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Este artículo analiza el importante papel de la tecnología mecatrónica en el cambio de la apariencia general de la industria de fabricación de maquinaria y explica su aplicación y tendencias de desarrollo en la industria del acero.

Palabras clave aplicación de la tecnología mecatrónica

1 Desarrollo de la tecnología mecatrónica

La mecatrónica es mecánica, microelectrónica, control, informática, información Se ocupa de la fertilización cruzada de otras disciplinas. . Su desarrollo y progreso dependen del progreso y desarrollo de las tecnologías relacionadas. Sus principales direcciones de desarrollo son la digitalización, la inteligencia, la modularización, la creación de redes, la humanización, la miniaturización, la integración, la integración y la ecologización.

1.1 Digitalización

Los microcontroladores y su desarrollo han sentado las bases para la digitalización de productos electromecánicos, como lo ha sido el desarrollo continuo de máquinas herramienta CNC y robots; sentó las bases para el diseño y la fabricación digitales allanó el camino para tecnologías como el diseño virtual y la fabricación integrada por computadora. La digitalización requiere que el software de los productos mecatrónicos tenga alta confiabilidad, fácil operación, mantenibilidad, capacidades de autodiagnóstico y una interfaz amigable hombre-máquina. La realización de la digitalización facilitará la operación, el diagnóstico y la reparación remotos.

1.2 Inteligencia

Es decir, a los productos mecánicos y eléctricos se les requiere un cierto grado de inteligencia, para que tengan la capacidad de pensar lógicamente, juzgar y razonar, y realizar decisiones independientes. Por ejemplo, agregar la función de diálogo hombre-máquina y configurar una interfaz de E/S inteligente y una base de datos de procesos inteligente en las máquinas herramienta CNC brindará una gran comodidad de uso, operación y mantenimiento. Con el progreso y desarrollo de tecnologías de inteligencia artificial como el control difuso, las redes neuronales, la teoría gris, la teoría wavelet, el caos y la bifurcación, se ha abierto un amplio mundo para el desarrollo de la tecnología mecatrónica.

1.3 Modularización

Debido a la amplia variedad de productos mecatrónicos y los numerosos fabricantes, la investigación y el desarrollo de módulos unitarios de productos mecatrónicos con interfaces mecánicas estándar, interfaces de potencia e interfaces ambientales es una prioridad. Una obra compleja y prometedora. Por ejemplo, el desarrollo de una unidad motriz que integra motores de desaceleración y frecuencia variable; una unidad de control integrada del motor con funciones como visión, procesamiento de imágenes, reconocimiento y medición de distancias. De esta manera, en el desarrollo y diseño de productos, estas unidades modulares estándar se pueden utilizar para desarrollar rápidamente nuevos productos.

1.4 Redes

Debido a la popularidad de Internet, varias tecnologías de monitoreo y control remoto basadas en red están en auge. El equipo terminal de control remoto en sí es un producto de integración electromecánica. Las tecnologías Fieldbus y LAN permiten conectar en red los electrodomésticos. Al utilizar la red doméstica para conectar varios electrodomésticos en un sistema de electrodomésticos integrado por computadora, las personas pueden disfrutar plenamente de los beneficios de diversas altas tecnologías en el hogar. Por lo tanto, los productos mecatrónicos sin duda deberían evolucionar hacia la interconexión.

1.5 Humanización

Los usuarios finales de los productos mecatrónicos son las personas. Cómo dotar a los productos mecatrónicos de inteligencia humana, emoción y humanidad se ha vuelto cada vez más importante. Además de un rendimiento perfecto, los productos mecatrónicos también requieren armonía con el medio ambiente en términos de color y forma. Usar estos productos sigue siendo un disfrute artístico para las personas. Por ejemplo, el estado más alto de los robots domésticos es la integración hombre-máquina.

