מתנע רך למנוע חשמלי: עקרון הפעולה של מנוע חשמלי אסינכרוני

למנוע חשמלי אסינכרוני יש את היכולת להתניע באופן עצמאי עקב האינטראקציה בין שטף השדה המגנטי המסתובב לשטף מתפתל הרוטור, הגורם לזרם גבוה בו. כתוצאה מכך, הסטטור שואב זרם גדול, שעד שהמנוע מגיע למהירות מלאה, הופך ליותר מהזרם הנקוב, מה שעלול להוביל להתחממות יתר של המנוע ולנזק שלו. כדי למנוע זאת, נדרש מתנע רך של מנוע חשמלי (SCD).

עקרון הפעולה של המתנע

זה מורכב מהעובדה שהמכשיר מווסת את המתח המופעל על המנוע במהלך ההתנעה, ושולט על מאפייני הזרם. עבור מנועי אינדוקציה, מומנט ההתחלה הוא פרופורציונלי בערך לריבוע זרם ההתחלה. זה פרופורציונלי למתח המופעל. המומנט יכול גם להיחשב כפרופורציונלי למתח המופעל, ובכך להתאים המתח במהלך ההתנעה, הזרם הנצרך על ידי המכונה והמומנט שלה נשלטים על ידי המכשיר ויכולים להיות מוּפחָת.

על ידי שימוש בשישה SCRs בתצורה כפי שמוצג, המתנע הרך יכול לווסת את המתח המסופק למנוע בעת ההפעלה מ-0 וולט ללינארית נומינלית מתח. הפעלה רכה של המנוע החשמלי יכולה להתבצע בשלוש דרכים:

1. התחלה ישירה באמצעות מתח עומס מלא.
2. החלה ירדה בהדרגה.
3. יישום של הפעלת סלילה חלקית באמצעות מתנע אוטומטי שנאי.

SCP יכול להיות משני סוגים:

1. פתח בקרה: מתח ההתנעה מופעל בהשהיית זמן ללא קשר לזרם המנוע או למהירותו. עבור כל שלב, שני ה-SCR מושהים תחילה ב-180 מעלות עבור מחזורי חצי הגל המתאימים (עבורם מתבצע כל SCR). עיכוב זה פוחת בהדרגה עם הזמן עד שהמתח המופעל מגיע לערך הנומינלי. זה ידוע גם כמערכת מתח זמנית. שיטה זו אינה שולטת למעשה בתאוצת המנוע.
2. ניטור לולאה סגורה: מנטר כל מאפיינים של פלט המנוע כגון זרם או מהירות. מתח ההתנעה משתנה בהתאם כדי לקבל את התגובה הנדרשת. לפיכך, המשימה של המתנע הרך היא לשלוט על זווית ההולכה של ה-SCR ולשלוט במתח האספקה.

היתרונות של התחלה רכה

סטרטרים רכים במצב מוצק משתמשים בהתקני מוליכים למחצה כדי להוריד זמנית פרמטרים במסופי המנוע. זה מאפשר לנטר את זרם המנוע כדי להפחית את המומנט של מגבלת המנוע. הבקרה מבוססת על בקרת המתח של מסופי המנוע בשני או שלושה פאזות.

ישנן מספר סיבות מדוע שיטה זו מועדפת על פני אחרים:

1. יעילות מוגברת: היעילות של מערכת מתנע רכה במצב רך נובעת בעיקר ממצב המתח הנמוך.
2. שיגור מבוקר: ניתן לשלוט בפרמטרי ההתחלה על ידי שינוי קל שלהם, מה שמבטיח שהוא מתחיל ללא טלטולים.
3. האצה מבוקרת: תאוצת המנוע נשלטת בצורה חלקה.
4. עלות וגודל נמוכים: זה נעשה באמצעות מתגי מצב מוצק.

רכיבי מצב מוצק

מתגי מתח כגון SCRs שנשלטים פאזה עבור כל חלק של המחזור. עבור מנוע תלת פאזי, שני SCRs מחוברים לכל פאזה. ממסרי התנעה רכה של המנוע חייבים להיות מדורגים לפחות פי שלושה ממתח הקו.

