การควบคุมมอเตอร์สามเฟส วิธีการควบคุมความเร็วของมอเตอร์

การควบคุมมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสอาจเป็นได้ทั้งแบบพาราเมตริก นั่นคือ โดยการเปลี่ยนพารามิเตอร์ของวงจรเครื่อง หรือโดยตัวแปลงแยกต่างหาก

การควบคุมแบบพาราเมตริก

สลิปวิกฤตขึ้นอยู่กับความต้านทานที่ใช้งานของวงจรสเตเตอร์ เมื่อนำความต้านทานเพิ่มเติมเข้าสู่วงจรสเตเตอร์ ค่าจะลดลงเล็กน้อย แรงบิดสูงสุดอาจลดลงอย่างมาก ผลที่ได้คือคุณสมบัติทางกลจะอยู่ในรูปแบบที่แสดงในรูปที่ 1.

ข้าว. 1. ลักษณะทางกลของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสเมื่อเปลี่ยนพารามิเตอร์ของวงจรหลักและวงจรรอง: 1 — ธรรมชาติ 2 และ 3 — ด้วยการแนะนำเพิ่มเติมของความต้านทานแบบแอคทีฟและแบบเหนี่ยวนำในวงจรสเตเตอร์

เมื่อเปรียบเทียบกับลักษณะตามธรรมชาติของมอเตอร์ เราสามารถสรุปได้ว่าการแนะนำความต้านทานเพิ่มเติมในวงจรสเตเตอร์มีผลเพียงเล็กน้อยต่อความเร็ว ที่แรงบิดคงที่ความเร็วจะลดลงเล็กน้อยดังนั้น วิธีการควบคุมอัตรานี้จึงไม่มีประสิทธิภาพและไม่ได้ใช้ในเวอร์ชันที่ง่ายที่สุดนี้

การแนะนำความต้านทานแบบเหนี่ยวนำเข้าสู่วงจรสเตเตอร์ก็ไม่ได้ผลเช่นกัน การลื่นไถลที่สำคัญจะลดลงเล็กน้อยและแรงบิดของเครื่องยนต์จะลดลงอย่างมากเนื่องจากการลากที่เพิ่มขึ้น คุณลักษณะทางกลที่สอดคล้องกันจะแสดงในรูปเดียวกัน 1.

บางครั้งมีการแนะนำความต้านทานเพิ่มเติมในวงจรสเตเตอร์ เพื่อจำกัดกระแสไหลเข้า… ในกรณีนี้ โช้กมักจะใช้เป็นตัวต้านทานแบบเหนี่ยวนำเพิ่มเติม และไทริสเตอร์จะใช้เป็นตัวแอคทีฟ (รูปที่ 2)

ข้าว. 2. รวมไทริสเตอร์ในวงจรสเตเตอร์

อย่างไรก็ตามควรระลึกไว้เสมอว่าสิ่งนี้ไม่เพียงช่วยลดความสำคัญเท่านั้น แต่ยังช่วยลดความสำคัญได้อีกด้วย แรงบิดเริ่มต้นของมอเตอร์ (ใน c = 1) ซึ่งหมายความว่าการเริ่มต้นภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้เป็นไปได้ด้วยช่วงเวลาคงที่เพียงเล็กน้อยเท่านั้น แน่นอนว่าการเพิ่มความต้านทานเพิ่มเติมในวงจรโรเตอร์ทำได้เฉพาะกับมอเตอร์โรเตอร์ที่มีแผลเท่านั้น

ความต้านทานอุปนัยเพิ่มเติมในวงจรโรเตอร์มีผลเช่นเดียวกันกับความเร็วของมอเตอร์เมื่อนำมาใช้ในวงจรสเตเตอร์

ในทางปฏิบัติ การใช้ความต้านทานแบบอุปนัยในวงจรโรเตอร์เป็นเรื่องยากมาก เนื่องจากต้องทำงานที่ความถี่ผันแปรตั้งแต่ 50 Hz ถึงหลายเฮิรตซ์ และบางครั้งเศษเสี้ยวของเฮิรตซ์ ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว มันเป็นเรื่องยากมากที่จะสร้างสำลัก