1.6 Miniaturización

La miniaturización es inevitable para el desarrollo de la tecnología de procesamiento fino y es una necesidad para mejorar la eficiencia. Los sistemas mecánicos microelectrónicos (MEMS) se refieren a microdispositivos o sistemas que pueden fabricarse en lotes e integrar micromecanismos, microsensores, microactuadores, procesamiento de señales y circuitos de control, hasta interfaces, comunicaciones y fuentes de alimentación. Desde que la Universidad de Stanford desarrolló la primera microsonda médica en 1986 y la Universidad de California en Berkeley desarrolló el primer micromotor en 1988, la investigación en tecnología, materiales y micromáquinas MEMS en el país y en el extranjero ha logrado grandes avances y se han desarrollado varios dispositivos y sistemas MEMS. , como varios microsensores (sensores de presión, microacelerómetros y microsensores táctiles) y varios microcomponentes (microcomponentes)

1.7 Integración

La integración no solo incluye la penetración mutua e integración de diversas tecnologías y la optimización y combinación de diferentes estructuras de diversos productos, pero también incluye el procesamiento sincrónico de procesamiento, ensamblaje, prueba y gestión durante el proceso de producción. Para lograr la automatización y una alta eficiencia en la producción de variedades múltiples y de lotes pequeños, el sistema debería ser más flexible. Primero, el sistema se puede descomponer en varios niveles para que las funciones del sistema estén descentralizadas y cada parte pueda operar de manera coordinada y segura.

Luego, todos los niveles se conectan orgánicamente a través de software y hardware, para que tengan el mejor rendimiento y las funciones más potentes.

Fuente de banda 1.8

Se refiere a productos electromecánicos con energía propia, como células solares, pilas de combustible, baterías de gran capacidad, etc. Debido a que la energía eléctrica no se utiliza en muchas situaciones, tiene ventajas únicas al llevar su propia fuente de energía a los productos mecatrónicos en movimiento. Llevar fuentes de luz es una de las direcciones de desarrollo de los productos mecatrónicos.

1.9 Ecologización

El desarrollo de la ciencia y la tecnología ha traído enormes cambios en la vida de las personas. Si bien la abundancia material también ha traído consigo consecuencias de reducción de recursos y deterioro del medio ambiente ecológico. Por lo tanto, la gente pide proteger el medio ambiente, regresar a la naturaleza y lograr un desarrollo sostenible, y surgió el concepto de productos ecológicos. Los productos ecológicos se refieren a productos con bajo consumo de energía, bajo consumo de materiales, baja contaminación, comodidad, coordinación y reciclabilidad. El diseño, fabricación, uso y destrucción de productos mecatrónicos deben cumplir con los requisitos de protección del medio ambiente y de la salud humana. La ecologización de los productos mecatrónicos significa principalmente que no contaminan el medio ambiente ecológico cuando se utilizan y que los productos pueden descomponerse y reciclarse al final de su vida.

2 Aplicación de la tecnología mecatrónica en empresas siderúrgicas

En las empresas siderúrgicas, el sistema mecatrónico se basa en microprocesadores y combina microcomputadoras, computadoras industriales, tecnologías de datos como comunicaciones, dispositivos de visualización y Los instrumentos se combinan orgánicamente y el método de ensamblaje y fusión se utiliza para crear condiciones poderosas para la integración integral de sistemas de ingeniería a gran escala y mejorar la precisión del control, la calidad y la confiabilidad del sistema. La tecnología mecatrónica se utiliza principalmente en los siguientes aspectos en las empresas siderúrgicas:

2.1 Tecnología de control inteligente (circuito integrado)

Debido a que la industria del acero es a gran escala, de alta velocidad y continua. , la tecnología de control tradicional ha encontrado dificultades insuperables, por lo que el uso de tecnología de control inteligente es muy necesario. La tecnología de control inteligente incluye principalmente sistemas expertos, control difuso y redes neuronales. La tecnología de control inteligente se utiliza ampliamente en el diseño de productos, producción, control, equipos y diagnóstico de calidad de productos de empresas siderúrgicas, como sistemas de control de altos hornos, hornos eléctricos y talleres de fundición continua, sistemas de laminación de acero, despacho integral de fabricación de acero, fundición continua y laminación de acero. sistemas, laminación continua en frío, etc.