דוגמה עובדת למערכת למנוע אינדוקציה תלת פאזי. המערכת מורכבת מ-6 SCR, מעגל לוגי בקרה בצורת שני משווים - LM324 ו-LM339 עבור השגת הרמה והמתח של הרמפה ומבודד אופטו כדי לשלוט בהפעלת מתח השער ל-SCR ב כל שלב.

לפיכך, על ידי שליטה על משך הזמן בין הפולסים או ההשהיה שלהם, זווית ה-SCR המבוקרת מנוטרת ומווסתת אספקת החשמל בשלב תחילת המנוע. כל התהליך הוא למעשה מערכת בקרת לולאה פתוחה השולטת בתזמון פעימות ההדק של השער עבור כל SCR.

יסודות SCR

SCR (סיליקון מבוקר מיישר) הוא ווסת כוח נשלט DC בעוצמה גבוהה. סטרטרים רכים של מנוע אינדוקציה SCR הם התקני מוליכים למחצה סיליקון ארבע שכבות PNPN. יש לו שלושה מסופים חיצוניים ומשתמש בסמלים חלופיים באיור 2 (א) ויש לו מעגל שווה ערך לטרנזיסטור באיור 2 (ב).

השימוש העיקרי ב-SCR הוא כמתג עם אנודה חיובית ביחס לקתודה, הנשלט בעת הפעלת המכונה.

ניתן להבין את המאפיינים העיקריים של ה-SCR באמצעות דיאגרמות אלה. ניתן להפעיל את המתנע הרך של המנוע ולגרום לו לפעול כמיישר סיליקון קדימה על ידי הפעלת זרם שער על פני S2 לזמן קצר. ה-SCR במהירות (בתוך כמה מיקרו-שניות) ננעל אוטומטית למצב מופעל ונשאר דולק גם כאשר מנוע התריס מוסר.

פעולה זו מוצגת באיור 2 (ב) זרם השער הראשוני מופעל על Q1 וזרם האספן של Q1 מופעל על Q2, לאחר מכן זרם האספן של Q2 מחזיק את Q1 גם כאשר כונן השער מוסר. פוטנציאל הרוויה הוא 1 V בערך והוא נוצר בין האנודה לקתודה.

נדרש רק דופק קצר של תריס כדי להפעיל את ה-SCR. לאחר תיקון ה-SCR, ניתן לכבות אותו שוב על ידי הפחתה קצרה של זרם האנודה שלו מתחת לערך מסוים, בדרך כלל כמה מיליאמפר, ביישומי AC, הכיבוי מתרחש אוטומטית בנקודת האפס בכל חצי מחזור.

רווח משמעותי זמין בין השער והאנודה של ה-SCR, לבין זרמי שער נמוכים (בדרך כלל כמה mA או פחות) יכול לשלוט בערכים גבוהים של זרם האנודה (עד עשרות מגברים). לרוב ה-SCR יש דירוגי אנודה של מאות וולט. המאפיינים של שער SCR דומים לאלו של צומת הטרנזיסטור - פולט הטרנזיסטור (ראה. אורז. 2(ב)).

קיבול פנימי (כמה pF) קיים בין האנודה לשער של ה-SCR, ומתח הגאות המופיע באנודה יכול לגרום לפריצת דרך מספקת כדי להפעיל את ה-SCR. "אפקט המהירות" הזה יכול להיגרם על ידי מעברי קו מתח וכו'. ניתן להתגבר על הבעיות עם אפקט המהירות על ידי הפעלת רשת החלקת CR בין האנודה והקתודה כדי להגביל את קצב העלייה לערך בטוח.

פעולה במהירות משתנה

מתח רשת AC (איור. 5) מתוקן באמצעות גשר דיודה פסיבי. המשמעות היא שהדיודות מופעלות כאשר מתח הקו גדול מהמתח על פני קטע הקבלים. לצורת הגל המתקבלת יש שני פולסים במהלך כל חצי מחזור, אחד עבור כל חלון הולכה של דיודה.

