Kontrol motor tiga fase, metode kontrol kecepatan motor

Kontrol motor asinkron dapat berupa parametrik, yaitu dengan mengubah parameter sirkuit mesin, atau dengan konverter terpisah.

Kontrol parametrik

Slip kritis bergantung lemah pada resistansi aktif rangkaian stator. Ketika resistansi tambahan dimasukkan ke dalam rangkaian stator, nilainya sedikit menurun. Torsi maksimum dapat dikurangi secara signifikan. Akibatnya, karakteristik mekanis akan berbentuk seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1.

Beras. 1. Karakteristik mekanis motor asinkron saat mengubah parameter sirkuit primer dan sekunder: 1 — alami, 2 dan 3 — dengan pengenalan resistansi aktif dan induktif tambahan di sirkuit stator

Membandingkannya dengan karakteristik alami motor, kita dapat menyimpulkan bahwa pengenalan resistansi tambahan pada rangkaian stator memiliki pengaruh yang kecil terhadap kecepatan. Pada torsi statis konstan, kecepatan akan sedikit berkurang.Oleh karena itu, metode pengendalian laju ini tidak efisien dan tidak digunakan dalam versi yang paling sederhana ini.

Memperkenalkan resistansi induktif ke dalam rangkaian stator juga tidak efektif. Slip kritis juga akan sedikit berkurang, dan torsi mesin berkurang secara signifikan karena peningkatan drag. Karakteristik mekanis yang sesuai ditunjukkan pada gambar yang sama. 1.

Terkadang resistansi tambahan diperkenalkan di sirkuit stator untuk membatasi arus inrush… Dalam hal ini, choke biasanya digunakan sebagai resistansi induktif tambahan, dan thyristor digunakan sebagai yang aktif (Gbr. 2).

Beras. 2. Termasuk thyristor dalam rangkaian stator

Namun, harus diingat bahwa ini secara signifikan mengurangi tidak hanya yang kritis, tetapi juga torsi awal motor (dalam c = 1), yang berarti bahwa memulai dalam kondisi ini hanya mungkin dilakukan dengan momen statis kecil. Pengenalan resistansi tambahan di sirkuit rotor, tentu saja, hanya mungkin untuk motor rotor belitan.

Resistansi induktif tambahan pada rangkaian rotor memiliki efek yang sama pada kecepatan motor seperti ketika dimasukkan pada rangkaian stator.

Dalam praktiknya, penggunaan resistansi induktif dalam rangkaian rotor sangat sulit karena harus beroperasi pada frekuensi variabel - dari 50 Hz hingga beberapa hertz dan terkadang sebagian kecil dari hertz. Dalam kondisi seperti itu, sangat sulit untuk membuat choke.

Pada frekuensi rendah, resistansi aktif induktor akan mempengaruhi. Berdasarkan pertimbangan di atas, resistansi induktif pada rangkaian rotor tidak pernah digunakan untuk kontrol kecepatan.

Cara yang paling efektif dari kontrol kecepatan parametrik adalah dengan memperkenalkan resistansi aktif tambahan di sirkuit rotor. Ini memberi kami sekumpulan karakteristik dengan torsi maksimum yang konstan. Karakteristik ini digunakan untuk membatasi arus dan mempertahankan torsi konstan, dan juga dapat digunakan untuk mengontrol kecepatan.

Dalam gambar. 3 menunjukkan bagaimana dengan mengubah r2, yaitu masukan rext, dimungkinkan pada beberapa momen statis untuk mengubah kecepatan pada rentang yang luas - dari nominal ke nol. Namun dalam praktiknya, dimungkinkan untuk menyesuaikan kecepatan hanya untuk nilai momen statis yang cukup besar.

Beras. 3. Karakteristik mekanis motor asinkron dengan pengenalan resistansi tambahan di sirkuit rotor

Pada nilai rendah (Mo) dalam mode hampir diam, rentang kontrol kecepatan sangat berkurang dan resistansi tambahan yang sangat besar harus diperkenalkan untuk mengurangi kecepatan secara signifikan.

