کنترل سرعت موتورهای القایی سه فاز

در این مقاله قصد داریم در مورد کنترل سرعت موتور القایی صحبت کنیم. پس با ما همراه باشید.

کنترل سرعت موتورهای القایی سه فاز

موتور القایی سه فاز در اصل یک موتور با سرعت ثابت‌است ، بنابراین کنترل سرعت آن تا حدی دشوار‌است. کنترل سرعت موتور القایی با هزینه کاهش راندمان و کاهش ضریب توان الکتریکی انجام می‌شود.

قبل از بحث در مورد روش‌های کنترل سرعت موتور القایی سه فاز ، باید فرمول‌های اصلی سرعت و گشتاور موتور القایی سه فاز را بدانید زیرا روش‌های کنترل سرعت به این فرمول‌ها بستگی دارد.

 

جایی که ، فرکانس (f) و  تعداد قطب‌ها (P)‌است. سرعت موتور القایی توسط رابطه زیر بدست می‌آید ،

که،

N سرعت روتور موتور القایی‌است، Ns سرعت سنکرون‌است، S لغزش‌است.

گشتاور تولید‌شده توسط موتور القایی سه فاز توسط رابطه زیر بدست می‌آید:

هنگامی که روتور در حالت لغزش قرار دارد ، s یک‌است. بنابراین معادله گشتاور‌است.

که،

E₂ emf روتور‌است. N_s سرعت سنکرون است. R₂ مقاومت روتور‌است. X₂ راکتانس القایی روتور‌است.

سرعت موتور القایی از هر دو سمت استاتور و روتور تغییر میکند. کنترل سرعت موتور القایی سه فاز از طرف استاتور به شرح زیر طبقه‌بندی می‌شود:

• کنترل V / F یا کنترل فرکانس.
• تغییر تعداد قطب استاتور.
• کنترل ولتاژ تغذیه.
• اضافه‌کردن رئوستا در مدار استاتور.
• مقاومت خارجی در طرف روتور اضافه می‌شود.
• روش کنترل آبشار.
• تزریق emf فرکانس لغزش به سمت روتور.

کنترل سرعت از طرف استاتور

• کنترل V / f یا کنترل فرکانس

هرگاه تغذیه سه فاز به موتور القایی سه فاز داده‌شود، میدان مغناطیسی دوار تولید می‌شود که با سرعت سنکرون می‌چرخد .

در موتور القایی سه فاز القاء emf مشابه القاء ترانسفورماتور است که توسط فرمول زیر داده‌می‌شود:

که K ، ضریب ثابت سیم‌پیچ است ، T تعداد دور در هر فاز و f فرکانس‌است. در صورت تغییر فرکانس سرعت سنکرون تغییر می‌یابد ، اما با‌کاهش فرکانس، شار افزایش می‌یابد و این تغییر در مقدار شار باعث اشباع هسته های روتور و استاتور می‌شود که بیشتر باعث افزایش جریان بی باری موتور می‌شود.

بنابراین ، حفظ شار ، φ ثابت از اهمیت بسیاری برخوردار است و تنها در صورت تغییر ولتاژ ، امکان‌پذیر‌است.

یعنی اگر فرکانس را‌کاهش دهیم شار افزایش پیدا می‌کند اما در عین حال اگر ولتاژ را‌کاهش دهیم شار نیز‌کاهش می‌یابد که باعث تغییری در شار ایجاد نشود و از این رو ثابت بماند.

بنابراین ، در اینجا ما نسبت V / F را ثابت نگه می داریم. از این رو نام آن روش V / f‌است.

برای کنترل سرعت موتور القایی سه فاز با استفاده‌از روش V / f باید ولتاژ و فرکانس متغیر را تهیه کنیم که با استفاده از مجموعه مبدل و اینورتر به راحتی بدست می‌آید.

• کنترل ولتاژ منبع تغذیه

گشتاور تولید‌شده توسط موتور القایی سه فاز توسط فرمول زیر داده‌می‌شود

در منطقه با لغزش کم(sX)²  نسبت به R₂ بسیار کوچک‌است. بنابراین ، می‌توان آن را نادیده گرفت. بنابراین گشتاور‌ می‌شود:

از آنجا که مقاومت روتور ، R2 ثابت‌است بنابراین معادله گشتاور به صورت زیر‌می‌شود:

ما می دانیم که emf  ناشی از روتور(E₂) متناسب با V است به عبارتی E2 ∝ V  ، بنابراین ، T ∝ sV²

معادله فوق روشن می‌کند که در صورت‌کاهش ولتاژ تغذیه گشتاور نیز کاهش می‌یابد.

اما برای تغذیه بار یکسان ، گشتاور باید یکسان باقی بماند و تنها در صورت افزایش لغزش امکان‌پذیر‌است و در صورت افزایش لغزش موتور با سرعت کم کار می‌کند.

