Познайте основите на 3-фазния асинхронен двигател и управлението му чрез SVPWM

Познайте основите на 3-фазния асинхронен двигател и управлението му чрез SVPWM

Някои от предимствата като ниска цена, здрав дизайн, по-малко сложен и лесен за поддръжка двигатели с променлив ток в много от промишлените операции се извършват с помощта на AC устройства отколкото DC задвижвания. Асинхронният двигател с променлив ток е специален тип електрически двигател, който има свои типични характеристики и производителност по отношение на стартиране, контрол на скоростта, защити и т.н.



AC асинхронен двигател

AC асинхронен двигател

Изпълнението в широк диапазон от приложения прави трифазни асинхронни двигатели отговаря за 85 процента от инсталирания капацитет на индустриалните системи за задвижване. Нека обсъдим основната информация за този мотор и неговата специална техника за управление на SVPWM.






Трифазен асинхронен двигател

Трифазният асинхронен двигател е въртяща се електрическа машина, която е проектирана да работи на трифазно захранване. Този 3-фазен двигател се нарича още асинхронен двигател. Тези двигатели с променлив ток са два вида: асинхронни двигатели от катерица и плъзгащи се пръстени . Принципът на действие на този двигател се основава на производството на въртящо се магнитно поле.

3-фазна конструкция на асинхронен двигател

Тези трифазни двигатели се състоят от статор и ротор и между които не съществува електрическа връзка. Тези статор и ротори са конструирани с използване на материали с висока магнитна сърцевина, за да се намали хистерезисът и загубите от вихрови токове.



3-фазна конструкция на асинхронен двигател

3-фазна конструкция на асинхронен двигател

Рамката на статора може да бъде конструирана с помощта на чугун, алуминий или валцована стомана. Рамката на статора осигурява необходимата механична защита и опора за ламинирана сърцевина на статора, намотки и други устройства за вентилация. Статорът е намотан с трифазни намотки, които се припокриват една с друга при 120-градусово фазово изместване, монтирани в слоести слоеве. Шестте края на трите намотки се извеждат и свързват към клемната кутия, така че тези намотки се възбуждат от трифазно основно захранване.

Тези намотки са от медна тел, изолирана с лак, монтиран в изолирани слоести слоеве. При всички работни температури този импрегниран лак остава твърд. Тези намотки имат висока изолационна устойчивост и висока устойчивост на солена атмосфера, влага, алкални изпарения, масло и грес и др. Който и да отговаря на нивото на напрежение, тези намотки са свързани в звезда или триъгълни връзки .


Катерен асинхронен двигател

Катерен асинхронен двигател

Роторът на трифазния асинхронен двигател с променлив ток е различен за асинхронните двигатели с плъзгащи се пръстени и катерици. Роторът от тип плъзгащ се пръстен се състои от тежки алуминиеви или медни пръти, къси в двата края на цилиндричния ротор. Валът на асинхронния двигател се поддържа от два лагера във всеки край, за да се осигури свободно въртене в статора и да се намали триенето. Състои се от купчина стоманени ламинирани слоеве с равномерно разположени слотове, които са пробити по цялата му обиколка, в които са поставени неизолирани тежки алуминиеви или медни пръти.

Роторът от плъзгащ се пръстен се състои от трифазни намотки, които са вътрешно звезда в единия край, а останалите краища са изведени навън и свързани към плъзгащите се пръстени, монтирани на вала на ротора. А за развиване на въртящ момент с висок старт тези намотки са свързани с реостат с помощта на въгленови четки. Този външен резистор или реостат се използва само в началния период. След като двигателят достигне нормалната скорост, четките се късо съединяват и намотаният ротор работи като ротор с клетка на катерица.