2.2 Sistema de control distribuido (DCS)

El sistema de control distribuido utiliza una computadora central para comandar múltiples computadoras de control y medición in situ orientadas al control y unidades de control inteligentes. Los sistemas de control distribuido pueden ser de dos, tres o más niveles. Utilice computadoras para monitorear, operar, administrar y descentralizar centralmente el proceso de producción. Con el desarrollo de la tecnología de medición y control, los sistemas de control distribuido tienen cada vez más funciones. No solo puede realizar el control del proceso de producción, sino también realizar la optimización en línea del proceso de producción, la programación en tiempo real y la gestión estadística del plan de producción, convirtiéndose en un sistema que integra medición, control y gestión. DCS tiene las características de funciones de control diversificadas, operación simple, escalabilidad del sistema, fácil mantenimiento y alta confiabilidad. DCS proporciona monitoreo centralizado y control descentralizado, por lo que el área afectada por fallas es pequeña. Además, el sistema tiene una función de protección de enclavamiento y adopta medidas de operación manual para el control de fallas del sistema, lo que hace que el sistema sea altamente confiable. En comparación con los sistemas de control centralizados, los sistemas de control distribuido tienen funciones más sólidas y mayor seguridad. Es la principal tendencia de los sistemas de integración electromecánica a gran escala en la actualidad.

2.3 Sistema de control abierto (OCS)

El sistema de control abierto es un nuevo concepto de sistema estructural introducido con el desarrollo de la tecnología informática. "Apertura" se refiere a la comprensión y el apoyo a las reglas estándar de intercambio de información. Los sistemas diseñados de acuerdo con este estándar pueden lograr compatibilidad e intercambio de productos de diferentes fabricantes y se pueden compartir recursos. El sistema de control abierto interconecta varios equipos de control y computadoras de gestión a través de la red de comunicación industrial para realizar la integración de control y gestión, gestión y toma de decisiones. Interconecta los instrumentos de campo y los equipos de control en la sala de control a través del bus de campo para realizar la. integración de medición y control.

2.4 Sistema de fabricación integrado por computadora (CIMS)

El CIMS de las empresas siderúrgicas integra la gestión de personas y producción, la gestión de producción y el control de procesos, realizando todo, desde la entrada de la materia prima a la fábrica, producción y procesamiento para un control total e integrado de todo el proceso de producción para la entrega del producto. En la actualidad, las empresas siderúrgicas básicamente se han dado cuenta de la automatización de procesos. Sin embargo, este tipo de automatización de una sola máquina "isla de automatización" carece de acceso a recursos de información y gestión unificada del proceso de producción, y es difícil de adaptar a los requisitos de la producción de acero moderna. . En el futuro, el foco de la competencia entre las empresas siderúrgicas será la producción multivariedad, en lotes pequeños, alta calidad, bajo precio y entrega oportuna.

Para mejorar la productividad, ahorrar energía y reducir el consumo, reducir el personal y el inventario existente, acelerar la rotación de capital y lograr la optimización general de la gestión de producción y operaciones, la clave es fortalecer la gestión, obtener los beneficios económicos necesarios y mejorar la competitividad de las empresas. . Algunas grandes empresas siderúrgicas, como las de Estados Unidos y Japón, implementaron CIMS en general en la década de 1980.

2.5 Tecnología Fieldbus (FBT)

La tecnología Fieldbus es un enlace de comunicación digital, bidireccional y multiestación que conecta el grupo de instrumentos en el sitio y el grupo de equipos de control en el centro de control. habitación. Reemplazar la tecnología de transmisión de señales actual (como 4 ~ 20 mA, transmisión de CC) con tecnología de bus de campo puede permitir que se transmita más información bidireccionalmente entre dispositivos de instrumentación de campo inteligentes y sistemas de control superiores en el mismo medio de comunicación. Con las conexiones de bus de campo, se puede eliminar el 66% o más de las conexiones de señales de campo. La introducción del bus de campo ha llevado a la transformación de los DCS. Se ha desarrollado una nueva generación de instrumentos de bus de campo en torno a sistemas de automatización abiertos, como transmisores inteligentes, actuadores inteligentes, instrumentos de detección de bus de campo, PLC (controlador lógico programable) de bus de campo y local in situ. puesto de mando.

2.6 Tecnología de accionamiento de CA

La tecnología de transmisión juega un papel vital en la industria del acero. Con el desarrollo de la electrónica de potencia y la tecnología microelectrónica, la tecnología de regulación de velocidad de CA se ha desarrollado muy rápidamente. Debido a la superioridad de los variadores de velocidad de CA, los variadores de CC serán completamente reemplazados por variadores de CA en un futuro próximo. Con el desarrollo de la tecnología digital, la tecnología de control vectorial compuesto se ha implementado en aplicaciones prácticas y el rendimiento de regulación de velocidad del sistema de regulación de velocidad de CA ha alcanzado o superado el nivel de regulación de velocidad de CC. En la actualidad, ya sea un motor de gran capacidad o un motor de capacidad pequeña o mediana, se puede utilizar un motor síncrono o un motor asíncrono para lograr una regulación de velocidad suave y reversible. El sistema de accionamiento de CA ha sido bien recibido por los usuarios tan pronto como apareció en la producción de laminados de acero y su alcance de aplicación continúa ampliándose.

Referencia

1 Yang Zihou. Tecnología de inteligencia artificial y su aplicación en la industria del acero [J]. Automatización metalúrgica 1994(5)

2 Tang Lixin. Características e investigación arquitectónica de CIMS en la industria del acero [J]. Automatización metalúrgica, 1996(4)

3 Tang Huaibin. Progreso y tendencias del control industrial[J]. Automatización e instrumentación, 1996(4)

4King. Control inteligente[M]. Hefei: Prensa de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, 1996.

5 Lin Xingxin. Progreso y perspectivas de la automatización en la industria del hierro y el acero [J]. Hebei Metallurgy, 1998(1)

6 Yin. Tecnología práctica de integración óptica, mecánica y eléctrica[M]. Prensa de la industria química de Beijing 2003

7 Rui Yannian. Diseño de sistemas mecatrónicos[M]. Beijing: Machinery Industry Press, 2004.

Principio de conversión de potencia del motor

Introducción:

La discusión sobre la naturaleza de la regulación de la velocidad del motor es una cuestión teórica importante relacionada con el desarrollo de la velocidad de CA moderna. regulación. Con la introducción y práctica de las teorías modernas de control de velocidad, como el control vectorial de velocidad de frecuencia variable y el control de par directo, muchos documentos y trabajos relevantes han reconocido que el control de velocidad y el control de par es una ley universal del control de velocidad, y han propuesto la esencia y la clave. del control de velocidad. Se encuentra en el control de par electromagnético. Sin embargo, esta visión aún carece de pruebas teóricas y prácticas y es digna de discusión.

Basado en el principio general de conversión de potencia del motor, se propone y demuestra que la esencia de la regulación de velocidad de par constante radica en el control de potencia del eje del motor. La regulación de velocidad es la respuesta del control de potencia. Y la clave es cómo controlar la potencia del eje mediante energía eléctrica.

1. Control de potencia y control de par

Según el principio de conversión de energía electromecánica, todos los motores se pueden dividir en dos partes funcionales: polo magnético principal y armadura. La función del polo magnético principal es establecer el campo magnético principal y la armadura interactúa con el campo magnético para convertir la potencia electromagnética en potencia del eje.

El polo principal y la armadura del motor de CC no solo tienen una estructura distintiva, sino que también tienen funciones independientes, que sin duda cumplen con la definición anterior. Los motores de CA (asincrónicos) normalmente constan de un estator y un rotor y requieren explicación.

Según la definición de armadura, la potencia del eje del motor asíncrono es generada por el rotor, por lo que la verdadera armadura del motor asíncrono es el rotor. El problema está en el estator. Por un lado, la excitación del estator genera el campo magnético principal, por lo que el estator es el polo magnético principal. Por otro lado, el estator transmite energía electromagnética a la armadura (rotor) a través de inducción electromagnética, pero no genera energía axial, por lo que el estator tiene algunas características de la armadura, que aquí llamamos pseudo armadura. Esta función compuesta del estator es la característica principal que distingue los motores asíncronos de los motores de CC.

