Kenntnisse der Grundlagen des 3-Phasen-Wechselstrom-Induktionsmotors und seiner Steuerung mit SVPWM

Einige der Vorteile wie geringe Kosten, robustweniger komplexität und einfache wartung von wechselstrommotoren führt dazu, dass viele der industriellen vorgänge mit wechselstromantrieben durchgeführt werden als gleichstromantriebe. Der Wechselstrominduktionsmotor ist ein spezieller Typ eines Elektromotors, der seine eigenen typischen Eigenschaften und Leistungen in Bezug auf das Starten, die Drehzahlsteuerung, den Schutz usw. aufweist.

AC-Induktionsmotor

Die Leistung in einem breiten Anwendungsbereichmacht Drehstrom-Asynchronmotoren für 85 Prozent der installierten Kapazität der industriellen Antriebssysteme verantwortlich. Lassen Sie uns grundlegende Informationen zu diesem Motor und seiner speziellen Steuerungstechnik von SVPWM diskutieren.

Dreiphasenwechselstrom-Induktionsmotor

Der dreiphasige Wechselstrominduktionsmotor ist drehendElektrische Maschine, die für den Betrieb mit Drehstromversorgung ausgelegt ist. Dieser 3-Phasen-Motor wird auch als Asynchronmotor bezeichnet. Es gibt zwei Arten von Wechselstrommotoren: Induktionsmotoren mit Eichhörnchen und Schleifring. Das Funktionsprinzip dieses Motors beruht auf der Erzeugung eines rotierenden Magnetfelds.

3-Phasen-Induktionsmotoraufbau

Diese Drehstrommotoren bestehen aus einem Stator undein Rotor und zwischen denen keine elektrische Verbindung besteht. Diese Statoren und Rotoren sind unter Verwendung hochmagnetischer Kernmaterialien konstruiert, um Hysterese- und Wirbelstromverluste zu reduzieren.

3-Phasen-Induktionsmotoraufbau

Statorrahmen kann aus Gusseisen hergestellt werden,Aluminium oder Walzstahl. Der Statorrahmen bietet den erforderlichen mechanischen Schutz und die Unterstützung für Statorblechpakete, Wicklungen und andere Anordnungen zur Belüftung. Der Stator ist mit dreiphasigen Wicklungen gewickelt, die sich bei 120 Grad Phasenverschiebung in geschlitzte Lamellen einfügen. Die sechs Enden der drei Wicklungen werden herausgeführt und mit dem Klemmenkasten verbunden, so dass diese Wicklungen durch eine dreiphasige Hauptversorgung erregt werden.

Diese Wicklungen sind aus Kupferdraht mit isoliertLack in isolierte geschlitzte Lamellen. Bei allen Arbeitstemperaturen bleibt dieser imprägnierte Lack starr. Diese Wicklungen haben eine hohe Isolationsfestigkeit und eine hohe Beständigkeit gegenüber einer Salzatmosphäre, Feuchtigkeit, alkalischen Dämpfen, Öl und Fett usw. Unabhängig davon, welche Spannung dem Spannungspegel entspricht, sind diese Wicklungen entweder in Stern- oder Dreieckschaltung verbunden.

 Gleitring- und Käfigläufermotoren

Der Rotor des Drehstrom-Asynchronmotors istanders für die Schleifring- und Käfigläufermotoren. Der Rotor im Gleitring-Typ besteht aus schweren Aluminium- oder Kupferschienen, die an beiden Enden des zylindrischen Rotors kurzgeschlossen sind. Die Welle des Induktionsmotors ist an zwei Enden an zwei Lagern gelagert, um sicherzustellen, dass sich der Stator frei dreht und die Reibung verringert wird. Es besteht aus Stapeln von Stahllamellen mit gleichmäßig beabstandeten Schlitzen, die um den Umfang herum gestanzt sind und in die nicht isolierte schwere Aluminium- oder Kupferschienen eingesetzt werden.

Ein Schleifringläufer besteht aus drei PhasenDie Wicklungen sind an einem Ende mit einem Stern versehen, und die anderen Enden werden nach außen gebracht und mit den an der Rotorwelle angebrachten Schleifringen verbunden. Und zur Entwicklung eines hohen Anlaufdrehmoments werden diese Wicklungen mit Hilfe von Kohlebürsten mit dem Rheostat verbunden. Diese externen Widerstände oder dieser Rheostat werden nur zu Beginn verwendet. Sobald der Motor die normale Drehzahl erreicht hat, sind die Bürsten kurzgeschlossen, und der Wickelrotor arbeitet als Käfigläufer.

