Control de motores trifásicos, métodos de control de velocidad de motores.

El control de motores asíncronos puede ser paramétrico, es decir, cambiando los parámetros de los circuitos de la máquina, o mediante un convertidor separado.

Control paramétrico

El deslizamiento crítico depende débilmente de la resistencia activa del circuito del estator. Cuando se introduce resistencia adicional en el circuito del estator, el valor disminuye ligeramente. El par máximo puede reducirse significativamente. Como resultado, la característica mecánica tomará la forma que se muestra en la Fig. 1.

Arroz. 1. Características mecánicas de un motor asíncrono al cambiar los parámetros del circuito primario y secundario: 1 — natural, 2 y 3 — con la introducción de resistencia activa e inductiva adicional en el circuito del estator

Comparándolo con la característica natural del motor, podemos concluir que la introducción de resistencia adicional en el circuito del estator tiene poco efecto sobre la velocidad. A un par estático constante, la velocidad disminuirá ligeramente.Por lo tanto, este método de control de velocidad es ineficiente y no se usa en esta versión más simple.

La introducción de resistencia inductiva en el circuito del estator tampoco es efectiva. El deslizamiento crítico también disminuirá ligeramente y el par motor se reduce significativamente debido al aumento de la resistencia. La característica mecánica correspondiente se muestra en la misma fig. 1.

A veces se introduce una resistencia adicional en el circuito del estator para limitar las corrientes de irrupción… En este caso, los estranguladores se suelen utilizar como resistencia inductiva adicional y los tiristores se utilizan como activos (Fig. 2).

Arroz. 2. Incluyendo tiristores en el circuito del estator.

Sin embargo, debe tenerse en cuenta que esto reduce significativamente no solo el crítico, sino también par de arranque del motor (en c = 1), lo que significa que el arranque en estas condiciones solo es posible con un pequeño momento estático. La introducción de una resistencia adicional en el circuito del rotor, por supuesto, solo es posible para un motor de rotor bobinado.

La resistencia inductiva adicional en el circuito del rotor tiene el mismo efecto sobre la velocidad del motor que cuando se introduce en el circuito del estator.

En la práctica, el uso de resistencia inductiva en un circuito de rotor es extremadamente difícil debido al hecho de que debe operar a una frecuencia variable, desde 50 Hz hasta varios hercios y, a veces, fracciones de hercio. En tales condiciones, es muy difícil crear un estrangulador.

A baja frecuencia, la resistencia activa del inductor afectará principalmente. Con base en las consideraciones anteriores, la resistencia inductiva en el circuito del rotor nunca se usa para el control de velocidad.

La forma más efectiva de control de velocidad paramétrico es introducir una resistencia activa adicional en el circuito del rotor. Esto nos da una familia de características con par máximo constante. Estas características se utilizan para limitar la corriente y mantener un par constante, y también se pueden utilizar para controlar la velocidad.

En la Fig. 3 muestra cómo al cambiar r2, es decir, input rext, es posible en algún momento estático cambiar la velocidad en un amplio rango, desde nominal a cero. En la práctica, sin embargo, es posible ajustar la velocidad solo para valores suficientemente grandes del momento estático.

Arroz. 3. Características mecánicas de un motor asíncrono con la introducción de resistencia adicional en el circuito del rotor.

A valores bajos de (Mo) en el modo casi inactivo, el rango de control de velocidad se reduce considerablemente y habrá que introducir resistencias adicionales muy grandes para reducir la velocidad de forma apreciable.

Debe tenerse en cuenta que al operar a bajas velocidades y con pares estáticos altos, la estabilidad de la velocidad será insuficiente, ya que debido a la gran pendiente de las características, ligeras fluctuaciones en el par provocarán cambios significativos en la velocidad.

A veces, para proporcionar aceleración al motor sin la eliminación sucesiva de las secciones del reóstato, se conectan un reóstato y una bobina inductiva en paralelo a los anillos del rotor (Fig. 4).

Arroz. 4. Conexión en paralelo de resistencia activa e inductiva adicional en el circuito del rotor del motor asíncrono

En el momento inicial del arranque, cuando la frecuencia de la corriente en el rotor es alta, la corriente se cierra principalmente a través del reóstato, es decira través de una gran resistencia que proporciona un par de arranque suficientemente alto. A medida que la frecuencia disminuye, la resistencia inductiva disminuye y la corriente también comienza a cerrarse a través de la inductancia.

Cuando se alcanzan las velocidades de operación, cuando el deslizamiento es pequeño, la corriente fluye principalmente a través del inductor, cuya resistencia a baja frecuencia está determinada por la resistencia eléctrica del devanado rrev. Así, en el arranque, la resistencia externa del circuito secundario cambia automáticamente de reost a roro, y la aceleración se produce a un par prácticamente constante.