Desde la perspectiva de la salida del inducido, la relación entre la potencia del eje del motor y la velocidad mecánica del par electromagnético es la siguiente:

PM = mω(1)

O ω = pm/m (2)

La ecuación (2) no solo proporciona la relación entre la velocidad del motor, la potencia del eje y el par electromagnético, sino que también muestra que la velocidad del motor solo puede determinarse mediante la potencia del eje o el par electromagnético. Rotación Hay dos tipos de control de par, el primero se llama control de potencia y el segundo se llama control de par.

1. Control de la fuente de alimentación

El control de potencia utiliza la potencia del eje PM como variable de control principal para la regulación de la velocidad, y el objetivo debe ser la armadura o pseudo-armadura. Cuando el par electromagnético está en estado estable, depende del par de carga.

Es decir, m = mfz (3)

Una vez que el par de carga está determinado por las condiciones objetivas de trabajo, el par electromagnético se determina de forma única. Por lo tanto, el par electromagnético no se determina únicamente. irrelevante para el control de velocidad, pero tampoco puede Siéntase libre de cambiarlo.

La influencia del par electromagnético sobre la velocidad se manifiesta en el proceso de transición de la regulación de velocidad, y el cambio en el par es el resultado del retraso en la respuesta de la velocidad. En este momento, el control de potencia provoca una respuesta de par electromagnético.

Supongamos que la velocidad en estado estable del motor antes del ajuste de velocidad es ω 1 y la potencia del eje es PM1. La velocidad en estado estable después del ajuste de velocidad es ω 2 y la potencia del eje correspondiente es PM2. Dado que el par electromagnético:

m = PM/ω(4)

Por lo tanto, al ajustar la velocidad, el par electromagnético pasa a ser:

m = PM2 / ω

Debido a la inercia, el instante de regulación de velocidad ω = ω 1 cuando t = 0, por lo

m = PM2/ω1

t=0

En este momento, el par electromagnético será diferente del par electromagnético original m 1 = pm 1/ω1, el equilibrio del par se destruye y se genera el par dinámico. Bajo la acción del par dinámico, la velocidad del motor comenzará a pasar de ω1 a ω2, y su ley de cambio es la siguiente:

ω1 =(ω1-ω2)e-T/T+ω2(5)

El par electromagnético es: m = PM2/(ω 1-ω 2) e-t/t+ω 2.

A medida que aumenta el tiempo, el par dinámico disminuye hasta que el par electromagnético se equilibra con el nuevo par de carga, es decir:

m = PM2/ω2 = Mfz,

La velocidad se estabiliza en ω 2 y se completa la regulación de la velocidad del motor. El proceso de ajuste de velocidad anterior se puede ilustrar mediante el diagrama de bloques de 1.

Figura 1 Proceso de regulación de velocidad del control de potencia

El control de potencia actúa sobre la armadura y el campo magnético principal o flujo magnético permanece sin cambios. Según la teoría del motor, el par electromagnético nominal del motor es proporcional al flujo magnético principal y está limitado por la capacidad máxima de carga de corriente de la armadura. Por lo tanto, la capacidad nominal de salida de par electromagnético del motor permanece sin cambios durante la regulación de velocidad de control de potencia, que pertenece a la regulación de velocidad de par constante.

2. Control de par

Según la fórmula (2), bajo la premisa de que la potencia de salida del eje se mantiene sin cambios, la velocidad del motor es inversamente proporcional al par electromagnético. Dado que el par electromagnético está limitado por el par nominal, el control del par solo se puede lograr por debajo del par nominal, por lo que pertenece a la regulación de velocidad de potencia constante.

El método de control independiente del par electromagnético se basa principalmente en la fórmula del par:

M = cm φ MIS (máquina de CC) (6)

o m = cm φ mi2cosφ 2 (motor de CA) (7)

La cantidad física controlada es el flujo magnético principal φ m Dado que el flujo magnético principal φ m se genera desde el polo magnético principal, el control del par en realidad es. control del campo magnético. El objeto es el polo magnético principal. El control de par y la regulación de velocidad también deben garantizar el equilibrio del par en estado estable, es decir:

M=Mfz

Debido a que el par electromagnético cambia cuando la regulación de velocidad es estable, es necesario El par de carga se adapta a los cambios en el par electromagnético, lo que requiere que la carga siga al motor.

El control de par es en realidad una regulación de velocidad que debilita el campo, que se utiliza principalmente para la regulación de velocidad por encima de la velocidad nominal. Dado que el objetivo de este artículo es el control de potencia, no entraré en detalles.

2. Método y rendimiento del control de potencia

El control de potencia del eje de regulación de velocidad del motor solo se puede lograr controlando indirectamente la energía eléctrica. Tomando como ejemplo un motor asíncrono, su red equivalente de tres puertos se muestra en la Figura 2.

Figura 2. Red equivalente de motor asíncrono

Entre ellos, la armadura (rotor) no solo produce potencia de salida en el eje, sino que también produce una respuesta de potencia eléctrica con el voltaje inducido u2 y la corriente i2 como parámetros. Debido a que esta potencia es proporcional a la tasa de deslizamiento, se denomina potencia de deslizamiento y su puerto se denomina puerto Ps.

Si el rotor del motor tiene forma de jaula, su devanado se cortocircuita y el puerto Ps se cierra sin control. Por el contrario, es sinuoso, el puerto Ps es controlable y el rotor puede emitir o recibir energía eléctrica a través del puerto Ps. Se puede ver que existen dos métodos para controlar la velocidad del motor asíncrono. Uno es controlar indirectamente la potencia del eje de la armadura a través de la pseudo armadura; el otro es controlar directamente la potencia del eje de la armadura a través del puerto Ps. El primero es adecuado principalmente para motores asíncronos de tipo jaula y el segundo es adecuado para motores asíncronos de tipo bobinado.

1. Control de potencia del pseudo-inducido del estator.

Figura 3. Control de potencia del estator y regulación de velocidad del motor asíncrono

Como pseudo armadura, la potencia electromagnética transmitida desde el estator a la armadura (rotor);

Pem=P1-△P1 (8 )

La potencia del eje de la armadura es:

PM=Pem-△P2 (9)

Entonces pm = p 1-(△p 1+ △p2)(10).

Se puede ver que la potencia del eje de la armadura se puede controlar controlando la potencia de entrada de la pseudo armadura P1 o aumentando su pérdida ΔP1. Este es obviamente un método de regulación de velocidad ineficiente y de alta pérdida. recomendado.

El método de control de velocidad de P1 es la regulación de voltaje y la conversión de frecuencia, que es la llamada regulación de velocidad de frecuencia variable. Dado que:

p 1 = m 1u 1i 1 cosφ1(11)

Por lo tanto, ajustar el voltaje terminal U1 para el suministro de voltaje es un medio necesario para controlar el suministro de energía P1. El quid de la cuestión es: ¿por qué no sólo la regulación de tensión, sino que debe complementarse con una conversión de frecuencia? Esto se debe a que el estator no sólo funciona como una pseudo armadura, sino que también sirve como polo magnético principal.

Como se mencionó anteriormente, los puntos clave del control del suministro eléctrico son:

① Mantener inalterado el flujo magnético principal.

②El objetivo de la acción es una armadura o pseudo-armadura.

③El objetivo del control es la potencia del eje.

Si simplemente se ajusta el voltaje sin cambiar la frecuencia, la función del polo magnético principal del estator se verá seriamente afectada. Según la teoría del motor, como polo magnético principal, el flujo magnético principal del estator:

φm = E/4,44 w 1kr 1f 1

=KE1/f1

≈KU1 /f1 (12)

El resultado de la regulación de voltaje de frecuencia constante es que el flujo magnético principal φ m disminuirá a medida que U1 disminuye, formando el control de par mencionado anteriormente. Más importante aún, la potencia P1 no se controla en este momento, pero aumenta la pérdida del motor, lo que anula completamente el propósito.

Suponiendo que la carga es un par constante, se puede saber a partir de la ecuación de equilibrio de par que el par electromagnético:

M = Mfz = constante

M = cm φ mi1cosφ 1.

