Znajomość podstaw 3-fazowego silnika indukcyjnego AC i jego sterowania za pomocą SVPWM

Znajomość podstaw 3-fazowego silnika indukcyjnego AC i jego sterowania za pomocą SVPWM

Niektóre z zalet, takie jak niski koszt, solidna konstrukcja, mniej skomplikowana i łatwa w utrzymaniu, silniki prądu przemiennego powodują, że wiele operacji przemysłowych jest wykonywanych przy użyciu Napędy AC niż napędy DC. Silnik indukcyjny prądu przemiennego to specjalny rodzaj silnika elektrycznego, który ma swoje własne typowe właściwości i wydajność w zakresie rozruchu, regulacji prędkości, zabezpieczeń i tak dalej.



Silnik indukcyjny AC

Silnik indukcyjny AC

Wydajność w szerokim zakresie aplikacji sprawia, że ​​trójfazowe silniki indukcyjne odpowiada za 85 procent mocy zainstalowanej przemysłowych układów napędowych. Omówmy podstawowe informacje o tym silniku i jego specjalnej technice sterowania SVPWM.






Trójfazowy silnik indukcyjny AC

Trójfazowy silnik indukcyjny prądu przemiennego to wirująca maszyna elektryczna, która jest przeznaczona do zasilania trójfazowego. Ten silnik trójfazowy jest również nazywany silnikiem asynchronicznym. Te silniki prądu przemiennego są dwojakiego rodzaju: silniki indukcyjne typu wiewiórkowego i pierścieniowego . Zasada działania tego silnika opiera się na wytwarzaniu wirującego pola magnetycznego.

3-fazowa konstrukcja silnika indukcyjnego

Te silniki trójfazowe składają się ze stojana i wirnika, między którymi nie ma połączenia elektrycznego. Te stojany i wirniki są zbudowane z użyciem materiałów rdzeniowych o wysokiej magnetyczności w celu zmniejszenia histerezy i strat prądów wirowych.



3-fazowa konstrukcja silnika indukcyjnego

3-fazowa konstrukcja silnika indukcyjnego

Rama stojana może być wykonana z żeliwa, aluminium lub stali walcowanej. Rama stojana zapewnia niezbędną ochronę mechaniczną i wsparcie dla laminowanego rdzenia stojana, uzwojeń i innych układów wentylacyjnych. Stojan jest uzwojony trójfazowymi uzwojeniami, które zachodzą na siebie z przesunięciem fazowym o 120 stopni, dopasowanymi do szczelinowych laminatów. Sześć końców trzech uzwojeń jest wyprowadzonych i podłączonych do skrzynki zaciskowej, tak że uzwojenia te są wzbudzane przez trójfazowe zasilanie główne.

Uzwojenia te są wykonane z drutu miedzianego izolowanego lakierem osadzonym w izolowanych szczelinowych laminatach. W każdej temperaturze roboczej ten impregnowany lakier pozostaje sztywny. Uzwojenia te mają wysoką rezystancję izolacji i wysoką odporność na atmosferę zasoloną, wilgoć, opary alkaliczne, olej i smar itp. Niezależnie od tego, który z nich odpowiada poziomowi napięcia, uzwojenia te są połączone w połączenia w gwiazdę lub trójkąt .


Silnik indukcyjny klatkowy

Silnik indukcyjny klatkowy

Wirnik trójfazowego silnika indukcyjnego AC jest inny w przypadku silników indukcyjnych z pierścieniem ślizgowym i klatkowym. Wirnik z pierścieniem ślizgowym składa się z ciężkich aluminiowych lub miedzianych prętów zwartych na obu końcach cylindrycznego wirnika. Wał silnika indukcyjnego jest podparty na dwóch łożyskach na każdym końcu, aby zapewnić swobodny obrót w stojanie i zmniejszyć tarcie. Składa się ze stosu stalowych laminatów równomiernie rozmieszczonych w szczelinach, które są wybijane na obwodzie, w których umieszczane są nieizolowane ciężkie pręty aluminiowe lub miedziane.

Wirnik z pierścieniem ślizgowym składa się z trójfazowych uzwojeń, które na jednym końcu są wewnętrznie oznaczone gwiazdą, a pozostałe końce są wyprowadzone na zewnątrz i połączone z pierścieniami ślizgowymi zamontowanymi na wale wirnika. Aby uzyskać wysoki moment rozruchowy, uzwojenia te są połączone z reostatem za pomocą szczotek węglowych. Ten zewnętrzny rezystor lub reostat jest używany tylko w okresie rozruchu. Gdy silnik osiągnie normalną prędkość, szczotki są zwarte, a uzwojony wirnik działa jak wirnik klatkowy.

