности номинальные коэффициент мощности и к.п.д. двигателя на всем диапазоне регулирования частоты вращения практически не изменяются.

Максимальный момент, развиваемый двигателем, определяется следующей зависимостью

где — постоянный коэффициент.

Поэтому зависимость напряжения питания от частоты определяется характером нагрузки на валу электрического двигателя.

Для постоянного момента нагрузки поддерживается отношение U/f = const, и, по сути, обеспечивается постоянство максимального момента двигателя. Характер зависимости напряжения питания от частоты для случая с постоянным моментом нагрузки изображен на рис. 2. Угол наклона прямой на графике зависит от величин момента сопротивления и максимального крутящего момента двигателя.

Вместе с тем на малых частотах, начиная с некоторого значения частоты, максимальный момент двигателя начинает падать. Для компенсации этого и для увеличения пускового момента используется повышение уровня напряжения питания.

В случае вентиляторной нагрузки реализуется зависимость U/f²= const. Характер зависимости напряжения питания от частоты для этого случая показан на рис.3. При регулировании в области малых частот максимальный момент также уменьшается, но для данного типа нагрузки это некритично.

Используя зависимость максимального крутящего момента от напряжения и частоты, можно построить график U от f для любого типа нагрузки.

Важным достоинством скалярного метода является возможность одновременного управления группой электродвигателей.

Скалярное управление достаточно для большинства практических случаев применения частотно регулируемого электропривода с диапазоном регулирования частоты вращения двигателя до 1: 40.

Векторное управление позволяет существенно увеличить диапазон управления, точность регулирования, повысить быстродействие электропривода. Этот метод обеспечивает непосредственное управление вращающим моментом двигателя.

Вращающий момент определяется током статора, который создает возбуждающее магнитное поле. При непосредственном управлении моментом необходимо изменять кроме амплитуды и фазу статорного тока, то есть вектор тока. Этим и обусловлен термин «векторное управление».

Для управления вектором тока, а, следовательно, положением магнитного потока статора относительно вращающегося ротора требуется знать точное положение ротора в любой момент времени. Задача решается либо с помощью выносного датчика положения ротора, либо определением положения ротора путем вычислений по другим параметрам двигателя. В качестве этих параметров используются токи и напряжения статорных обмоток.

Менее дорогим является частотно регулируемый электропривод с векторным управлением без датчика обратной связи скорости, однако векторное управление при этом требует большого объема и высокой скорости вычислений от преобразователя частоты.

Кроме того, для непосредственного управления моментом при малых, близких к нулевым скоростям вращения работа частотно регулируемого электропривода без обратной связи по скорости невозможна.

Векторное управление с датчиком обратной связи скорости обеспечивает диапазон регулирования до 1:1000 и выше, точность регулирования по скорости – сотые доли процента, точность по моменту – единицы процентов.

В синхронном частотно регулируемом приводе применяются те же методы управления, что и в асинхронном.

Однако в чистом виде частотное регулирование частоты вращения синхронных двигателей применяется только при малых мощностях, когда нагрузочные моменты невелики, и мала инерция приводного механизма. При больших мощностях этим условиям полностью отвечает лишь привод с вентиляторной нагрузкой. В случаях с другими типами нагрузки двигатель может выпасть из синхронизма.

Для синхронных электроприводов большой мощности применяется метод частотного управления с самосинхронизацией, который исключает выпадение двигателя из синхронизма. Особенность метода состоит в том, что управление преобразователем частоты осуществляется в строгом соответствии с положением ротора двигателя.

Справочные материалы о кондиционерах

Однофазные асинхронные двигатели питаются от обычной сети переменного напряжения 220 В.

Наиболее распространённая конструкция таких двигателей содержит две (или более) обмотки — рабочую и фазосдвигающую. Рабочая питается напрямую, а дополнительная через конденсатор, который сдвигает фазу на 90 градусов, что создаёт вращающееся магнитное поле. Поэтому такие двигатели ещё называют двухфазные или конденсаторные.

Регулировать скорость вращения таких двигателей необходимо, например, для:

изменения расхода воздуха в системе вентиляции
регулирования производительности насосов
изменения скорости движущихся деталей, например в станках, конвеерах

В системах вентиляции это позволяет экономить электроэнергию, снизить уровень акустического шума установки, установить необходимую производительность.

