Способы регулирования частоты вращения (числа оборотов в минуту) асинхронного электродвигателя

Для получения наибольшей производительности, соблюдения регламента технологии, снижения энергоемкости исполнительный орган ряда производственных механизмов должен вращаться или перемещаться поступательно с соответствующей оптимальной скоростью. В связи с этим возникает необходимость принудительного регулирования скорости исполнительного органа. Как правило, регулирование скорости осуществлялось с помощью механических коробок скоростей, вариаторов и т.п.

Перечисленные способы имеют ряд существенных недостатков - это усложнение кинематики механизма, а также ступенчатое регулирование. Поэтому в настоящее время стали широко использовать регулировочные свойства двигателя - регулирование скорости механизма путем изменения частоты вращения (числа оборотов в минуту) ротора асинхронного двигателя. Это привело к значительному упрощению кинематики электропривода и управления, удешевлению механизма, осуществлению плавного регулирования скорости.

Рассмотрим способы регулирования частоты вращения ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Как известно, частота вращения ротора в нормальном режиме работы несколько меньше (на 2-8%) частоты вращения магнитного поля. Поэтому изменение частоты вращения магнитного поля вызывает изменение в той же степени и частоты вращения ротора двигателя.

Из выражения частоты вращения магнитного поля

вытекают два наиболее распространенных способа регулирования скорости вращения ротора двигателя: изменением числа пар полюсов р; изменением частоты напряжения источника

Регулирование изменением числа пар полюсов двигателя осуществляется изменением схемы соединения обмотки статора с помощью переключателя асинхронного двигателя. Схема включения двигателя путем изменения числа пар полюсов приведена на рис. 5Л 7,а. Электродвигатель М подключается к трехфазной сети ЛВС с помощью автомата QF через коммутационное устройство БЛ. Обмотка каждой фазы состоит из нескольких частей (секций), которые соединяются между собой параллельно или последовательно. В результате образуются разное число пар полюсов. На рис. 5.17,6 изображена обмотка одной фазы статора, имеющая две части, которые соединены между собой параллельно, а на рис. 5.17,в - последовательно.

Как следует из рис. 5.17,6 в магнитное поле обмотки статора АД имеет число пар полюсов р = 1, а на рис. 5.17 - р = 2 и разные синхронные скорости п .

Схема регулирования скорости вращения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором путем изменения числа пар полюсов

Рис. 5.17. Схема регулирования скорости вращения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором путем изменения числа пар полюсов (а) и схема соединения одной фазы обмотки статора двухскоростного двигателя при двух (б) и четырех (в) полюсах

Переключение секций обмоток в схеме рис. 5.17 б,в осуществляется с помощью переключателя ЗА. Переключений обмотки ротора не требуется, так как ток обмотки ротора всегда образует столько пар полюсов, сколько их создано обмоткой статора. Рассмотренный (рис. 5.17) способ дает возможность получить только две скорости, отличающиеся по значению в 2 раза, что является его недостатком.

Отечественная промышленность выпускает двухскоростные асинхронные двигатели со следующими частотами (скоростями) вращения магнитных полей: 3000/1500; 1500/750; 1000/500 об/мин и др.

Трёхскоростные и четырёхскоростные двигатели имеют две независимые обмотки статора, одна из которых образует две скорости, а другая в трехскоростном двигателе - одну, в четырехскоростном двигателе - две скорости.

Выпускаются двигатели со следующими частотами вращения л,: трехскоростные - 1500/1000/750, 1000/750/500 об/мин; четырехскоростные - 3000/1500/1000/500,

1500/1000/750/500 об/мин.

На рис. 5.18 представлено семейство механических характеристик четырёхскоростного асинхронного двигателя с числами пар полюсов 1,2,3,4. В этом случае при номинальном моменте нагрузки (сопротивление на валу двигателя) Мн исполнительный орган механизма может вращаться с частотами «1Н, /?2н, «зн, Ши, соответствующим точкам 1, 2, 3, 4 пересечения прямой Мн с механическими характеристиками АД.

Многоскоростной асинхронный двигатель сложнее в изготовлении и стоит больше, чем односкоростной асинхронный двигатель.