ที่ความถี่ต่ำ ความต้านทานที่ใช้งานของตัวเหนี่ยวนำจะส่งผลกระทบเป็นหลัก จากการพิจารณาข้างต้น จะไม่มีการใช้ความต้านทานอุปนัยในวงจรโรเตอร์เพื่อควบคุมความเร็ว

วิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการควบคุมความเร็วแบบพาราเมตริกคือการเพิ่มความต้านทานแบบแอคทีฟในวงจรโรเตอร์ สิ่งนี้ทำให้เรามีกลุ่มคุณลักษณะที่มีแรงบิดสูงสุดคงที่ คุณลักษณะเหล่านี้ใช้เพื่อจำกัดกระแสและรักษาแรงบิดให้คงที่ และยังสามารถใช้ควบคุมความเร็วได้อีกด้วย

ในรูป 3 แสดงวิธีการเปลี่ยน r2 เช่น อินพุต rext เป็นไปได้ในช่วงเวลาคงที่เพื่อเปลี่ยนความเร็วในช่วงกว้าง — จากค่าเล็กน้อยเป็นศูนย์ อย่างไรก็ตามในทางปฏิบัติมันเป็นไปได้ที่จะปรับความเร็วสำหรับค่าโมเมนต์คงที่ที่มากเพียงพอเท่านั้น

ข้าว. 3. ลักษณะทางกลของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสพร้อมการแนะนำความต้านทานเพิ่มเติมในวงจรโรเตอร์

ที่ค่าต่ำของ (Mo) ในโหมดเกือบไม่ได้ใช้งาน ช่วงการควบคุมความเร็วจะลดลงอย่างมาก และจะต้องแนะนำความต้านทานเพิ่มเติมจำนวนมากเพื่อลดความเร็วอย่างเห็นได้ชัด

ควรระลึกไว้เสมอว่าเมื่อทำงานที่ความเร็วต่ำและมีแรงบิดคงที่สูง ความเสถียรของความเร็วจะไม่เพียงพอเนื่องจากลักษณะที่สูงชัน ความผันผวนเล็กน้อยของแรงบิดจะทำให้ความเร็วเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ

บางครั้งเพื่อให้การเร่งความเร็วของมอเตอร์โดยไม่ต้องถอดส่วนรีโอสแตตออกอย่างต่อเนื่อง รีโอสแตตและขดลวดเหนี่ยวนำจะเชื่อมต่อขนานกับวงแหวนโรเตอร์ (รูปที่ 4)

ข้าว. 4. การเชื่อมต่อแบบขนานของความต้านทานแอคทีฟและอินดักทีฟเพิ่มเติมในวงจรโรเตอร์ของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัส

ในช่วงเวลาเริ่มต้นของการเริ่มต้น เมื่อความถี่ของกระแสในโรเตอร์สูง กระแสจะปิดส่วนใหญ่ผ่านรีโอสแตท เช่นผ่านแรงต้านขนาดใหญ่ที่ให้แรงบิดเริ่มต้นสูงเพียงพอ เมื่อความถี่ลดลง ความต้านทานของอุปนัยจะลดลงและกระแสจะเริ่มปิดผ่านตัวเหนี่ยวนำเช่นกัน

เมื่อถึงความเร็วในการทำงาน เมื่อสลิปมีขนาดเล็ก กระแสจะไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำเป็นส่วนใหญ่ ซึ่งความต้านทานที่ความถี่ต่ำถูกกำหนดโดยความต้านทานไฟฟ้าของขดลวด rrev ดังนั้น เมื่อเริ่มต้น ความต้านทานภายนอกของวงจรทุติยภูมิจะเปลี่ยนจาก rreost เป็น roro โดยอัตโนมัติ และการเร่งจะเกิดขึ้นที่แรงบิดคงที่

