Regulacja prędkości silnika indukcyjnego

Najczęściej spotykane są następujące sposoby sterowania prędkością obrotową silnika asynchronicznego: zmiana rezystancji dodatkowej obwodu wirnika, zmiana napięcia dostarczanego do uzwojenia stojana, zmiana częstotliwości napięcia zasilania, a także jak zmiana liczby biegunów.

Regulacja prędkości silnika indukcyjnego poprzez wprowadzenie rezystorów do obwodu wirnika

Wstęp rezystory w obwodzie wirnika prowadzi do wzrostu strat mocy i zmniejszenia prędkości wirnika silnika z powodu wzrostu poślizgu, ponieważ n = nО (1 — s).

Figa. 1 wynika, że ​​wraz ze wzrostem oporu w obwodzie wirnika przy tym samym momencie obrotowym prędkość obrotowa silnika maleje.

Twardość właściwości mechaniczne znacznie maleje wraz ze spadkiem prędkości obrotowej, co ogranicza zakres regulacji do (2 — 3): 1. Wadą tej metody są znaczne straty energii, które są proporcjonalne do poślizgu. Taka regulacja jest możliwa tylko dla silnik wirnika. 

Regulacja prędkości obrotowej silnika indukcyjnego poprzez zmianę napięcia stojana

Zmiana napięcia przyłożonego do uzwojenia stojana silnika asynchronicznego umożliwia regulację prędkości za pomocą stosunkowo prostych środków technicznych i schematów sterowania. Aby to zrobić, regulator napięcia jest podłączony między siecią prądu przemiennego o standardowym napięciu U1nom a stojanem silnika elektrycznego.

Podczas regulacji prędkości silnik asynchroniczny przy zmianie napięcia przyłożonego do uzwojenia stojana moment krytyczny Mcr silnika asynchronicznego zmienia się proporcjonalnie do kwadratu napięcia przyłożonego do silnika Uret (rys. 3) i poślizg od Ureg nie zależy.

Ryż. 1. Charakterystyki mechaniczne silnika indukcyjnego z uzwojonym wirnikiem przy różnych rezystancjach rezystorów wchodzących w skład obwodu wirnika

Ryż. 2. Schemat regulacji prędkości silnika indukcyjnego poprzez zmianę napięcia stojana

Ryż. 3. Charakterystyki mechaniczne silnika indukcyjnego przy zmianie napięcia przyłożonego do uzwojeń stojana

Jeżeli moment oporu napędzanej maszyny jest większy moment rozruchowy silnika elektrycznego (Ms> Mstart), wtedy silnik nie będzie się obracał, dlatego należy go uruchomić przy napięciu znamionowym Unom lub na biegu jałowym.

W ten sposób możliwa jest regulacja prędkości obrotowej silników indukcyjnych klatkowych tylko przy obciążeniu podobnym do wentylatora. Ponadto należy zastosować specjalne silniki o wysokim poślizgu. Zakres regulacji jest niewielki, do nkr.

Aby zmienić napięcie, zastosuj autotransformatory trójfazowe i tyrystorowe regulatory napięcia.

Ryż. 4.Schemat tyrystorowego regulatora napięcia układu regulacji prędkości w pętli zamkniętej - silnik indukcyjny (TRN - IM)

Sterowanie silnikiem asynchronicznym w pętli zamkniętej wykonane zgodnie ze schematem tyrystorowego regulatora napięcia — silnik elektryczny umożliwia regulację prędkości silnika asynchronicznego ze zwiększonym poślizgiem (takie silniki są stosowane w centralach wentylacyjnych).

Regulacja prędkości obrotowej silnika indukcyjnego poprzez zmianę częstotliwości napięcia zasilającego

Ponieważ częstotliwość wirowania pola magnetycznego stojana nie = 60e/p, to regulację prędkości obrotowej silnika indukcyjnego można przeprowadzić poprzez zmianę częstotliwości napięcia zasilającego.

Zasada częstotliwościowej metody regulacji prędkości silnika asynchronicznego polega na tym, że zmieniając częstotliwość napięcia zasilającego, zgodnie ze wzorem o stałej liczbie par biegunów p, można zmienić prędkość kątową o pole magnetyczne stojana.

Ta metoda zapewnia płynną kontrolę prędkości w szerokim zakresie, a właściwości mechaniczne mają wysoką sztywność.

W celu uzyskania wysokich parametrów energetycznych silników asynchronicznych (współczynniki mocy, sprawność, przeciążalność) konieczna jest jednoczesna zmiana napięcia zasilania z częstotliwością. Prawo zmiany naprężenia zależy od charakteru momentu obciążającego Ms. Przy stałym obciążeniu momentem obrotowym napięcie stojana musi być kontrolowane proporcjonalnie do częstotliwości.

Schemat ideowy napędu elektrycznego częstotliwości pokazano na ryc. 5, a charakterystykę mechaniczną IM dostrojonego do częstotliwości pokazano na ryc. 6.

Ryż. 5.Schemat przetwornicy częstotliwości

Ryż. 6. Charakterystyki mechaniczne silnika asynchronicznego z regulacją częstotliwości

Wraz ze spadkiem częstotliwości f moment krytyczny nieznacznie maleje w obszarze małych prędkości obrotowych. Wynika to ze wzrostu wpływu rezystancji czynnej uzwojenia stojana przy jednoczesnym spadku częstotliwości i napięcia.

Regulacja częstotliwościowa prędkości silnika asynchronicznego umożliwia zmianę prędkości w zakresie (20 — 30): 1. Metoda częstotliwościowa jest najbardziej obiecująca do regulacji silnika asynchronicznego z wirnikiem w klatce. Straty mocy w tym układzie są niewielkie, ponieważ straty poślizgowe są minimalne.

Najnowocześniejsze przetwornice częstotliwości zbudowane zgodnie ze schematem podwójnej konwersji. Składają się z następujących głównych części: obwód DC (prostownik niesterowany), falownik impulsowy oraz układ sterowania.

Obwód DC składa się z niesterowanego prostownika i filtra. Napięcie przemienne sieci zasilającej jest przetwarzane na napięcie prądu stałego.

Trójfazowy falownik mocy zawiera sześć przełączników tranzystorowych. Każde uzwojenie silnika jest połączone za pomocą odpowiedniego przełącznika z dodatnimi i ujemnymi zaciskami prostownika. Falownik przetwarza napięcie wyprostowane na trójfazowe napięcie przemienne o żądanej częstotliwości i amplitudzie, które jest przykładane do uzwojeń stojana silnika elektrycznego.

W stopniach wyjściowych falownika przełączniki mocy są używane jako przełączniki. Tranzystory IGBT… W porównaniu z tyrystorami mają wyższą częstotliwość przełączania, co pozwala im na wytwarzanie sinusoidalnego sygnału wyjściowego przy minimalnych zniekształceniach.Regulacja częstotliwości wyjściowej Napięcia wyjściowe i wyjściowe realizowane są za pomocą wysokiej częstotliwości Modulacja szerokości impulsów.

Sterowanie prędkością przełączania silnika indukcyjnego Para biegunów

Stopniową kontrolę prędkości można wykonać za pomocą specjalnych wielobiegowe silniki indukcyjne klatkowe. 

Z wyrażenia no = 60e/p wynika, że ​​przy zmianie liczby par biegunów p uzyskuje się dla pola magnetycznego stojana charakterystykę mechaniczną przy różnych prędkościach obrotowych. Ponieważ wartość p jest określona liczbami całkowitymi, przejście od jednej charakterystyki do drugiej w procesie dopasowywania jest stopniowe.

Istnieją dwa sposoby zmiany liczby par biegunów. W pierwszym przypadku w żłobkach stojana umieszczone są dwa uzwojenia o różnej liczbie biegunów. Gdy zmienia się prędkość, jedno z uzwojeń jest podłączone do sieci.W drugim przypadku uzwojenie każdej fazy składa się z dwóch części połączonych równolegle lub szeregowo. W tym przypadku liczba par biegunów zmienia się dwukrotnie.

Ryż. 7. Schematy przełączania uzwojeń silnika asynchronicznego: a — z gwiazdy pojedynczej na gwiazdę podwójną; b — od trójkąta do gwiazdy podwójnej

Sterowanie prędkością poprzez zmianę liczby par biegunów jest ekonomiczne, a właściwości mechaniczne zachowują sztywność. Wadą tej metody jest skokowy charakter zmiany prędkości obrotowej silnika indukcyjnego z wirnikiem klatkowym. Dostępne są silniki dwubiegowe z biegunami 4/2, 8/4, 12/6. Czterobiegowy silnik elektryczny 12/8/6/4-biegunowy ma dwa uzwojenia przełączające.

Wykorzystane materiały z książki Daineko V.A., Kovalinsky A.I. Wyposażenie elektryczne przedsiębiorstw rolniczych.