Регулирование скорости асинхронного двигателя
Наиболее распространены следующие способы регулирования скорости асинхронного двигателя : изменение дополнительного сопротивления цепи ротора, изменение напряжения, подводимого к обмотке статора, двигателя изменение частоты питающего напряжения, а также переключение числа пар полюсов.
Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя путем введения резисторов в цепь ротора
Введение резисторов в цепь ротора приводит к увеличению потерь мощности и снижению частоты вращения ротора двигателя за счет увеличения скольжения, поскольку n = n о (1 — s).
Из рис. 1 следует, что при увеличении сопротивления в цепи ротора при том же моменте частота вращения вала двигателя уменьшается.
Жесткость механических характеристик значительно снижается с уменьшением частоты вращения, что ограничивает диапазон регулирования до (2 — 3) : 1. Недостатком этого способа являются значительные потери энергии, которые пропорциональны скольжению. Такое регулирование возможно только для двигателя с фазным ротором.
Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя изменением напряжения на статоре
Изменение напряжения, подводимого к обмотке статора асинхронного двигателя , позволяет регулировать скорость с помощью относительно простых технических средств и схем управления. Для этого между сетью переменного тока со стандартным напряжением U 1ном и статором электродвигателя включается регулятор напряжения .
При регулировании частоты вращения асинхронного двигателя изменением напряжения, подводимого к обмотке статора, критический момент М кр асинхронного двигателя изменяется пропорционально квадрату подводимого к двигателю напряжения U рет (рис. 3 ), а скольжение от U рег не зависит.
Рис. 1. Механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором при различных сопротивлениях резисторов, включенных в цепь ротора
Рис. 2. Схема регулирования скорости асинхронного двигателя путем изменения напряжения на статоре
Рис. 3. Механические характеристики асинхронного двигателя при изменении напряжения подводимого к обмоткам статора
Если момент сопротивления рабочей машины больше пускового момента электродвигателя (Мс > Мпуск), то двигатель не будет вращаться, поэтому необходимо запустить его при номинальном напряжении Uном или на холостом ходу.
Регулировать частоту вращения короткозамкнутых асинхронных двигателей таким способом можно только при вентиляторном характере нагрузки. Кроме того, должны использоваться специальные электродвигатели с повышенным скольжением. Диапазон регулирования небольшой, до n кр.
Для изменения напряжения применяют трехфазные автотрансформаторы и тиристорные регуляторы напряжения.
Рис. 4. Схема замкнутой системы регулирования скорости тиристорный регулятор напряжения — асинхронный двигатель (ТРН — АД)
Замкнутая схема управления асинхронным двигателем , выполненным по схеме тиристорный регулятор напряжения — электродвигатель позволяет регулировать скорость асинхронного двигателя с повышенным скольжением (такие двигатели применяются в вентиляционных установках).
Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя изменением частоты питающего напряжения
Так как частота вращения магнитного поля статора n о = 60 f /р, то регулирование частоты вращения асинхронного двигателя можно производить изменением частоты питающего напряжения.
Принцип частотного метода регулирования скорости асинхронного двигателя заключается в том, что, изменяя частоту питающего напряжения, можно в соответствии с выражением при неизменном числе пар полюсов р изменять угловую скорость n о магнитного поля статора.
Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а механические характеристики обладают высокой жесткостью.
Для получения высоких энергетических показателей асинхронных двигателей (коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности) необходимо одновременно с частотой изменять и подводимое напряжение. Закон изменения напряжения зависит от характера момента нагрузки Мс. При постоянном моменте нагрузки напряжение на статоре должно регулироваться пропорционально частоте.
Схема частотного электропривода приведена на рис. 5, а механические характеристики АД при частотном регулировании — на рис. 6.
Рис. 5. Схема частотного электропривода
Рис. 6. Механические характеристики асинхронного двигателя при частотном регулировании
С уменьшением частоты f критический момент несколько уменьшается в области малых частот вращения. Это объясняется возрастанием влияния активного сопротивления обмотки статора при одновременном снижении частоты и напряжения.
Частотное регулирование скорости асинхронного двигателя позволяет изменять частоту вращения в диапазоне (20 — 30) : 1. Частотный способ является наиболее перспективным для регулирования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Потери мощности при таком регулировании невелики, поскольку минимальны потери скольжения.
Большинство современных преобразователей частоты построено по схеме двойного преобразования. Они состоят из следующих основных частей: звена постоянного тока (неуправляемого выпрямителя), силового импульсного инвертора и системы управления.
Звено постоянного тока состоит из неуправляемого выпрямителя и фильтра. Переменное напряжение питающей сети преобразуется в нем в напряжение постоянного тока.
Силовой трехфазный импульсный инвертор содержит шесть транзисторных ключей. Каждая обмотка электродвигателя подключается через соответствующий ключ к положительному и отрицательному выводам выпрямителя. Инвертор осуществляет преобразование выпрямленного напряжения в трехфазное переменное напряжение нужной частоты и амплитуды, которое прикладывается к обмоткам статора электродвигателя.
В выходных каскадах инвертора в качестве ключей используются силовые IGBT-транзисторы. По сравнению с тиристорами они имеют более высокую частоту переключения, что позволяет вырабатывать выходной сигнал синусоидальной формы с минимальными искажениями. Регулирование выходной частоты I вых и выходного напряжения осуществляется за счет высокочастотной широтно-импульсной модуляции.
Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя переключение числа пар полюсов
Ступенчатое регулирование скорости можно осуществить, используя специальные многоскоростные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.
Из выражения n о = 60 f /р следует, что при изменении числа пар полюсов р получаются механические характеристики с разной частотой вращения n о магнитного поля статора. Так как значение р определяется целыми числами, то переход от одной характеристики к другой в процессе регулирования носит ступенчатый характер.
