2. Переключение двух независимых обмоток с разным

числом пар полюсов

В пазы статора укладываются две независимые обмотки, которые выполнены на различное число пар полюсов (и могут иметь различные схемы соединения) (рис.11.5). В таких двигателях возможно изменение частоты вращения более чем в два раза.

Способ регулирования частоты вращения изменением числа пар полюсов экономичен и даёт жесткие механические характеристики на всех ступенях, но требует сложного переключающего устройства. Кпд и cosφ на малых частотах ниже, чем на больших.

Рис.11.5. Переключение двух независимых обмоток с разным числом пар полюсов.

При переключениях происходят резкие изменения величины тока и момента, связанные со ступенчатым переходом от одной частоты к другой.

Изменение числа пар полюсов используется в специальных двигателях серии МАП (машина асинхронная с переключением числа пар полюсов). Эти эл.двигатели используются в электроприводах, не требующих плавного регулирования частоты вращения. Это эл.приводы шпилей, брашпилей, тяговых лебёдок. На судах используются двух и трёхскоростные двигатели.

Трёхскоростные двигатели выпускаются с двумя обмотками: одна с переключением числа пар полюсов в соотношении 1:2 и другая без переключений. В таких эл.двигателях частоту вращения можно регулировать в различных соотношениях, например 1:3, 2:3.

Регулирование частоты вращения АД

изменением скольжения

Этот способ регулирования применяется только для эл.двигателей с фазным ротором. Скольжение изменяется сопротивлениями пускорегулировочного реостата, включенного в цепь обмотки ротора. Механические характеристики АД с фазным ротором показаны на (рис.11.6).

Увеличение добавочного сопротивления в цепи обмотки ротора Rg₂, _.приводит к уменьшению тока в обмотке ротора I₂ и соответственно момента М, в следствии чего, под действием тормозного статического момента на валу уменьшится частота вращения ротора n₂ и согласно формуле

увеличится скольжение. Увеличение скольжения вызовет повышения ЭДС, тока и момента до прежнего значения, т.е. пока момент двигателя не

Рис.11.6. Механические характеристики АД с фазным ротором.

уравновесит статический момент нагрузки. Двигатель перейдёт работать на искусственную характеристику с тем же моментом, но меньшей скоростью и большим скольжением. Наоборот уменьшение добавочного сопротивления приводит к уменьшению скольжения и увеличению частоты вращения при том же моменте. Момент двигателя изменяется только при изменении нагрузки. Именно нагрузка определяет величину тока цепи ротора, а момент двигателя всегда подстроится под момент нагрузки, при установившемся равномерном движении М=М_СТ.

Регулирование частоты вращения АД изменением скольжения

Этот способ рассмотрен в предыдущей лекции при освещении вопроса о способе пуска АД с фазным ротором, при включении в обмотку ротора активных сопротивлений.

Лекция 12

тема занятий: 3. Тормозные режимы асинхронных двигателей

Вопросы:

12.1. Рекуперативное торможение асинхронных двигателей

12.2. Динамическое торможение асинхронных двигателей

12.3. Торможение противовключением асинхронных двигателей

Рекуперативное торможение

В этом режиме активная энергия отдается в сеть.

Этот режим создается, если не отключая обмотку статора от сети, вращать ротор от постороннего источника механической энергии в направлении вращения магнитного поля статора со скоростью ω, превышающей синхронную скорость или скорость поля статора ω₁. В этом режиме скольжение становится отрицательным , и в следствии этого момент AD меняет направление.

Рекуперативный режим электрического торможения используется для

к.з AD с переключением числа пар полюсов обмотки статора, при

переключении с большей скорости на меньшую. Магнитное поле статора меняется практически мгновенно, а ротор еще по инерции вращается

с большей скоростью. Такие AD используются в эл. приводах палубных

механизмов.

Рекуперативное торможение возможно в электроприводе грузоподъемного механизма при опускании тяжелого груза. При включении электропривода на спуск тяжелого груза ротор AD постепенно увеличивает угловую скорость, вследствие чего скольжение постепенно уменьшается. Направление и значение момента эл. двигателя

определяется скольжением, т.к. скольжение определяет ЭДС Е_2S , от которой зависит фаза и значение тока ротора.