Способы регулирования

Рассматривать механические способы изменения скорости вращения, например редукторы, муфты, шестерёнчатые трансмиссии мы не будем. Также не затронем способ изменения количества полюсов обмоток.

Рассмотрим способы с изменением электрических параметров:

изменение напряжения питания двигателя
изменение частоты питающего напряжения

Регулирование напряжением

Регулирование скорости этим способом связано с изменением, так называемого, скольжения двигателя — разностью между скоростью вращения магнитного поля, создаваемого неподвижным статором двигателя и его движущимся ротором:

S=(n₁-n₂)/n₂

n₁— скорость вращения магнитного поля

n₂— скорость вращения ротора

При этом обязательно выделяется энергия скольжения — из-за чего сильнее нагреваются обмотки двигателя.

Данный способ имеет небольшой диапазон регулирования, примерно 2:1, а также может осуществляться только вниз — то есть, снижением питающего напряжения.

При регулировании скорости таким способом необходимо устанавливать двигатели завышенной мощности.

Но несмотря на это, этот способ используется довольно часто для двигателей небольшой мощности с вентиляторной нагрузкой.

На практике для этого применяют различные схемы регуляторов.

Автотрансформаторное регулирование напряжения

Автотрансформатор — это обычный трансформатор, но с одной обмоткой и с отводами от части витков. При этом нет гальванической развязки от сети, но она в данном случае и не нужна, поэтому получается экономия из-за отсутствия вторичной обмотки.

На схеме изображён автотрансформатор

T1, переключатель SW1, на который приходят отводы с разным напряжением, и двигатель М1.

Регулировка получается ступенчатой, обычно используют не более 5 ступеней регулирования.

Преимущества данной схемы:

неискажённая форма выходного напряжения (чистая синусоида)
хорошая перегрузочная способность трансформатора

Недостатки:

большая масса и габариты трансформатора (зависят от мощности нагрузочного мотора)
все недостатки присущие регулировке напряжением

Тиристорный регулятор оборотов двигателя

В данной схеме используются ключи — два тиристора, включённых встречно-параллельно (напряжение переменное, поэтому каждый тиристор пропускает свою полуволну напряжения) или симистор.

Схема управления регулирует момент открытия и закрытия тиристоров относительно фазового перехода через ноль, соответственно «отрезается» кусок вначале или, реже в конце волны напряжения.

Таким образом изменяется среднеквадратичное значение напряжения.

Данная схема довольно широко используется для регулирования активной нагрузки — ламп накаливания и всевозможных нагревательных приборов (так называемые диммеры).

Ещё один способ регулирования — пропуск полупериодов волны напряжения, но при частоте в сети 50 Гц для двигателя это будет заметно — шумы и рывки при работе.

Для управления двигателями регуляторы модифицируют из-за особенностей индуктивной нагрузки:

устанавливают защитные LRC-цепи для защиты силового ключа (конденсаторы, резисторы, дроссели)
добавляют на выходе конденсатор для корректировки формы волны напряжения
ограничивают минимальную мощность регулирования напряжения — для гарантированного старта двигателя
используют тиристоры с током в несколько раз превышающим ток электромотора

Достоинства тиристорных регуляторов:

низкая стоимость
малая масса и размеры

Недостатки:

можно использовать для двигателей небольшой мощности
при работе возможен шум, треск, рывки двигателя
при использовании симисторов на двигатель попадает постоянное напряжение
все недостатки регулирования напряжением

Стоит отметить, что в большинстве современных кондиционеров среднего и высшего уровня скорость вентилятора регулируется именно таким способом.

Транзисторный регулятор напряжения

Как называет его сам производитель — электронный автотрансформатор или ШИМ-регулятор.

Изменение напряжения осуществляется по принципу ШИМ (широтно-импульсная модуляция), а в выходном каскаде используются транзисторы — полевые или биполярные с изолированным затвором (IGBT).

Выходные транзисторы коммутируются с высокой частотой (около 50 кГц), если при этом изменить ширину импульсов и пауз между ними, то изменится и результирующее напряжение на нагрузке. Чем короче импульс и длиннее паузы между ними, тем меньше в итоге напряжение и подводимая мощность.

