Controle de motor trifásico, métodos de controle de velocidade do motor

O controle de motores assíncronos pode ser paramétrico, ou seja, alterando os parâmetros dos circuitos da máquina, ou por um conversor separado.

controle paramétrico

O escorregamento crítico depende fracamente da resistência ativa do circuito do estator. Quando resistência adicional é introduzida no circuito do estator, o valor diminui ligeiramente. O torque máximo pode ser significativamente reduzido. Como resultado, a característica mecânica terá a forma mostrada na Fig. 1.

Arroz. 1. Características mecânicas de um motor assíncrono ao alterar os parâmetros do circuito primário e secundário: 1 - natural, 2 e 3 - com a introdução de resistência ativa e indutiva adicional no circuito do estator

Comparando com a característica natural do motor, podemos concluir que a introdução de resistência adicional no circuito do estator tem pouco efeito na velocidade. Com torque estático constante, a velocidade diminuirá ligeiramente.Portanto, este método de controle de taxa é ineficiente e não é usado nesta versão mais simples.

A introdução de resistência indutiva no circuito do estator também é ineficaz. O deslizamento crítico também diminuirá ligeiramente e o torque do motor será significativamente reduzido devido ao aumento do arrasto. A característica mecânica correspondente é mostrada na mesma fig. 1.

Às vezes, uma resistência adicional é introduzida no circuito do estator para limitar as correntes de irrupção… Nesse caso, as bobinas são geralmente usadas como resistência indutiva adicional e os tiristores são usados ​​​​como ativos (Fig. 2).

Arroz. 2. Incluindo tiristores no circuito do estator

No entanto, deve-se ter em mente que isso reduz significativamente não apenas o crítico, mas também torque de partida do motor (em c = 1), o que significa que a partida nessas condições só é possível com um pequeno momento estático. A introdução de resistência adicional no circuito do rotor é, obviamente, possível apenas para um motor de rotor bobinado.

A resistência indutiva adicional no circuito do rotor tem o mesmo efeito na velocidade do motor quando é introduzida no circuito do estator.

Na prática, o uso de resistência indutiva em um circuito de rotor é extremamente difícil devido ao fato de que ele deve operar em uma frequência variável - de 50 Hz a vários hertz e às vezes frações de um hertz. Nessas condições, é muito difícil criar um estrangulamento.

Em baixa frequência, a resistência ativa do indutor afetará principalmente. Com base nas considerações acima, a resistência indutiva no circuito do rotor nunca é usada para controle de velocidade.

A maneira mais eficaz de controle paramétrico de velocidade é introduzir resistência ativa adicional no circuito do rotor. Isso nos dá uma família de características com torque máximo constante. Essas características são usadas para limitar a corrente e manter um torque constante, podendo também ser usadas para controlar a velocidade.

Na fig. 3 mostra como, alterando r2, ou seja, entrada rext, é possível, em algum momento estático, alterar a velocidade em uma ampla faixa - de nominal a zero. Na prática, porém, é possível ajustar a velocidade apenas para valores suficientemente grandes do momento estático.

Arroz. 3. Características mecânicas de um motor assíncrono com introdução de resistência adicional no circuito do rotor

Em valores baixos de (Mo) no modo quase ocioso, a faixa de controle de velocidade é bastante reduzida e resistências adicionais muito grandes terão que ser introduzidas para reduzir a velocidade sensivelmente.

Deve-se ter em mente que ao operar em baixas velocidades e com altos torques estáticos, a estabilidade de velocidade será insuficiente, pois devido à alta inclinação das características, pequenas flutuações no torque causarão mudanças significativas na velocidade.

Às vezes, para fornecer aceleração do motor sem remoção sucessiva das seções do reostato, um reostato e uma bobina indutiva são conectados em paralelo aos anéis do rotor (Fig. 4).

Arroz. 4. Conexão paralela de resistência ativa e indutiva adicional no circuito do rotor do motor assíncrono

No momento inicial da partida, quando a frequência da corrente no rotor é alta, a corrente é fechada principalmente pelo reostato, ou seja,através de uma grande resistência que fornece um torque de partida suficientemente alto. À medida que a frequência diminui, a resistência indutiva diminui e a corrente começa a fechar também através da indutância.

Quando as velocidades de operação são atingidas, quando o escorregamento é pequeno, a corrente flui principalmente pelo indutor, cuja resistência em baixa frequência é determinada pela resistência elétrica do enrolamento rrev. Assim, na partida, a resistência externa do circuito secundário muda automaticamente de rreost para roro, e a aceleração ocorre com torque praticamente constante.