Существует два способа изменения числа пар полюсов. В первом случае в пазы статора укладывают две обмотки с разным числом полюсов. При изменении скорости к сети подключается одна из обмоток. Во втором случае обмотку каждой фазы составляют из двух частей, которые соединяют параллельно или последовательно. При этом число пар полюсов изменяется в два раза.
Рис. 7. Схемы переключения обмоток асинхронного двигателя: а — с одинарной звезды на двойную; б — с треугольника на двойную звезду
Регулирование скорости путем изменения числа пар полюсов экономично, а механические характеристики сохраняют жесткость. Недостатком этого способа является ступенчатый характер изменения частоты вращения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Выпускаются двухскоростные двигатели с числом полюсов 4/2, 8/4, 12/6. Четырехскоростной электродвигатель с полюсами 12/8/6/4 имеет две переключаемые обмотки.
Использованы материалы книги Дайнеко В.А., Ковалинский А.И. Электрооборудование сельскохозяйственных предприятий.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Источник
Регулирование скорости вращения двигателей переменного тока
Практика показывает, что во многих случаях, когда требуется получить глубокое и плавное регулирование скорости, применяют электроприводы постоянного тока. Использование таких двигателей даёт выгодное соотношение общей стоимости электропривода и его функциональных характеристик, поскольку именно двигатели постоянного тока позволяют более простыми средствами осуществить качественное регулирование скорости. Однако при использовании двигателей постоянного тока необходимо преобразовывать переменный ток в постоянный. Это преобразование всегда связано с потерями энергии и увеличением капитальных затрат на преобразовательную установку. Поэтому в ряде регулируемых установок применяют двигатели переменного тока, более простые, дешёвые, надёжные и экономичные в эксплуатации.
Чаще всего применяются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, реже асинхронные двигатели с контактными кольцами, иногда коллекторные двигатели переменного тока.
Синхронные двигатели широко используются в промышленных установках средней и большой мощности, не требующих регулирования скорости вращения. Хотя принципиально имеется возможность регулирования скорости вращения синхронных электродвигателей изменением частоты, однако, как правило, синхронные двигатели должны быть отнесены к числу нерегулируемых.
Наибольшее применение получили следующие способы регулирования скорости вращения асинхронного двигателя:
а) введением сопротивления в цепь ротора;
б) изменением числа пар полюсов;
в) изменением частоты питающего напряжения;
г) каскадным включением асинхронного двигателя с другими машинами или вентильными преобразователями.
Для целей регулирования скорости, кроме упомянутых, могут быть использованы некоторые специальные способы включения электрических двигателей: импульсное регулирование, регулирование с помощью дросселей насыщения и другие.
5.1. Регулирование скорости вращения асинхронного двигателя ведением сопротивления в цепь ротора.
Введение сопротивления в цепь ротора (реостатное регулирование) позволяет, как и у двигателей постоянного тока, регулировать скорость вращения двигателя. Плавность регулирования зависит от числа ступеней включаемого сопротивления. Регулирование осуществляется вниз от основной скорости, причём лучшее использование двигателя достигается при регулировании с постоянным моментом. Диапазон регулирования непостоянен и зависит от нагрузки. Жёсткость характеристик значительно уменьшается по мере снижения скорости, что ограничивает диапазон регулирования до (2÷3) : 1. Недостатком этого способа регулирования являются также значительные потери энергии.
Более благоприятным в отношении потерь энергии является реостатное регулирование скорости при вентиляторном моменте нагрузки, когда подводимая мощность значительно уменьшается по мере снижения скорости. Поэтому такой способ регулирования находит более широкое применение в приводах с вентиляторным моментом нагрузки, а также в механизмах с повторно-кратковременным режимом работы, как, например, в крановых устройствах.
5.2. Регулирование скорости вращения асинхронного двигателя изменением числа полюсов.
Синхронная угловая скорость асинхронного электродвигателя зависит от частоты f1 питающего напряжения и от числа пар полюсов статора p:
или синхронная скорость вращения
, об/мин.
Поэтому числом пар полюсов можно регулировать скорость вращения двигателя.
У двигателей с переключением числа полюсов обмотка каждой фазы состоит обычно из двух одинаковых частей, в одной из которых изменяется направление тока путём переключения этих частей с последовательного на параллельное соединение. Такое переключение (рис. 7.1) приводит к уменьшению числа полюсов вдвое и, следовательно, к увеличению вдвое синхронной скорости машины.
Рисунок.5.1. Схема переключения обмоток статора с последовательного на параллельное соединение.
Практически присоединение обмоток производится переключением обмотки статора по схеме, приведённой на рисунке 7.2, где осуществлён переход от одиночной звезды к двойной, или по схеме, где произведено переключение с треугольника на двойную звезду.
Кроме двухскоростных двигателей, применяются трёхскоростные двигатели, имеющие дополнительно ещё одну не переключаемую обмотку, а также четырёхскоростные двигатели, в статоре которых обычно закладывается две независимые обмотки на разные числа полюсов, каждая из которых переключается по одной из указанных выше схем.
Двигатели с переключением полюсов выполняют с короткозамкнутым ротором.
Регулирование скорости вращения переключением полюсов является не плавным, а ступенчатым. Вместе с тем рассматриваемый способ регулирования является весьма экономичным и отличается механическими характеристиками, обладающие большой жёсткостью.
Благодаря своим преимуществам двигатели с переключением полюсов находят широкое применение там, где не требуется плавного регулирования скорости, например в некоторых металлорежущих станках в целях уменьшения количества механических передач. Они применяются также для вентиляторов, насосов, элеваторов в цементной, нефтяной и других отраслях промышленности.
Рисунок 5.2.Схемы переключения обмоток статора на двойную звезду.
Источник
