موتورهای القائی :
موتور های القایی بخصوص موتورهای قفس سنجابی مزایایی نسبت به موتورهای DC دارند . از مواردی نظیر نیاز به نگهداری کمتری , قابلیت اطمینان بالاتر , هزینه, وزن , حجم و اینرسی کمتر , راندمان بیشتر , قابلیت عملرکد در محیط های با گرد و غبار و در محیط های قابل انفجار را می توان نام برد. مشکل اصلی موتور های DC وجود کموتاتور و جاروبک است , که نگهداری زیاد و پر هزینه و نامناسب بودن عملکرد موتور در محیط های بار گرد و غبار بالا و قابل انفجار را بدینال دارد. با توجه به مزایای فوق در تمامی کاربردهای , موتورهای القایی بطور وسیع بر سایر موتورهای الکتریکی ترجیح داده می شوند . با اینحال تا حدی پیش از موتورهای القایی فقط در کاربردهای سرعت ثابت استفاده شده است . و در کابردهای سرعت متغییر موتورهای DC ترجی داده شده اند. این امر ناشی از آن است که روشهای مرسوم در کنترل سرعت و موتوهای القایی هم غیر اقتصادی و هم دارای راندمان کم بوده است .
با بهبود در قابلیت ها و کاهش در هزینه تریستورها و اخیراً در ترازیستورهای قدرت و GTO ها امکان ساخت محرکه های سرعت متغییر با استفاده از موتورهای القایی بوجود آمده است که در برخی موارد حتی از نظر هزینه و عملکرد از محرکه های با موتور DC نیز پیشی گرفته اند. در نتیجه این پیشرفت ها , محرکه های موتورهای القایی در برخی کاربردهای سرعت متغییر بجای محرکه های DC مورد استفاده قرار گرفته اند . پیش بینی می شود در آینده موتورهای القایی بطور گسترده در محرکه های سرعت متغییر مورد استفاده قرار خواهند گرفت .
راه اندازی :
زمانیکه موتور القایی بطور مستقیم به ولتاژ خط متصل می شود . جریان راه اندازی بزرگی را می کشد. در شرایطی که امپدانس داخلی منبع تغذیه بزرگ و یا ظرفیت جریان خروجی آن محدود باشد و راه اندازی موتور موجب افت ولتاژ خط می شود . در نتیجه سایر بارهای متصل به آن منبع تغذیه دچار اشکال می گردند . لذا لازم است . با استفاده از روشهایی جریان راه اندازی محدود شود . رفتار موتورهای فقس سنجابی در شرایط راه اندازی با توجه به نوع آن (کلاس موتور ) متفاوت می باشد. راه اندازی موتورهای روتور سیم پیچی شده با افزایش مقاومت خارجی روتور انجام می شود و جریان راه اندازی نیز محدود می شود . روش های دیگری هم وجود دارد که هم در مورد موتورهای قفس سنجابی و هم در مورد روتور سیم بندی شده کاربرد دارند . بطور مثال می توان از کاهش ولتاژ تغذیه , تغییر فرکانس استاتور و یا افزایش امپدانس استاتور نام برد. در موتورهای رتور سیم بندی شده همچنین از تزریق ولتاژ در مدار رتور نیز به منظور کاهش جریان راه اندازی می توان استفاده نمود . از این روشها بجز روش افزایش امپدانس استاتور در کنترل سرعت موتورها نیز استفاده می شود که در قسمت های بعدی مورد بحث قرار می گیرند . از روشهای متعارف کاهش جریان را اندازی , کاهش ولتاژ تغذیه است که توسط کلیه ستاره مثلث و یا اتوترانس انجام می شود . با تغییر سیم بندی از مثلث به ستاره وجریان و راه اندازی با ضریب 3/1 و گشتاور راه اندازی با ضریب3/1 تقلیل می یابند . موتورهای بزرگ معمولاً با دو سیم بندی در استاتور طراحی می شوند. بطوریکه در حالت عادی معمولاً هر دو سیم بندی بطور موازی در مدار قرار می گیرند و در طی مرحله راه اندازی فقط یکی از سیم بندی در مدار قرار می گیرند . این کار باعث افزایش امپدانس معادل موتور شده و در نتیجه جریان راه اندازی محدود می شود . این روش بنام روش راه اندازی با سیم بندی کسر (PORT WINDING STARTING) نامیده می شود .