Для двигателя, на частоте в несколько десятков кГц, изменение ширины импульсов равносильно изменению напряжения.

Выходной каскад такой же как и у частотного преобразователя, только для одной фазы — диодный выпрямитель и два транзистора вместо шести, а схема управления изменяет выходное напряжение.

Плюсы электронного автотрансформатора:

Небольшие габариты и масса прибора
Невысокая стоимость
Чистая, неискажённая форма выходного тока
Отсутствует гул на низких оборотах
Управление сигналом 0-10 Вольт

Слабые стороны:

Расстояние от прибора до двигателя не более 5 метров (этот недостаток устраняется при использовании дистанционного регулятора)
Все недостатки регулировки напряжением

Частотное регулирование

Ещё совсем недавно (10 лет назад) частотных регуляторов скорости двигателей на рынке было ограниченное количество, и стоили они довольно дорого. Причина — не было дешёвых силовых высоковольтных транзисторов и модулей.

Но разработки в области твердотельной электроники позволили вывести на рынок силовые IGBT-модули. Как следствие — массовое появление на рынке инверторных кондиционеров, сварочных инверторов, преобразователей частоты.

На данный момент частотное преобразование — основной способ регулирования мощности, производительности, скорости всех устройств и механизмов приводом в которых является электродвигатель.

Однако, преобразователи частоты предназначены для управления трёхфазными электродвигателями.

Однофазные двигатели могут управляться:

специализированными однофазными ПЧ
трёхфазными ПЧ с исключением конденсатора

Преобразователи для однофазных двигателей

В настоящее время только один производитель заявляет о серийном выпуске специализированного ПЧ для конденсаторных двигателей — INVERTEK DRIVES.

Это модель Optidrive E2

Для стабильного запуска и работы двигателя используются специальные алгоритмы.

При этом регулировка частоты возможна и вверх, но в ограниченном диапазоне частот, этому мешает конденсатор установленный в цепи фазосдвигающей обмотки, так как его сопротивление напрямую зависит от частоты тока:

Xc=1/2πfC

f — частота тока

С — ёмкость конденсатора

В выходном каскаде используется мостовая схема с четырьмя выходными IGBT транзисторами:

Optidrive E2 позволяет управлять двигателем без исключения из схемы конденсатора, то есть без изменения конструкции двигателя — в некоторых моделях это сделать довольно сложно.

Преимущества специализированного частотного преобразователя:

интеллектуальное управление двигателем
стабильно устойчивая работа двигателя
огромные возможности современных ПЧ:

возможность управлять работой двигателя для поддержания определённых характеристик (давления воды, расхода воздуха, скорости при изменяющейся нагрузке)
многочисленные защиты (двигателя и самого прибора)
входы для датчиков (цифровые и аналоговые)
различные выходы
коммуникационный интерфейс (для управления, мониторинга)
предустановленные скорости
ПИД-регулятор

Минусы использования однофазного ПЧ:

ограниченное управление частотой
высокая стоимость

Использование ЧП для трёхфазных двигателей

Стандартный частотник имеет на выходе трёхфазное напряжение. При подключении к ему однофазного двигателя из него извлекают конденсатор и соединяют по приведённой ниже схеме:

Геометрическое расположение обмоток друг относительно друга в статоре асинхронного двигателя составляет 90°:

Фазовый сдвиг трёхфазного напряжения -120°, как следствие этого — магнитное поле будет не круговое , а пульсирующее и его уровень будет меньше чем при питании со сдвигом в 90°.

В некоторых конденсаторных двигателях дополнительная обмотка выполняется более тонким проводом и соответственно имеет более высокое сопротивление.