این روش کنترل سرعت به ندرت مورداستفاده قرار می‌گیرد . زیرا تغییر کوچکی در سرعت نیاز به کاهش زیاد ولتاژ دارد و از این رو جریان کشیده‌شده توسط موتور افزایش می‌یابد و

این باعث گرمای بیش از حد موتور القایی‌می‌شود.

• تغییر تعداد قطب استاتور:

قطب استاتور را می‌توان با دو روش تغییر داد:

1-روش سیم‌پیچ دو گانه استاتور.

2-روش تعدیل دامنه قطب PAM))

————————————————–

روش سیم‌پیچ دوگانه

در این روش کنترل سرعت موتور القایی سه فاز ، دو سیم‌پیچ جداگانه در استاتور ارائه می‌دهیم. این دو سیم‌پیچ استاتور از نظر الکتریکی از یکدیگر جدا‌شده و برای دو عدد قطب مختلف سیم‌پیچی می‌شوند.

 با استفاده‌از یک تنظیم سوئیچینگ ، در هر زمان ،  تغذیه فقط به یک سیم‌پیچ داده می‌شود و از این رو کنترل سرعت امکان‌پذیر‌است.

معایب این روش این است که کنترل سرعت یکنواخت امکان‌پذیر نیست. این روش پرهزینه تر و کم راندمان‌است زیرا به دو سیم‌پیچ مختلف استاتور نیاز‌است. این روش کنترل سرعت فقط برای موتور قفس سنجابی قابل استفاده‌است.

• روش تعدیل دامنه قطب (PAM)

در این روش کنترل سرعت موتور القایی سه فاز ، موج اصلی mmf سینوسی با استفاده از موج mmf سینوسی دیگر که دارای تعداد قطبهای مختلف‌است ، تعدیل می‌شود.

بگذارید f ₁ (θ) موج اصلی mmf موتور القایی باشد که سرعت آن کنترل شود.

f₂ (θ) موج mmf مدولاسیون‌است.

P₁ تعداد قطب های موتور القایی است که سرعت آن کنترل می‌شود.

P₂ تعداد قطب های موج مدولاسیون‌است.

 موج Mmf منتجه بعد از مدولاسیون:

بنابراین ، موج mmf حاصل می‌کنیم:

موج mmf منتجه دو قطب متفاوت، برابر‌می‌شود با:

بنابراین با تغییر تعداد قطب می‌توان سرعت موتور القایی سه فاز را به راحتی تغییر داد.

• اضافه کردن رئوستا در Stator Circuit

در این روش کنترل سرعت موتور القایی سه فاز برای کاهش ولتاژ ، رئوستا در مدار استاتور اضافه‌می‌شود.

در این حالت گشتاور تولیدی موتور القایی سه فاز برابر‌است با T ∝ sV₂² . ودر صورت کاهش ولتاژ تغذیه، گشتاور نیز کاهش می‌یابد. اما برای تأمین بار مشابه، گشتاور باید یکسان باقی بماند و این تنها در صورت افزایش لغزش ممکن‌است و در صورت افزایش لغزش موتور با سرعت کمتر کار می‌کند .

• کنترل سرعت از طرف روتور

اضافه کردن مقاومت خارجی در سمت روتور

در این روش کنترل سرعت مقاومت خارجی موتور القایی سه فاز در طرف روتور اضافه می‌شود. معادله گشتاور برای موتور القایی سه فاز برابر‌است با

موتور القایی سه فاز در منطقه ای با لغزش کم کار می‌کند. در منطقه لغزش کم (sX)² نسبت به R₂ بسیار کوچک می‌شود.

بنابراین، می‌توان آن را نادیده گرفت. و همچنین E2 ثابت‌است. بنابراین معادله گشتاور پس از ساده شدن ،

حال اگر مقاومت روتور را افزایش دهیم ، R₂ گشتاور کاهش می‌یابد اما تغذیه گشتاور بار باید ثابت بماند. بنابراین ، ما لغزش را افزایش می دهیم که بیشتر منجر به کاهش سرعت روتور خواهد شد.

بنابراین با افزودن مقاومت اضافی در مدار روتور می‌توان سرعت موتور القایی سه فاز را کاهش داد.

مهمترین مزیت این روش این‌است که با افزودن مقاومت خارجی ، گشتاور راه اندازی افزایش می‌یابد ، اما این روش کنترل سرعت موتور القایی سه فاز نیز دارای معایبی به شرح زیراست :

1- سرعت بالاتر از مقدار معمولی امکان‌پذیر نیست.

2- تغییر سرعت زیاد نیاز به مقدار زیادی از مقاومت دارد و اگر چنین مقدار زیادی مقاومت در مدار اضافه شود ، باعث تلفات زیاد مس و در نتیجه کاهش راندمان خواهد شد.

3- حضور مقاومت باعث خسارات بیشتر‌می‌شود.