Perlu diingat bahwa saat beroperasi pada kecepatan rendah dan dengan torsi statis tinggi, stabilitas kecepatan tidak akan mencukupi, karena karena karakteristik kecuraman yang tinggi, sedikit fluktuasi torsi akan menyebabkan perubahan kecepatan yang signifikan.

Kadang-kadang, untuk memberikan akselerasi motor tanpa melepas bagian rheostat secara berurutan, rheostat dan koil induktif dihubungkan secara paralel ke cincin rotor (Gbr. 4).

Beras. 4. Koneksi paralel dari resistansi aktif dan induktif tambahan di sirkuit rotor motor asinkron

Pada saat awal start, ketika frekuensi arus di rotor tinggi, arus ditutup terutama melalui rheostat, mis.melalui resistansi besar yang memberikan torsi awal yang cukup tinggi. Saat frekuensi menurun, resistansi induktif menurun dan arus mulai menutup melalui induktansi juga.

Ketika kecepatan operasi tercapai, ketika slip kecil, arus mengalir terutama melalui induktor, yang resistansinya pada frekuensi rendah ditentukan oleh resistansi listrik dari rrev belitan. Jadi, saat start-up, resistansi eksternal sirkuit sekunder secara otomatis diubah dari rreost ke roro, dan akselerasi terjadi pada torsi yang hampir konstan.

Kontrol parametrik secara alami terkait dengan kehilangan energi yang besar. Energi selip, yang dalam bentuk energi elektromagnetik ditransmisikan melalui celah dari stator ke rotor dan biasanya diubah menjadi mekanik, dengan resistansi besar dari rangkaian sekunder, terutama untuk memanaskan resistansi ini, dan pada s = 1 semua energi yang ditransfer dari stator ke rotor, akan dikonsumsi di rheostat sirkuit sekunder (Gbr. 5).

Beras. 5. Kerugian di sirkuit sekunder saat menyesuaikan kecepatan motor asinkron dengan memperkenalkan resistansi tambahan di sirkuit rotor: I — zona daya berguna yang ditransmisikan ke poros motor, II — zona kerugian pada resistansi sirkuit sekunder

Oleh karena itu, kontrol parametrik terutama digunakan untuk pengurangan kecepatan jangka pendek selama proses teknologi yang dilakukan oleh mesin yang bekerja.Hanya dalam kasus di mana proses pengaturan kecepatan digabungkan dengan start dan stop mesin yang bekerja, seperti misalnya dalam instalasi pengangkatan, kontrol parametrik dengan pengenalan resistansi tambahan di sirkuit rotor digunakan sebagai sarana utama kontrol kecepatan.

Pengaturan kecepatan dengan memvariasikan tegangan yang diberikan ke stator

Saat mengatur kecepatan motor induksi dengan mengubah tegangan, bentuk karakteristik mekanis tetap tidak berubah, dan momen berkurang sebanding dengan kuadrat tegangan. Karakteristik mekanis pada tekanan yang berbeda ditunjukkan pada Gambar. 6. Seperti yang Anda lihat, jika menggunakan motor konvensional, rentang kendali kecepatan sangat terbatas.

Beras. 6… Pengaturan kecepatan motor induksi dengan mengubah tegangan pada rangkaian stator

Kisaran yang sedikit lebih lebar dapat dicapai dengan motor selip tinggi. Namun, dalam hal ini, karakteristik mekanisnya curam (Gbr. 7) dan pengoperasian mesin yang stabil hanya dapat dicapai dengan penggunaan sistem tertutup yang memberikan stabilisasi kecepatan.

Saat torsi statis berubah, sistem kontrol mempertahankan tingkat kecepatan tertentu dan terjadi transisi dari satu karakteristik mekanis ke karakteristik lainnya.Akibatnya, operasi berlanjut pada karakteristik yang ditunjukkan oleh garis putus-putus.

Beras. 7. Karakteristik mekanis saat mengatur tegangan stator dalam sistem tertutup

Ketika drive kelebihan beban, motor mencapai karakteristik batas yang sesuai dengan tegangan maksimum yang mungkin disediakan oleh konverter, dan ketika beban meningkat lebih jauh, kecepatan akan berkurang sesuai dengan karakteristik ini. Pada beban rendah, jika konverter tidak dapat menurunkan tegangan ke nol, akan terjadi peningkatan kecepatan sesuai dengan karakteristik AC.