การควบคุมแบบพาราเมตริกนั้นสัมพันธ์กับการสูญเสียพลังงานจำนวนมากโดยธรรมชาติ พลังงานสลิปซึ่งอยู่ในรูปของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกส่งผ่านช่องว่างจากสเตเตอร์ไปยังโรเตอร์และมักจะถูกแปลงเป็นกลไกโดยมีความต้านทานสูงของวงจรทุติยภูมิส่วนใหญ่จะทำให้ความต้านทานนี้ร้อนขึ้นและที่ s = 1 พลังงานทั้งหมดที่ถ่ายโอนจากสเตเตอร์ไปยังโรเตอร์จะถูกใช้ในรีโอสแตตของวงจรทุติยภูมิ (รูปที่ 5)

ข้าว. 5. การสูญเสียในวงจรทุติยภูมิเมื่อปรับความเร็วของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสโดยการแนะนำความต้านทานเพิ่มเติมในวงจรโรเตอร์: I - โซนของกำลังที่มีประโยชน์ที่ส่งไปยังเพลามอเตอร์, II - โซนของการสูญเสียในความต้านทานของวงจรทุติยภูมิ

ดังนั้น การควบคุมแบบพาราเมตริกจึงถูกนำมาใช้เป็นหลักสำหรับการลดความเร็วในระยะสั้นในกระบวนการทางเทคโนโลยีที่ดำเนินการโดยเครื่องจักรที่ทำงานเฉพาะในกรณีที่กระบวนการควบคุมความเร็วรวมกับการเริ่มต้นและการหยุดการทำงานของเครื่องจักร เช่น ในการติดตั้งการยก การควบคุมแบบพาราเมตริกด้วยการแนะนำความต้านทานเพิ่มเติมในวงจรโรเตอร์จะใช้เป็นวิธีหลักในการควบคุมความเร็ว

การควบคุมความเร็วโดยการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับสเตเตอร์

เมื่อปรับความเร็วของมอเตอร์เหนี่ยวนำโดยการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้า รูปร่างของคุณลักษณะทางกลจะไม่เปลี่ยนแปลง และโมเมนต์จะลดลงตามสัดส่วนของกำลังสองของแรงดันไฟฟ้า ลักษณะทางกลที่ความเค้นต่างกันแสดงในรูปที่ 6. อย่างที่คุณเห็น ในกรณีของมอเตอร์ทั่วไป ช่วงการควบคุมความเร็วจะจำกัดมาก

ข้าว. 6… การควบคุมความเร็วของมอเตอร์เหนี่ยวนำโดยการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าในวงจรสเตเตอร์

ระยะที่กว้างขึ้นเล็กน้อยสามารถทำได้ด้วยมอเตอร์สลิปสูง อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ ลักษณะทางกลจะสูงชัน (รูปที่ 7) และการทำงานที่เสถียรของเครื่องยนต์สามารถทำได้ด้วยการใช้ระบบปิดที่ให้ความเสถียรของความเร็วเท่านั้น

เมื่อแรงบิดคงที่เปลี่ยนแปลงระบบควบคุมจะรักษาระดับความเร็วที่กำหนดและเปลี่ยนจากคุณสมบัติเชิงกลหนึ่งไปสู่อีกลักษณะหนึ่ง ด้วยเหตุนี้ การทำงานจึงดำเนินต่อไปตามลักษณะที่แสดงโดยเส้นประ

ข้าว. 7. ลักษณะทางกลเมื่อปรับแรงดันสเตเตอร์ในระบบปิด

เมื่อไดรฟ์โอเวอร์โหลด มอเตอร์จะถึงคุณลักษณะขีดจำกัดที่สอดคล้องกับแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่เป็นไปได้ที่คอนเวอร์เตอร์มอบให้ และเมื่อโหลดเพิ่มขึ้น ความเร็วจะลดลงตามคุณลักษณะนี้ ที่โหลดต่ำ หากคอนเวอร์เตอร์ไม่สามารถลดแรงดันให้เป็นศูนย์ได้ จะมีความเร็วเพิ่มขึ้นตามลักษณะไฟฟ้ากระแสสลับ

