14. Регулирование частоты вращения 3х-фазных асинхронных двигателей.

Частоту вращения асинхронного двигателя можно регулировать:

1. Изменением активного сопротивления в цепи ротора двигателя с фазным ротором.

В роторной цепи проходят большие токи, для которых сложно создать резисторы с непрерывно меняющимся сопротивлением. Поэтому резисторы, обеспечивающие реостатное регулирование, делают ступенчатыми, а следовательно и частоту вращения регулируют ступенчато.

При некотором Мс=const, скольжение SRполн также увеличивается, а угловая скорость уменьшается. Способ позволяет регулировать плавно регулировать угловую скорость в широких пределах (до s=1)

2. Изменением напряжения подводимое к обмотке статора.

При некотором Мс=const, при снижении напряжения скольжение будет увеличиваться, скорость при этом будет понижаться. Регулирование скольжения возможно в пределах (0<S<Sкр ).

3. Изменением частоты питающего напряжения:

- если момент постоянный

- если постоянна мощность, то момент Ммах должен изменятся обратно пропорционально частоте вращения и следовательно f1.

Магнитный поток при различных значениях частоты f1 остается постоянным Ф=const.

4. Изменением числа пар полюсов.

Так как значение р определяется целыми числами, то переход от одной характеристики к другой в процессе регулирования носит ступенчатый характер. Существует два способа регулирования изменением числа пар полюсов.

Первый способ. В пазы статора укладываются две обмотки с разным числом полюсов. В зависимости от требуемой частоты вращения к источнику питания подключается та, или иная обмотки.

Второй способ. Обмотку каждой фазы составляют из двух частей, которые в процессе регулирования соединяют последовательно или параллельно. При этом число пар полюсов изменяется в два раза.

1. Изменение значения активного сопротивления роторной цепи двигателя с фазным ротором ( реостатное регулирование ).

Регулирование угловой скорости осуществляется при включении в 3 фазы ротора внешнего сопротивления.

Рис.4. Схема включения регулировочных Рис.5. Механические

резисторов. реостатные характеристики

асинхронного двигателя в двигательном режиме.

Из рис.5 следует, что чем больше сопротивление R1’ < R2’’ < R2’’’ < R2’ подключается к роторной цепи, тем меньшую частоту вращения развивает двигатель при том же моменте Мст.

В роторной цепи проходят большие токи, для которых сложно создать резисторы с непрерывно меняющимся сопротивлением. Поэтому резисторы, обеспечивающие реостатное регулирование, делают ступенчатыми, а следовательно и частоту вращения регулируют ступенчато.

Этот способ имеет те же недостатки, что и для двигателей постоянного тока:

а) Диапазон регулирования непостоянен и зависит от нагрузки. Жёсткость характеристик значительно снижается по мере уменьшения частоты вращения ( смотри характеристику при R2’ и R24 рис.5 ).

Регулирование асинхронного двигателя изменением напряжения подводимого к статору.

Критический момент изменяется прямо пропорционально квадрату подводимого напряжения Uф , а от него не зависит. Это определяет вид механических характеристик, соответствующих различным значениям Uф.

Рис.7. Механические характеристики асинхронного двигателя

при изменении напряжения подводимого к статору.

Как правило, регулирование осуществляется уменьшением напряжения. При этом Uф’>Uф’’>Uф’’’>Uфз критическая частота вращения ( критическое скольжение ) остаётся постоянной, а максимальный момент снижается пропорционально квадрату напряжения.

Если Мст>Мкз , двигатель не тронется с места. Поэтому необходимо запускать двигатель при номинальном напряжении, или предварительно снять с его вала нагрузку. Диапазон регулирования небольшой ( до nк ).

Для увеличения диапазона регулирования в цепь ротора вводят нерегулируемый резистор, сопротивление которого достаточно, чтобы получить критическое скольжение ( Sк=34 ) рис.8. Такое регулирование в отличие от реостатного позволяет обеспечить плавное изменение частоты вращения и исключить контактную аппаратуру в роторной цепи.

Рис.8. Механическая характеристика асинхронного двигателя

при изменении напряжения подводимого к статору и включении

активного сопротивления в цепь ротора.

Регулирование асинхронного двигателя совместным изменением частоты и напряжения

( частотное регулирование ).

Наибольший практический интерес представляет частотный способ плавного регулирования частоты вращения. Это вытекает из формулы: .

