三相モーターの制御、モーターの速度制御方法

非同期モーターの制御は、機械回路のパラメーターを変更することによってパラメトリックに行うことも、別個のコンバーターによって行うこともできます。

パラメトリック制御

臨界滑りは、ステータ回路のアクティブ抵抗にわずかに依存します。固定子回路に追加の抵抗が導入されると、値はわずかに減少します。最大トルクが大幅に低下する場合があります。その結果、機械的特性は図のような形になります。 1.

米。 1. 一次および二次回路のパラメータを変更した場合の非同期モーターの機械的特性: 1 — 自然、2 および 3 — ステーター回路に追加の能動抵抗と誘導抵抗を導入した場合

これをモーターの自然な特性と比較すると、ステーター回路に追加の抵抗を導入しても速度にはほとんど影響がないと結論付けることができます。静的トルクが一定の場合、速度はわずかに低下します。したがって、このレート制御方法は非効率的であり、この最も単純なバージョンでは使用されません。

固定子回路に誘導抵抗を導入しても効果はありません。臨界スリップもわずかに減少し、抗力の増加によりエンジントルクが大幅に減少します。対応する機械的特性を同じ図に示します。 1.

ステータ回路に追加の抵抗が導入される場合があります 突入電流を制限する… この場合、通常、チョークは追加の誘導抵抗として使用され、サイリスタはアクティブ抵抗として使用されます (図 2)。

米。 2. ステータ回路にサイリスタを含める

ただし、これによりクリティカルが大幅に減少するだけでなく、 モーター始動トルク (c = 1 の場合)、つまり、これらの条件下での始動は小さな静的モーメントでのみ可能であることを意味します。もちろん、ローター回路に追加の抵抗を導入することは、巻線ローター モーターでのみ可能です。

ローター回路に誘導抵抗を追加すると、ステーター回路に誘導抵抗を導入した場合と同様にモーターの速度に影響を及ぼします。

実際には、ローター回路で誘導抵抗を使用することは、50 Hz から数ヘルツ、場合によっては数分の 1 ヘルツまでの可変周波数で動作する必要があるため、非常に困難です。このような状況では、チョークを発生させるのは非常に困難です。

低周波では、インダクタのアクティブ抵抗が主に影響します。上記の考察に基づいて、回転子回路内の誘導抵抗は速度制御に使用されることはありません。

パラメトリック速度制御の最も効果的な方法は、ローター回路に追加のアクティブ抵抗を導入することです。これにより、最大トルクが一定の一連の特性が得られます。これらの特性は、電流を制限し、一定のトルクを維持するために使用され、また、速度の制御にも使用できます。

図では。 3 は、r2 を変更する方法を示しています。入力 rext を使用すると、静的な瞬間に、公称値からゼロまでの広い範囲で速度を変更することが可能です。ただし、実際には、静的モーメントの値が十分に大きい場合にのみ速度を調整できます。

米。 3. ローター回路に追加抵抗を導入した非同期モーターの機械的特性

アイドルに近いモードで (Mo) の値が低いと、速度制御範囲が大幅に減少し、速度を大幅に低下させるには非常に大きな追加の抵抗を導入する必要があります。

低速かつ静トルクが大きい場合は、特性の急峻性が高いため、わずかなトルク変動で速度が大きく変化するため、速度安定性が不十分となりますのでご注意ください。

場合によっては、加減抵抗器セクションを連続して取り外すことなくモーターを加速させるために、加減抵抗器と誘導コイルがローター リングに並列に接続されます (図 4)。

米。 4. 非同期モーターの回転子回路における追加の能動抵抗と誘導抵抗の並列接続

始動の最初の瞬間、ローター内の電流の周波数が高いとき、電流は主に加減抵抗器を介して閉じられます。十分に高い始動トルクを提供する大きな抵抗を介して。周波数が低下すると、誘導抵抗が減少し、電流もインダクタンスを介して流れ始めます。

動作速度に達し、滑りが小さい場合、電流は主にインダクタを通って流れ、低周波での抵抗は巻線 rrev の電気抵抗によって決まります。これにより、始動時には二次側回路の外部抵抗がrrostからroroに自動的に変化し、ほぼ一定のトルクで加速します。

パラメトリック制御は当然、大きなエネルギー損失を伴います。滑りエネルギーは、電磁エネルギーの形でギャップを通ってステーターからローターに伝達され、通常は二次回路の大きな抵抗を伴う機械エネルギーに変換され、主にこの抵抗を加熱するために使用され、s = 1 ではステータからロータに伝達されたすべてのエネルギーは、二次回路の加減抵抗器で消費されます（図5）。

米。 5. ローター回路に追加の抵抗を導入して非同期モーターの速度を調整する場合の二次回路の損失: I — モーターシャフトに伝達される有効出力のゾーン、II — 二次回路の抵抗における損失ゾーン

したがって、パラメトリック制御は主に、作業機械が実行する技術プロセスの過程での短期間の減速に使用されます。たとえば昇降装置など、速度調整プロセスが作業機械の起動および停止と組み合わされる場合にのみ、ローター回路に追加の抵抗を導入したパラメトリック制御が速度制御の主な手段として使用されます。

ステータに印加する電圧を変化させることによる速度調整

電圧を変化させて誘導電動機の速度を調整すると、機械的特性の形状は変化せず、モーメントは電圧の二乗に比例して減少します。さまざまな応力における機械的特性を図に示します。 6. ご覧のとおり、従来のモータを使用した場合、速度制御範囲は非常に限られています。

米。 6… ステータ回路内の電圧を変更することによる誘導モーターの速度の調整

高スリップモーターを使用すると、わずかに広い範囲を実現できます。ただし、この場合は機械的特性が急峻であり（図7）、速度を安定させる密閉系でないとエンジンの安定運転ができません。

静トルクが変化すると、制御系は一定の速度を維持しながら機械特性が遷移し、破線で示した特性で動作を継続します。

米。 7. クローズドシステムでステータ電圧を調整する場合の機械的特性

ドライブが過負荷になると、モーターはコンバーターが提供する最大可能電圧に対応する限界特性に達し、負荷がさらに増加すると、この特性に従って速度が低下します。低負荷時、コンバータが電圧をゼロに下げることができない場合、AC 特性に従って速度が増加します。

磁気アンプまたはサイリスタコンバータは、通常、電圧制御電源として使用されます。サイリスタコンバータを使用する場合（図8）、後者は通常パルスモードで動作します。この場合、誘導電動機の固定子端子では一定の平均電圧が維持され、これは所定の速度を確保するために必要です。

米。 8. 誘導電動機の推力速度制御の仕組み

モーターのステーター端子の電圧を調整するには、部分巻線を備えた変圧器または単巻変圧器を使用することが可能と思われます。ただし、個別の変圧器ブロックの使用は非常に高いコストを伴い、必要な品質の調整が提供されません。この場合、電圧の段階的な変更のみが可能であり、セクションスイッチングデバイスを変圧器に導入することは事実上不可能であるためです。自動システム。単巻変圧器は、強力なモーターの突入電流を制限するために使用されることがあります。

固定子巻線セクションを異なる極対数に切り替えることによる速度制御

技術プロセス中にさまざまな速度レベルで動作する必要がある生産メカニズムが多数ありますが、スムーズな調整は必要ありませんが、個別の段階的な速度変更を備えたドライブがあれば十分です。このような機構には、一部の金属加工機械や木工機械、エレベーターなどが含まれます。

達成できる固定回転速度の数には制限があります 多段速度かご型モーター、固定子巻線が異なる数の極対に切り替わります。リスセルモータのリスセルは、ステータの極数と同じ数の極を自動的に形成します。

2 つのモーター設計が使用されています。1 つは各ステーター スロットに複数の巻線があり、もう 1 つはセクションが切り替えられて異なる数の極対を生成する単一巻線です。

いくつかの独立した固定子巻線を備えた多速度モーターは、技術的および経済的な観点から、単巻線の多速度モーターよりも劣ります。多巻線モーターでは、固定子巻線が非効率的に使用され、固定子スロットの充填が不十分で、効率と cosφ が最適値を下回ります。したがって、主な分配は、異なる数の極対で巻線を切り替えるマルチスピード単巻線モーターから得られます。

