Aszinkron motor modellek

1. Bevezetés

A váltakozú áramú motorok lehetnek szinkron motorok vagy aszinkron motorok. Az ipar a szinkron motorokat csak speciális esetekben alkalmazza, ahol fontos a fordulatszám tartás. Az aszinkron motorok azonban nagyon széleskörben elterjedtek, úgy mond ezek az ipar "igáslovai". A kalická 454c23e s forgórészû aszinkron motor elônye, hogy a kefék elmaradnak és ezért a motor üzembiztosabb, üzemi és javítási költségei minimálisak a többi motorfajtához képest, azonos fordulatszám és teljesítmény esetén a legolcsóbb és legkisebb súlyú , illetve tehetetlenségû motorfajta [1].

2. Aszinkron motor modellek

Az aszinkron motor áramköri helyettesítésére többféle modell alkalmazható (2.1. ábra). A különbözô modellekhez szinte más és más jelleggörbék tartoznak (2.2. ábra).

2.1. ábra. Különbözô aszinkron motor áramköri modellek

a)                     b)

c)

2.2. ábra. Különbözô aszinkron motor áramköri modellekhez tartozó jelleggörbék: a) nyomaték a szlip függvényében, b) teljesítménytényezô a szlip függvényében és c) hatásfok a szlip függvényében

Ha a transzformátoréhoz hasonló (4) modellt [10] a tárgyalás szempontjából mértékadónak tekintjük és ennek alapján osztályoznánk a különbözô modelleket (2.1. táblázat), akkor észrevehetô, hogy amelyik modell jó a nyomaték szempontjából (3), az nem jó a teljesítménytényezô és hatásfok szempontjából, illetve amelyik jó a teljesítménytényezô és hatásfok szempontjából (5), az nem jó a nyomaték szempontjából. Továbbá a legegyszerûbb számolásokat igénylô modellek közelítik meg a legkevésbé a helyesnek ítélt eredményt.

2.1. táblázat

Különbözô aszinkron motor modellek osztályzása

3. Inverterek

A klasszikus háromfázisú inverter elsô megközelítésben hat darab kapcsoló üzemû teljesítmény félvezetôeszközbôl épül fel, amelyeket elvi szempontokból sok esetben egyszerû kapcsolókkal szoktak helyettesíteni (3.1. ábra).

 

3.1. ábra. Hagyományos inverter (hat félvezetôs

háromfázisú inverter)

Beszélhetünk feszültség inverterrôl és áram inverterrôl, annak a függvényében, hogy feszültség generátorról vagy áram generátorról üzemeltetjük az invertert. Feszültség inverter esetén a félvezetôk vezérlô jele olyan, hogy egy-egy félvezetô 180-ot (3.2. ábra), míg áram inverter esetében 120-ot (3.3. ábra) vezet [9].  Az állórészhez rögzített kétfázisú ( ) koordináta-rendszerben ábrázolt feszültségek Park-vektorai a 3.4. és a 3.5. ábrákon láthatók.  Észrevehetô, hogy a Park-vektorok egymástól 60-ra helyezkednek el. Köztes állapot csak különbözô többé-kevésbé bonyolult modulációval érhetô el [12], [19], [22], [23]. Tudjuk, hogy szinuszos táplálás esetén ezek a vektorok körbe forognak és nem ugrálnak helyrôl helyre. Egy érdekes eset állhat elô, ha 150-os vezetést alkalmazunk, aminek az eredményei a 3.6., 3.7. és 3.8. ábrákon láthatók.

A különbözô esetek összehasonlítására a PSpice nevû áramkör szimulációs programot lehet alkalmazni. Az inverter áramkörének egy lehetséges változata a 3.9. ábrán látható. A tranziens analízis eredményei a 3.10. ábrán kerülnek bemutatásra.

A tranziens analízisnél objektívebb eredményt a Fourier-analízissel lehet elérni, amelynek eredménye a 3.11. ábrán láthatók.

Látható, hogy a 150-os vezetés esetén a legkisebb a felharmonikus tartam. Sajnos ennek a 150-os vezetésnek az a legnagyobb hátránya, hogy mindig van egy szabad kivezetés, aminek potenciálja a terheléstôl függ és nem határozható meg ennek értéke [9]. Tehát vagy egy fázis feszültsége, vagy egy fázis árama határozatlanságot hoz be a rendszerbe. Így szabályozási rendszerek esetén nem igazán alkalmazható, illetve további tanulmányok elvégzése szükséges ennek a módszernek a bevezetéséhez.