При регулировании частоты также необходимо регулировать и напряжение, что вытекает из формулы: U1E1=4.44f1w1ф.

Если при неизменном напряжении изменять частоту, то поток будет изменяться обратно пропорционально частоте, так как при уменьшении f1 поток возрастает, то это приведёт к резкому увеличению тока и повышению температуры. При увеличении частоты поток будет уменьшаться и, как следствие, уменьшится допустимый момент.

В номинальном режиме магнитная система двигателя насыщена. При Uном допустимо только увеличение частоты питающего напряжения. Тогда, при значении частоты f1>f1ном , соответственно увеличится 0 и индуктивное сопротивление и уменьшится магнитный поток. В соответствии с уравнением для увеличение 0 и xк = x1+x2’ вызывает уменьшение критического момента ( Мкр )

Критическое скольжение Sк с увеличением xк на основании уравнения для уменьшится. Иногда, механическая характеристика при f1>f1ном , будет иметь вид ( а )( рис.10 ).

Рис.10. Механические характеристики асинхронного двигателя

при изменении частоты питающего напряжения.

В соответствии с законом Костенко - характеристики асинхронного двигателя при частотах питающего напряжения, отличных от номинальной, зависят от соотношения между напряжением сети U1 и частотой сети f1. Основной закон частотного управления имеет вид:

где М1 и U1 - напряжение и момент при частоте f1 ; U2 и М2 - то же при частоте f2.

Для того, чтобы поток Ф при увеличении ил уменьшении частоты f1 оставался постоянным, необходимо при изменении частоты кратко менять напряжение , т.е.

При соблюдении этого условия критический момент изменится: увеличится с ростом частоты и уменьшится с её снижением ( кривые б, в рис.10 ).

При Мст=const ( т.е. М1=М2 ) из закона Костенко следует , т.е. условие целесообразно для приводов, у которых Мст - const.

Если требуется поддержать режим постоянной мощности электродвигателя P2=M22 - const, то, так как частота вращения пропорциональна f1, получим условие M1f1=M2f2=const.

С учётом ( б, рис 10 ) , т.е. регулируемый источник переменного тока должен обеспечивать изменение U и f в таких пределах, чтобы Если же двигатель работает на вентиляторную нагрузку, т.е. Мf2 , то и питающее напряжение определяется не только частотой f1 , но и характером изменения момента статической нагрузки на валу двигателя.

Механические характеристики для рассмотренных режимов представлены на рис. 11

Рис.11. Механические характеристики асинхронного двигателя

при регулировании изменения частоты питающего напряжения.

На рис ( а ) приведена регулировочная характеристика при Мст=const; на ( б ) - при Pст=Мст=const; на ( в ) - при Мст=var ( вентиляторная нагрузка ).

Регулирование угловой скорости двигателей, выполненных на частоту f1=50Гц, выше номинальной ( повышением частоты ) допустимо в 1.52.0 раза. Указанное ограничение обусловлено прежде всего прочностью крепления обмотки ротора, а так же повышенными потерями мощности в стали статора. Регулирование скорости ниже номинальной ( т.е. понижением частоты ) ограничивается нестабильностью работы двигателя, в связи с чем диапазон регулирования Д=1:101:15.

Способ регулирования угловой скорости изменением f1 позволяет получить жёсткие характеристики ( см. рис ).

Потери мощности при работе на регулировочных характеристиках не велики, так как двигатель работает не линейных участках механических характеристик при небольших значениях скольжения ( Рпэ=М0S ).

При наличии соответствующего преобразователя частоты можно получить любую плавность регулирования.

Регулирование асинхронного двигателя переключением пар полюсов.

Из выражения или следует , что при изменении числа пар полюсов р получаются механические характеристики с различной частотой вращения идеального холостого хода.

Так как значение р определяется целыми числами, то переход от одной характеристики к другой в процессе регулирования носит ступенчатый характер. Существует два способа регулирования изменением числа пар полюсов.

Первый способ. В пазы статора укладываются две обмотки с разным числом полюсов. В зависимости от требуемой частоты вращения к источнику питания подключается та, или иная обмотки.

Второй способ. Обмотку каждой фазы составляют из двух частей, которые в процессе регулирования соединяют последовательно или параллельно. При этом число пар полюсов изменяется в два раза.