El control paramétrico se asocia naturalmente con grandes pérdidas de energía. La energía de deslizamiento, que en forma de energía electromagnética se transmite a través del entrehierro del estator al rotor y suele convertirse en mecánica, con una gran resistencia del circuito secundario, se destina principalmente a calentar esta resistencia, y en s = 1 toda la energía transferida del estator al rotor, será consumida en los reóstatos del circuito secundario (Fig. 5).

Arroz. 5. Pérdidas en el circuito secundario al ajustar la velocidad de un motor asíncrono introduciendo una resistencia adicional en el circuito del rotor: I — zona de potencia útil transmitida al eje del motor, II — zona de pérdidas en las resistencias del circuito secundario

Por lo tanto, el control paramétrico se utiliza principalmente para la reducción de velocidad a corto plazo en el transcurso del proceso tecnológico llevado a cabo por la máquina de trabajo.Solo en los casos en que los procesos de regulación de la velocidad se combinan con el arranque y la parada de la máquina de trabajo, como por ejemplo en las instalaciones de elevación, se utiliza el control paramétrico con la introducción de una resistencia adicional en el circuito del rotor como medio principal de control de la velocidad.

Regulación de velocidad variando la tensión aplicada al estator

Al ajustar la velocidad de un motor de inducción cambiando el voltaje, la forma de la característica mecánica permanece sin cambios y los momentos disminuyen en proporción al cuadrado del voltaje. Las características mecánicas a diferentes esfuerzos se muestran en la Fig. 6. Como puede ver, en el caso de utilizar motores convencionales, el rango de control de velocidad es muy limitado.

Arroz. 6… Regulación de la velocidad de un motor de inducción cambiando el voltaje en el circuito del estator

Se puede lograr un rango ligeramente más amplio con un motor de alto deslizamiento. Sin embargo, en este caso, las características mecánicas son pronunciadas (Fig. 7) y el funcionamiento estable del motor solo se puede lograr con el uso de un sistema cerrado que proporciona estabilización de velocidad.

Cuando el par estático cambia, el sistema de control mantiene un nivel de velocidad dado y ocurre una transición de una característica mecánica a otra, como resultado, la operación continúa en las características mostradas por las líneas discontinuas.

Arroz. 7. Características mecánicas al ajustar la tensión del estator en un sistema cerrado.

Cuando el variador está sobrecargado, el motor alcanza la característica límite correspondiente a la máxima tensión posible que proporciona el convertidor y, a medida que aumenta la carga, la velocidad disminuye de acuerdo con esta característica. A baja carga, si el convertidor no puede reducir el voltaje a cero, habrá un aumento de velocidad de acuerdo con la característica de CA.

Los amplificadores magnéticos o convertidores de tiristores se utilizan generalmente como fuente controlada por voltaje. En el caso de utilizar un convertidor de tiristores (Fig. 8), este último suele trabajar en modo pulso. En este caso, se mantiene una cierta tensión media en los terminales del estator del motor de inducción, que es necesaria para garantizar una determinada velocidad.

Arroz. 8. Esquema de control de velocidad de impulso de un motor de inducción.

Para regular la tensión en los terminales del estator del motor, parece posible utilizar un transformador o autotransformador con devanados seccionales. Sin embargo, el uso de bloques de transformadores separados está asociado con costos muy altos y no brinda la calidad de regulación necesaria, ya que en este caso solo es posible un cambio de voltaje escalonado, y es prácticamente imposible introducir un interruptor de sección en un sistema automático Los autotransformadores a veces se utilizan para limitar las corrientes de irrupción de motores potentes.

Control de velocidad cambiando las secciones de bobinado del estator a diferentes números de pares de polos

Hay una serie de mecanismos de producción que durante el proceso tecnológico deben trabajar a diferentes niveles de velocidad, no siendo necesaria una regulación suave, sino suficiente con un accionamiento con un cambio de velocidad discreto y escalonado. Dichos mecanismos incluyen algunas máquinas para trabajar el metal y la madera, ascensores, etc.

Se puede lograr un número limitado de velocidades de rotación fijas motores de jaula de ardilla de varias velocidades, en el que el devanado del estator cambia a un número diferente de pares de polos. La celda de ardilla de un motor de celda de ardilla forma automáticamente el número de polos igual al número de polos del estator.

Se utilizan dos diseños de motor: con múltiples devanados en cada ranura del estator y con un solo devanado cuyas secciones se conmutan para producir un número diferente de pares de polos.

Los motores de varias velocidades con varios devanados de estator independientes son inferiores a los motores de varias velocidades de un solo devanado en términos técnicos y económicos. En los motores de devanados múltiples, el devanado del estator se usa de manera ineficiente, el llenado de la ranura del estator es insuficiente, la eficiencia y el cosφ están por debajo del óptimo. Por lo tanto, la distribución principal se obtiene a partir de motores de un solo devanado de varias velocidades con conmutación de los devanados en diferentes números de pares de polos.