O controle paramétrico está naturalmente associado a grandes perdas de energia. A energia de escorregamento, que na forma de energia eletromagnética é transmitida através da folga do estator para o rotor e geralmente é convertida em mecânica, com uma grande resistência do circuito secundário, vai principalmente aquecer essa resistência e em s = 1 toda a energia transferida do estator para o rotor, será consumida nos reostatos do circuito secundário (Fig. 5).

Arroz. 5. Perdas no circuito secundário ao ajustar a velocidade de um motor assíncrono pela introdução de resistência adicional no circuito do rotor: I — zona de potência útil transmitida ao eixo do motor, II — zona de perdas nas resistências do circuito secundário

Portanto, o controle paramétrico é usado principalmente para redução de velocidade de curto prazo no decorrer do processo tecnológico realizado pela máquina de trabalho.Somente nos casos em que os processos de regulação de velocidade são combinados com partida e parada da máquina de trabalho, como por exemplo em instalações de elevação, o controle paramétrico com a introdução de resistência adicional no circuito do rotor é usado como principal meio de controle de velocidade.

Regulação da velocidade variando a tensão aplicada ao estator

Ao ajustar a velocidade de um motor de indução alterando a tensão, a forma da característica mecânica permanece inalterada e os momentos diminuem proporcionalmente ao quadrado da tensão. As características mecânicas em diferentes tensões são mostradas na Fig. 6. Como você pode ver, no caso de usar motores convencionais, a faixa de controle de velocidade é muito limitada.

Arroz. 6… Regulação da velocidade de um motor de indução alterando a tensão no circuito do estator

Uma faixa um pouco mais ampla pode ser alcançada com um motor de alto escorregamento. Porém, neste caso, as características mecânicas são acentuadas (Fig. 7) e o funcionamento estável do motor só pode ser obtido com o uso de um sistema fechado que proporciona estabilização da velocidade.

Quando o torque estático muda, o sistema de controle mantém um determinado nível de velocidade e ocorre a transição de uma característica mecânica para outra, de modo que a operação continua nas características indicadas pelas linhas tracejadas.

Arroz. 7. Características mecânicas ao ajustar a tensão do estator em um sistema fechado

Quando o drive está sobrecarregado, o motor atinge a característica limite correspondente à máxima tensão possível que o conversor fornece, e conforme a carga aumenta ainda mais, a velocidade diminuirá de acordo com esta característica. Em baixa carga, se o conversor não conseguir reduzir a tensão a zero, haverá um aumento de velocidade de acordo com a característica CA.

Amplificadores magnéticos ou conversores tiristores são geralmente usados ​​como fonte controlada por tensão. No caso de usar um conversor tiristor (Fig. 8), este último geralmente funciona em modo de pulso. Nesse caso, uma certa tensão média é mantida nos terminais do estator do motor de indução, necessária para garantir uma determinada velocidade.

Arroz. 8. Esquema de controle de velocidade de impulso de um motor de indução

Para regular a tensão nos terminais do estator do motor, parece possível usar um transformador ou autotransformador com enrolamentos seccionais. No entanto, o uso de blocos transformadores separados está associado a custos muito altos e não fornece a qualidade de regulação necessária, pois neste caso é possível apenas uma mudança gradual de tensão e é praticamente impossível introduzir um dispositivo de comutação de seção em um sistema automático. Às vezes, os autotransformadores são usados ​​para limitar as correntes de partida de motores potentes.

Controle de velocidade ao alternar as seções do enrolamento do estator para diferentes números de pares de pólos

Existem vários mecanismos de produção que durante o processo tecnológico devem funcionar em diferentes níveis de velocidade, embora não haja necessidade de uma regulação suave, mas basta ter um acionamento com uma mudança de velocidade discreta e gradual. Tais mecanismos incluem algumas máquinas para trabalhar metais e madeira, elevadores, etc.

Um número limitado de velocidades rotacionais fixas pode ser alcançado motores de gaiola de esquilo de várias velocidades, em que o enrolamento do estator muda para um número diferente de pares de pólos. A célula de esquilo de um motor de célula de esquilo forma automaticamente o número de pólos igual ao número de pólos do estator.

Dois designs de motor são usados: com vários enrolamentos em cada slot do estator e com um único enrolamento cujas seções são comutadas para produzir um número diferente de pares de pólos.

Os motores multivelocidade com vários enrolamentos independentes do estator são inferiores aos motores multivelocidade de enrolamento único em termos técnicos e econômicos. Em motores com vários enrolamentos, o enrolamento do estator é usado de forma ineficiente, o preenchimento do slot do estator é insuficiente, a eficiência e o cosφ estão abaixo do ideal. Portanto, a distribuição principal é obtida de motores de enrolamento único de várias velocidades com comutação dos enrolamentos em diferentes números de pares de pólos.