Zasada działania trójfazowego silnika indukcyjnego

Zasada działania trójfazowego silnika indukcyjnego

Zasada działania trójfazowego silnika indukcyjnego

  • Gdy silnik jest wzbudzany przy zasilaniu trójfazowym, trójfazowe uzwojenie stojana wytwarza wirujące pole magnetyczne o 120 przemieszczeniach o stałej wielkości, które obraca się z prędkością synchroniczną. To zmieniające się pole magnetyczne przecina przewodniki wirnika i indukuje w nich prąd zgodnie z zasadą prawa indukcji elektromagnetycznej Faradaya. Gdy te przewody wirnika są zwarte, prąd zaczyna płynąć przez te przewodniki.
  • W obecności pola magnetycznego stojana znajdują się przewodniki wirnika, a zatem zgodnie z zasadą siły Lorenza na przewodnik wirnika działa siła mechaniczna. W ten sposób siła wszystkich przewodników wirnika, tj. Suma sił mechanicznych, wytwarza moment obrotowy w wirniku, który ma tendencję do poruszania go w tym samym kierunku co wirujące pole magnetyczne.
  • Obrót tego przewodnika wirnika można również wytłumaczyć prawem Lenza, które mówi, że prądy indukowane w wirniku przeciwstawiają się przyczynie jego wytwarzania, w tym przypadku opozycją jest wirujące pole magnetyczne. W rezultacie wirnik zaczyna się obracać w tym samym kierunku, co pole magnetyczne wirujące stojana. Jeśli prędkość wirnika jest większa niż prędkość stojana, wówczas żaden prąd nie będzie indukował w wirniku, ponieważ przyczyną obrotu wirnika jest względna prędkość wirnika i pola magnetycznego stojana. Ten stojan i różnica pola wirnika nazywane są poślizgiem. W ten sposób silnik trójfazowy nazywany jest maszyną asynchroniczną ze względu na tę względną różnicę prędkości między stojanem a wirnikami.
  • Jak omówiliśmy powyżej, względna prędkość między polem stojana a przewodami wirnika powoduje obrót wirnika w określonym kierunku. Stąd w celu wytworzenia obrotu prędkość wirnika Nr musi być zawsze mniejsza niż prędkość pola stojana Ns, a różnica między tymi dwoma parametrami zależy od obciążenia silnika.

Różnica prędkości lub poślizg silnika indukcyjnego AC jest podana jako

  • Gdy stojan jest nieruchomy, Nr = 0, więc poślizg wynosi 1 lub 100%.
  • Kiedy Nr jest z prędkością synchroniczną, poślizg staje się zerowy, więc silnik nigdy nie pracuje z prędkością synchroniczną.
  • Poślizg w trójfazowym silniku indukcyjnym od stanu bez obciążenia do pełnego obciążenia wynosi około 0,1% do 3%, dlatego silniki indukcyjne nazywane są silnikami o stałej prędkości.

SVPWM Sterowanie 3-fazowym silnikiem indukcyjnym

Najczęściej do sterowania silnikami indukcyjnymi stosuje się napędy falownikowe PWM. W porównaniu z przemiennikami częstotliwości te Kontrola nurkowań PWM zarówno wielkość napięcia, jak i częstotliwość prądu, jak również napięcie przyłożone do silnika indukcyjnego. Zmieniając sygnały PWM doprowadzane do bramek przełącznika mocy, zmienia się również ilość mocy dostarczanej przez te napędy, dzięki czemu uzyskuje się sterowanie prędkością trójfazowego silnika indukcyjnego.

Sterowanie SVPWM 3-fazowego silnika indukcyjnego przez Edgefxkits.com

Sterowanie SVPWM 3-fazowego silnika indukcyjnego przez Edgefxkits.com

Szereg schematów modulacji szerokości impulsu (PWM) jest używanych do sterowania trójfazowymi napędami silnikowymi. Ale najczęściej używane są sinusoidalne PWM (SPWM) i wektor kosmiczny PWM (SVPWM). W porównaniu z SPWM, sterowanie SVPWM zapewnia wyższy poziom napięcia podstawowego i zmniejszoną zawartość harmonicznych. Tutaj podaliśmy praktyczną implementację tej kontroli SVPWM przy użyciu 8051 mikrokontrolerów .

W poniższym obwodzie zastosowano trójpoziomowy falownik napięcia do uzyskania trzech napięć wyjściowych w zależności od napięcia szyny DC. Zasilanie jednofazowe jest prostowane w celu dostarczania prądu stałego zarówno do obwodu mikrokontrolera, jak i do obwodów falownika. 8051 Mikrokontroler jest zaprogramowany do wytwarzania sygnałów SVPWM, które są podawane do układu scalonego sterownika bramki.

Schemat blokowy sterowania SVPWM 3-fazowego silnika indukcyjnego firmy Edgefxkits.com

Schemat blokowy sterowania SVPWM 3-fazowego silnika indukcyjnego firmy Edgefxkits.com

Obwód falownika składa się z sześciu tranzystorów MOSFET, które wytwarzają zmienne zasilanie trójfazowe, przy czym w każdej fazie zastosowano dwa tranzystory MOSFET. Te bramki MOSFET są podłączone do układu scalonego sterownika bramki. Po odebraniu sygnałów PWM z mikrokontrolera sterownik bramki przełącza się tranzystory MOSFET tak, że wytwarzane jest zmienne napięcie wyjściowe AC. Dlatego ten zmienny prąd przemienny ze zmianą napięcia i częstotliwości zmienia się prędkość silnika .

To są podstawowe informacje o silniku indukcyjnym AC wraz z budową i zasadą działania. Oprócz tego technika SVPWM kontrolująca prędkość silnika ma wiele zalet niż inne techniki PWM, jak widzieliśmy powyżej. Jeśli masz wątpliwości co do programowanie mikrokontrolera w celu zaimplementowania w nim techniki SVPWM możesz skontaktować się z nami, komentując poniżej.

Kredyty fotograficzne: