كنترل دور موتورهای القايی سه فاز

امروزه در صنعت، ماشین های متفاوت و با سرعت های مختلف مورد استفاده قرار می گیرد كه موارد قابل ذكر عبارتند از: ماشین برش فلزات، چرثقیل الكتریكی، ماشین های مربوط به حمل ونقل و انواع مختلف وسایل چاپ، معدن ذغال سنگ و صنایع دیگر.

برای مثال چرخاننده الكتریكی در ماشین برش فلزات، سرعت سیستم می باید مطابق با نوع كار، فلز و كیفیت نوع برش واندازه قطعه مورد نظر، قابل تنظیم باشد. در كلیه ماشین آلات ذكر شده، چرخاننده باید مجهز به كنترل سرعت باشد تا بتواند كمیت تولید زیاد، شرایط كار مطلوب و كیفیت محصول خوب باشد. توسط كنترل سرعت می توان سرعت چرخاننده را به میزان مورد نیاز جهت انجام مراحل كار تغییر داد. مفهوم كنترل سرعت یا تنظیم نبا ید شامل تغییر طبیعی در هنگام اخذ بار شود. تغییر سرعت مورد نیاز در روی موتور چرخاننده و یا عنصر مرتبط به موتور چرخاننده انجام می گیرد، كه ممكن است این عمل با دست توسط اپراتور و یا به طور اتوماتیك توسط وسایل كنترل انجام گیرد. امروزه تنظیم سرعت توسط مدار الكتریكی توسعه یافته و از نظر اقتصادی و نتایج حاصله بر كنترل مكانیكی ارجحیت دارد. موتورهای آسنكرون سه فاز به خاطر امتیازات چشمگیرشان در صنایع كاربرد متنوعی دارند. از آن جمله در سیستم های محركه ای كه نیاز به تغییر وتنظیم دور دارند بیشتر وبیشتر بكار گرفته می شوند.

سرعت موتور اندوكسیونی را می توان با قرار دادن مقاومت در مدار رتور كنترل نمود نرمی كنترل سرعت بستگی به تعداد مراحل مقاومت مورد استفاده دارد كنترل در جهت كاهشی از مقدار مبنا می باشد.

به عنوان مقاومت متغییر می توان از رئوستای معمولی پتانسیومتر یا مقسم ولتاژ استفاده نمود اما امروزه ترجیحاً از مقاومت های الكترونیكی استفاده می شود. با گذاشتن یك مقاومت اضافی در مدار رتور ماشین، شكل منحنی گشتاور- سرعت آن را تغییر داد. منحنی های مشخصه گشتاور – سرعت حاصل شكل زیر نشان داده شده است.

اگر منحنی گشتاور- سرعت بار به صورت نشان داده شده باشد تغییر مقاومت رتور باعث تغییر سرعت كار موتور می شود. ولی گذاشتن مقاومت اضافی در مدار رتور یك موتور القایی بازده ماشین را به شدت كم می كند. به خاطر مساله كاهش بازده این روش كنترل سرعت تنها برای فواصل زمانی كوتاه به كار می رود. جهت استفاده كامل از موتور، تغییر سرعت می باید در كوپل ثابت انجام گیرد رنج كنترل ثابت ثابت نبوده و بستگی به مقدار بار دارد. با كاهش سرعت به طور قابل ملاحظه ای مشخصه، سختی خود را از دست می دهد حد كنترل سرعت 2:1 تا 3:1 می باشد. می باید متذكر شد كه كنترل سرعت در این روش مستلزم افت انرژی است افت ها در مدار رتور مستقیماً متناسب با لغزش است یعنی:

این روش برا ی موتورهای رتور قفسی مناسب است، زیرا در ماشین های رتور سیم پیچی كه برای تعداد قطب معینی سیم پیچی شده اند، مشكلات اضافی پدید خواهد آورد.

سرعت سنكرون (سرعت زاویه ای) یك موتور اندوكسیونی تابعی از فركانس منبع f و تعداد جفت قطب ها p سیم پیچی استاتور می باشد.

 

یا بر حسب r.p.m  خواهد بود:

مشاهده می گردد كه سرعت ممكن است با تغییر جفت قطب های سیم پیچی استاتور تغییر كند. در تغییر قطب های موتور سیم پیچی هر فاز متناوباً به دو قسمت مساوی تقسیم می گردد و با كلیدی می توان سیم پیچ ها را سری یا موازی كرد كه تعداد جفت قطب ها نصف شده و در نتیجه سرعت 2 برابر سرعت سنكرون می شود. اما در این حالت نمی توان تغییرات پیوسته در سرعت ایجاد كرد.

با به كار گیری تنها یك سیم پیچ می توان تعداد زوج قطب مختلف را تحقق بخشید. این روش اقتصادی تر بوده، اما قسمتی از سیم پیچ زیر فشار حرارتی بیشتری قرار می گیرد. (زیرا دائم زیر ولتاژ خواهد بود).

اتصال دالاندر یا سیم پیچ توزیع شده در استاتور، حالت خاصی از كنترل دور موتور القایی با تغییر تعداد قطب های سیم بندی است كه در آن سیم پیچی هر فاز استاتور به دو نیم سیم پیچ تقسیم می شود. در اثر تغییر اتصال نیم سیم پیچ های هر فاز از اتصال سری به موازی تعداد قطب ها نصف و سرعت دو برابر می شود. به این ترتیب فقط به كمك یك سیم پیچی می توان دو سرعت مختلف را بدست آورد و در هر دو حالت تمام سیم پیچ ها وتمام شیارها فعال بوده و نسبت به موتور با سیم پیچ های مجزا از ظرفیت بیشتری برخوردار است. دو حالت اتصال موتور القایی نشان داده شده در شكل مثلث – ستاره دوبل نامیده می شوند.