Penguat magnetik atau konverter thyristor biasanya digunakan sebagai sumber tegangan yang dikendalikan. Dalam hal menggunakan konverter thyristor (Gbr. 8), yang terakhir biasanya bekerja dalam mode pulsa. Dalam hal ini, tegangan rata-rata tertentu dipertahankan pada terminal stator motor induksi, yang diperlukan untuk memastikan kecepatan tertentu.

Beras. 8. Skema kontrol kecepatan impuls motor induksi

Untuk mengatur tegangan pada terminal stator motor, tampaknya mungkin menggunakan transformator atau autotransformator dengan belitan penampang. Namun, penggunaan blok transformator terpisah dikaitkan dengan biaya yang sangat tinggi dan tidak memberikan kualitas pengaturan yang diperlukan, karena dalam hal ini hanya perubahan voltase bertahap yang dimungkinkan, dan secara praktis tidak mungkin untuk memperkenalkan perangkat pengalih bagian ke dalam sistem otomatis. Autotransformer kadang-kadang digunakan untuk membatasi arus lonjakan motor yang kuat.

Kontrol kecepatan dengan mengalihkan bagian belitan stator ke jumlah pasangan kutub yang berbeda

Ada sejumlah mekanisme produksi yang selama proses teknologi harus bekerja pada tingkat kecepatan yang berbeda, sementara tidak diperlukan pengaturan yang mulus, tetapi cukup memiliki penggerak dengan perubahan kecepatan yang terpisah, bertahap. Mekanisme tersebut mencakup beberapa mesin pengerjaan logam dan pengerjaan kayu, lift, dll.

Sejumlah kecepatan rotasi tetap dapat dicapai motor sangkar-tupai multi-kecepatan, di mana belitan stator beralih ke jumlah pasangan kutub yang berbeda. Sel tupai motor sel tupai secara otomatis membentuk jumlah kutub yang sama dengan jumlah kutub stator.

Dua desain motor digunakan: dengan belitan ganda di setiap slot stator, dan dengan belitan tunggal yang bagiannya dialihkan untuk menghasilkan jumlah pasangan kutub yang berbeda.

Motor multi-kecepatan dengan beberapa belitan stator independen lebih rendah daripada motor multi-kecepatan belitan tunggal dalam hal teknis dan ekonomis. Pada motor multi belitan, belitan stator digunakan secara tidak efisien, pengisian slot stator tidak mencukupi, efisiensi dan cosφ di bawah optimal. Oleh karena itu, distribusi utama diperoleh dari motor berliku tunggal multi-kecepatan dengan pergantian belitan pada jumlah pasangan kutub yang berbeda.

Saat berpindah bagian, distribusi MDS di lubang stator berubah. Akibatnya, kecepatan putaran MDS juga berubah, dan karenanya fluks magnet. Cara termudah adalah dengan mengganti pasangan kutub dengan perbandingan 1: 2. Dalam hal ini belitan setiap fasa dibuat dalam bentuk dua bagian.Mengubah arah arus di salah satu bagian memungkinkan Anda membagi dua jumlah pasangan tiang.

Pertimbangkan sirkuit belitan stator motor, yang bagian-bagiannya dialihkan ke delapan dan empat kutub. Dalam gambar. 9 menunjukkan belitan fase tunggal untuk kesederhanaan. Ketika dua bagian dihubungkan secara seri, yaitu ketika ujung bagian pertama K1 dihubungkan ke awal H2 kedua, kita mendapatkan delapan kutub (Gbr. 9, a).

Jika kita mengubah arah arus di bagian kedua ke kebalikannya, maka jumlah kutub yang dibentuk oleh koil akan berkurang setengahnya dan akan sama dengan empat (Gbr. 9, b). Arah arus di bagian kedua dapat diubah dengan mentransfer jumper dari terminal K1, H2 ke terminal K1, K2. Juga, empat tiang dapat diperoleh dengan menghubungkan bagian secara paralel (Gbr. 9, c).