= cmφmi 2 cosφ2(13)

Suponiendo que el factor de potencia permanece sin cambios, las corrientes del estator y del rotor I1 e I2 aumentarán proporcionalmente con la disminución del flujo magnético principal φ m , La potencia resultante P1 sigue siendo la misma, pero las pérdidas del estator y del rotor son:

Δp 1 = m 1I 12 r 1

ΔP2=m2I 222 r1

Aumentará según la ley del cuadrado de la corriente. Según la fórmula (10), aunque se puede lograr el control de la potencia del eje, se trata de una regulación de velocidad de baja eficiencia y bajas pérdidas.

Por lo tanto, el control de potencia y la regulación de velocidad del estator del motor asíncrono deben separar el polo magnético principal del estator y la pseudo armadura. Para el mismo devanado del estator, por un lado, se mantiene estable el campo magnético generado por el polo magnético principal y, al mismo tiempo, se controla la potencia electromagnética transmitida a la armadura.

Por lo tanto, se ha establecido un principio importante de regulación de velocidad de frecuencia variable, es decir, regulación de voltaje y frecuencia para garantizar un V/F (relación voltaje-frecuencia) constante, asegurando así la realización del control anterior. requisitos. Por cierto, el control vectorial moderno de regulación de velocidad de frecuencia variable en realidad sigue este principio. La idea central del control vectorial es controlar el campo magnético y el par por separado. Se cree que la raíz de la regulación de la velocidad radica en el par, pero en realidad el campo magnético y la potencia electromagnética son libres. Aunque los resultados son correctos, es necesario aclararlos teóricamente.

2. Control de potencia del rotor

Para la regulación de velocidad de motores asíncronos de rotor bobinado, el puerto de potencia de deslizamiento-PS se puede utilizar para controlar directamente la potencia del eje. El método consiste en eliminar o inyectar potencia de deslizamiento desde el puerto Ps. Cabe señalar que:

①La potencia de deslizamiento mencionada debe ser diferente de la potencia de deslizamiento de pérdida del rotor en la ingeniería eléctrica clásica. Por lo tanto, esta última se denomina potencia de pérdida del rotor y se registra como △P2.

② La potencia de deslizamiento se puede dividir en energía eléctrica y energía térmica, que se registran como Pes y Prs respectivamente.

Sus propiedades son diferentes y su impacto en la regulación de la velocidad también lo es.

Figura 4. Control de potencia del rotor y ajuste de velocidad del motor asíncrono

Cuando la potencia de deslizamiento eléctrico Pes se introduce en el puerto Ps del rotor, la potencia del eje del rotor es:

PM=(Pem Pes)- △P2 (14 )

En la fórmula, Pem es la potencia electromagnética transmitida desde el estator al rotor. El signo negativo de la potencia de deslizamiento eléctrico indica que se extrae del puerto Ps y el. El signo positivo indica que se inyecta desde el puerto Ps. Pes pertenece a la electricidad, por lo que se combina con la energía electromagnética. Como resultado, la potencia del eje PM cambia y la velocidad del motor se ajusta en consecuencia.

Los ejemplos típicos de regulación de velocidad de potencia diferencial eléctrica incluyen la regulación de velocidad en cascada y la regulación de velocidad de doble alimentación. El poder de deslizamiento eléctrico del primero es negativo y la dirección del flujo está alejada del rotor, logrando una regulación de velocidad por debajo de la velocidad nominal. La potencia de deslizamiento eléctrico de este último puede fluir en ambas direcciones y puede cortarse e inyectarse, por lo que puede lograr una regulación de velocidad tanto sincrónica como supersincrónica.

Cuando la potencia de deslizamiento térmico Prs se introduce en el puerto Ps, la potencia del eje del rotor es:

PM=Pem-(△P2+Prs) (15)

Obviamente, la introducción de potencia de deslizamiento térmico aumenta la pérdida de la armadura (rotor), y la potencia del eje disminuye a medida que aumenta Prs. Un ejemplo típico es la regulación de velocidad por resistencia en serie del rotor de un motor asíncrono.

En tercer lugar, características ideales de velocidad sin carga, eficiencia y control de potencia mecánica

Según la mecánica de motores, la velocidad ideal sin carga del motor depende principalmente de la potencia electromagnética del armadura porque:

ω0 = Pem/M(16)

Debido a que el par electromagnético está determinado por la carga, la velocidad ideal sin carga ω 0 depende de la potencia electromagnética bajo ciertas condiciones. condiciones de carga.

