Изменение скольжения

Этот способ используют в приводе тех механизмов, где установлены асинхронные двигатели с фазным ротором. Например, в приводе подъемно-транспортных машин. В цепь фазного ротора вводится регулировочный реостат. Увеличение активного сопротивления ротора не влияет на величину критического момента, но увеличивает критическое скольжение (рис. 2.21).

На рис. 2.21 приведены механические характеристики асинхронного двигателя при разных сопротивлениях регулировочного реостатаRр3>Rр2>0,Rр1=0.

Рис. 2.21

Как следует из рис. 2.21 при этом способе можно получить большой диапазон регулирования частоты вращения в сторону понижения. Основные недостатки этого способа:

Из-за больших потерь на регулировочном реостате снижается коэффициент полезного действия, т.е. способ неэкономичный.

Механическая характеристика асинхронного двигателя с увеличением активного сопротивления ротора становится мягче, т.е. снижается устойчивость работы двигателя.

Невозможно плавно регулировать частоту вращения.

Из-за перечисленных недостатков этот способ применяют для кратковременного снижения частоты вращения.

Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей

Из формулы следует, что частоту вращения ротора асинхронного двигателя можно регулировать следующими способами: изменением частоты f1 питающего напряжения, числа пар полюсов p и величины скольжения s.

Частотное регулирование. Этот способ позволяет плавно изменять частоту вращения в широком диапазоне. Для его осуществления требуется, чтобы двигатель получал питание от отдельного источника (рисунок 2.18).

В качестве такого источника в настоящее время наиболее находят применение полупроводниковые статические преобразователи частоты.

В зависимости от требований к механическим характеристикам асинхронного двигателя при частотном регулировании одновременно с изменением частоты f1 приходится по определенному закону изменять и подводимое к обмотке статора напряжение U1.

Максимальный момент двигателя приближенно (без учета сопротивленияr1) определяется по (2.40),

.

Учитывая, что , , , получим

(2.54)

Если при регулировании частоты вращения требуется, чтобы при любой частоте f1 максимальный момент оставался неизменным (регулирование с ), то получим

, (2.55)

откуда следует, что для регулирования n2 при необходимо подводимое к обмотке статора напряжение U1 изменять пропорционально его частоте. При этом основной магнитный поток машины при различных значениях частоты f1 остается неизменным, т.е.

(2.56)

Механические характеристики асинхронного двигателя при регулировании сMмакс = const показаны на рисунке 2.19.

Недостатком частотного регулирования является относительно высокая стоимость преобразовательных установок.

Регулирование частоты вращения изменением числа пар полюсов статорной обмотки. Для осуществления данного регулирования на статоре в общих пазах размещают не одну, а две обмотки, имею-

щие различные шаги и, следовательно, различное число пар полюсов. В зависимости от необходимой частоты вращения в сеть подключается та или иная обмотка. Этот способ применяется сравнительно редко, так как имеет существенный недостаток – малое использование обмоточного провода (в работе находится только одна из обмоток).

Значительно чаще изменение числа пар полюсов достигается изменением (переключением) схемы соединений обмотки статора. Принцип такого переключения показан на рисунке 2.20.

При переходе с последовательного соединения двух катушек на параллельное число пар полюсов изменяется с 2 на 1. При наличии фазной обмотки на роторе, её также необходимо переключать одновременно с обмоткой статора, что является большим недостатком. Поэтому данный способ регулирования частоты вращения применяется только у двигателей с короткозамкнутым ротором.

Асинхронные двигатели с переключением числа пар полюсов называют многоскоростными. Они выпускаются на две, три и четыре частоты вращения. Известно большое число схем, позволяющее осуществлять переключение числа пар полюсов. Эти схемы разделяются на схемы регулирования с постоянным моментом и схемы регулирования с постоянной мощностью. Механические характеристики двухскоростных двигателей показаны на рисунке 2.21.

Рисунок 2.20 – Изменение числа пар полюсов переключением катушек обмотки:

а – две пары полюсов; б – одна пара полюсов

Рисунок 2.21 – Механические характеристики двухскоростного двигателя

с переключением числа пар полюсов в отношении 2:1

при постоянном моменте (а) и при постоянной мощности (б)

 

Из всех способов регулирования частоты вращения асинхронных двигателей способ переключения числа пар полюсов является наиболее экономичным, хотя и он имеет недостатки:

– двигатели имеют относительно большие габариты и массу по сравнению с двигателями нормального исполнения;

– регулирование частоты вращения ступенчатое.

Многоскоростные двигатели применяют для электропривода станков и различных механизмов, частоту вращения которых нужно регулировать в широких пределах (например – лифтовые асинхронные двигатели).

Регулирование частоты вращения за счет изменения питающего напряжения. Отмеченное регулирование можно осуществить посредством тиристорного регулятора напряжения РН (рисунок 2.22).

Так как вращающий момент асинхронного двигателя пропорционален , то механические характеристики при напряжениях, меньше номинального, пойдут ниже естественной (рисунок 2.23).

Если момент сопротивления MС остается постоян-ным, то как следует из рисунка 2.23, при снижении напряжения сколь-жение двигателя

увеличивается.

 

Частота вращения ротора при этом уменьшается.

Регулирование скольжения этим способом возможно в пределах

0 < s < sкр.

Дальнейшее снижение напряжения (ниже U1(2)) недопустимо, так как при этом Mмакс < MС и двигательостановится.

Регулирование частоты вращения двигателей изменением подводимого напряжения U1 имеет существенный недостаток: в этом случае увеличиваются потери и, таким образом, снижается КПД двигателя. При снижении напряжения пропорционально U1 уменьшается основной магнитный поток машины, вследствие чего при M = MС =const возрастают ток в обмотке ротора и, следовательно, электрические потери в роторе. Магнитные потери в стали статора уменьшаются. Обычно при нагрузках двигателей, близких к номинальной, снижение U1 приводит к увеличению суммарных потерь и повышению нагрева двигателей. Поэтому рассматриваемый способ регулирования частоты вращения находит применение главным образом для машин небольшой мощности.

Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей путем включения в цепь ротора добавочного активного сопротивления. Данный способ регулирования применяется только в двигателях с фазным ротором. Он позволяет плавно изменять частоту вращения в широких пределах (рисунок 2.24). Недостатками его являются: большие потери энергии в добавочных сопротивлениях, чрезмерно «мягкая» механическая характеристика двигателя при большом сопротивлении в цепи ротора. В некоторых случаях последнее является недопустимым, так как небольшому изменению нагрузочного момента соответствует существенное изменение частоты вращения. На практике данный способ применяется, главным образом, для регулирования частоты вращения небольших двигателей, например, в подъемных устройствах.

При данном способе регулирования частоты вращения двигателя регулировочный реостат (добавочное активное сопротивление), включаемый в цепь ротора, должен быть рассчитан на длительный режим работы. Поэтому пусковые реостаты, рассчитанные на кратковременное прохождение тока в период пуска, не могут использоваться как регулировочные.