Beras. 9. Mengalihkan bagian belitan stator ke jumlah pasangan kutub yang berbeda

Karakteristik mekanis motor dua kecepatan dengan belitan stator yang diaktifkan ditunjukkan pada Gambar. sepuluh.

Beras. 10. Karakteristik mekanis motor induksi saat mengganti belitan stator dengan jumlah pasangan kutub yang berbeda

Saat beralih dari skema a ke skema b (Gbr. 9), tenaga engine konstan dipertahankan pada kedua tingkat kecepatan (Gbr. 10, a). Saat menggunakan opsi perpindahan gigi kedua, mesin dapat mengembangkan torsi yang sama. Dimungkinkan untuk mengganti bagian belitan stator, memberikan rasio kecepatan tidak hanya 1: 2, tetapi juga yang lain. Selain mesin dua kecepatan, industri ini juga memproduksi mesin tiga dan empat kecepatan.

Kontrol frekuensi motor tiga fase

Sebagai berikut dari penjelasan di atas, pengaturan kecepatan motor induksi sangat sulit. Kontrol kecepatan variabel tak terbatas pada rentang yang luas sambil mempertahankan kekakuan karakteristik yang memadai hanya dimungkinkan dengan kontrol parsial. Dengan mengubah frekuensi arus suplai dan karenanya kecepatan putaran medan magnet, dimungkinkan untuk mengatur kecepatan putaran rotor motor.

Namun, untuk mengontrol frekuensi dalam instalasi, diperlukan konverter frekuensi, yang dapat mengubah arus frekuensi konstan dari jaringan suplai 50 Hz menjadi arus frekuensi variabel yang bervariasi dengan lancar pada rentang yang luas.

Awalnya, ada upaya untuk menggunakan konverter pada mesin listrik. Namun, untuk mendapatkan arus frekuensi variabel dari generator sinkron, perlu memutar rotornya dengan kecepatan variabel. Dalam hal ini, tugas mengatur kecepatan mesin yang sedang berjalan ditugaskan ke mesin yang menggerakkan generator sinkron secara berotasi.

Generator pengumpul, yang dapat menghasilkan arus frekuensi variabel dengan kecepatan putaran konstan, juga tidak memungkinkan penyelesaian masalah, karena, pertama, diperlukan arus frekuensi variabel untuk membangkitkannya, dan kedua, seperti semua mesin pengumpul AC , kesulitan besar muncul, memastikan pergantian kolektor yang normal.

Dalam praktiknya, kontrol frekuensi mulai berkembang dengan munculnya perangkat semikonduktor… Pada saat yang sama, ternyata dimungkinkan untuk membuat konverter frekuensi untuk mengendalikan pembangkit listrik dan motor eksekutif dalam sistem servo dan penggerak servo.

Bersamaan dengan kerumitan perancangan konverter frekuensi, ada juga kebutuhan untuk mengontrol dua besaran secara bersamaan — frekuensi dan voltase. Ketika frekuensi menurun untuk menurunkan kecepatan, EMF dan keseimbangan tegangan jaringan hanya dapat dipertahankan dengan meningkatkan fluks magnet motor. Dalam hal ini, sirkuit magnetik akan jenuh dan arus stator akan meningkat secara intensif menurut hukum nonlinier. Akibatnya, pengoperasian motor induksi dalam mode kontrol frekuensi pada tegangan konstan menjadi tidak mungkin.

Dengan mengurangi frekuensi, untuk menjaga agar fluks magnet tidak berubah, level tegangan perlu dikurangi secara bersamaan. Jadi, dalam kontrol frekuensi, dua saluran kontrol harus digunakan: frekuensi dan tegangan.

Beras. 11. Karakteristik mekanis motor induksi ketika disuplai dengan voltase frekuensi terkontrol dan fluks magnet konstan

Sistem kontrol frekuensi biasanya dibangun sebagai sistem loop tertutup dan informasi lebih lanjut tentangnya diberikan di sini: Pengaturan frekuensi motor asinkron