При работе без конденсатора это приведёт к:

более сильному нагреву обмотки (срок службы сокращается, возможны кз и межвитковые замыкания)
разному току в обмотках

Многие ПЧ имеют защиту от асимметрии токов в обмотках, при невозможности отключить эту функцию в приборе работа по данной схеме будет невозможна

Преимущества:

более низкая стоимость по сравнению со специализированными ПЧ
огромный выбор по мощности и производителям
более широкий диапазон регулирования частоты
все преимущества ПЧ (входы/выходы, интеллектуальные алгоритмы работы, коммуникационные интерфейсы)

Недостатки метода:

необходимость предварительного подбора ПЧ и двигателя для совместной работы
пульсирующий и пониженный момент
повышенный нагрев
отсутствие гарантии при выходе из строя, т. к. трёхфазные ПЧ не предназначены для работы с однофазными двигателями

Управление скоростью асинхронного двигателя — MATLAB и Simulink

Управление скоростью асинхронного двигателя

Разработка и развертывание алгоритмов управления скоростью асинхронного двигателя с использованием Simulink

Управление скоростью асинхронного двигателя — это процесс управления токами в асинхронном двигателе для регулирования скорости. Хотя асинхронные двигатели часто используются в приложениях с фиксированной частотой, они популярны для приложений с переменной частотой, таких как промышленные приводы и электромобили. Для работы с переменной частотой инвертор модулирует ток в обмотках статора.

К сожалению, ваш браузер не поддерживает встроенные видео.

Скольжение и результирующий крутящий момент для асинхронного двигателя

Условные обозначения:
Желтая стрелка – результирующий крутящий момент
Пурпурная стрелка – вращающееся магнитное поле статора связь магнитных полей в статоре и роторе. Токи в статоре создают вращающееся магнитное поле, которое индуцирует токи и отстающее магнитное поле в роторе. Взаимодействие магнитного поля заставляет ротор вращаться с угловой скоростью, меньшей, чем скорость вращения поля статора. Эта задержка вращения, называемая проскальзыванием, создает крутящий момент на валу двигателя. Увеличение нагрузки на двигатель увеличивает скольжение и выходной крутящий момент двигателя.

Для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором регулирование скорости с помощью управления с ориентацией поля (FOC) регулирует I _d и I _q таким образом, что поток пропорционален I _d, а крутящий момент пропорционален I _д . Такой подход увеличивает диапазон скоростей и улучшает как динамические, так и установившиеся характеристики. Simulink ^® позволяет использовать многоскоростное моделирование для разработки, настройки и проверки алгоритмов FOC во всем рабочем диапазоне двигателя перед тестированием оборудования.

Эта диаграмма Simulink иллюстрирует типичный алгоритм FOC для управления скоростью трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Алгоритм FOC для управления скоростью асинхронного двигателя.

Основные компоненты стратегий управления асинхронными двигателями Включают:

Внутренний контур (пропорционально-интегральный или PI)
Регулирование тока по оси Q: регулирует ток по оси q для управления электрическим крутящим моментом, приложенным к двигателю
Управление током по оси D: для управления ослаблением поля регулирует ток, чтобы уменьшить поток по оси d и позволить двигателю вращаться со скоростью выше базовой за счет крутящего момента
Внешний контур (PI) : Контур управления скоростью асинхронного двигателя. Этот контур имеет более низкую частоту дискретизации по сравнению с внутренним контуром (управление током) и генерирует заданное значение крутящего момента. Заданное значение обрабатывается для создания опорного тока по осям d и q для внутреннего контура

.
Преобразования Clarke, Park и Inverse Park : Преобразование между стационарной и вращающейся синхронной рамой
Оценка скорости скольжения : Поскольку асинхронные двигатели являются асинхронными, скольжение между частотой статора и ротора оценивается для расчета синхронной скорости и положения ротора
Пространственно-векторная модуляция (SVM) : Генерирует модулированные импульсы для управления переключателями силовой электроники в инверторе
Датчик скорости : Скорость асинхронного двигателя можно измерить с помощью квадратурного энкодера или другого датчика. Для бездатчикового управления асинхронным двигателем алгоритм на основе наблюдателя заменяет физический датчик и оценивает скорость двигателя в режиме реального времени.

Simscape Electrical™ и Motor Control Blockset™ предоставляют асинхронный двигатель и примеры управления, ориентированного на поле, для разработки имитационной модели для управления скоростью асинхронного двигателя. Моделирование управления скоростью асинхронного двигателя с помощью Simulink помогает сократить время тестирования прототипа и позволяет проверить устойчивость алгоритмов управления к неисправностям, которые нецелесообразно тестировать на оборудовании.