แอมพลิฟายเออร์แม่เหล็กหรือตัวแปลงไทริสเตอร์มักใช้เป็นแหล่งควบคุมแรงดันไฟฟ้า ในกรณีของการใช้ไทริสเตอร์คอนเวอร์เตอร์ (รูปที่ 8) ตัวหลังมักจะทำงานในโหมดพัลส์ ในกรณีนี้ แรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยจำนวนหนึ่งจะคงอยู่ที่ขั้วสเตเตอร์ของมอเตอร์เหนี่ยวนำ ซึ่งจำเป็นต่อความเร็วที่กำหนด

ข้าว. 8. แผนการควบคุมความเร็วอิมพัลส์ของมอเตอร์เหนี่ยวนำ

ในการควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วสเตเตอร์ของมอเตอร์ ดูเหมือนว่าเป็นไปได้ที่จะใช้หม้อแปลงหรือตัวเปลี่ยนรูปแบบอัตโนมัติที่มีขดลวดแบบแบ่งส่วน อย่างไรก็ตามการใช้บล็อกหม้อแปลงแยกต่างหากนั้นเกี่ยวข้องกับค่าใช้จ่ายที่สูงมากและไม่ได้ให้คุณภาพการควบคุมที่จำเป็น เนื่องจากในกรณีนี้ การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าแบบขั้นตอนเป็นไปได้เท่านั้น และเป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติที่จะแนะนำอุปกรณ์เปลี่ยนส่วนใน ระบบอัตโนมัติ. บางครั้งใช้ตัวเปลี่ยนรูปแบบอัตโนมัติเพื่อจำกัดกระแสไหลเข้าของมอเตอร์กำลังสูง

การควบคุมความเร็วโดยการเปลี่ยนส่วนที่คดเคี้ยวของสเตเตอร์เป็นจำนวนคู่เสาที่แตกต่างกัน

มีกลไกการผลิตจำนวนมากที่ในระหว่างกระบวนการทางเทคโนโลยีต้องทำงานในระดับความเร็วที่แตกต่างกัน ในขณะที่ไม่จำเป็นต้องมีการควบคุมที่ราบรื่น แต่ก็เพียงพอแล้วที่จะมีไดรฟ์ที่มีการเปลี่ยนแปลงความเร็วแบบแยกส่วนทีละขั้นตอน กลไกดังกล่าวรวมถึงเครื่องจักรงานโลหะและงานไม้ ลิฟต์ ฯลฯ

สามารถทำความเร็วรอบคงที่ได้ในจำนวนจำกัด มอเตอร์กรงกระรอกหลายความเร็วซึ่งขดลวดสเตเตอร์จะเปลี่ยนเป็นจำนวนคู่ขั้วที่แตกต่างกัน เซลล์กระรอกของมอเตอร์เซลล์กระรอกสร้างจำนวนขั้วเท่ากับจำนวนขั้วสเตเตอร์โดยอัตโนมัติ

มีการใช้การออกแบบมอเตอร์สองแบบ: มีขดลวดหลายอันในช่องสเตเตอร์แต่ละช่อง และมีขดลวดเส้นเดียวที่สลับส่วนเพื่อสร้างจำนวนคู่ขั้วที่แตกต่างกัน

มอเตอร์หลายความเร็วที่มีขดลวดสเตเตอร์อิสระหลายตัวนั้นด้อยกว่ามอเตอร์หลายความเร็วแบบขดลวดเดียวในแง่ทางเทคนิคและเศรษฐกิจ ในมอเตอร์หลายขดลวด ขดลวดสเตเตอร์ถูกใช้อย่างไม่มีประสิทธิภาพ การเติมช่องสเตเตอร์ไม่เพียงพอ ประสิทธิภาพและ cosφ ต่ำกว่าค่าที่เหมาะสม ดังนั้นการกระจายหลักจึงได้มาจากมอเตอร์ขดลวดเดี่ยวหลายความเร็วพร้อมการสลับขดลวดในจำนวนคู่เสาที่แตกต่างกัน