 

3.2. ábra. 180-os vezetés esetén         3.3. ábra. 120-os vezetés esetén

a feszültség változása a feszültség változása

             

3.4. ábra. 180-os vezetés                             3.5. ábra. 120-os vezetés

Park-vektorai Park-vektorai

 

3.6. ábra. 150-os vezetés esetén         3.7. ábra. 150-os vezetés esetén

a feszültség változása a feszültség változása

intervallumban                     2 intervallumban

3.8. ábra. 150-os vezetés Park-vektorai

3.9. ábra. Inverter áramkörének egy lehetséges vátozata a PSpice-ban

 

a) b)

c)

3.10. ábra. A tranziens analízis eredményei: a) 180-os vezetés,

b) 120-os vezetés és c) 150-os vezetés esetén

a)

b)

c)

d)

3.11. ábra. A Fourier-analízis eredményeinek grafikus megjelenítése

a) 180-os vezetés, b) 120-os vezetés, c) 150-os vezetés esetén

és d)a teljes harmonikus torzítás

A 120-os vezetést áram inverterek esetén alkalmazzák. Az áramgenerátoros táplálást az egyenkörben elhelyezett viszonylag nagy induktivitás biztosítja. Ezeknek az invertereknek az a hátrányuk, hogy az áramnak nagy a felharmonikus tartama, az áram növekedési sebességét le kell korlátozni a kapcsoló üzemû félvezetôk (elsô sorban tirisztorok) természetébôl adódóan és számolni kell a kommutációból adódó fázishibával, amely a terheléstôl és a frekvenciától függ (3.12. ábra) [8]. Ez utóbbi kompenzációval küszöbölhetô ki.

3.12. ábra. Fázishiba áramgenerátoros táplálás esetén

Ezen hátrányok ellenére az áram inverternek megvan a maga alkalmazási területe és ez a nagy és nagyon nagy teljesítményû hajtások esete.

Áramszabályozást feszültség inverter esetében is lehet alkalmazni. Ennek az alapelve a következô: az áram alapjelet összehasonlítjuk a mért árammal és ez egy hiszterézises komparátoron keresztül egy kétállású szabályozót vezérel (3.13. ábrán). Ennek a módszernek az a hátránya, hogy a kapcsolgatási frekvencia bármekkora lehet, és elsôsorban kis frekvenciájú alapjel esetén a félvezetôk kapcsolgatási frekvenciája nagyon megnôhet, aminek következtében a félvezetôk tönkremennek. Ezt úgy küszöbölik ki, hogy a hibajelet egy, az üzemeltetési frekvenciának kb. 10x-es frekvenciájú háromszögjellel hasonlítják össze mielôtt a hiszterézises komparátorba kerülne. Így a félvezetôk maximális kapcsolgatási frekvenciája a háromszög jel frekvenciájával lesz egyenlô. Különbözô impulzus szélesség modulációs eljárások ismertek [19]. Ezen eljárások elônyeinek, hátrányainak bemutatása további dolgozat anyagát ölelné fel [12].

a)

b)

3.13. ábra. Áramszabályozott feszültség inverter alapelve

a) tömb vázlat, b) áram idôfüggvénye

Említésre méltó a delta modulációnak nevezett eljárás, amely mindig az elôzô állapot figyelembevételével változtatja meg a rendszer állapotát, úgy hogy valamilyen stratégiai szempontot követ, például a felharmonikus tartam minimálását. Ez utóbbira egy lehetôség, hogy például az U állapot után csak U , U vagy 0 állapot kapcsolható (3.14. ábra).

3.14. ábra. Feszültség inverter Park-vektorainak irányai

Az elôzôekben említett eljárás kapcsolgatási táblája a 3.1. táblázatban látható.

3.1. táblázat

Delta modulációs táblázat [8]

0-ról bárhova, de ha i<h, akkor 0-án marad

i = áram hibajel

h = hibahatár

Ennek a módszernek az az elônye, hogy nincs szükség szabályozóra a visszakapcsolásban, de hátránya, hogy szüksége van memóriára, amely az elôzô állapotokat figyelembe veszi.