Способы регулирования частоты вращения 3-фазных асинхронных двигателей

Формула частоты вращения асинхронного двигателя имеет вид

n = 60f ( 1 – s ) / р,

где:

n – частота вращения, об/мин;

f – частота тока питающей сети;

s – скольжение ротора ( относительное отставание ротора от магнитного поля об-

мотки статора );

р – число пар полюсов.

Из формулы следует, что регулировать скорость асинхронного двигателя можно тремя способами:

1. изменением частоты тока питающей сети;

2. изменением скольжения;

3. изменением числа пар полюсов.

Кроме того, существует 4-й способ – изменением напряжения на обмотке статора.

Коротко объясним особенности каждого способа регулирования

Регулирование скорости изменением частоты тока питающей сети – плавное, но

требует применения громоздких и дорогих тиристорных преобразователей частоты.

На судах этот способ нашел ограниченне применение, в основном, в электроприво

дах тяжеловесных лебёдок, грузовых и портальных кранов.

Регулирование скорости изменением скольжения применимо только для двигателей

с фазным ротором, т.к. осуществляется введением резисторов в цепь фазного ротора. Регу

лирование плавное, но требует применения громоздких пускорегулировочных реостатов, в которых выделяется большое количество тепла.

На судах этот способ нашел ограниченне применение, в основном, в электроприво

дах тяжеловесных лебёдок и кранов, а также в брашпилях.

Регулирование скорости изменением числа пар полюсов применяют для двигателей

с короткозамкнутым и фазным ротором.

В случае применения этого способа для двигателей с фазным ротором одновремен

но с переключением в обмотке статора необходимо производить аналогичные переключе

ния и в обмотке ротора, чтобы число пар полюсов обмоток статора и ротора было бы оди-

наковым. Это приводит к усложнению схемы управления и увеличению массо-габаритных параметров двигателя.

Область применения на судах – самая распостранённая, в электроприводах грузо-

вых лебёдок и кранов, а также брашпилей и шпилей.

Недостаток регулирования – его ступенчатость ( в соотношении 1:2:4 или 1:2:6 ) и высокая стоимость полюсопереключаемых электродвигателей.

Регулирование скорости изменением напряжения на обмотке статора на судах не

нашло широкого применения из-за 2-х недостатков:

1. требуется отдельное устройство ( регулятор напряжения ), позволяющее плавно

изменять его выходное напряжение как по величине, так и по фазе;

2. при понижении напряжения возникает опасность опрокидывания двигателя, т.к. при этом резко ( в квадрате ) уменьшается вращающий момент двигателя.

Область применения на судах – ограниченная, в основном, в системах судовой эле

ктроавтоматики ( рулевые приводы и авторулевые ) для изменения скорости двухфазных асинхронных двигателей мощностью до 150-200 Вт.

На судах до сих пор наиболее распостраненный способ регулирования – путем из-

менения числа пар полюсов. Он применяется в електроприводах грузоподъемных меха-

низмов и якорно-швартовных устройств.

Число скоростей

На морских судах ЭП переменного тока комплектуют в основ­ном многоскорост-

ными АД с короткозамкнутым ротором и не­сколько реже АД с фазным ротором.

Опыт показал, что для грузовых лебедок и подъемных механизмов судовых кра-

нов наибо­лее рациональными оказались ЭП с 3-скоростными АД, а для механизмов поворота крана и изменения вылета стрелы - 2-скоростными.

Подавляющее большинство 3-скоростных АД выполне­но с тремя независимыми статорными обмотками. Однако приме­няют и 3-скоростные АД с двумя независимыми обмотками, из которых одна- полюсопереключаемая, обеспечивающая при соот­ветст-

вующих соединениях работу АД на малой и средней частотах вращения, а независимая на высокой.

В большинстве 3-скоростных АД схему полюсопереключаемой обмотки изменя-ют по варианту «звезда – двойная звезда», с сохранением момента и увеличением скоро

сти в 2 раза. Это позволяет использовать их для подъема груза на всех трех скоростях.

Тип ротора

По конструкции ротора все 3-ско­ростные АД можно разделить на 1- и 2-ротор-

ные.

Устройство 3-скоростных 1-роторных АД отличается от обычных АД тем, что в па-

зы статора уложены 3 обмотки, причем чем больше полюсов имеет обмотка, тем ближе она расположена к воздушному зазору.

У 2-роторных 3-скоростных АД тихоходный ротор и соответ­ствующий ему па-

кет статора с многополюсной 3-фазной обмоткой размещены со стороны, противопо-

ложной механизму. Быстроход­ный ротор и статор с двумя электрически несвязанными обмотками расположены со стороны свободного конца вала, т. е. со стороны механизма.

Однороторные АД по сравнению с 2-роторными проще по конструкции, техноло-

гичнее, обладают меньшими габаритными размерами и массой, вполне приемлемым диапазоном регулирова­ния и малыми моментами инерции. Однако по своей теплоемко-

сти они уступают 2-роторным АД, особенно при длительной работе тихоходных обмо-

ток.