ترمز الکتریکی :
در بخش های گذشته ضرورت استفاده از ترمز الکتریکی مورد بررسی قرار گرفت . همانند موتورهای DC روشهای متفاوتی در ترمز الکتریکی موتورهای القایی مورد استفاده قرار می گیرند . که به سه دسته زیر تقسیم می شوند :
ترمز ژنراتوری
ترمز با معکوس کردن تغذیه
ترمز دینامیکی یا رئوستایی
در حالت ترمز ژنراتوری ماشین القایی همانند ژنراتور آسنکرون رفتار مینماید و انرژی مکانیکی ناشی از بار و موتور به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. انری فوق به منبع تغذیه باز گردانده می شود که می توان از آن بطور مفید استفاده نمود. واضع است که اگر منبع تغذیه امکان جذب انرژی بازگشتی ناشی از ترمز الکتریکی را نداشته باشد عملکرد محرکه در حالت ترمز ژنراتوری عملی نخواهد بود . زمانیکه سرعت موتور در بالاتر از سرعت سنکرون قرار می گیرد . سرعت نسبی بین میدان گردان رتور و استاتور منفی است . لذا ولتاژ و جهت جریان رتور عکس حالت موتوری خواهد گردید. بنابراین جهت جریان استاتور نیز عکس می گردد تا تعادل آمپر دور فاصله هوایی حفظ گردد. در نتیجه جهت قدرت الکتریکی نیز تغییر کرده و قدرت از سوی ماشین به منبع تغذیه جاری می شود و موتور همانند یک ژنراتور القایی عمل نماید . جریان مغناطیس کنندگی مورد نیاز برای ایجاد میدان گردان از منبع تغذیه استاتور تامین می شود. لذا عملکرد ژنراتور القایی امکانپذیر نمی باشد . مگر آنکه استاتور به منبع تغذیه متصل باشد برای قرار گرفتن در شرایط ترمز ژنراتوری لازم است سرعت موتور از سرعت سنکرون بیشتر باشد . زمانی که استاتور به منبع تغذیه با فرکانس ثابت متصل باشد . حالت ژنراتوری تنها با افزایش سرعت موتور به بالاتر از سرعت سنکرون امکان پذیر می گردد . ولی درصورتی که از منبع فرکانس متغییر استفاده شود. می توان فرکانس منبع را به گونه ای تنظیم نمود که سرعت میدان گردان همواره از سرعت موتور کوچکتر باشد .بنابراین ترمز ژنراتوری تا سرعت های کم عملی خواهد بود . زمانیکه با استفاده از ترمز ژنراتوری سرعت بارهای فعال ثابت نگاه داشته می شود افت کوتاه مدت ولتاژ تغذیه و یا افزایش لحظه ای گشتاور بار ممکن است نقطه کار را به ناحیه ناپایدار ببرد. لذا برای حفظ ایمنی در چنین وضعیتی از ترمز مکانیکی در کنار ترمز ژنراتوری استفاده می شود تا از افزایش شدید سرعت جلوگیری بعمل آید. در روش دیگر از خازن که با موتور سری می شود استفاده می شود . این عمل باعث می شود گشتاور ترمزی افزایش یابد . اگر از موتور با رتور سیم بندی شده استفاده شود. افزایش مقاومت روتور محدود ناحیه پایدار را افزایش می دهد.
در این حالت S>1 می باشد . اگر موتور به تغذیه با توالی مثبت متصل شود . S>1 وقتی بدست می آید که رتور در جهت عکس میدان استاتور دوران نماید. از آنجایی که سرعت نسبی میدان گردان روتور و استاتور مثبت است, گشتاورموتور مثبت است و موتور قدرت الکتریکی را از منبع جذب مینماید. چون موتور در جهت عکس دوران می کند یک گشتاور مثبت حالت ترمزی را ایجاد می کند , قدرت مکانیکی بار و اینرسی موتور با قدرت الکتریکتی تبدیل شده و همچنین قدرت تغذیه شده توسط منبع در مقاومت های موتور بصورت حرارت تلف می شود . بنابراین در این روش تمامی انرژی ترمزی بصورت حرارتی تلف می شود . لذا این روش یک روش بی بازده است . با ولتاژ توالی منفی وقتی موتور در جهت مثبت دوران کند. تغییر توالی ولتاژ استاتور باعث ایجاد حالت ترمزی می شود. تغییر توالی ولتاژ استاتور با جابجایی دو فاز تغذیه به سادگی انجام می شود. گشتاور موتور در سرعت صفر مخالف صفر است لذا برای توقف کامل موتور. در نزدیکی یا روی سرعت صفر بایستی موتور از تغدیه جدا شود . بنابراین لازم است از عناصر و یا وسایلی برای تشخیص صفر شدن سرعت و قطع موتور از منبع استفاده شود . چرا که در غیر این صورت موتور در جهت عکس شروع به شتاب گیری می کند . لذا بطور کلی این روش برای حالت توقف کامل مناسب نیست بلکه در جهت عکس شروع به شتاب گیری می کند . لذا بطور کلی این روش برای حالت توقف کامل مناسب نیست بلکه برای تغییر جهت گردش موتور مناسب است .