Al cambiar de sección, cambia la distribución de MDS en el orificio del estator. Como resultado, la velocidad de rotación del MDS también cambia y, por lo tanto, el flujo magnético. La forma más fácil es cambiar pares de polos con una relación de 1: 2. En este caso, los devanados de cada fase se realizan en forma de dos secciones.Cambiar la dirección de la corriente en una de las secciones le permite reducir a la mitad el número de pares de polos.

Considere los circuitos del devanado del estator del motor, cuyas secciones están conmutadas a ocho y cuatro polos. En la Fig. 9 muestra un devanado monofásico por simplicidad. Cuando dos secciones están conectadas en serie, es decir, cuando el final de la primera sección K1 está conectado al comienzo de la segunda H2, obtenemos ocho polos (Fig. 9, a).

Si cambiamos la dirección de la corriente en la segunda sección a la opuesta, entonces el número de polos formados por la bobina se reducirá a la mitad y será igual a cuatro (Fig. 9, b). La dirección de la corriente en la segunda sección se puede cambiar transfiriendo el puente de los terminales K1, H2 a los terminales K1, K2. Además, se pueden obtener cuatro polos conectando secciones en paralelo (Fig. 9, c).

Arroz. 9. Conmutación de secciones del devanado del estator a un número diferente de pares de polos

Las características mecánicas de un motor de dos velocidades con devanados de estator conmutados se muestran en la Fig. diez.

Arroz. 10. Características mecánicas de un motor de inducción al cambiar el devanado del estator de diferente número de pares de polos

Al cambiar del esquema a al esquema b (Fig. 9), se mantiene una potencia constante del motor en ambos niveles de velocidad (Fig. 10, a). Cuando se utiliza la segunda opción de cambio, el motor puede desarrollar el mismo par. Es posible cambiar secciones del devanado del estator, proporcionando una relación de velocidad no solo 1: 2, sino también otras. Además de los motores de dos velocidades, la industria también produce motores de tres y cuatro velocidades.

Control de frecuencia de motores trifásicos

Como se desprende de lo anterior, la regulación de la velocidad del motor de inducción es extremadamente difícil. El control de velocidad infinitamente variable en un amplio rango mientras se mantiene suficiente rigidez de características solo es posible con control parcial. Al cambiar la frecuencia de la corriente de suministro y, por lo tanto, la velocidad de rotación del campo magnético, es posible ajustar la velocidad de rotación del rotor del motor.

Sin embargo, para controlar la frecuencia en la instalación, se necesita un convertidor de frecuencia, que podría convertir una corriente de frecuencia constante de la red de suministro de 50 Hz en una corriente de frecuencia variable que varía suavemente en un amplio rango.

Inicialmente, hubo intentos de usar convertidores en máquinas eléctricas. Sin embargo, para obtener corriente de frecuencia variable de un generador síncrono, es necesario girar su rotor a velocidad variable. En este caso, las tareas de regular la velocidad del motor en marcha se asignan al motor que impulsa el generador síncrono en rotación.

El generador colector, que puede generar una corriente de frecuencia variable a una velocidad de rotación constante, tampoco permitía resolver el problema, porque, en primer lugar, se necesita una corriente de frecuencia variable para excitarlo, y en segundo lugar, como todas las máquinas colectoras de corriente alterna. , surgen grandes dificultades, asegurando la normal conmutación del colector.

En la práctica, el control de frecuencia comenzó a desarrollarse con la llegada de dispositivos semiconductores… Al mismo tiempo, resultó posible crear convertidores de frecuencia para controlar plantas de energía y motores ejecutivos en servosistemas y servoaccionamientos.

Junto con la complejidad de diseñar un convertidor de frecuencia, también existe la necesidad de controlar simultáneamente dos cantidades: frecuencia y voltaje. Cuando la frecuencia disminuye para disminuir la velocidad, el equilibrio de la EMF y el voltaje de la red solo se puede mantener aumentando el flujo magnético del motor. En este caso, el circuito magnético se saturará y la corriente del estator aumentará intensamente según una ley no lineal. Como resultado, la operación de un motor de inducción en modo de control de frecuencia a voltaje constante es imposible.

Al reducir la frecuencia, para mantener el flujo magnético sin cambios, es necesario reducir simultáneamente el nivel de voltaje. Así, en el control de frecuencia se deben utilizar dos canales de control: frecuencia y tensión.

Arroz. 11. Características mecánicas de un motor de inducción alimentado con tensión de frecuencia controlada y flujo magnético constante

Los sistemas de control de frecuencia generalmente se construyen como sistemas de circuito cerrado y aquí se proporciona más información sobre ellos: Regulación de frecuencia de un motor asíncrono