4- این روش برای موتور القایی قفس سنجابی قابل استفاده نیست.

————————————————–

روش کنترل آبشاری

در این روش کنترل سرعت موتور القایی سه فاز ، دو موتور القایی سه فاز روی یک شافت مشترک متصل شده و از این رو موتور آبشاری نامیده می‌شوند.

یک موتور موتور اصلی نامیده‌می‌شود و موتور دیگر موتور کمکی نامیده‌می‌شود. منبع تغذیه سه فاز به استاتور موتور اصلی داده‌می‌شود در حالی که موتور کمکی با فرکانس لغزش از حلقه لغزان موتور اصلی بدست می آید.

بگذارید N_S1 سرعت سنکرون موتور اصلی باشد.

N_S2 سرعت سنکرون موتور کمکی‌است.

P₁ تعداد قطب موتور اصلی‌است.

P₂ تعداد قطب های موتور کمکی‌است.

F فرکانس تغذیه است.

F₁ فرکانس emf ناشی از روتور موتور اصلی‌است.

N سرعت مجموعه است ، و برای موتور اصلی و کمکی همانطور که هر دو موتور در شافت مشترک سوار می‌شوند ، یکسان‌‌است.

S₁ لغزش موتور اصلی‌است.

موتور کمکی با همان فرکانس موتور اصلی تغذیه‌می‌شود یعنی :

حال مقدار را قرار دهید:

اکنون در بی باری ، سرعت روتور کمکی تقریباً برابر با سرعت سنکرون است

یعنی :  N = N_S2

اکنون معادله فوق را دوباره مرتب کنید و مقدار N را پیدا کنید ،

این مجموعه آبشاری از دو موتور در حال حاضر با سرعت جدید با داشتن تعداد قطب P₁ + P₂ کار می‌کند.

در روش فوق گشتاور تولید‌شده توسط موتور اصلی و کمکی در همان جهت عمل می‌کند و در نتیجه تعداد قطب ها P1 + P2)) حاصل‌می‌شود. به این نوع آبشارها، آبشار تجمعی گفته‌می‌شود.

نوع آبشاری دیگری وجود دارد که گشتاور تولید شده توسط موتور اصلی در جهت مخالف با موتور کمکی قرار دارد. به این نوع آبشارها ، آبشارهای افتراقی گفته‌می‌شود. در نتیجه سرعت با تعداد قطب ها مطابقت دارد P1 – P2)).

در این روش کنترل سرعت موتور القایی سه فاز، می‌توان چهار سرعت مختلف را بدست آورد:

•  هنگامی که فقط موتور القایی اصلی کار‌می‌کند .

•  هنگامی که فقط موتور القایی کمکی کار‌می‌کند.

• زمانیکه آبشار تجمعی انجام‌می‌شود ، مجموعه کامل با سرعتی برابر فرمول زیر اجرا‌می‌شود.

•  هنگامی که آبشار دیفرانسیل (افتراقی) انجام‌می‌شود ، مجموعه کامل با سرعتی برابر فرمول زیر اجرا‌می‌شود.

                            

————————————————–

تزریق  EMF فرکانس لغزش به سمت روتور

هنگامی که کنترل سرعت موتور القایی سه فاز با افزودن مقاومت در مدار روتور انجام‌می‌شود ، بخشی ازتوان ، توان لغزش به عنوان تلفات I²R از بین می رود.

بنابراین بهره وری موتور القایی سه فاز با استفاده از این روش کنترل سرعت کاهش می‌یابد.

این تلفات توان لغزش را می‌توان برای بهبود بهره وری کلی موتور القایی سه فاز بازیابی و تهیه کرد و به این طرح بازیابی توان ، طرح بازیابی توان لغزش گفته‌می‌شود و این کار با اتصال منبع خارجی emf فرکانس لغزش به مدار روتورانجام‌می‌شود .

EMF تزریق شده می‌تواند با emf ناشی از روتور مخالف باشد یا به emf ناشی از روتور کمک می‌کند.

اگر مخالف emf القایی روتور قرار گیرد ، مقاومت کل روتور افزایش می‌یابد و از این رو سرعت كاهش می‌یابد و اگر به emf موتور اصلی تزریق شود در نتیجه مقاومت کاهش یافته و از این رو سرعت افزایش می‌یابد.

بنابراین، با تزریق emf القا شده در مدار روتور می‌توان سرعت را به راحتی کنترل کرد.

مهمترین مزیت این نوع کنترل سرعت موتور سه فاز این است که طیف گسترده ای از کنترل سرعت در دسترس‌است چه بالاتر از حد طبیعی باشد و چه از سرعت طبیعی پایین تر باشد.

موتور القایی سه فاز

مقالات مرتبط :

کنترل سرعت موتورهای القایی سه فاز

لینک زبان اصلی مقاله :

Speed Control of Three Phase Induction Motor