Принцип на работа на 3-фазен асинхронен двигател

Принцип на работа на 3-фазен асинхронен двигател

Принцип на работа на 3-фазен асинхронен двигател

  • Когато двигателят се възбужда с трифазно захранване, трифазната намотка на статора създава въртящо се магнитно поле със 120 измествания с постоянна величина, което се върти със синхронна скорост. Това променящо се магнитно поле прерязва роторните проводници и индуцира ток в тях съгласно принципа на Фарадеевите закони за електромагнитната индукция. Тъй като тези роторни проводници са къси, токът започва да тече през тези проводници.
  • В присъствието на магнитното поле на статора се поставят роторни проводници и следователно, съгласно принципа на силата на Лоренц, върху проводника на ротора действа механична сила. По този начин, всички роторни проводници принуждават, т.е. сумата от механичните сили създава въртящ момент в ротора, който има тенденция да го движи в същата посока на въртящото се магнитно поле.
  • Въртенето на този роторен проводник може да се обясни и със закона на Ленц, който казва, че индуцираните токове в ротора се противопоставят на причината за неговото производство, тук това противопоставяне е въртящото се магнитно поле. В резултат на това роторът започва да се върти в същата посока на въртящото се магнитно поле на статора. Ако скоростта на ротора е по-голяма от скоростта на статора, тогава ток няма да индуцира в ротора, защото причината за въртенето на ротора е относителната скорост на магнитните полета на ротора и статора. Този статор и разликата в полето на ротора се наричат ​​приплъзване. По този начин 3-фазният двигател се нарича асинхронна машина поради тази относителна разлика в скоростта между статора и роторите.
  • Както обсъдихме по-горе, относителната скорост между полето на статора и проводниците на ротора кара да върти ротора в определена посока. Следователно, за да се получи въртенето, скоростта на ротора Nr трябва винаги да е по-малка от скоростта на полето на статора Ns и разликата между тези два параметъра зависи от натоварването на двигателя.

Разликата в скоростта или приплъзването на променливотоковия асинхронен двигател се дава като

  • Когато статорът е неподвижен, Nr = 0, така че приплъзването става 1 или 100%.
  • Когато Nr е със синхронна скорост, приплъзването става нула, така че двигателят никога не работи със синхронна скорост.
  • Плъзгането в трифазния асинхронен двигател от празен товар до пълен товар е около 0,1% до 3%, поради което асинхронните двигатели се наричат ​​двигатели с постоянна скорост.

SVPWM управление на 3-фазен асинхронен двигател

Най-често за управление на асинхронни двигатели се използват PWM инверторни задвижвания. В сравнение с задвижванията с фиксирана честота, тези ШИМ контрол на гмуркания както големината на напрежението и честотата на тока, така и напрежението, приложено към асинхронния двигател. Чрез промяна на ШИМ сигналите, приложени към портите на превключвателя на захранването, количеството мощност, доставяно от тези задвижвания, също варира, така че да се постигне трифазно управление на скоростта на асинхронния двигател.

SVPWM управление на 3-фазен асинхронен двигател от Edgefxkits.com

SVPWM управление на 3-фазен асинхронен двигател от Edgefxkits.com

За управление на трифазни моторни задвижвания се използват редица схеми на импулсно-широчинна модулация (ШИМ). Но най-широко се използват синусоидна ШИМ (SPWM) и космически векторна ШИМ (SVPWM). В сравнение с SPWM, управлението на SVPWM дава по-високо ниво на основно напрежение и намалено съдържание на хармоника. Тук ние дадохме практическо изпълнение на този SVPWM контрол, използвайки 8051 микроконтролери .

В схемата по-долу се използва инвертор на напрежение на три нива за получаване на три изходни напрежения в зависимост от напрежението на постояннотоковата шина. Еднофазното захранване е коригирано за захранване с постояннотоково захранване както на веригата на микроконтролера, така и на веригите на инвертора.

Блок-схема на SVPWM управление на 3-фазен асинхронен двигател от Edgefxkits.com

Блок-схема на SVPWM управление на 3-фазен асинхронен двигател от Edgefxkits.com

Инверторната схема включва шест MOSFET, за да произведе променливо трифазно захранване, за всяка фаза са разположени два MOSFET. Тези порти на MOSFET са свързани към IC драйвер на порта. При получаване на ШИМ сигнали от превключвателите на драйвера на портата на микроконтролера MOSFET-овете така че да се произвежда променливото AC изходно напрежение. Следователно тази променлива AC с промяна в напрежението и честотата варира скоростта на двигателя .

Това е основна информация за асинхронния двигател с променлив ток с конструкция и принцип на работа. В допълнение към това, SVPWM техниката за управление на скоростта на двигателя има много предимства от другите PWM техники, както видяхме по-горе. Ако имате съмнения относно програмиращия микроконтролер за внедряване на техниката SVPWM в нея, можете да се свържете с нас, като коментирате по-долу.

Кредити за снимки:

  • AC индукционен двигател от wikimedia
  • Конструкция на трифазен асинхронен двигател от електронен дизайн
  • Плъзгащи се пръстени и асинхронни двигатели с катерица от tpub
  • Принцип на работа на 3-фазен асинхронен двигател от blogspot