Історія електродвигунів починається з 1820 року, коли Ганс Крістіан Остер відкрив магнітний ефект електричного струму, а роком пізніше Майкл Фарадей відкрив електромагнітне обертання і побудував перший примітивний двигун постійного струму.Фарадей відкрив електромагнітну індукцію в 1831 році, але лише в 1883 році Тесла винайшов індукційний (асинхронний) двигун.Сьогодні основні типи електричних машин залишаються незмінними: постійний струм, індукційні (асинхронні) і синхронні, усі вони базуються на теоріях, розроблених і відкритих Альстедом, Фарадеєм і Теслою понад сто років тому.
З моменту винаходу асинхронного двигуна він став найпоширенішим двигуном сьогодні завдяки перевагам асинхронного двигуна перед іншими двигунами.Основна перевага полягає в тому, що для асинхронних двигунів не потрібне електричне з’єднання між нерухомою та обертовою частинами двигуна, отже, вони не потребують жодних механічних комутаторів (щіток) і не потребують обслуговування.Асинхронні двигуни також мають такі характеристики, як легка вага, низька інерція, висока ефективність і сильна здатність до перевантажень.В результаті вони дешевші, міцніші і не виходять з ладу на високих швидкостях.Крім того, двигун може працювати у вибухонебезпечній атмосфері без іскріння.
Враховуючи всі перераховані вище переваги, асинхронні двигуни вважаються ідеальними електромеханічними перетворювачами енергії, однак механічна енергія часто потрібна при змінних швидкостях, де системи регулювання швидкості не є тривіальною справою.Єдиний ефективний спосіб генерувати безступінчату зміну швидкості - забезпечити трифазну напругу зі змінною частотою та амплітудою для асинхронного двигуна.Швидкість ротора залежить від швидкості обертового магнітного поля, створеного статором, тому потрібне перетворення частоти.Потрібна змінна напруга, імпеданс двигуна зменшується на низьких частотах, а струм потрібно обмежувати шляхом зменшення напруги живлення.
До появи силової електроніки керування асинхронними двигунами з обмеженням швидкості досягалося перемиканням трьох обмоток статора з трикутника на зірку, що зменшувало напругу на обмотках двигуна.Асинхронні двигуни також мають більше трьох обмоток статора, що дозволяє змінювати кількість пар полюсів.Однак двигун із декількома обмотками є дорожчим, оскільки для двигуна потрібно більше трьох з’єднувальних портів і доступні лише певні дискретні швидкості.Інший альтернативний метод регулювання швидкості може бути досягнутий за допомогою асинхронного двигуна з намотаним ротором, де кінці обмотки ротора виводяться на контактні кільця.Однак цей підхід, очевидно, усуває більшість переваг асинхронних двигунів, а також створює додаткові втрати, які можуть призвести до низької продуктивності через розміщення резисторів або реактивних опорів послідовно на обмотках статора асинхронного двигуна.
У той час наведені вище методи були єдиними доступними для керування швидкістю асинхронних двигунів, а двигуни постійного струму вже існували з приводами безступінчастої зміни швидкості, які не тільки дозволяли працювати в чотирьох квадрантах, але й охоплювали широкий діапазон потужностей.Вони дуже ефективні і мають відповідне управління і навіть хорошу динамічну реакцію, однак основним їх недоліком є обов'язкова вимога до щіток.
на закінчення
За останні 20 років напівпровідникова технологія досягла величезного прогресу, створивши необхідні умови для розробки відповідних систем приводу асинхронних двигунів.Ці умови поділяються на дві основні категорії:
(1) Зменшення вартості та покращення продуктивності силових електронних комутаційних пристроїв.
(2) Можливість реалізації складних алгоритмів у нових мікропроцесорах.
Однак необхідно створити передумову для розробки відповідних методів керування швидкістю асинхронних двигунів, складність яких, на відміну від їх механічної простоти, особливо важлива з точки зору їх математичної структури (багатоваріантної та нелінійної).
Час публікації: 05 серпня 2022 р