Для регулирования скорости вращения ротора изменением частоты тока статора необходимо иметь отдельный источник или преобразователь энергии с регулируемой частотой.

Схема частотного регулирования скорости асинхронного двигателя представлена на рис. 5.19. Схема включает транзисторный преобразователь частоты 112 .включенный между сетью с промышленной частотой и обмоткой статора асинхронного двигателя М .

Семейство механических характеристик

Рис. 5.18. Семейство механических характеристик

Рис. 5.19. Структурная схема частотного регулирования скорости асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Назначение преобразователя частоты 1)2 преобразовать напряжение трехфазной стандартной сети с частотой 50 Гц и напряжением 1/х =220/380 в трехфазное напряжение с регулируемой частотой и регулируемым уровнем напряжения ирег. Частота на входе преобразователя Ц2 изменяется с

помощью сигнала иу. Электродвигатель М приводит в движение исполнительный орган ИО механизма с переменной частотой п2.

Частота напряжения обмотки статора асинхронного двигателя изменяется, и в соответствии с этим изменяется

скорость вращения магнитного поля статора , а

значит, и скорость вращения ротора п2 асинхронного короткозамкнутого двигателя М и исполнительного механизма ИО . На рис. 5.20 изображены механические характеристики асинхронного двигателя при частотном регулировании скорости. При постоянном номинальном моменте Мн на валу двигателя частота вращения ИО при частотах /х 4- /5 будет определяться точками пересечения прямой Мн с механическими характеристиками АД (точки 1, 2, 3, 4, 5) и изменяться от и, до п5. Для поддержания основного магнитного потока двигателя с изменением частоты в такой же степени изменяется и напряжение, а их отношение и/fx остается постоянным.

Такой способ регулирования частоты ротора АД позволяет получить постоянный критический момент двигателя Мк - const, широкий диапазон и плавное регулирование частоты вращения. Однако стоимость преобразователя частоты достаточно высока. Тем не менее, данный способ регулирования находит все большее применение в промышленности.

Существуют также другие способы регулирования частоты вращения короткозамкнутого двигателя, например, изменением напряжения на обмотке статора с помощью тиристорного регулятора напряжения. Способ применяется в основном для плавного пуска асинхронных двигателей.

Регулирование частоты вращения ротора асинхронного двигателя с фазным ротором в большинстве случаев осуществляется путем введения в цепь обмотки ротора дополнительного сопротивления R;i (рис. 5.12).

Как следует из зависимости (5.32) с введением Я'Д критическое скольжение равно

Механические характеристики асинхронного двигателя при частотном регулировании скорости

Рис. 5.20. Механические характеристики асинхронного двигателя при частотном регулировании скорости

где Я'д - приведенное добавочное сопротивление.

Как следует из этого уравнения, добавочное сопротивление в цепи обмотки ротора увеличивает критическое скольжение и не влияет на значение максимального момента Мк (5.33). Искусственные (реостатные) характеристики двигателя рассчитывают с помощью уравнения (5.34) или (5.35).

На рис. 5.21 изображены естественная (а) и искусственные (б, в) механические характеристики асинхронного двигателя для различных значений добавочных сопротивлений в цепи обмотки ротора. При этом Ядз > ЯД2 > Ядх = 0, а согласно (5.32) при Мн3 > > л:, (точки 1, 2, 3). Из кривых

следует, что при заданном номинальном моменте на валу Мп номинальная скорость вращения ротора на каждой из механических характеристик будет разной и,п,пгн), так как определяется точками 1, 2, 3 пересечения прямой Мн с механическими характеристиками а, б, в.

Естественная (а) и искусственные (б, в) механические характеристики асинхронного двигателя с контактными кольцами

Рис. 5.21. Естественная (а) и искусственные (б, в) механические характеристики асинхронного двигателя с контактными кольцами

К недостаткам реостатного способа регулирования частоты вращения относятся: значительные потери энергии в регулировочном реостате; малая жесткость механических характеристик, из-за чего небольшое изменение момента на валу вызывает значительное изменение частоты вращения; дискретное регулирование частоты вращения. Рассмотренный способ используется в системах, где работа на искусственных характеристиках непродолжительна (например, в режимах пуска и торможения), а основное время двигатель работает на естественной характеристике.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >