История электродвигателей берет свое начало в 1820 году, когда Ганс Христиан Остер открыл магнитное действие электрического тока, а годом позже Майкл Фарадей открыл электромагнитное вращение и построил первый примитивный двигатель постоянного тока.Фарадей открыл электромагнитную индукцию в 1831 году, но только в 1883 году Тесла изобрел асинхронный двигатель.Сегодня основные типы электрических машин остаются прежними: постоянного тока, индукционные (асинхронные) и синхронные, все они основаны на теориях, разработанных и открытых Алстедом, Фарадеем и Теслой более ста лет назад.
С момента изобретения асинхронного двигателя он стал наиболее широко используемым сегодня двигателем благодаря преимуществам асинхронного двигателя перед другими двигателями.Основное преимущество заключается в том, что асинхронные двигатели не требуют электрического соединения между неподвижной и вращающейся частями двигателя, следовательно, не требуют каких-либо механических коммутаторов (щеток) и являются двигателями, не требующими технического обслуживания.Асинхронные двигатели также обладают характеристиками легкого веса, низкой инерции, высокой эффективности и высокой перегрузочной способности.В результате они дешевле, прочнее и не выходят из строя на высоких скоростях.Кроме того, мотор может работать во взрывоопасной атмосфере, не искря.
Учитывая все вышеперечисленные преимущества, асинхронные двигатели считаются совершенными электромеханическими преобразователями энергии, однако механическая энергия часто требуется при переменных скоростях, где системы регулирования скорости не являются тривиальным вопросом.Единственный эффективный способ обеспечить бесступенчатое изменение скорости — подать на асинхронный двигатель трехфазное напряжение с переменной частотой и амплитудой.Скорость ротора зависит от скорости вращающегося магнитного поля, создаваемого статором, поэтому требуется преобразование частоты.Требуется переменное напряжение, сопротивление двигателя снижается на низких частотах, а ток необходимо ограничивать за счет снижения напряжения питания.
До появления силовой электроники управление асинхронными двигателями с ограничением скорости достигалось путем переключения трех обмоток статора с соединения треугольником на соединение звездой, что снижало напряжение на обмотках двигателя.Асинхронные двигатели также имеют более трех обмоток статора, что позволяет изменять количество пар полюсов.Однако двигатель с несколькими обмотками дороже, поскольку для него требуется более трех портов подключения и доступны только определенные дискретные скорости.Другой альтернативный метод регулирования скорости может быть реализован с помощью асинхронного двигателя с фазным ротором, в котором концы обмотки ротора надеваются на контактные кольца.Однако этот подход, по-видимому, устраняет большинство преимуществ асинхронных двигателей, а также вносит дополнительные потери, которые могут привести к ухудшению производительности из-за последовательного подключения резисторов или реактивных сопротивлений к обмоткам статора асинхронного двигателя.
В то время вышеуказанные методы были единственными доступными для управления скоростью асинхронных двигателей, а двигатели постоянного тока уже существовали с бесступенчатыми приводами, которые не только позволяли работать в четырех квадрантах, но и охватывали широкий диапазон мощностей.Они очень эффективны, имеют подходящее управление и даже хороший динамический отклик, однако их главный недостаток – обязательное требование к щеткам.
в заключение
За последние 20 лет полупроводниковая технология достигла огромного прогресса, создав необходимые условия для разработки подходящих систем привода асинхронных двигателей.Эти условия делятся на две основные категории:
(1) Снижение стоимости и повышение производительности силовых электронных коммутационных устройств.
(2) Возможность реализации сложных алгоритмов в новых микропроцессорах.
Однако необходимым условием должна быть разработка подходящих методов управления скоростью асинхронных двигателей, сложность которых, в отличие от механической простоты, особенно важна с точки зрения их математической структуры (многомерной и нелинейной).
Время публикации: 05 августа 2022 г.