VII. Регулирование частоты вращения двигателя

Частота вращения асинхронного двигателя

Из этого равенства следует, что изменять частоту вращения можно изменением частоты числа пар полюсов и скольжения .

Регулирование изменением частоты тока статора (частотное регулирование) требует применения источников питания с регулируемой частотой. В качестве такого источника может быть использован синхронный генератор с переменной скоростью вращения или полупроводниковый преобразователь частоты. В этом случае частота вращения и частота вращения ротора изменяются пропорционально частоте сети. Частотное регулирование обычно совмещают с изменением напряжения по закону .

К недостаткам частотного регулирования относятся громоздкость и высокая скорость питающей установки.

Для регулирования частоты вращения изменением числа пар полюсов применяют двигатели с короткозамкнутым ротором, у которых на статоре нескольких обмоток, размещенных в общих пазах и разное число пар полюсов или обмотки, которые позволяют получить различные числа пар полюсов путем изменения (переключения) их схемы соединения.

Такое регулирование возможно, так как у короткозамкнутого двигателя число полюсов ротора всегда равно числу полюсов вращающегося магнитного поля. Регулирование изменением числа пар полюсов является ступенчатым и применяется для уменьшения числа ступеней в коробках скоростей, вентиляторах, насосах и др.

Двигатели с изменяемым числом пар полюсов называют многоскоростными. Их выпускают на две, три или четыре скорости вращения, причем двухскоростные изготавливают с одной обмоткой на статоре с переключением числа пар полюсов в отношении , трехскоростные – с двумя обмотками на статоре, из которых одну выполняют двухскоростной с и четырехскоростные – с двумя обмотками, каждая из которых выполняется с переключением числа полюсов в отношении 2/1.

Масса и стоимость многоскоростных двигателей больше, чем односкоростных двигателей. Но их часто применяют в установках дискретного изменения частоты вращения.

Рис. 11.13

Регулирование скорости уменьшением напряжения на статоре. При уменьшении напряжения момент двигателя изменяется пропорционально , что изменяет его механические характеристики, следовательно, и скольжение. Как видно из рисунка 11.13, пределы регулирования скорости соответствуют изменению скольжения в интервале . Схемы автоматического регулирования позволяют расширить зону регулирования в области и обеспечить при этом жесткие механические характеристики.

VIII. Однофазный асинхронный двигатель

Принцип действия. Однофазный асинхронный двигатель – двигатель, на статоре которого однофазная обмотка, а на роторе – короткозамкнутая обмотка. Однофазный ток статора создает пульсирующий магнитный поток, изменяющий свое направление с частотой напряжения сети. Этот поток все время направлен по осевой линии полюсов и изменяется во времени по синусоидальному закону. Пульсирующий магнитный поток можно представить в виде двух вращающихся с одинаковой частотой в противоположном направлении потоков, амплитуды которых равны половине амплитуды пульсирующего потока. На рис. 11.14 а показаны векторы вращающихся потоков и в момент времен = 0, соответствующий амплитуде тока и магнитного потока однофазной обмотки.

а) б) в)

Рис. 11.14

Через время векторы и переместились в противоположном направлении на угол (рис. 11.14 б) и результирующий поток , а его направление по-прежнему совпадает с осевой линией полюсов. На рис. 11.14 в показаны магнитные потоки при , когда вращающиеся векторы и повернулись на угол и результирующий магнитный поток = 0. Дальнейшее изменение тока ведет к изменению направления потока и т. д.

Вращающиеся потоки создают вращающие моменты

и ,

где – скольжения ротора по отношению к прямому потоку (направления вращения ротора и потока совпадают) и обратному потоку

и .

На рис. 11.15 а приведены зависимости , и суммарного момента , а на рис. 11.15 б – соответствующие им механические характери

а) б)

Рис. 11.15

стики. Анализ зависимостей и показывает, что при неподвижном роторе ( =0), =0, т.е. пусковой момент равен нулю. Если ротор приведен во вращение в ту или иную сторону, то один из моментов или будет большим. Если при этом результирующий момент больше момента сопротивления , то двигатель достигнет определенной установившейся скорости вращения.

Однофазный асинхронный двигатель с пусковой обмоткой (рис. 11.16) имеет дополнительную обмотку П, смещенную относительно рабочей обмотки Р на ноль электрических градусов. В цепь пусковой обмотки включен фазосмещающий элемент . Таким элементом может быть активное , емкостное и индуктивное сопротивления. На рис. 11.16 показаны векторные диаграммы токов с учетом активного и индуктивного сопротивлений самих обмоток. Из них видно, что при и ток в пусковой обмотке по фазе опережает ток в рабочей обмотке на угол а при – отстает. Результирующая МДС обмоток создает вращающееся магнитное поле и пусковой момент. Лучшие условия пуска обеспечиваются при включении конденсатора в пусковую фазу. Так как требуемая емкость конденсатора значительна, этот метод пуска применяют при большом пусковом моменте. Чаще применяют пуск с помощью активного сопротивления. При этом пусковая обмотка должна быть выполнена с увеличенным активным сопротивлением.

Рис. 11.16

Трехфазный асинхронный двигатель в однофазном режиме. Возможны различные варианты использования трехфазных двигателей в однофазном режиме. схемы включения показаны на рис. 11.17.

Рекомендуемые параметры:

емкости конденсаторов, мкФ и их рабочие напряжения:

для схемы рис. 11.17 а = 2800 , напряжение ;

для схемы рис. 11.17 б = 4800 ; напряжение ;

для схемы рис. 11.17 в = 1600 ; напряжение ;

для схемы рис. 11.17 г = 2740 . напряжение .

Нагрузка двигателя с конденсатором

При пуске с номинальным моментом общая емкость конденсатора должна составлять

С_п= С_р+ С_о =(2,5…3,0)С_р,

а отключаемая после пуска С_о =(1,5…2,0)С_р,.

Для пуска без нагрузки отключаемый конденсатор не требуется.

а) б)

в) г)

Рис. 11.17

Пример 11.3. Определить параметры схемы (рис. 11.17 а) для пуска двигателя 4А71АЧУ3, мощностью 0,55 кВт, напряжением 220/380 B и током 2,9/1,7 А при номинальной нагрузке.

Решение. Емкость конденсатора
= 12,5 мкФ. Емкость отключаемого конденсатора С_о =(1,5…2,0)С_р. Принимаем = мкФ.