Методы регулирования частоты вращения асинхронных двигателей



Для регулирования частоты вращения асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором обычно служат метод частотного ре­гулирования, представляющий собой плавное регулирование час­тоты вращения магнитного поля путем регулирования частоты тока в обмотках статора, и метод изменения числа пар полюсов вращаю­щегося магнитного поля, при котором частота вращения магнитно­го поля изменяется скачком.

Для регулирования частоты вращения асинхронных двигателей с фазным ротором применяется метод реостатного регулирования, представляющий собой плавное регулирование скольжения ротора путем изменения активного сопротивления его фазных обмоток.

Частотное регулирование. Наиболее перспективным методом управления частотой вращения асинхронного двигателя является регулирование частоты переменного тока в обмотках статора дви­гателя. Угловая скорость вращающегося поля и;,, =                                              т.е. изме­няется пропорционально изменению частоты тока /. Однако при ре­гулировании частоты тока необходимо одновременное регулирова­ние напряжения. Это связано с тем, что в соответствии с выражени­ем (14.10) ЭДС фазы, а следовательно, и питающее напряжение про­порциональны частоте тока и потоку. Так как поток должен сохра­няться во всех режимах одним и тем же, то напряжение должно быть (без учета падений напряжения в обмотках машины) пропорцио­нальным частоте. Кроме того, это нужно для того, чтобы при изме­нении частоты вращения двигателя не изменялся его вращающий момент.

При оценке характера зависимости вращающего момента от час­тоты тока в обмотках статора и от напряжения не будем учитывать в уравнении (14.28) активное сопротивление обмотки статора Дв1 и индуктивные сопротивления рассеяния обмоток статора Храс1 и ро­тора Хрж2. Тогда вращающий момент с учетом (14.12)

3раЩ3pf2UtУ» Мвр~u<"21V/X ~ /2' ( '

где А = const.

Следовательно, при изменении частоты тока для поддержания вращающего момента постоянным необходимо пропорционально из­менять напряжение на обмотках статора, т. е. нужно выполнить ус­ловиеU/f =const. Если регулировать частоту тока и напряжение, соблюдая указанное условие, то механические характеристики дви­гателя будут оставаться жесткими, а максимальный момент почти не зависящим от частоты (он существенно уменьшается лишь при относительно низких частотах). В то же время мощность будет из­меняться пропорционально частоте тока, так как Р2 = MBpwp. На­пример, при уменьшении частоты тока в 2 раза вдвое уменьшается и мощность на валу двигателя.

Регулирование изменением числа пар полюсов. Ступенчатое из­менение угловой скорости асинхронного двигателя в широких пре­делах переключением числа пар полюсов осуществимо ценой услож­нения и удорожания его конструкции.


При постоянной частоте сети угловая скорость вращающегося поля зависит только от числа пар полюсов, задаваемого обмоткой статора. Если на статоре поместить две отдельные обмотки — одну,
образующую р пар, а другую, образующую р' пар полюсов, то, вклю­чив в сеть первую или вторую обмотку, получим частоту вращения поля:

щ = 60f/p или п[ = 60//У;

следовательно,

щ М = рур,

т.е. соответственным образом будут различаться и частоты враще­ния ротора двигателя. При этом обмотка ротора двигателя должна быть выполнена, как беличье колесо.

Числа полюсов обмоток статора в этом случае взаимно ничем не связаны и могут быть выбраны любыми в зависимости от условий работы двигателя. Само регулирование сводится к скачкообразно­му изменению частоты вращения поля. Но частота вращения рото­ра не может изменяться скачком из-за инерции всей системы элект­ропривода. Лишь после переключения начинается соответствующее изменение частоты вращения ротора.

п

0 Мтор Мв р б


0 Мтор Мвр


а


Чтобы показать нагляднее этот переходный процесс, построим две механические характеристики асинхронной машины с изменяе­мым числом пар полюсов: одну характеристику при р парах полю­сов, а вторую — приpf= 2р парах полюсов (соответственно рис. 14.31, а и б). Предположим, что тормозной момент на валу двигателя ос­тается постоянным при изменении частоты вращения поля. При увеличении последней, т.е. при переходе отpfк р парам полюсов (рис. 14.31, а), двигатель сначала оказывается в условиях, близких к пусковым, и имеет место скачок тока. При переходе от р к рг (рис. 14.31, б), т.е. при уменьшении частоты вращения поля, машина ока­зывается сначала в условиях генераторного режима и работает, от­давая энергию в сеть. Такой режим иногда используется для быст­рого и экономичного торможения электропривода.

п

б

Рис. 14.32

Двумя отдельными обмотками снабжаются статоры лишь у дви­гателей небольшой мощности; у двигателей большой мощности це­лесообразнее переключение катушек одной и той же обмотки для получения различного числа пар полюсов. На рис. 14.32 показана схема переключения трехфазной обмотки с двух на четыре полюса. Переключение обмотки в ином отношении, чем 1:2, требует более сложного изменения схемы и применяется реже.

В большинстве случаев статор асинхронной машины снабжается двумя независимыми обмотками, из которых каждая переключается в отношении 1: 2 (или ином). Таким образом, двигатель имеет четы­ре ступени частоты вращения, например 3000,1500,1000 и 500 мин-1.

а

Реостатное регулирование. В трехфазных асинхронных двига­телях с фазным ротором применяется реостатный способ регулиро­вания частоты вращения ротора. Это достигается введением в цепь фазных обмоток ротора регулируемого трехфазного реостата, как при пуске двигателя (см. рис. 14.26). Но этот реостат должен быть рас­считан на длительную нагрузку током ротора, а не на кратковремен­ную, как пусковой реостат. Увеличение активного сопротивления цепи ротора изменяет характеристикуMBp(s)— делает ее более мяг­кой (см. рис. 14.27). Если при постоянном моменте на валу двигате­ля увеличивать активное сопротивление цепи ротора путем посте­пенного увеличения сопротивления реостата(Rpl<Rp2< Др3), то рабочая точка будет смещаться с одной кривой MBp(s) на следую­щую, соответствующую возросшему сопротивлению цепи ротора (см. рис. 14.27, точки 1 — 4), соответственно чему растет скольже­ние, а следовательно, уменьшается частота вращения двигателя. Этим путем можно изменять частоту вращения ротора в пределах от номинальной до полной остановки. Недостатком такого спосо­ба регулирования являются относительно большие потери энер­гии (см. 14.11). Мощность вращающегося поля Рврп без учета по­терь энергии в сердечнике статора состоит (см. рис. 14.20) из мощ-


ности потерь в проводах обмотки ротора (см. схему замещения на рис. 14.18):

^пр2 —ft'iaity)2

и механической мощности

fI — s f 2

^мех — ^в2 ~ (^2) •

Отношение

~^пр2 _S_ Пх

т.е.

р =р ^

мех up.ii >Щ

показывает, что доля механической мощности уменьшается про­порционально уменьшению частоты вращения ротора, одновремен­но соответственно увеличивается доля мощности потерь в актив­ном сопротивлении цепи ротора. Для уменьшения частоты враще­ния двигателя, например на 25 %, нужно включить в цепь ротора реостат с таким активным сопротивлением, в котором будет бес­полезно превращать в теплоту четверть энергии вращающегося маг­нитного поля.

Недостатком такого регулирования может являться и то обстоя­тельство, что включение реостата в цепь ротора делает механичес­кую характеристику двигателя мягче, следовательно, уменьшает ста­бильность его частоты вращения. При включенном реостате малые изменения нагрузки на валу вызывают значительные изменения ча­стоты вращения двигателя.


Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 394; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!