Reglarea vitezei motoarelor asincrone

Reglarea vitezei motoarelor asincrone

Din cele prezentate in legatura cu caracteristice mecanice artificiale, a rezultat ca modificarea continua a vitezei se poate realiza prin modificarea tensiunii de alimentare statorice (U_s), a frecventei acesteia (f), sau prin introducerea de rezistente in circuitul rotoric. Aceasta din urma procedura se poate aplica doar in motoarele cu rotor bobinat si nu este recomandabila din cauza pierderilor energetice ridicate. De asemenea, s-a justificat (vezi si lucrarea L_8) ca nu este recomandabila schimbarea doar a tensiunii de alimentare sau a frecventei. Conform celor aratate, cel mai convenabil este sa se modifice atat U cat si f, de asa maniera incat sa se pastreze constat raportul U/f (cazurile speciale cand este utila pastrarea constanta a raportului sau U/f² nu le discutam aici - scurte referiri se gasesc in L_8).

Alaturi de metoda de reglare U/f = const., in ultima vreme s-au pus la punct si alte proceduri, care permit atingerea unor performante ridicate ale sistemelor de reglare, similare celor obtenabile in sistemele cu motoare de c.c. Datorita costului mai scazut al motorului de inductie cu rotorul in scurtcircuit, intretinerii mai usoare a acestuia si existentei unor convertoare de c.a. relativ simple, actionarile reglabile ale motoarelor asincrone tind sa inlocuiasca treptat pe cele cu motoare c.c.

In continuare se vor face scurte referiri la principalele metode de reglare a vitezei motoarelor de inductie (vezi si L_12).

a)      Reglarea scalara

Procedurile de reglare scalara presupun ca, pentru modificarea vitezei, se actioneaza asupra amplitudinii unor marimi. Aici se pot incadra metodele aplicabile motoarelor de c.c. sau metoda U/f = const., mentionata mai sus.

Dupa cum s-a precizat, procedura U/f = const. are cateva avantaje importante, printre care: mentinerea constanta a rigiditatii mecanice, mentinerea cuplului critic, asigurarea unui randament ridicat intr-o plaja mare de functionare, mentinerea constanta a fluxului. Aceste aspecte rezulta din analiza expresiei caracteristicii mecanice si a ecuatiilor de functionare, admitand unele simplificari si au fost discutate la punctual 3.3.2,c2, unde s-a facut si observatia ca proprietatile avantajoase mentionate nu sunt intru totul relizate, mai ales in domeniul frecventelor joase. In ansamblu, se poate aprecia ca reglarea scalara permite obtinerea unor comportari acceptabile, dar performante mai bune se obtin prin celelalte proceduri.

b)      Reglarea vectoriala (cu orientare dupa camp (flux))

Spre deosebire de reglarea scalara, la reglarea vectoriala se modifica atat amplitudinea cat si faza unor marimi, deci se modifica vectorul marimilor respective.

Dupa cum s-a mentionat la punctual anterior, neajunsurile motorului de inductie, prin comparatie cu cel de curent continuu, sunt legate de faptul ca in expresiile de forma (23) ale cuplului intervin doi termini. Ideea de baza in acest caz este de a elimina unul din termeni, prin alegerea unui referential corespunzator. Daca rotim axele astfel ca axa d sa coincida cu directia fluxului ψ_s, atunci componenta ψ_sq =0 si expresia cuplului devine

M_e = (3/2)pψ_sdλi_sqλ,

adica similara cu expresia (24) de la masina de c.c. compensata. Astfel, fiind relizata similitudinea cu masina de c.c., in continuare se pot aplica procedurile de regalare (in cascada) de la aceasta masina si se obtin si performante ridicate similare.

Deoarece se realizeaza o orientare a axelor dupa directia fluxului, procedura se mai numeste cu orientare dupa flux (camp). Exista trei variante in acest sens, dupa cum orientarea se face dupa fluxul statoric (asa cum s-a indicat in relatiile anterioare), rotoric, sau din intrefier. De asemenea, exista variante in ceea ce priveste tipul de invertor folosit - sursa de curent, sau sursa de tensiune (mai simpla este prima dintre variante).

Unele explicatii suplimentare se prezinta in L_12_B.

Sa remarcam numarul mare de operatii care trebuie realizate (schimbari de axe bi - trifazate si invers, rotire de axe, estimarea directiei fluxului, la care se adauga si cele pentru asigurarea legilor de reglare ale controlerelor din structura sistemului s.a.) intr-un timp scurt (de ordinal milisecundelor), ceea ce impune utilizarea unui processor de mare viteza, cum sunt procesoarele de semnal (DSP).

c)      Controlul direct al cuplului (DTC - direct torque control)

Aceasta este procedura cea mai recenta care se aplica pentru reglarea vitezei motoarelor asincrone. Metoda este tot vectoriala, deoarece controleaza atat modulul cat si orientarea fluxului (si in acest caz se poate apela la fluxul statoric, rotoric, sau din intrefier, fiind preferata prima varianta). Procedura utilizeaza un model intern al masinii, stabilit pe baza ecuatiilor de functionare si a estimarii parametrilor. Introducand in model marimile masurate din sistem (curenti si tensiuni statorice) se estimeaza viteza, cuplul si fluxul (ca amplitudine si faza). Valorile estimate se folosesc ca reactii pentru regulatoarele de viteza, flux si cuplu. Primele doua primesc referintele din exterior, iar prescrierea pentru cuplu este data de regulatorul de viteza (structura in cascada). In felul acesta se transmit comenzile catre invertor, controlandu-se separat fluxul (ca modul) si cuplul. Acesta din urma este, de fapt, controlat prin unghiul fluxului (relatiile (21) indica aceasta posibilitate). In acest scop se folosesc facilitatile oferite de invertorul comandat in tensiune. Unele detalii suplimentare se prezinta in L_12_C si L_12_Anexa.