Ao trocar as seções, a distribuição MDS no furo do estator muda. Como resultado, a velocidade de rotação do MDS também muda e, portanto, o fluxo magnético. A maneira mais fácil é trocar pares de pólos na proporção de 1: 2. Nesse caso, os enrolamentos de cada fase são feitos na forma de duas seções.Alterar a direção da corrente em uma das seções permite reduzir pela metade o número de pares de pólos.

Considere os circuitos do enrolamento do estator do motor, cujas seções são comutadas para oito e quatro pólos. Na fig. 9 mostra um enrolamento monofásico para simplificar. Quando duas seções são conectadas em série, ou seja, quando o final da primeira seção K1 é conectado ao início da segunda H2, obtemos oito pólos (Fig. 9, a).

Se mudarmos a direção da corrente na segunda seção para o oposto, o número de pólos formados pela bobina será reduzido pela metade e será igual a quatro (Fig. 9, b). A direção da corrente na segunda seção pode ser alterada transferindo o jumper dos terminais K1, H2 para os terminais K1, K2. Além disso, quatro pólos podem ser obtidos conectando seções em paralelo (Fig. 9, c).

Arroz. 9. Seções de comutação do enrolamento do estator para um número diferente de pares de pólos

As características mecânicas de um motor de duas velocidades com enrolamentos do estator comutados são mostradas na Fig. dez.

Arroz. 10. Características mecânicas de um motor de indução ao comutar o enrolamento do estator de diferentes números de pares de pólos

Ao mudar do esquema a para o esquema b (Fig. 9), a potência do motor constante é mantida em ambos os níveis de velocidade (Fig. 10, a). Ao usar a opção de segunda marcha, o motor pode desenvolver o mesmo torque. É possível alternar seções do enrolamento do estator, fornecendo uma relação de velocidade não apenas 1: 2, mas também outras. Além dos motores de duas velocidades, a indústria também produz motores de três e quatro velocidades.

Controle de frequência de motores trifásicos

Como segue do exposto, a regulação da velocidade do motor de indução é extremamente difícil. O controle de velocidade infinitamente variável em uma ampla faixa, mantendo a rigidez suficiente das características, só é possível com controle parcial. Ao alterar a frequência da corrente de alimentação e, portanto, a velocidade de rotação do campo magnético, é possível ajustar a velocidade de rotação do rotor do motor.

No entanto, para controlar a frequência na instalação, é necessário um conversor de frequência, que possa converter uma corrente de frequência constante da rede de alimentação de 50 Hz em uma corrente de frequência variável, variando suavemente em uma ampla faixa.

Inicialmente, houve tentativas de usar conversores em máquinas elétricas. No entanto, para obter corrente de frequência variável de um gerador síncrono, é necessário girar seu rotor em velocidade variável. Nesse caso, as tarefas de regular a velocidade do motor em funcionamento são atribuídas ao motor que aciona o gerador síncrono em rotação.

O gerador coletor, que pode gerar uma corrente de frequência variável a uma velocidade de rotação constante, também não permitiu resolver o problema, porque, em primeiro lugar, é necessária uma corrente de frequência variável para excitá-lo e, em segundo lugar, como todas as máquinas coletoras AC , surgem grandes dificuldades, garantindo a comutação normal do coletor.

Na prática, o controle de frequência começou a se desenvolver com o advento do dispositivos semicondutores… Ao mesmo tempo, tornou-se possível criar conversores de frequência para controlar usinas e motores executivos em servossistemas e servoacionamentos.

Juntamente com a complexidade de projetar um conversor de frequência, há também a necessidade de controlar simultaneamente duas grandezas — frequência e tensão. Quando a frequência diminui para diminuir a velocidade, o EMF e o equilíbrio da tensão da rede só podem ser mantidos aumentando o fluxo magnético do motor. Nesse caso, o circuito magnético saturará e a corrente do estator aumentará intensamente de acordo com uma lei não linear. Como resultado, a operação de um motor de indução no modo de controle de frequência em tensão constante é impossível.

Ao reduzir a frequência, para manter o fluxo magnético inalterado, é necessário reduzir simultaneamente o nível de tensão. Assim, no controle de frequência, dois canais de controle devem ser utilizados: frequência e tensão.

Arroz. 11. Características mecânicas de um motor de indução quando alimentado com tensão de frequência controlada e fluxo magnético constante

Os sistemas de controle de frequência geralmente são construídos como sistemas de malha fechada e mais informações sobre eles são fornecidas aqui: Regulação de frequência de um motor assíncrono