موتور الکتریکی

کنترل سرعت موتورهای القایی سه فاز

کنترل سرعت موتورهای القایی سه فاز

 

موتور القایی سه فاز در اصل یک موتور با سرعت ثابت است ، بنابراین کنترل سرعت آن تا حدی دشوار است. کنترل سرعت موتور القایی با هزینه کاهش راندمان و کاهش ضریب توان الکتریکی انجام می شود. قبل از بحث در مورد روش های کنترل سرعت موتور القایی سه فاز ، باید فرمول های اصلی سرعت و گشتاور موتور القایی سه فاز را بدانید زیرا روش های کنترل سرعت به این فرمول ها بستگی دارد.

سرعت سنکرون

 فرمول سرعت سنکرون

جایی که ، f = فرکانس و P تعداد قطب ها است

سرعت موتور القایی توسط رابطه زیر بدست می آید ،

فرمول سرعت موتور القایی

جایی که،

N سرعت روتور موتور القایی است ،

Ns سرعت سنکرون است ،

S لغزش است.

گشتاور تولید شده توسط موتور القایی سه فاز توسط رابطه زیر بدست می آید ،

فرمول گشتاور تولید شده موتورا لقایی سه فاز

هنگامی که روتور در حالت لغزش قرار دارد ، s یک است.

بنابراین معادله گشتاور است ،

معادله گشتاور

جایی که،

E2 emf روتور است

Ns سرعت سنکرون است

R2 مقاومت روتور است

X2 راکتانس القایی روتور است

سرعت موتور القایی از هر دو سمت استاتور و روتور تغییر میکند. کنترل سرعت موتور القایی سه فاز از طرف استاتور به شرح زیر طبقه بندی می شود:

  • کنترل V / F یا کنترل فرکانس.
  • تغییر تعداد قطب استاتور.
  • کنترل ولتاژ تغذیه.
  • اضافه کردن رئوستا در مدار استاتور.

کنترل سرعت موتور القایی سه فاز از طرف روتور به شرح زیر طبقه بندی می شوند:

  • مقاومت خارجی در طرف روتور اضافه می شود.
  • 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 داده شود ، میدان مغناطیسی دوار تولید می شود که با سرعت سنکرون می چرخد .

فرمول سرعت سنکرون

در موتور القایی سه فاز القاء emf مشابه القاء ترانسفورماتور است که توسط فرمول زیر داده می شود

فرمول EMF

که K ، ضریب ثاب سیم پیچ است ، T تعداد دور در هر فاز و f فرکانس است. در صورت تغییر فرکانس سرعت سنکرون تغییر می یابد ، اما با کاهش فرکانس، شار افزایش می یابد و این تغییر در مقدار شار باعث اشباع هسته های روتور و استاتور می شود که بیشتر باعث افزایش جریان بی باری موتور می شود.

بنابراین ، حفظ شار ، φ ثابت از اهمیت بسیاری برخوردار است و تنها در صورت تغییر ولتاژ ، امکان پذیر است. یعنی اگر فرکانس را کاهش دهیم شار افزایش پیدا می کند اما در عین حال اگر ولتاژ را کاهش دهیم شار نیز کاهش می یابد 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 / f است. برای کنترل سرعت موتور القایی سه فاز با استفاده از روش V / f باید ولتاژ و فرکانس متغیر را تهیه کنیم که با استفاده از مجموعه مبدل و اینورتر به راحتی بدست می آید.