در اتصال سری دو نیم سیم پیچ، اتصال موتور به صورت مثلث و در اتصال موازی دو نیم سیم پیچ ها، اتصال موتور به صورت ستاره است كه باعث می شود با دو برابر شدن سرعت، قدرت موتور نیز تقریباً 1/5 برابر شود و گشتاور تقریباً ثابت باقی بماند. بنابراین از اتصال دالاندر برای محرك های با گشتاور ثابت استفاده می كنند.

تغییر سرعت از طریق تغییر قطب ها به سه صورت زیر انجام می گیرد:

 

1. تغییر سرعت تحت گشتاور ثابت: برای سرعت پایین اتصال مثلث بوده و برای سرعت بالا اتصال بصورت ستاره دوبل است. قدرت تحت سرعت بالا نسبت به قدرت تحت سرعت پایین افزایش یافته است، افزایش سرعت با افزایش قدرت همراه بوده پس گشتاور ثابت است.
2. تغییر سرعت تحت قدرت ثابت: در هر دو اتصال سرعت زیاد وسرعت كم توان خروجی موتور تقریباً ثابت است.
3. تغییر سرعت تحت گشتاور و قدرت متغییر: گشتاور موتور مانند بارهای پنكه ای با تغییر سرعت تغییر می كند.

كنترل سرعت با تغییر قطب بر حسب فركانس منبع و تعداد جفت قطب ها سرعت ثابتی می دهد. برای مثال برای موتور های 4 سرعته و با فركانس 50 هرتز سرعت های زیر وجود دارد.

به منظور ایجاد منبع جریان متغییر dc سیگنال بیانگر جریان تنظیم شده با جریان واقعی مقایسه شده، خطای حاصل تقویت و برا ی كنترل زاویه آتش تریستورهای یكسو ساز استفاده می گردد تا جریان مورد نیاز در خروجی ایجاد گردد.

یك موتور القائی با اتصال ستاره را تغذیه می نماید. تریستورهای TH1 الی TH6 به ترتیب روشن شدن شماره گذاری شده اند و هر یك به اندازه یك سوم پریود خروجی هدایت می كنند. روشن نمودن یك تریستور سبب قطع تریستور هادی فاز مجاور می گردد. دو بانك خازی كه بصورت مثلث، متصل می باشند انرژی مورد نیاز برای كموتاسیون ذخیره كرده و دیودهای D1 الی D6 خازن ها را از بار ایزوله می نمایند. ترتیب هدایت تریستورهای اینورتر به گونه ای است كه جریانهای DC تنظیم شده از دو تریستور یكی متصل به خط مثبت ودیگری متصل به خط منفی تغذیه عبور می نماید. در هر نیم سیكل به مدت 60o هر دو تریستور واقع بر یك بازو قطع بوده بنابراین جریان خط برابر صفر می باشد. مزیت عمده اینورتر منبع جریان سادگی مدار لازم برای كموتاسیون تریستورها می باشد. مدار كموتاسیون تنها شامل خازن ها و دیودها بوده و به دلیل حذف سلف های كموتاسیون، فركانس عملكرد افزایش یافته نویز صوتی كاهش می یابد. خازن كموتاسیون به گونه ای طراحی می شود كه ولتاژ معكوس اعمالی بر تریستورها محدود گردد تا باعث ایجاد زمان خاموشی لازم گردد. به همین دلیل زمان خاموشی در دسترس به اندازه كافی زیاد می باشد تا بتوان از تریستور های غیر سریع یكسوسازی استفاده نمود، كه این امر اینورتر منبع جریان را در قدرت های متوسط به بالا بسیار اقتصادی می سازد.

فرض براین است كه TH1 و TH2 هادی بوده و جریان خروجی یكسوساز كنترل شده از طریق TH1،D1، فاز A موتور، فازC موتور، D2، TH2، جاری می گردد. خازن های C1،C3،C5 به ترتیب به اندازه V0، 0، -V0شارژ شده اند در فاصله زمانی2 با آتش شدن TH3، TH1 توسط C1 در بایاس معكوس قرار گرفته و خاموش می گردد.جریان مطابق شكل (2-b) در مسیر TH3، بانك خازنی متشكل از C1 موازی با تركیب سری C3،C5 و D1 جاری میگردد و به صورت خطی بانك خازنی را شارژ می نماید. TH1 تا زمانی كه ولتاژ خازن C1تغییر پلاریته دهد در بایاس معكوس قرار دارد. دیود  D3نیز در بایاس معكوس بوده و جریانهای فاز موتور دارای مقادیر مشابه حالت قبل می باشد. در فاصله زمانی 3 با هدایت دیود D3 مسیر جریان c می باشد. جریان مدار LC منتجه، جریان فاز A را به صفر كشانده و جریان فاز B را از صفر به Id افزایش می دهد، سپس D1 قطع شده و سیكل كموتاسیون تكمیل می گردد. در فاصله زمانی 4 جریان منبع از طریق تریستور های TH2 و TH3 فازهای B و C متور را تغذیه می نماید. این شرایط تا لحظه فرمان TH4 به منظور انجام كموتاسیون بعدی حفظ می گردد. به دلیل اینكه D3 تنها دید هادی در نیمه بالا می باشد خازن های بالایی تاكموتاسیون بعدی ولتاژ خود را ثابت نگه می دارند. شكل موج ولتاژ خازن كموتاسیون C1 را همزمان با ولتاژ دو سر تریستور نمایش می دهد.