La potencia de armadura del control de potencia y regulación de velocidad se puede expresar de manera integral como:

PM=∑Pem-∑p2 (17)

Velocidad correspondiente:

p>

PM/M=∑Pem/M-∑p2/M (18)

Ω=Ω0-△Ω (19)

Donde ω 0 = ∑ PEM /m es la velocidad sin carga ideal para la regulación de velocidad de control de potencia, por lo que ajustar la potencia electromagnética de la armadura puede cambiar la velocidad sin carga ideal del motor. En otras palabras, la velocidad ideal sin carga del motor depende de la potencia electromagnética del inducido. △ω=∑p2/m es la caída de velocidad del motor. Esto muestra que el aumento de las pérdidas en la armadura aumenta la caída de velocidad del motor.

La eficiencia de la regulación de velocidad del motor se expresa como:

η=PM/(P1-∑pi)

=PM/(Pem-△P2)

Entonces, bajo una determinada condición de salida de la potencia del eje PM, la regulación de velocidad de la potencia electromagnética es una regulación de velocidad de alta eficiencia y ahorro de energía, mientras que la regulación de velocidad de la pérdida de potencia debe ser ineficiente y Regulación de velocidad que consume mucha energía.

La ecuación (18) también describe las características mecánicas del control de potencia y la regulación de velocidad. Cuando la potencia electromagnética ΣPem cambia continuamente, si la pérdida de potencia permanece sin cambios, la velocidad ideal sin carga del motor cambia continuamente con ΣPem, y sus características mecánicas son una serie de curvas paralelas. Cuando la pérdida aumenta y la potencia electromagnética permanece sin cambios, la velocidad ideal sin carga del motor permanece sin cambios, pero la caída de velocidad cambia. Sus características mecánicas son una serie de curvas que se cruzan. La Figura 5 muestra las curvas cualitativas para los dos ajustes de velocidad.

Figura 5 a. Características de regulación de velocidad de potencia electromagnética b. Características de reducción de velocidad

En resumen, podemos extraer las siguientes conclusiones:

① La El control de potencia electromagnético ajusta la velocidad ideal sin carga y el control de pérdida de potencia ajusta la disminución de velocidad.

②El control de potencia electromagnético es un método de regulación de velocidad eficiente y que ahorra energía, y sus características mecánicas deben ser una familia de curvas paralelas. El control de pérdida de potencia es una regulación de velocidad del consumo de energía de baja eficiencia y sus características mecánicas deben ser una serie de curvas que se cruzan.

IV. Clasificación y métodos de regulación de velocidad del motor asíncrono

Diferente a la expresión de n = 60F1/p (1-s), según la potencia de regulación de velocidad del motor descrita en En este artículo Teoría de control, la regulación de velocidad de motores asíncronos se puede dividir en los siguientes tipos:

Atributos/puntos de control del esquema/puntos clave de métodos variables

Verbo (abreviatura de verbo) conclusión

1. Hay dos principios básicos de regulación de la velocidad del motor, uno es el control de potencia del eje y el otro es el control del par. El control de par es en realidad un control de campo magnético, adecuado para una regulación de potencia constante.

2. El objeto del control de potencia del eje es la armadura o pseudo-armadura, lo cual sólo puede lograrse mediante el control de potencia eléctrica. Entre ellos, la potencia electromagnética ajusta la velocidad ideal sin carga y la pérdida de potencia cambia la caída de velocidad.

Los primeros son eficientes y ahorradores de energía, mientras que los segundos son ineficientes y consumen energía, determinando así sus propiedades mecánicas.

3. La regulación de velocidad del control de potencia del eje tiene las características de par constante, y el cambio de par electromagnético es causado por el retraso de la respuesta de velocidad. Cuando la regulación de velocidad es estable, el par electromagnético sólo depende de la carga y no tiene nada que ver con el control.

4. La regulación de velocidad de conversión de frecuencia y la regulación de velocidad de control de potencia diferencial eléctrica pertenecen a la regulación de velocidad de control de potencia electromagnética. Su rendimiento es el mismo y no existe una diferencia esencial.