Historia silników elektrycznych sięga 1820 roku, kiedy to Hans Christian Oster odkrył magnetyczne działanie prądu elektrycznego, a rok później Michael Faraday odkrył rotację elektromagnetyczną i zbudował pierwszy prymitywny silnik prądu stałego.Faraday odkrył indukcję elektromagnetyczną w 1831 r., ale dopiero w 1883 r. Tesla wynalazł silnik indukcyjny (asynchroniczny).Dziś główne typy maszyn elektrycznych pozostają takie same: prąd stały, indukcyjne (asynchroniczne) i synchroniczne, wszystkie oparte na teoriach opracowanych i odkrytych przez Alsteada, Faradaya i Teslę ponad sto lat temu.
Od czasu wynalezienia silnika indukcyjnego stał się on obecnie najczęściej używanym silnikiem ze względu na przewagę silnika indukcyjnego nad innymi silnikami.Główną zaletą silników indukcyjnych jest to, że nie wymagają połączenia elektrycznego pomiędzy częścią stacjonarną i wirującą silnika, dlatego też nie wymagają komutatorów mechanicznych (szczotek) i są silnikami bezobsługowymi.Silniki indukcyjne charakteryzują się również lekkością, niską bezwładnością, wysoką wydajnością i dużą przeciążalnością.W rezultacie są tańsze, mocniejsze i nie ulegają awariom przy dużych prędkościach.Ponadto silnik może pracować w atmosferze wybuchowej bez iskrzenia.
Biorąc pod uwagę wszystkie powyższe zalety, silniki indukcyjne uważane są za doskonałe elektromechaniczne przetwornice energii, jednak często przy zmiennych prędkościach obrotowych wymagana jest energia mechaniczna, gdzie systemy kontroli prędkości nie są sprawą trywialną.Jedynym skutecznym sposobem uzyskania bezstopniowej zmiany prędkości jest podanie do silnika asynchronicznego napięcia trójfazowego o zmiennej częstotliwości i amplitudzie.Prędkość wirnika zależy od prędkości wirującego pola magnetycznego wytwarzanego przez stojan, dlatego wymagana jest konwersja częstotliwości.Wymagane jest napięcie zmienne, impedancja silnika zmniejsza się przy niskich częstotliwościach, a prąd należy ograniczać poprzez zmniejszenie napięcia zasilania.
Przed pojawieniem się energoelektroniki sterowanie ograniczające prędkość silników indukcyjnych osiągano poprzez przełączanie trzech uzwojeń stojana z połączenia w trójkąt na połączenie w gwiazdę, co zmniejszało napięcie na uzwojeniach silnika.Silniki indukcyjne mają również więcej niż trzy uzwojenia stojana, aby umożliwić zmianę liczby par biegunów.Jednak silnik z wieloma uzwojeniami jest droższy, ponieważ wymaga więcej niż trzech portów połączeniowych i dostępne są tylko określone dyskretne prędkości.Inną alternatywną metodę kontroli prędkości można osiągnąć za pomocą silnika indukcyjnego z uzwojonym wirnikiem, w którym końce uzwojenia wirnika są nałożone na pierścienie ślizgowe.Jednak takie podejście najwyraźniej usuwa większość zalet silników indukcyjnych, wprowadzając jednocześnie dodatkowe straty, które mogą skutkować słabą wydajnością w przypadku szeregowego umieszczenia rezystorów lub reaktancji w uzwojeniach stojana silnika indukcyjnego.
W tamtym czasie powyższe metody były jedynymi dostępnymi metodami sterowania prędkością silników indukcyjnych, a silniki prądu stałego istniały już z napędami o bezstopniowej regulacji prędkości, które nie tylko umożliwiały pracę w czterech ćwiartkach, ale także obejmowały szeroki zakres mocy.Są bardzo wydajne i mają odpowiednią kontrolę, a nawet dobrą dynamikę, jednak ich główną wadą jest obowiązkowy wymóg dla szczotek.
podsumowując
W ciągu ostatnich 20 lat technologia półprzewodników poczyniła ogromne postępy, zapewniając warunki niezbędne do opracowania odpowiednich układów napędowych silników indukcyjnych.Warunki te można podzielić na dwie główne kategorie:
(1) Redukcja kosztów i poprawa wydajności elektronicznych urządzeń przełączających.
(2) Możliwość implementacji złożonych algorytmów w nowych mikroprocesorach.
Warunkiem koniecznym jest jednak opracowanie odpowiednich metod sterowania prędkością silników indukcyjnych, których złożoność w porównaniu z prostotą mechaniczną jest szczególnie istotna ze względu na ich strukturę matematyczną (wieloczynnikowa i nieliniowa).
Czas publikacji: 05 sierpnia 2022 r