در این روش موتور از منبع تغذیه AC قطع و به منیع تغذیه DC متصل می شود . جریان DC که در سیم بندی استاتور جاری می شود . میدان مغناطیسی ساکن را در فاصله هوایی ایجاد می کند . اختلاف سرعت میان میدان ساکن استاتور و میدان گردانی ایجاد می کند که در جهت عکس حرکت روتور دوران می نماید تا میدان نتیجه آن نسبت به استاتور ساکن گردد . لذا بواسطه آنکه دو میدان گردان رتور و استاتور ساکن می گردند و جریان رتور معکوس حالت موتوری می باشد لذا در کلیه سرعتهای گشتاور ترمزی ایجاد میگردد در سرعت صفر ( در حالت سکون ) گشتاور ترمزی صفر می گردد . مقدار جریان DC که در استاتور جاری است به مقاومت استاتور , که دارای مقدار کوچکی , بستگی دارد لذا برای محدود ساختن جریان در حد مجاز یک ولتاژ DC کوچک کافی است . برای این منظور از ترانس کاهنده و پل دیودی استفاده می شود . در شرایطی که گشتاور ترمزی کنترل شده ای مورد نیاز باشد ( گشتاور ترمز متغییر با سرعت ) از پل تریستوری بجای پل دیودی استفاده می شود . در شرایطی که به ترمز سریع نیاز باشد گشتاور ترمزی بزرگی تولید شود. لذا در این حالت جریان استاتور می تواند تا ده برای جریان نامی نیز برای مدت کوتاه افزایش یابد. اما به محض توقف موتور بایستی منبع قطع شود یا جریان به زیر جریان نامی تقلیل یابد . در غیر اینصورت موتور دچار اضافه حرارت خواهد شد .
کنترل سرعت :
در این بخش اصول کنترل سرعت محرکه های الکتریکی که در آنها از مبدل های نیمه هادی کنترل شده استفاده می شود. مورد بررسی قرار می گیرد. روشهای مرسوم عبارتنداز:
کنترل با منبع ولتاژ متغیر فرکانس ثابت
کنترل با منبع ولتاژ فرکانس متغیر
کنترل مقاومت رتور
کنترل از روش تزریق ولتاژ در مدار رتور
روشهای 3 و 4 فقط در موتورهای رتور سیم بندی شده قابل استفاده هستند .
گشتاور فاصه هوایی در موتورهای القایی منتاسب با مجذور ولتاژ تغذیه است . شکل کلی منحنی های سرعت گشتاور مشابه است ولی با مجذور ولتاژ تغییر می نماید . کنترل سرعت با تغییر ولتاژ تغذیه به گونه ای انجام می شود که در سرعت مورد نظر گشتاور بار بوسیله موتور تامین می شود . از آنجایی که افزایش ولتاژ به بالاتر از ولتاژ نامی مجاز نمی باشد بنابراین در این روش افزایش سرعت تا سرعت نامی امکان پذیر است. چون گشتاور در لغزش مشخص با مجذور ولتاژ متناسب است لذا جریان رتور مستقیماً متناسب با ولتاژ تفذیه است. در نتیجه نسبت گشتاور به جرسان با کاهش ولتاژ تغذیه کاهش می یابد . همچینین گشتاور موجود برای یکی بارگذاری حرارتی مشخص برای موتور کاهش می یابد . گشتاور شکست نیز با مجذور ولتاژ کم می شود . بنابراین بهره برداری در سرعت های پایین و با شرایط حرارتی طبیعی موتور در صورتی امکان پذیر است که گشتاور بار بار کاهش شرعت تقلیل باید بطور مثال می توان به بارهای پنکه ای بعنوان این دسته از بارهای متغییر اشاره نمود . برای داشتن محدوده وسیعی از تغییرات سرعت لازم است از موتورهای با لغزش نامی بالا استفاده شود . بنابراین موتورهای کلاس D افقی سنجابی با لغزش بین 10 تا 20 درصد یا بار نامی و یا موتورهای رتور سیم بندی شده با مقاومت خارجی بالا بکار گرفته می شوند . در موتورهای روتور سیم بندی شده بواسطه آنکه تلفات مسی رتور در مقاومت خارجی ایجاد ایجاد می شود نسبت به موتورهای کلاس D مناسب تر می باشند . لذا می توان از موتورهای کوچکتری نیز استفاده نمود .