  • کنترل ولتاژ منبع تغذیه

گشتاور تولید شده توسط موتور القایی سه فاز توسط فرمول زیر داده می شود

فرمول گشتاور تولید شده توسط موتور القایی سه فاز

در منطقه با لغزش کم(sX)2  نسبت به R2 بسیار کوچک است. بنابراین ، می توان آن را نادیده گرفت. بنابراین گشتاور می شود

فرمول

از آنجا که مقاومت روتور ، R2 ثابت است بنابراین معادله گشتاور به صورت زیر می شود:

فرمول

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

معادله فوق روشن می کند که در صورت کاهش ولتاژ تغذیه گشتاور نیز کاهش می یابد. اما برای تغذیه بار یکسان ، گشتاور باید یکسان باقی بماند و تنها در صورت افزایش لغزش امکان پذیر است و در صورت افزایش لغزش موتور با سرعت کم کار می کند.

 این روش کنترل سرعت به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد زیرا تغییر کوچکی در سرعت نیاز به کاهش زیاد ولتاژ دارد و از این رو جریان کشیده شده توسط موتور افزایش می یابد و این باعث گرمای بیش از حد موتور القایی می شود.

  • تغییر تعداد قطب استاتور:

قطب استاتور را می توان با دو روش تغییر داد

  • روش سیم پیچ دو گانه استاتور.
  • روش تعدیل دامنه قطب PAM))

روش سیم پیچ دوگانه

در این روش کنترل سرعت موتور القایی سه فاز ، دو سیم پیچ جداگانه در استاتور ارائه می دهیم. این دو سیم پیچ استاتور از نظر الکتریکی از یکدیگر جدا شده و برای دو عدد قطب مختلف سیم پیچی می شوند.

 با استفاده از یک تنظیم سوئیچینگ ، در هر زمان ،  تغذیه فقط به یک سیم پیچ داده می شود و از این رو کنترل سرعت امکان پذیر است. معایب این روش این است که کنترل سرعت یکنواخت امکان پذیر نیست. این روش پرهزینه تر و کم راندمان است زیرا به دو سیم پیچ مختلف استاتور نیاز است. این روش کنترل سرعت فقط برای موتور قفس سنجابی قابل استفاده است.

  • 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 مختلف است ، تعدیل می شود.

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

f2 (θ) موج mmf مدولاسیون است.

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

P2 تعداد قطب های موج مدولاسیون است.

فرمول

 موج Mmf منتجه  بعد از مدولاسیون

فرمول

بنابراین ، موج mmf حاصل می کنیم

فرمول

بنابراین موج mmf منتجه دو قطب متفاوت ، برابر می شود با

فرمول

بنابراین با تغییر تعداد قطب می توان 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 اضافه می شود. در این حالت گشتاور تولیدی موتور القایی سه فاز برابر است با T ∝ sV22 . در صورت کاهش ولتاژ تغذیه ، گشتاور نیز کاهش می یابد. اما برای تأمین بار مشابه ، گشتاور باید یکسان باقی بماند و این تنها در صورت افزایش  لغزش ممکن است و در صورت افزایش لغزش موتور با سرعت کمتر کار می کند .

  • 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 می شود. معادله گشتاور برای موتور القایی سه فاز برابر است با

فرمول

موتور القایی سه فاز در منطقه ای با لغزش کم کار می کند. در منطقه لغزش کم (sX)2 نسبت به R2 بسیار کوچک می شود. بنابراین ، می توان آن را نادیده گرفت. و همچنین E2 ثابت است. بنابراین معادله گشتاور پس از ساده شدن ،

فرمول

حال اگر مقاومت روتور را افزایش دهیم ، R2 گشتاور کاهش می یابد 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 می توان سرعت موتور القایی سه فاز را کاهش داد.

مهمترین مزیت این روش این است که با افزودن مقاومت خارجی ، گشتاور راه اندازی افزایش می یابد ، اما این روش کنترل سرعت موتور القایی سه فاز نیز دارای معایبی به شرح زیر است :

  1. سرعت بالاتر از مقدار معمولی امکان پذیر 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 بیشتر می شود.
  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 می شوند. یک موتور موتور اصلی نامیده می شود و موتور دیگر موتور کمکی نامیده می شود. منبع تغذیه سه فاز به استاتور موتور اصلی داده می شود در حالی که موتور کمکی با فرکانس لغزش از حلقه لغزان موتور اصلی بدست می آید.

بگذارید NS1 سرعت سنکرون موتور اصلی باشد.

NS2 سرعت سنکرون موتور کمکی است.

P1 تعداد قطب موتور اصلی است.

P2 تعداد قطب های موتور کمکی است.

F فرکانس تغذیه است.

F1 فرکانس emf ناشی از روتور موتور اصلی است.

N سرعت مجموعه است ، و برای موتور اصلی و کمکی همانطور که هر دو موتور در شافت مشترک سوار می شوند ، یکسان است.

S1 لغزش موتور اصلی است.

فرمول

موتور کمکی با همان فرکانس موتور اصلی تغذیه می شود یعنی :

فرمول

اکنون مقدار را قرار دهید

فرمول

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

یعنی N = NS2

فرمول

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

فرمول

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

در روش فوق گشتاور تولید شده توسط موتور اصلی و کمکی در همان جهت عمل می کند و در نتیجه تعداد قطب ها P1 + P2)) حاصل می شود. به این نوع آبشارها ، آبشار تجمعی گفته می شود. 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 گفته می شود. در نتیجه سرعت با تعداد قطب ها مطابقت دارد P1 – P2)).

در این روش کنترل سرعت موتور القایی سه فاز ، می توان چهار سرعت مختلف را بدست آورد

  • هنگامی که فقط موتور القایی اصلی کار می کند .

فرمول

  • هنگامی که فقط موتور القایی کمکی کار می کند.

فرمول

  • هنگامی که آبشار تجمعی انجام می شود ، مجموعه کامل با سرعتی برابر فرمول زیر اجرا می شود.

فرمول

  • هنگامی که آبشار دیفرانسیل (افتراقی) انجام می شود ، مجموعه کامل با سرعتی برابر فرمول زیر اجرا می شود.

                            فرمول

تزریق  EMF فرکانس لغزش به سمت روتور

هنگامی که کنترل سرعت موتور القایی سه فاز با افزودن مقاومت در مدار روتور انجام می شود ، 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 می یابد.

این تلفات توان لغزش را می توان برای بهبود بهره وری کلی موتور القایی سه فاز بازیابی و تهیه کرد و به این طرح بازیابی توان ، طرح بازیابی توان لغزش گفته می شود و این کار با اتصال منبع خارجی emf فرکانس لغزش به مدار روتورانجام می شود . EMF تزریق شده می تواند با emf ناشی از روتور مخالف باشد یا به emf ناشی از روتور کمک می کند. اگر مخالف emf القایی روتور قرار گیرد ، مقاومت کل روتور افزایش می یابد و از این رو سرعت كاهش می یابد و اگر به emf موتور اصلی تزریق شود در نتیجه مقاومت کاهش یافته و از این رو سرعت افزایش می یابد. بنابراین با تزریق emf القا شده در مدار روتور می توان 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 دسترس است چه بالاتر از حد طبیعی باشد و چه از سرعت طبیعی پایین تر باشد.

 

مقالات مرتبط :

 

لینک زبان اصلی مقاله :

Speed Control of Three Phase Induction Motor

محسن ترابی

مهندس برق قدرت، فوق لیسانس برق قدرت از دانشگاه سراسری یزد، موسس ماه صنعت، متخصص در ژنراتور، دیزل، طراحی و ساخت موتورهای الکتریکی، سنکرون و سیستم های حفاظت الکتریکی به خصوص حفاظت ژنراتور. دارای گواهی ثبت اختراع ساخت موتور PMSM‌ معکوس گرد. هدف از ایجاد این وبسایت و مقالات آن آموزش در راستای توسعه ی صنعت برق کشور عزیزمان ایران می باشد و سعی می کنم مقالات کاربردی در راستای این هدف در وبسایت انتشار بدهم

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا
بستن
بستن