Il fulcro del controllo della velocità di un motore a corrente alternata risiede nella regolazione dei parametri di ingresso chiave del motore, come tensione, frequenza, corrente o campo magnetico, in base al tipo di motore (motore asincrono/motore sincrono) e agli scenari applicativi (ad esempio, precisione della regolazione della velocità, costi, consumo energetico). Di seguito è riportata un'analisi dettagliata dei principali metodi di controllo, classificati in base alla maturità tecnica e all'ambito di applicazione:

I. Regolazione della velocità basata sul “coordinamento tensione-frequenza” (principale per i motori asincroni)

1. Regolazione della velocità a frequenza variabile (VVVF, frequenza variabile a tensione variabile)

• Principio: Convertire la corrente alternata a frequenza industriale (ad esempio 220 V/50 Hz, 380 V/50 Hz) in corrente alternata con "tensione e frequenza regolabili" tramite un "convertitore di frequenza" per soddisfare i requisiti del motore per diverse velocità (un aumento della frequenza comporta un aumento della velocità e viceversa).
• Logica chiave: Quando l'impedenza dello statore del motore è fissa, il rapporto U/f deve rimanere costante. In caso contrario, si verificherà una saturazione o un'insufficienza del flusso magnetico, con conseguente bruciatura del motore o riduzione della coppia. Pertanto, il convertitore di frequenza deve coordinare tensione e frequenza in tempo reale.
• Classificazione:
  • Controllo scalare: Controlla solo l'ampiezza di tensione e frequenza. Ha una struttura semplice e un costo contenuto, ed è adatto a scenari con bassi requisiti di precisione nella regolazione della velocità, come ventilatori e pompe dell'acqua (ad esempio, unità esterne di condizionatori domestici).
  • Controllo vettoriale: Scompone la corrente del motore in "corrente di eccitazione" e "corrente di coppia" e le controlla accuratamente rispettivamente per ottenere un'elevata risposta dinamica simile a quella dei motori CC (ad esempio, macchine utensili CNC, macchine di trazione per ascensori).
  • Controllo diretto della coppia (DTC): Salta la scomposizione della corrente e controlla direttamente la coppia del motore e il collegamento del flusso. Ha una velocità di risposta più elevata ed è adatto a scenari altamente dinamici come laminatoi e servosistemi.
• Vantaggi: Ampio intervallo di regolazione della velocità (da 0 alla velocità nominale, anche superando la velocità nominale), elevata efficienza (vicina all'efficienza nominale) e coppia stabile.
• Svantaggi: Costo elevato del convertitore di frequenza; possono verificarsi interferenze armoniche ad alte frequenze (è necessario aggiungere un filtro).

2. Regolazione della velocità dell'avviatore graduale (regolazione della velocità ausiliaria, regolazione della velocità discontinua)

• Principio: Aumentare gradualmente la tensione dello statore del motore tramite un tiristore (SCR) per ottenere un "avvio graduale" ed evitare un elevato impatto di corrente durante l'avvio. Alcuni avviatori statici supportano la "regolazione della velocità di tipo regolazione della tensione" (riduzione del rapporto di scorrimento s abbassando la tensione per ridurre indirettamente la velocità).
• Applicazione: Applicabile solo alla "fase di avviamento" o alla "riduzione di velocità a breve termine e bassa precisione" (ad esempio, regolazione della velocità a basso carico dei nastri trasportatori). Non può raggiungere una regolazione continua della velocità su un ampio intervallo (una tensione eccessivamente bassa causerà il surriscaldamento del motore).
• Vantaggi: Costo inferiore rispetto ai convertitori di frequenza; funzioni di protezione complete (sovracorrente, sovraccarico).
• Svantaggi: Intervallo di regolazione della velocità ristretto (di solito può essere ridotto solo al 70% della velocità nominale); basso fattore di potenza a basse velocità.

II. Regolazione della velocità basata sulla "regolazione della coppia di poli" (regolazione della velocità a poli variabili)

• Principio: Secondo la formula della velocità del motore asincrono n = 60f(1-s)/p, la velocità sincrona del motore viene modificata direttamente modificando il "numero di coppie di poli p" dell'avvolgimento dello statore del motore (ad esempio, 2 poli → 4 poli). A 50 Hz, la velocità sincrona di un motore a 2 poli è di 3000 giri/min e quella di un motore a 4 poli è di 1500 giri/min.
• Metodo di implementazione: Modificare la direzione della corrente dell'avvolgimento tramite un "interruttore di commutazione" (ad esempio, commutazione stella-triangolo, commutazione a doppia stella) dell'avvolgimento del motore, modificando così il numero di coppie di poli.
• Applicazione: Applicabile solo a scenari di "regolazione della velocità a gradini" (ad esempio, presse punzonatrici, compressori, ventilatori). Il motore deve essere progettato per supportare più coppie di poli (ad esempio, motori a due velocità a 2/4 poli, 4/6 poli).
• Vantaggi: Struttura semplice, basso costo, funzionamento affidabile e nessuna perdita di efficienza durante la regolazione della velocità.
• Svantaggi: È possibile ottenere solo una regolazione della velocità "a velocità fissa" (ad esempio, 2 marce, 3 marce); non è possibile una regolazione della velocità continua e fluida.

III. Regolazione della velocità basata sulla “regolazione del rapporto di slittamento” (scenari a bassa precisione e bassa potenza)

1. Regolazione della tensione dello statore Regolazione della velocità

• Principio: Ridurre la tensione dello statore U tramite un regolatore di tensione (ad esempio, un autotrasformatore, un circuito di regolazione della tensione a tiristori), che riduce la coppia del motore T (T è proporzionale a U²). Quando la coppia di carico rimane invariata, il rapporto di scorrimento s aumenta e la velocità effettiva diminuisce.
• Vantaggi: Circuito semplice e dal costo estremamente basso.
• Svantaggi: Intervallo di regolazione della velocità ristretto (è possibile ottenere solo una riduzione della velocità del 10% – 30%); forte riscaldamento del motore a basse velocità (elevata perdita di potenza dovuta allo slittamento) e coppia insufficiente.

2. Regolazione della velocità della resistenza in serie del rotore (applicabile solo ai motori asincroni con rotore avvolto)

• Principio: L'avvolgimento del rotore di un motore asincrono a rotore avvolto può essere collegato a una resistenza esterna. Aumentando la resistenza del circuito del rotore R2, si aumenta il rapporto di scorrimento s (s è proporzionale a R2), riducendo così la velocità effettiva (la velocità sincrona rimane invariata e un aumento dello scorrimento porta a una diminuzione della velocità effettiva).
• Applicazione: Adatto per scenari di "regolazione della velocità a breve termine" o "regolazione della velocità di avviamento" (ad esempio, gru, argani). Deve essere abbinato a un "reostato del rotore" per regolare il valore di resistenza manualmente o automaticamente.
• Vantaggi: Struttura semplice, basso costo e coppia stabile durante la regolazione della velocità (elevata coppia di avviamento).
• Svantaggi: Elevata perdita di resistenza del rotore a basse velocità (l'energia elettrica viene convertita in energia termica), bassa efficienza e scarsa precisione nella regolazione della velocità (ingranaggi a resistenza limitata).