צורת הגל מראה זרם רציף כלשהו כאשר ההולכה נעה מדיודה אחת לאחרת. זה אופייני כאשר הוא משמש בקישור DC של כונן וקיים עומס מסוים. ממירים משתמשים באפנון פולס רחב כדי ליצור אותות פלט. אות המשולש נוצר בתדר הנשא שאיתו יעבור מהפך ה-IGBT.

צורת גל זו מושווה לצורת גל סינוסואידית בתדר היסודי שיש להניע אל המנוע. התוצאה היא צורת הגל U המוצגת באיור.

פלט המהפך יכול להיות כל תדר מתחת או מעל תדר הקו עד לגבולות המהפך ו/או הגבולות המכניים של המנוע. שימו לב שהכונן פועל תמיד במסגרת דירוג החלקת המנוע.

התחל תהליך בקרה

תזמון SCR הוא המפתח לשליטה בפלט המתח עבור מתנע רך. במהלך ההפעלה, לוגיקת המתנע הרכה קובעת מתי להפעיל את ה-SCR. הוא לא מדליק את ה-SCR בנקודה שבה המתח עובר משלילי לחיובי, אלא ממתין זמן מה לאחר מכן. זהו תהליך ידוע שנקרא "החלמה הדרגתית" של ה-SCR. נקודת המעבר של SCR מוגדרת או מתוכנתת כך שמומנט ההתחלה, זרם ההתחלה או מגבלת הזרם נשלטים בקפדנות.

תוצאת התאוששות מדרגת SCR היא תת-מתח לא סינוסואידי במסופי המנוע כפי שמוצג באיורים. מכיוון שהמנוע אינדוקטיבי והזרם מפגר מאחורי המתח, ה-SCR נשאר דולק ומוליך עד שהזרם מגיע לאפס. זה קורה לאחר שהמתח הפך לשלילי. פלט מתח SCR בודד.

בהשוואה לצורת הגל הכוללת של המתח, ניתן לראות שמתח השיא זהה למתח צורת הגל הכולל. עם זאת, הזרם אינו עולה לאותה רמה כמו כאשר מופעל מתח מלא בשל האופי האינדוקטיבי של המנועים. כאשר מתח זה מופעל על המנוע, זרם המוצא נראה כמו האיור.

מכיוון שתדירות המתח זהה לתדר הליניארי, גם תדירות הזרם זהה. SCRs עוברים בהדרגה לכניסה, הפערים הנוכחיים מתמלאים עד שצורת הגל נראית זהה למנוע.

מאפייני מנוע באמצעות מתנע רך

להתחלה חלקה כזו של מנוע חשמלי אסינכרוני, בניגוד לכונן AC, יש את המאפיינים של הזרם ברשת וזרם המנוע תמיד זהים. במהלך ההפעלה, השינוי בזרם תלוי ישירות בגודל המתח המופעל. מומנט המנוע משתנה כריבוע של המתח או הזרם המופעלים.

הגורם החשוב ביותר בהערכה הוא מומנט המנוע. מנועים סטנדרטיים מייצרים כ-180% ממומנט העומס המלא בעת התנעה. לכן, ירידה של 25% תהיה שווה למומנט עומס מלא. אם המנוע שואב 600% מזרם העומס המלא בעת התנעה, אזי הזרם במעגל זה יפחית את זרם ההתחלה מ-600% ל-450% מהעומס.

דיאגרמות חיווט של מתנע

ישנן שתי אפשרויות שבהן המתנע מפעיל את המנוע החשמלי: המעגל הסטנדרטי ובתוך הדלתא.

תכנית סטנדרטית. המתנע מחובר בסדרה עם מתח הקו המסופק למנוע.

בתוך המשולש קיים מעגל נוסף לפיו מחובר המתנע, הנקרא מעגל דלתא פנימי. בתרשים זה, שני כבלים המתחברים לאחד המנועים מחוברים ישירות לאספקת החשמל I/P, והכבל השני יחובר דרך המתנע. מאפיין אחד של מעגל זה הוא שניתן להשתמש בסטרטר עבור מנועים גדולים כגון מנועים של 100 קילוואט, מכיוון שזרמי הפאזה מחולקים לשני חלקים.