Funktionsprinzip des 3-Phasen-Induktionsmotors

Funktionsprinzip des 3-Phasen-Induktionsmotors
  • Wenn der Motor mit Drehstrom angeregt wirdDie dreiphasige Statorwicklung erzeugt ein rotierendes Magnetfeld mit 120 Verschiebungen bei konstanter Größe, das sich mit Synchrondrehzahl dreht. Dieses sich ändernde Magnetfeld schneidet die Rotorleiter und induziert in ihnen einen Strom nach dem Prinzip der Faradayschen Gesetze der elektromagnetischen Induktion. Wenn diese Rotorleiter kurzgeschlossen sind, beginnt der Strom durch diese Leiter zu fließen.
  • Bei Vorhandensein eines Magnetfeldes des StatorsRotorleiter sind angeordnet, und daher wirkt nach dem Lorenz-Kraftprinzip eine mechanische Kraft auf den Rotorleiter. Somit erzeugen alle Rotorleiterkraft, d. H. Die Summe der mechanischen Kräfte, ein Drehmoment im Rotor, das dazu neigt, ihn in die gleiche Richtung des rotierenden Magnetfelds zu bewegen.
  • Die Drehung dieses Rotorleiters kann auch seinerklärt durch das Lenz'sche Gesetz, das besagt, dass die induzierten Ströme im Rotor der Ursache seiner Erzeugung entgegenstehen, hier ist dies ein rotierendes Magnetfeld. Dies hat zur Folge, dass sich der Rotor in der gleichen Richtung wie das Statordrehfeld dreht. Wenn die Rotordrehzahl größer als die Statorgeschwindigkeit ist, wird im Rotor kein Strom induziert, da der Grund für die Rotordrehung die relative Geschwindigkeit der Rotor- und Statormagnetfelder ist. Diese Stator- und Rotorfelddifferenz wird als Schlupf bezeichnet. Diese Art von 3-Phasen-Motor wird aufgrund dieser relativen Drehzahldifferenz zwischen dem Stator und den Rotoren als Asynchronmaschine bezeichnet.
  • Wie oben besprochen, ist die relative Geschwindigkeit zwischenDas Statorfeld und die Rotorleiter veranlassen den Rotor in eine bestimmte Richtung zu drehen. Zur Erzeugung der Drehung muss daher die Rotordrehzahl Nr immer kleiner als die Statorfeldgeschwindigkeit Ns sein, und die Differenz zwischen diesen beiden Parametern hängt von der Belastung des Motors ab.

Die Drehzahldifferenz oder der Schlupf des Wechselstrom-Induktionsmotors ist als

  • Wenn der Stator steht, ist Nr = 0; so wird der schlupf 1 oder 100%.
  • Wenn Nr sich synchron dreht, wird der Schlupf Null; Der Motor läuft also niemals synchron.
  • Der Schlupf des dreiphasigen Induktionsmotors von Leerlauf zu Volllast beträgt etwa 0,1% bis 3%; Deshalb werden die Induktionsmotoren als Motoren mit konstanter Drehzahl bezeichnet.

SVPWM-Steuerung eines 3-Phasen-Induktionsmotors

Meistens zur Steuerung der InduktionMotoren werden PWM-Umrichter-basierte Antriebe verwendet. Verglichen mit Frequenzumrichtern mit fester Frequenz steuern diese PWM-Tauchgänge sowohl die Größe der Spannung und Frequenz als auch die an den Induktionsmotor angelegte Spannung. Durch Ändern der an die Leistungsschaltertore angelegten PWM-Signale wird auch die von diesen Antrieben gelieferte Energiemenge variiert, so dass die dreiphasige Induktionsmotor-Drehzahlsteuerung erreicht wird.

SVPWM-Steuerung eines 3-Phasen-Induktionsmotors von Edgefxkits.com

Eine Anzahl von Pulsweitenmodulationsschemata (PWM)werden zur Steuerung von Drehstrommotorantrieben verwendet. Am häufigsten werden jedoch Sine-PWM (SPWM) und Space-Vector-PWM (SVPWM) verwendet. Im Vergleich zu SPWM bietet die SVPWM-Steuerung eine höhere Grundspannung und einen reduzierten Oberwellengehalt. Hier haben wir eine praktische Implementierung dieser SVPWM-Steuerung unter Verwendung des 8051-Mikrocontrollers gegeben.

In der unteren Schaltung ist die Spannung auf drei EbenenUmrichter wird verwendet, um drei Ausgangsspannungen zu erhalten, abhängig von der Zwischenkreisspannung. Die einphasige Versorgung wird gleichgerichtet, um sowohl die Mikrocontrollerschaltung als auch die Inverterschaltung mit Gleichstrom zu versorgen. Der Mikrocontroller ist so programmiert, dass er SVPWM-Signale erzeugt, die an den Gatetreiber-IC gegeben werden.

Blockschaltbild der SVPWM-Steuerung eines 3-Phasen-Induktionsmotors von Edgefxkits.com

Die Inverterschaltung umfasst sechs MOSFETsvariable dreiphasige Versorgung erzeugen, für jede Phase werden zwei MOSFETs eingesetzt. Diese MOSFET-Gates sind mit dem Gate-Treiber-IC verbunden. Beim Empfang der PWM-Signale vom Mikrocontroller schaltet der Gate-Treiber die MOSFETs so, dass die variable Ausgangswechselspannung erzeugt wird. Daher variiert diese variable Wechselspannung bei Änderung der Spannung und Frequenz die Drehzahl des Motors.

Dies ist eine grundlegende Information zum AC-Induktionsmotormit Aufbau und Funktionsprinzip. Darüber hinaus hat die SVPWM-Technik zum Steuern der Drehzahl des Motors viele Vorteile gegenüber anderen PWM-Techniken, wie wir oben gesehen haben. Wenn Sie Zweifel an der Programmierung eines Mikrocontrollers für die Implementierung der SVPWM-Technik haben, können Sie uns unter dem folgenden Kommentar kontaktieren.

Bildnachweis:

  • AC Induction Motor von wikimedia
  • 3-Phasen-Induktionsmotorenbau von electronicdesign
  • Gleitring- und Käfigläufermotoren von tpub
  • Funktionsprinzip eines 3-Phasen-Induktionsmotors von blogspot

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