Используя Simscape Electrical and Motor Control Blockset, инженеры по управлению двигателем разрабатывают управление скоростью асинхронного двигателя с помощью:

Моделирования асинхронных двигателей, инверторов и регуляторов скорости и тока
Автонастройка усиления контура управления скоростью асинхронного двигателя с использованием методов проектирования управления
Разработка алгоритмов наблюдения для оценки положения и скорости ротора.
Моделирование режимов запуска, выключения и ошибок, а также разработка логики снижения номинальных характеристик и защиты для обеспечения безопасной работы
Запуск моделирования двигателя и контроллера с обратной связью для проверки производительности системы в нормальных и нештатных режимах работы
Генерация ANSI, ISO или оптимизированного для процессора кода C и HDL из модели для быстрого прототипирования, аппаратного тестирования в цикле и внедрения в производство

Поле-ориентированное управление асинхронными двигателями с помощью Simulink и набора блоков управления двигателем.
5:34 Продолжительность видео 5:34.
Поле-ориентированное управление асинхронными двигателями с помощью Simulink и блока управления двигателем
Поле-ориентированное управление асинхронными двигателями с помощью Simulink.
3 видео
Полеориентированное управление асинхронными двигателями с помощью Simulink (3 видео)
Как много вы знаете о конструкции управления силовой электроникой?
Начать тест
Примеры и инструкции
Ориентированное на поле управление асинхронными двигателями с помощью Simulink и блока управления двигателем (5:34) — Видео
Прямое управление крутящим моментом асинхронной машины с модулятором пространственного вектора — Пример
Бездатчиковое полеориентированное управление асинхронным двигателем — Пример
Поле-ориентированное управление асинхронным двигателем с использованием датчика скорости — Пример
Управление без обратной связи и калибровка двигателя переменного тока — Пример
Полеориентированное управление индукционной машиной — Пример
Справочник по программному обеспечению
Индукционный двигатель — Документация
Опорные сигналы управления асинхронным двигателем, ориентированные на поле — Документация
Оценщик скорости скольжения для асинхронного двигателя — Документация
Поле-ориентированное управление приводом асинхронного двигателя — Документация
Учебники и примеры глубокого обучения — MATLAB и Simulink.
Переходите от простых задач к более сложным маневрам, просматривая интерактивные примеры и учебные пособия.
Изучите примеры управления двигателем
Ознакомьтесь с примерами преобразования энергии
Изучите примеры питания от батарей
Изучите сообщество Power Electronics Control Community
Сообщество MathWorks для студентов, исследователей и инженеров, использующих Simulink для управления силовой электроникой в электромобилях, возобновляемых источниках энергии, аккумуляторных системах, преобразовании энергии и управлении двигателем.
Начать обсуждение
Смотреть видео
Испытания.
Получите бесплатную пробную версию
30 дней исследования в ваших руках.
Загрузить сейчас
Понимание алгоритмов управления двигателем BLDC
Читать электронную книгу
Выберите сеть Сайт
Выберите веб-сайт, чтобы получить переведенный контент, где он доступен, и посмотреть местные события и предложения. На основе ваше местоположение, мы рекомендуем вам выбрать: .
Вы также можете выбрать веб-сайт из следующего списка:
Европа
Обратитесь в местный офис
Formula & Methods [GATE Notes]
Серия испытаний
Автор: Aina Parasher|Обновлено: 3 октября 2022 г. Однако скорость асинхронного двигателя также может изменяться за счет изменения его синхронной скорости и скольжения. Для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором скорость можно регулировать только через статор, но для асинхронного двигателя с контактными кольцами его скорость можно регулировать через статор, а также через его ротор.
Здесь мы подробно рассмотрим Управление скоростью асинхронного двигателя и различные методы, которые можно использовать для управления скоростью.
Прочитать статью полностью
Что такое регулирование скорости асинхронного двигателя?
Регулятор скорости асинхронного двигателя регулирует токи асинхронного двигателя для регулирования скорости. Выражение для скорости (N) асинхронного двигателя:
N=N _с (1−с)
Следовательно, мы можем контролировать скорость, изменяя ее синхронную скорость (N _s ) или изменение его слипа(ов). Синхронная скорость асинхронного двигателя зависит от частоты питания и числа полюсов статора. Крутящий момент асинхронного двигателя во время работы определяется выражением
T=[3×60/2πN _с ]×sE ₂ ² R ₂ /R ₂ ² ) ²
Следовательно, для заданных крутящего момента и нагрузки мы можем изменять напряжение и сопротивление ротора, чтобы изменять скольжение и контролировать скорость асинхронного двигателя.
Методы управления скоростью асинхронного двигателя
Со стороны статора мы можем получить управление скоростью асинхронного двигателя, используя следующие методы, а именно:
Метод управления напряжением
Метод управления частотой
Полюс Метод изменения
Метод сопротивления статора
Со стороны ротора скорость асинхронного двигателя можно контролировать с помощью
Метод управления сопротивлением ротора
Способ рекуперации мощности скольжения
Каскадное (или) тандемное соединение
Кратко обсудим эти методы управления скоростью асинхронного двигателя.
Метод управления напряжением
В этом методе управления скоростью асинхронного двигателя напряжение питания изменяется с помощью автотрансформатора. Практически мы не можем увеличить уровни напряжения сверх номинального напряжения, так как напряжение изоляции увеличится и приведет к повреждению изоляции.
T = [3 × 60 /2πn _S] × SE ₂ ² R ₂ /R ₂ ² +(SX ₂) ² 9005 9000 40004 во время работы. крошечный; следовательно, (sX ₂ ) ² можно пренебречь
⇒T 𝛼 sE ₂ ²
⇒T 𝛼 sV ₂ ²
Если напряжение снижается для данной нагрузки, скольжение будет увеличиваться при снижении скорости для поддержания постоянного крутящего момента нагрузки. Напряжение можно уменьшить до подходящего значения; двигатель станет нестабильным, если мы уменьшим напряжение ниже этого значения.
Метод управления частотой
Плотность потока сердечника статора обратно пропорциональна применяемой частоте. Чтобы уменьшить потери в сердечнике и улучшить работу двигателя, максимальная плотность потока (B _m ) должна поддерживаться постоянной.
B _m 𝛼 V/f
Таким образом, чтобы поддерживать максимальную плотность потока постоянной, мы должны изменять напряжение и частоту. Этот метод невозможен для частот выше номинальной частоты, поскольку необходимо также увеличить напряжение, что невозможно из-за ограничений по изоляции. Этот метод требует преобразователей переменного напряжения и переменной частоты, что делает этот метод дорогостоящим. Тем не менее, этот метод предлагает широкий диапазон регулирования скорости, не влияя на КПД двигателя.
Управление скоростью переключения полюсов
Этот метод управления скоростью асинхронного двигателя может применяться только к асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором. Поскольку количество полюсов в роторе асинхронного двигателя с контактными кольцами фиксировано, тогда как ротор с короткозамкнутым ротором может быть адаптирован к любому количеству полюсов. Полюса асинхронного двигателя можно менять двумя способами
Наборы нескольких обмоток
Последовательная смена полюсов
В первом методе мы используем несколько наборов обмоток статора, предназначенных для разных наборов полюсов. Во время работы любой из них может быть подключен в соответствии с требованиями пользователя к скорости, а остальные наборы останутся открытыми. Мы знаем, что
N _s =120f/P
По мере увеличения числа полюсов скорость будет уменьшаться. Этот метод может изменять скорость только ступенчато, и он требует больших затрат, поскольку включает несколько обмоток статора.
В методе последовательной смены полюсов мы можем получить другой набор полюсов, поменяв местами катушки. Этот метод может дать только два набора скоростей.
Метод сопротивления статора
Этот метод управления скоростью асинхронного двигателя аналогичен методу управления напряжением. Он требует последовательного включения трех реостатов с каждой фазой обмотки статора для снижения напряжения и достижения требуемой скорости. Поскольку из-за реостатов возникают некоторые потери мощности, этот метод будет предпочтительнее для машин с низким номиналом в течение небольшой продолжительности. Этот метод более выгоден при пуске, чем регулирование скорости.
Метод управления сопротивлением ротора