セクションを切り替えると、ステータボア内の MDS 分布が変化します。その結果、MDS の回転速度も変化し、磁束も変化します。最も簡単な方法は、1:2 の比率で極のペアを切り替えることです。この場合、各相の巻線は 2 つのセクションの形式で作成されます。いずれかのセクションで電流の方向を変更すると、極ペアの数を半分に減らすことができます。

モーターの固定子巻線の回路を考えてみましょう。そのセクションは 8 極と 4 極に切り替えられます。図では。図９は、簡単のために単相巻線を示している。 2 つのセクションが直列に接続されている場合、つまり、最初のセクション K1 の終わりが 2 番目のセクション H2 の始まりに接続されている場合、8 つの極が得られます (図 9、a)。

2番目のセクションの電流の方向を反対に変更すると、コイルによって形成される極の数は半分に減り、4つになります（図9、b）。第 2 セクションの電流の方向は、ジャンパを端子 K1、H2 から端子 K1、K2 に移すことによって変更できます。また、セクションを並列に接続することで 4 極を得ることができます (図 9、c)。

米。 9. 固定子巻線のセクションを異なる数の極対に切り替える

固定子巻線が切り替えられた 2 速モーターの機械的特性を図に示します。十。

米。 10. 異なる極対数の固定子巻線を切り替えるときの誘導電動機の機械的特性

方式 a から方式 b に切り替えるとき (図 9)、両方の速度レベルで一定のエンジン出力が維持されます (図 10、a)。 2 番目のシフト オプションを使用すると、エンジンは同じトルクを発生できます。固定子巻線のセクションを切り替えることが可能で、速度比は 1:2 だけでなく、その他の速度比も提供します。 2 速エンジンに加えて、業界では 3 速および 4 速エンジンも製造されています。

三相モーターの周波数制御

以上のことから、誘導電動機の速度調整は非常に困難です。特性剛性を十分に保ちながら広範囲にわたる無段変速制御は部分制御だからこそ可能です。供給電流の周波数を変更し、したがって磁界の回転速度を変更することにより、モーターの回転子の回転速度を調整することができます。

ただし、設備内の周波数を制御するには、50 Hz の供給ネットワークの定周波数電流を、広範囲にわたって滑らかに変化する可変周波数電流に変換できる周波数コンバータが必要です。

当初、電気機械にコンバータを使用する試みがありました。ただし、同期発電機から可変周波数電流を得るには、ローターを可変速度で回転させる必要があります。この場合、稼働中のエンジンの速度を調整するタスクは、同期発電機を回転駆動するエンジンに割り当てられます。

一定の回転速度で可変周波数の電流を生成できるコレクタ発電機も、問題を解決できませんでした。第一に、励起するには可変周波数の電流が必要であり、第二に、すべての AC コレクタ機と同様であるためです。 、コレクタの正常な整流を保証するために大きな困難が生じます。

実際には、周波数制御は、 半導体デバイス...同時に、発電所とサーボ システムおよびサーボ ドライブの実行モーターの両方を制御するための周波数コンバーターを作成できることが判明しました。

周波数コンバータの設計は複雑ですが、周波数と電圧という 2 つの量を同時に制御する必要もあります。周波数が低下して速度が低下すると、EMF とグリッド電圧のバランスは、モーターの磁束を増加させることによってのみ維持できます。この場合、磁気回路は飽和し、非線形則に従って固定子電流が集中的に増加します。その結果、定電圧での周波数制御モードで誘導電動機を動作させることは不可能になります。

周波数を下げることで磁束を変化させないためには、同時に電圧レベルも下げる必要があります。したがって、周波数制御では、周波数と電圧という 2 つの制御チャネルを使用する必要があります。

米。 11. 制御された周波数と一定の磁束の電圧を供給したときの誘導電動機の機械的特性

周波数制御システムは通常、閉ループ システムとして構築されます。その詳細については、以下を参照してください。 非同期モーターの周波数調整