При достижении ротором синхронной скорости s=0 и cоответственно равны нулю ЭДС, ток и вращающий момент AD. В этом случае , а . Под действием момента сопротивления М_ст от силы тяжести груза продолжается дальнейшее ускорение ротора и его скорость становится

больше угловой скорости поля статора. При скорости ротор опережает вращающееся магнитное поле и проводники его обмотки пересекаются магнитным полем в противоположном направлении, следовательно, изменяется и скольжение. Т.к. скольжение стало отрицательным по знаку, меняется фаза ЭДС и активной составляющей тока ротора, это приводит к изменению направления момента AD, который для привода вращающегося в сторону опускания является тормозным. При дальнейшем увеличении угловой скорости под действием момента

сопротивления скольжение по абсолютному значению возрастает ЭДС

и ток ротора увеличиваются. При ускорении ротора увеличивается его индуктивное сопротивление и соответственно соsφ₂ уменьшается. Соsφ₂ при скорости, немного превышающей синхронную уменьшается незначительно,

поэтому из-за увеличения тока ротора тормозной момент эл. двигателя увеличивается и когда станет равным движущему моменту сопротивления, разгон прекратится и электропривод будет вращаться с установившейся скоростью.

Рис.12.1. Рекуперативное торможение АД.

Из за увеличения магнитного потока тормозной момент

имеет увеличенное значение, поэтому в режиме

рекуперации критическое значение момента будет больше, чем в двигательном режиме .

При работе AD в режиме рекуперации происходит отдача эл.энергии в сеть. Это объясняется тем что, в двигательном режиме магнитные поля статора и ротора действуют встречно и результирующее магнитное поле наводит в статоре ЭДС, которая меньше, чем напряжение сети . Когда AD переходит в генераторный режим то вследствие изменения фазы тока в роторе магнитное поле его действует согласно с магнитным полем статора и результирующий магнитный поток увеличивается. Соответственно возрастает ЭДС статора и ввиду того, что значение ее оказывается больше напряжения сети, происходит отдача активной энергии в сеть.

Динамическое торможение

Обмотку статора отключают от сети переменного тока и подают на две фазы постоянный ток. Последний получают от сети через понижающий трансформатор и полупроводниковый выпрямитель. У AD с фазным ротором в цепь ротора вводят тормозной резистор (рис.3.18).

При таком соединении в обмотке статора возникает неподвижное магнитное поле, индуцирующее в обмотке вращающегося по инерции ротора ЭДС. В этом режиме AD работает как неявнополюсный синхронный генератор, вырабатывая в роторной цепи ток, частота которого уменьшается по мере снижения угловой скорости ротора. Этот ток, взаимодействуя с потоком возбуждения статора, создает как и в обычном синхронном генераторе, тормозной момент, под действием которого ротор останавливается. По мере снижения угловой скорости ЭДС, ток ротора и тормозной момент убывают до нуля. Запасенная в двигательном режиме кинетическая энергия преобразовывается в электрическую, а затем в тепловую, выделяемую в обмотке ротора AD и в резисторе динамического торможения, если он есть.

Рис. 12.2.. Динамическое торможение асинхронных двигателей при независимом воз­буждении:

а, г/-схемы подключении двигателей соответственно с корогкозамкиутым и фичным роторами; ч -- механические характеристики

Значение М_т в начальный период и форма механических характеристик при торможении зависят от тока возбуждения и от сопротивления роторной цепи. Чем больше I_в, тем больше будет начальный и максимальный тормозные моменты.

Торможение противовключением

Режим противовключения возникает, когда ротор вращается в направлении, противоположном направлению вращения магнитного поля статора. Так же как и в ЭП постоянного тока, данный режим осуществляется в процессе реверса от одного направления вращения к другому и при ограничении скорости спуска тяжелых грузов.

В первом случае, чтобы ввести AD в режиме противовключения, необходимо поменять местами две фазы статора. Из-за перемены фазы поле статора меняет направление вращения, а ротор в первоначальный момент по инерции продолжает вращаться в прежнюю сторону. Так как витки ротора движутся навстречу магнитному полю статора, то скольжение s

из-за изменения направления вращения поля статора меняется фаза ЭДС и активной составляющей тока ротора. Соответственно меняет направление момент АД, который для вращающегося в прежнем направлении ротора будет являться тормозным. Из-за большего скольжения в начальный период резко возрастает ток

и индуктивное сопротивление ротора несмотря на большой ток ротора, его активная составляющая в следствии низкого cosφ₂ мала и соответственно малое значение имеет тормозной момент AD. У двигателя с фазным ротором уменьшение броска тока и увеличение тормозного момента достигаются вводом добавочных резисторов в цепь ротора.

Для AD с к.з. ротором уменьшение тока осуществляется вводом резисторов в цепь статора. В этом случае резко снижается и тормозной момент. Под действием тормозного момента, а также статического момента сопротивления ротор затормаживается и в следствии этого скольжение уменьшается. При снижении s, уменьшается ЭДС и х₂ что приводит к увеличению активной составляющей тока (резкое повышение cosφ₂) и соответственному возрастанию тормозного момента. Если при ω=0 двигатель не отключить от сети, то ротор будет разгоняться в обратном направлении до угловой скорости, которая определяется нагрузкой на валу.