Этот метод управления скоростью возможен только для асинхронного двигателя с контактными кольцами, поскольку мы не можем получить доступ к ротору асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Этот метод подключает внешнее сопротивление к ротору через контактные кольца и щетки во время работы. Следовательно, это приводит к снижению крутящего момента.
T=[3×60/2πN _с ]×sE ₂ ² R ₂ /R ₂ ² +(sX 90928 20029 ) ²
При заданном напряжении статора ЭДС, индуцируемая в роторе E ₂, постоянна, и во время работы скольжение незначительно; следовательно, (sX ₂ ) ² можно пренебречь.
⇒T 𝛼 s/R ₂
Но для поддержания постоянного крутящего момента скорость ротора уменьшится, а скольжение увеличится. Поскольку рабочее скольжение увеличивается, этот метод неэффективен и непригоден для широкого круга приложений.
Метод восстановления мощности скольжения
В этом методе управления скоростью асинхронного двигателя внешнее напряжение подается на ротор через контактные кольца и щетки с частотой скольжения (sf) для получения установившегося крутящего момента. Это можно сделать двумя способами.
В первом способе мы увеличиваем напряжение ротора, что приводит к увеличению скорости при заданной нагрузке. Мы знаем, что
T 𝛼 sE ₂ ²
Если напряжение ротора увеличить, крутящий момент увеличится; впоследствии скорость вращения ротора увеличится, а скольжение уменьшится.
Во втором способе уменьшаем напряжение в роторе, тогда момент уменьшится, скорость увеличится, а скольжение уменьшится. Привод Шербиуса является лучшим примером такого рода операций.
Каскадное или тандемное соединение
В этом методе управления скоростью асинхронного двигателя нам нужны два асинхронных двигателя, один из которых представляет собой асинхронный двигатель с контактными кольцами, а другой представляет собой асинхронный двигатель с контактными кольцами или короткозамкнутый ротор. Индукционный двигатель. Обе машины будут механически соединены; первый двигатель представляет собой асинхронный двигатель с контактными кольцами, который питает второй двигатель через контактные кольца.
Скорость индукционного двигателя скольжения составляет
N _S1 = 120 F/P ₁
Скорость второго двигателя составляет
N _S2 = 120S ₁ F/F/F/ P ₂
В этом методе возможны четыре разные скорости. Они
120 F/P ₁ +P ₂ в кумулятивном каскаде
120 F/P ₁ -P ₂ в дифференциальном каскаде
120 F/P _{1 9 1 9}. 0029 (только при работе двигателя 1)
120 f/P ₂ (только при работе двигателя 2)
При дифференциальном каскадировании число полюсов обоих двигателей не должно быть одинаковым.
Часто задаваемые вопросы по управлению скоростью асинхронного двигателя
Какие существуют методы управления скоростью асинхронного двигателя?
Со стороны статора мы можем контролировать скорость, используя метод управления напряжением, метод управления сопротивлением, метод управления частотой и метод переключения полюсов. Со стороны ротора мы можем управлять скоростью, используя метод сопротивления ротора, метод рекуперации мощности скольжения и каскадное соединение.
Какими методами можно регулировать скорость асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором?
В асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором невозможно получить доступ к ротору, поэтому возможно только управление скоростью на основе статора, т. е. метод управления напряжением, метод управления сопротивлением, метод управления частотой и метод переключения полюсов.
Что такое метод переключения полюсов для управления скоростью в асинхронном двигателе?
Этот метод управления скоростью возможен двумя способами. Первый заключается в использовании нескольких наборов обмоток статора, в которых статор рассчитан на несколько наборов полюсов, поэтому мы можем соединить обмотку с набором полюсов, который соответствует нашим требованиям. Второй — последовательное изменение полюсов путем реверсирования катушек, поэтому мы можем получить еще одну другую скорость.
Что такое метод рекуперации мощности скольжения для регулирования скорости асинхронного двигателя?
В этом методе внешнее напряжение подается на ротор через контактные кольца и щетки с частотой скольжения (sf). Это можно сделать двумя способами. В первом способе мы увеличиваем напряжение ротора, что приводит к увеличению скорости при заданной нагрузке.