เมื่อสลับส่วน การกระจาย MDS ในกระบอกสูบสเตเตอร์จะเปลี่ยนไป เป็นผลให้ความเร็วในการหมุนของ MDS เปลี่ยนไปด้วย และด้วยเหตุนี้ฟลักซ์แม่เหล็ก วิธีที่ง่ายที่สุดคือการสลับขั้วคู่ด้วยอัตราส่วน 1: 2 ในกรณีนี้ขดลวดของแต่ละเฟสจะทำเป็นสองส่วนการเปลี่ยนทิศทางของกระแสในส่วนใดส่วนหนึ่งช่วยให้คุณลดจำนวนขั้วลงได้ครึ่งหนึ่ง

พิจารณาวงจรของสเตเตอร์ที่คดเคี้ยวของมอเตอร์ซึ่งส่วนที่เปลี่ยนเป็นแปดและสี่ขั้ว ในรูป 9 แสดงขดลวดเฟสเดียวเพื่อความเรียบง่าย เมื่อเชื่อมต่อสองส่วนเป็นอนุกรม นั่นคือเมื่อส่วนท้ายของส่วนแรก K1 เชื่อมต่อกับจุดเริ่มต้นของ H2 ที่สอง เราจะได้แปดขั้ว (รูปที่ 9, a)

หากเราเปลี่ยนทิศทางของกระแสในส่วนที่สองเป็นตรงกันข้าม จำนวนขั้วที่เกิดจากขดลวดจะลดลงครึ่งหนึ่งและจะเท่ากับสี่ (รูปที่ 9, b) ทิศทางของกระแสในส่วนที่สองสามารถเปลี่ยนได้โดยการย้ายจัมเปอร์จากขั้วต่อ K1, H2 ไปยังขั้วต่อ K1, K2 นอกจากนี้ยังสามารถรับสี่เสาได้โดยการเชื่อมต่อส่วนต่าง ๆ แบบขนาน (รูปที่ 9, c)

ข้าว. 9. การสลับส่วนของสเตเตอร์ที่คดเคี้ยวเป็นจำนวนคู่ขั้วที่แตกต่างกัน

ลักษณะทางกลของมอเตอร์ความเร็วสองระดับที่มีขดลวดสเตเตอร์แบบสวิตซ์แสดงในรูปที่ สิบ.

ข้าว. 10. ลักษณะทางกลของมอเตอร์เหนี่ยวนำเมื่อเปลี่ยนขดลวดสเตเตอร์ของจำนวนคู่เสาที่ต่างกัน

เมื่อเปลี่ยนจากโครงร่าง a เป็นโครงร่าง b (รูปที่ 9) กำลังเครื่องยนต์คงที่จะคงอยู่ที่ความเร็วทั้งสองระดับ (รูปที่ 10, a) เมื่อใช้ตัวเลือกการเปลี่ยนเกียร์ที่สอง เครื่องยนต์สามารถพัฒนาแรงบิดได้เท่าเดิม เป็นไปได้ที่จะเปลี่ยนส่วนของขดลวดสเตเตอร์โดยให้อัตราส่วนความเร็วไม่เพียง แต่ 1: 2 แต่ยังรวมถึงส่วนอื่น ๆ นอกจากเครื่องยนต์ 2 สปีดแล้ว อุตสาหกรรมยังผลิตเครื่องยนต์ 3 และ 4 สปีดอีกด้วย

การควบคุมความถี่ของมอเตอร์สามเฟส

จากที่กล่าวมาข้างต้น การควบคุมความเร็วของมอเตอร์เหนี่ยวนำนั้นยากมาก การควบคุมความเร็วแบบแปรผันไม่สิ้นสุดในช่วงกว้างในขณะที่รักษาลักษณะความแข็งที่เพียงพอทำได้ด้วยการควบคุมบางส่วนเท่านั้น ด้วยการเปลี่ยนความถี่ของกระแสไฟและความเร็วของการหมุนของสนามแม่เหล็กจึงเป็นไปได้ที่จะปรับความเร็วของการหมุนของโรเตอร์มอเตอร์

อย่างไรก็ตาม ในการควบคุมความถี่ในการติดตั้ง จำเป็นต้องใช้ตัวแปลงความถี่ ซึ่งสามารถแปลงกระแสความถี่คงที่ของเครือข่ายแหล่งจ่ายไฟที่ 50 Hz เป็นกระแสความถี่แปรผันที่แปรผันได้อย่างราบรื่นในช่วงกว้าง

ในขั้นต้นมีความพยายามที่จะใช้ตัวแปลงกับเครื่องจักรไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ในการรับกระแสความถี่ตัวแปรจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัส จำเป็นต้องหมุนโรเตอร์ด้วยความเร็วตัวแปร ในกรณีนี้ ภารกิจในการควบคุมความเร็วของเครื่องยนต์ที่กำลังทำงานอยู่นั้นถูกกำหนดให้กับเครื่องยนต์ที่ขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสในการหมุน

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบสะสมซึ่งสามารถสร้างกระแสของความถี่แปรผันที่ความเร็วคงที่ของการหมุนก็ไม่อนุญาตให้แก้ปัญหาเพราะ ประการแรก จำเป็นต้องมีกระแสของความถี่แปรผันเพื่อกระตุ้น และประการที่สอง เช่นเดียวกับเครื่องสะสมไฟฟ้ากระแสสลับทั้งหมด ความยากลำบากเกิดขึ้นทำให้มั่นใจได้ว่าการแลกเปลี่ยนปกติของนักสะสม

ในทางปฏิบัติ การควบคุมความถี่เริ่มพัฒนาขึ้นพร้อมกับการเกิดขึ้นของ อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์… ในขณะเดียวกัน ก็สามารถสร้างตัวแปลงความถี่สำหรับควบคุมทั้งโรงไฟฟ้าและมอเตอร์ผู้บริหารในระบบเซอร์โวและไดรฟ์เซอร์โว

นอกจากความซับซ้อนในการออกแบบตัวแปลงความถี่แล้ว ยังมีความจำเป็นในการควบคุมปริมาณสองปริมาณพร้อมกัน นั่นคือ ความถี่และแรงดัน เมื่อความถี่ลดลงเพื่อลดความเร็ว ความสมดุลของแรงดัน EMF และกริดสามารถรักษาได้โดยการเพิ่มฟลักซ์แม่เหล็กของมอเตอร์เท่านั้น ในกรณีนี้ วงจรแม่เหล็กจะอิ่มตัวและกระแสสเตเตอร์จะเพิ่มขึ้นอย่างเข้มข้นตามกฎที่ไม่ใช่เชิงเส้น เป็นผลให้การทำงานของมอเตอร์เหนี่ยวนำในโหมดควบคุมความถี่ที่แรงดันคงที่เป็นไปไม่ได้

โดยการลดความถี่เพื่อให้ฟลักซ์แม่เหล็กไม่เปลี่ยนแปลงจำเป็นต้องลดระดับแรงดันไฟฟ้าพร้อมกัน ดังนั้นในการควบคุมความถี่จึงต้องใช้ช่องควบคุมสองช่อง: ความถี่และแรงดัน

ข้าว. 11. ลักษณะทางกลของมอเตอร์เหนี่ยวนำเมื่อจ่ายแรงดันด้วยความถี่ควบคุมและฟลักซ์แม่เหล็กคงที่

ระบบควบคุมความถี่มักจะสร้างเป็นระบบวงปิด และข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับระบบดังกล่าวมีให้ที่นี่: การควบคุมความถี่ของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัส