Электромагнитный момент тад описывается выражением [Нм]

М = [ m *U *( R' / s ) ] / { 2π f [ ( R + R' / s )² + ( x + x' ) ]} ( ***),

где: m - число фазных обмоток статора (m = 3 );

U - фазное напряжение питающей сети, В;

R ' = R k - приведенное активное сопротивление фазной обмотки ротора, Ом;

( R - фактическое активное сопротивление фазной обмотки ротора, Ом; k – коэф-

фициент трансформации двигателя );

s – скольжение ротора;

f = 50 Гц – стандартная частота переменного тока питающей сети; R - активное сопротивление фазной обмотки статора, Ом;

x - индуктивное сопротивление фазной обмотки статора, Ом;

x ' = х k - приведенное индуктивное сопротивление фазной обмотки ротора, Ом;

( х - фактическое индуктивное сопротивление фазной обмотки ротора, Ом;

Из выражения ( *** ) следуют такие выводы:

1. поскольку в правой части выражения, кроме скольжения s, все остальные вели-

чины неизменны, это выражение связывает между собой электромагнитный момент двига

теля М и скольжение s, а значит, представляет собой уравнение механической характери-

стики М ( s ) асинхронного двигателя;

2. электромагнитный момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату

напряжения питающей сети , М ≡ U .

Это означает, что асинхронные двигатели крайне чувствительны к колебаниям на-

пряжения судовой сети.

Например, при провале напряжения на 15% ( новое значение напряжения U' = 0,85 U ) пониженный электромагнитный момент составит

М' = ( 0,85 ) М = 0,7225 М ≈ 0,7 М ,

т.е. уменьшится на 30%.

У механизмов, в которых электродвигатель преодолевает действие сил трения

( насосы, вентиляторы, компрессоры), это может привести к остановке электропривода, двигатель при этом перейдёт в режим стоянки под током.

У механизмов, в которых электродвигатель преодолевает действие силы тяжести ( грузовые лебёдки, краны ), это может привести к реверсу электропривода, т.е. вместо подъёма произойдёт аварийный спуск.

График естественной механической характеристики асинхронного двигателя, по

строенный на основании уравнения ( *** ), показан на рис. ***.

Рис. 1.40. Естественная механическая характеристика асинхронного электродвигателя

На этой характеристике можно выделить характерные точки и участки:

7. точка А:

режим пуска, скольжение s = 1, двигатель развивает электромагнитный пусковой момент М , который больше статического момента механизма М , и поэтому начинает разгоняться по участку АВ характеристики; кратность пускового момента К = М / М = 0,9…2,2;

8. участок АВ:

двигатель увеличивает скорость, скольжение s уменьшается, а электромагнитный момент М увеличивается; этот процесс одновременного увеличения скорости и момента продолжается до т. В;

9. точка В:

электродвигатель развивает критический ( максимальный ) момент М . Этому мо

менту соответствует критическое скольжение, которое на практике составляет s = 0,,1…0,2.

10. участок ВС:

поскольку в точке В критический момент М больше статического М , двига-

тель продолжает разгоняться по участку ВС характеристики до точки С. При этом скорость увеличивается, скольжение s уменьшается, но, в отличие от участка АВ, электромагнитный момент М начинает уменьшаться вплоть до номинального момента М = М в точке С,

11. точка С:

номинальный режим ; в этой точке вращающий электромагнитный момент двига

теля М и тормозной статический момент механизма М сравняются, двигатель перестанет разгоняться и станет вращаться с неизменной скоростью ω .

12. участок СО:

если стороннними, например, механическими силами заставить ротор разгоняться дальше, электромагнитный момент продолжит уменьшаться, и в точке С исчезнет:

13. точка С :

скорости ротора и магнитного поля обмотки статора одинаковы ( ω = ω ), ЭДС в роторе не индуктируется, ток и электромагнитный момент ротора равны 0. Двигатель переходит в режим идеального холостого хода, или, иначе в синхронный режим.

Вторая формула электромагнитного момента асинхронного двигателя.

Вторая формула электромагнитного момента устанавливает зависимость этого момента от активной составляющей тока ротора

Эта формула может быть получена из первой путем соответствующих несложных

преобразований, которые приводятся в курсе дисциплины «Электрические машины».

Электромагнитный момент 3-фазного асинхронного двигателя [Н*м]

М = kI' cosψ Фм,

где: k – конструктивный коэффициент электродвигателя;

I' - приведенный ток ротора, А;

ψ - угол сдвига по фазе между током ротора и ЭДС ротора, электрические градусы;

Фм – вращающийся магнитный поток обмотки статора, Вб;

I' cosψ - активная составляющая тока ротора, А.

Физический смысл формулы состоит в том, что электромагнитный момент двигате-

ля пропорционален активной составляющей тока ротора I' = I' cosψ .

Рис. 1.41. Векторная диаграмма пусковых токов асинхронного двигателя с короткозамкнутым и фазным ротором

Поэтому для получения больших пусковых моментов необходимо при пуске увели

чить активное сопротивление цепи обмотки ротора. Этого достигают применением специальных типов двигателей: с двумя клетками на роторе, с глубоким пазом ротора и

с фазным ротором.

У двигателя с фазным ротором при пуске вводят в цепь ротора пусковые резисторы

Вследствие чего пусковой ток уменьшается, а пусковой момент увеличивается ( рис. *** ).

Как следует из рис. 1.41, вращающийся магнитный поток Ф индуктирует в об

мотке ротора Е' ,отстающую от потока на 90º ( т.е. на четверть периода переменного тока ).

При пуске частота тока в неподвижном роторе имеет максимальное f = 50 Гц . Индуктивное сопротивление обмотки ротора х = 2πf L ≡ f и имеет максималь-

ное значение из-за большой частоты. Поэтому ток I носит индуктивный характер и отстаёт от ЭДС Е' на угол ψ , близкий к 90º .

Спроектируем конец вектора I' на вектор Е' и получим прямоугольный треуголь

ник ОАВ, в котором вектор ОВ = I * cosψ . Этот вектор совпадает по фазе с ЭДС Е' и поэтому он и есть активная составляющая тока ротора I .

Из диаграммы следуют два вывода:

3. пусковой ток двигателя велик ( вектор ОА ), на практике I = ( 4…7 ) I ;

4. тем не менее активная составляющая тока I ( вектор ОВ ) невелика.

Таким образом, диаграмма на рис. 1.41, подтверждает плохие пусковые свой-

ства асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором: при большом пусковом токе такой двигатель имеет небольшой пусковой момент.

При пуске асинхронного двигателя с фазным ротором введение резисторов в каж

дую фазную обмотку ротора уменьшает пусковой ток I ( вектор ОА' ) и делает его практически активным ( угол ψ' близок к нулю, т.е. пусковой ток практически совпа

дает с ЭДС Е' ). Поэтому увеличивается его активная составляющая ( вектор ОВ' ) , а значит, и пусковой момент.

Таким образом, диаграмма на рис.**** подтверждает хорошие пусковые свой

ства асинхронного двигателя с фазным ротором: при малом пусковом токе такой двига

тель имеет большой пусковой момент.

Третья формула электромагнитного момента

Третья формула электромагнитного момента, так же как и первая, устанавливает

зависимость момента от скольжения, т.е. представляет собой зависимость М ( s ).

Эта формула, которую называют формулой Клосса, имеет следующий вид ( Н*м )

. ,

где: М - критический ( максимальный ) момент электродвигателя, ;

s - критическое скольжение ротора электродвигателя ( безразмерная величина );

s - текущее значение скольжения ротора электродвигателя (безразмерная величи-

на ).

Эта формула применяется в инженерных расчетах, как правило, для построения

графика механической характеристики асинхронного двигателя ω ( М ) по паспортным ( справочным ) данным двигателя.

Пример

Рассчитать и построить по формуле Клосса естественную механическую характери

стику асинхронного двигателя типа 4АН250L8ОМ2 с такими номинальными данными:

1. номинальное ( линейное ) напряжение U = 380 В;

2. номинальная мощность Р = 20 кВт;

3. скольжение s = 1,5%;

4. коэффициент поленого действия η = 90%;

5. коэффициент мощности cos φ = 0,8;

6. кратность максимального момента Км = М / М = 1,9;

7. кратность пускового момента Км = М / Км = 1,2;

8. кратность минимального момента Км = М / М = 1;

9. кратность пускового тока Кί = I / I = 6.

Расчет исходных данных формулы Клосса

1. критическое скольжение

. s = s ( 1 + ) = 0,015 ( 1 + ) = 0,0392

2. номииальный момент

М = Р *10 / ω = 20*10 / 77,32 = 258,66 Нм

3. максимальный ( критический ) момент

М = Км * М = 1,9*258,66 =491,46 Нм

Построение естественной механической характеристики по формуле Клосса

Для расчета координат естественной механической характеристики по формуле Клосса используем 2 формулы:

1. формулу Клосса

= ,

где: М = 491,46 Нм– критический ( максимальный ) момент, Нм;

s = 0,0392 – критическое скольжение ротора;

s – текущее значение скольжения ротора;

.2. формулу угловой скорости

ω = ω ( 1 - s) = 78,5 ( 1 – s ),

где: ω = ( 2π*ƒ ) / р = ( 2π*50 ) / 4 = 78,5 рад/с – синхронная угловая скорость,

В формуле синхронной угловой скорости:

ƒ = 50 Гц – частота тока электрической сети;

р = 4 – число пар полюсов ( найдено в соответствии с буквенно-цифровым обозна

чением типоразмера двигателя 4АН250L8ОМ2, в котором цифра “8” равна числу полю-

сов, т.е. 2р = 8, откуда число пар полюсов р = 4 );

Далее, подставляя одновременно в эти две формулы значение скольжения от s = 1

пуск ) до s = о ( идеальный холостой ход ), рассчитываем по этим формулам координаты точек естественной механической характеристики М ( s ).

Результаты расчета сводим в таблицу 1.

Таблица 1

Координаты точек естественной механической характеристики асинхронного двигателя типа 4АН250L8ОМ2

s	1	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4	0,3	0,2	0,1	0
М, Нм	38,5	42,7	48,0	54,9	64	76,7	95,4	126,3	190	334	0
ω, с	0	7,85	15,7	23,55	31,4	39,25	47,1	54,95	62,8	70,6	78,5

График этой характеристики в виде кривой 2 приведен на рис. .

Рис. Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя

типа 4АН250L8ОМ2, построенная по формуле Клосса ( кривая 2 )

СПОСОБЫ ПУСКА АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Для пуска асинхронных электродвигателей переменного тока применяют два способа:

1. прямой пуск;

2. пуск при пониженном напряжении;

3. реостатный пуск.

Рассмотрим особенности каждого способа пуска.

Прямой пуск короткозамкнутых асинхронных двигателей нормального исполнения

При прямом пуске двигатель включается непосредственно в сеть ( рис. 37 )

Рис. 37. Схема прямого пуска асинхронного двигателя

При прямом пуске пусковые токи превышают номинальный, в зависимости от типа двигателя, в 4…7 раз. Такие токи вызывают провалы напряжения в судовой сети. Это приво

дит к резкому уменьшению электромагнитного момента асинхронных двигателей, т.к. этот момент пропорционален квадрату напряжения сети.

Например, при снижении напряжения на 15%, т.е до значения U^' = 0,85U_н, что допускается Правилами Регистра, электромагнитный момент двигателя уменьшится до значения

М^' = ( U^'/U_н )² * М_н = ( 0,85 )^{2 *} М_н = 0,7225 М_н.

При таком уменьшении момента возможны три варианта последствий:

1. двигатель понизит скорость, что вызовет увеличение тока статора и последующее отключение двигателя защитой от токов перегрузки ( тепловой защитой );

2. двигатель остановится и перейдет в режим стоянки под током, что вызовет увели

чение тока статора и последующее отключение двигателя защитой от токов перегрузки

( тепловой защитой ). Такое характерно для двигателей насосов и вентиляторов;

3. двигатель остановится, после чего сразу же реверсирует и станет разгоняться в обратном направлении, что может привести к аварии. Такое характерно для двигателей

грузоподъемных механизмов и якорно-швартовных устройств.

Кроме того, при глубоких провалах напряжения возможно массовое отключение

электродвигателей нулевой защитой ( по напряжению ).

Для двигателей, у которых пусковой момент меньше номинального, должны быть приняты меры для уменьшения статического момента механизма на время пуска. Напри-

мер, при пуске насоса клапан на всасывающей магистрали должен быть открыт частично, тогда подача насоса при пуске будет меньше номинальной.

Поэтому Правила Регистра допускают прямой пуск двигателей такой мощности, что

бы провал напряжения был не более 15% от U _н ( т.е. напряжение в сети 380 В при пуске не должно быть меньше U' = 0,85 U = 0,85*380 = 323 В ).

Прямой пуск короткозамкнутых асинхронных двигателей специального исполнения

К короткозамкнутым асинхронным двигателям специального исполнения относят

ся:

1. двигатели с повышенным скольжением;

2. глубокопазные;

3. двухклеточные.

По сравнению с асинхронными двигателями нормального исполнения эти двигате

ли имеют улучшенные пусковые свойства, а именно:

1. пониженные пусковые токи;

2. увеличенные пусковые моменты.

Объясним, каким образом получены эти свойства.

Из теории электрических машин известно, что электромагнитный момент асинхрон

ных электродвигателей определяется выражением

М = сI' cosψ Ф,

где с – конструктивный коэффициент ( величина постоянная );

I' - т.н. приведенный ( к обмотке статора ) ток ротора;

ψ - угол сдвига по фазе между векторами ЭДС обмотки ротора Е' и приведенным током I' ;

I' cosψ - активная составляющая тока ротора;

Ф – значение вращающегося магнитного потока обмотки статора.

Если сказать проще, то электромагнитный момент двигателя тем больше, чем боль-

ше активная составляющая тока ротора, а для ее увеличения надо увеличивать актив-

ное сопротивление проводников обмотки ротора.

Увеличение активного сопротивления обмотки ротора, помимо увеличения пусково-

го момента двигателя, дает и второе преимущество: уменьшение пусковых токов.

Таким образом, увеличивая активное сопротивление обмотки ротора, можно убить

сразу двух зайцев:

1. увеличить пусковой момент двигателя,

2. уменьшить пусковой ток двигателя.

Такими положительными свойствами обладают т.н. двигатели с улучшенными пус-

ковыми свойствами. К последним относятся асинхронные двигатели:

1. с повышенным скольжением;

2. с глубокими пазами на роторе;

3. с двойной беличьей клеткой на роторе;

4. с фазной обмоткой на роторе ( с фазным ротором ).

Асинхронные двигатели с повышенным скольжением по сравнению с обычными асинхронными двигателями имеют увеличенный пусковой момент ( рис. 38 ). Для этого

искусственно уменьшают сечение проводников обмотки ротора, вследствие чего увеличива

ется их активное сопротивление, а значит, активная составляющая тока ротора и электро

магнитный момент двигателя, прямо пропорциональный этой составляющей ( см. выше ).

Рис. 38. Механические характеристики асинхронных двигателей обычного исполнения ( 1 ) и с повышенным скольжением ( 2 )

Недостатком этих двигателей является пониженная ( по сравнению с двигателями

обычного исполнения ) скорость вращения ротора.

У двигателей с глубоким пазом обмотка на роторе выполнена в виде стержней прямоугольного профиля с высотой h, превосходящей ширину b в 15…20 раз ( рис. 39 )

Увеличение активного сопротивления обмот­ки ротора при пуске объясняется по-

верхностным эффектом.

Рис. 39. Глубокопазная обмотка ротора ( а ) и кривая распределения тока по высоте паза ( б )

Суть этого явления состоит в том, что на переменном токе основная часть тока про

водника вытесняется на его поверхность. Это объясняется тем, что индуктивное сопротив

ление центральной части проводника гораздо больше по сравнению с сопротивлением по-

верхностного слоя.

При пуске частота тока в роторе f = 50 Гц, нижняя часть проводника обмотки ро-

тора имеет увеличенное индуктивное сопротивление, поэтому пусковой ток вытесняется в верхнюю часть, Это равнозначно уменьшению площади его поперечного сечения, т.е. уве-

личению активного сопротивления. В результате уменьшается пусковой ток и одновремен

но увеличивается пусковой момент.

При номинальной скорости и небольшой частоте тока ротора (1.. .3 Гц) поверхност-

ный эффект пропадает, ток распределяется равномерно по высоте проводника.

В двухклеточных асинхронных двигателях ( рис. 40 ) использованы оба способа повы­шения активного сопротивления.

Рис. 40. Двухклеточная обмотка ротора асинхронного двигателя ( а ) и его механические характеристики: пусковой обмотки ( 1 ), рабочей обмотки ( 2 )

и 1- механическая характерис

Эти двигатели имеют пусковую обмотку П , которая работает как обмотка ротора двигателя с повышенным скольжением, и рабочую Р, которая работает как глубокопазная.

Эксплуатационные показатели перечисленных выше двигателей специального ис-

полнения хуже, чем у двигателей нормального исполнения, в частности, у них ниже коэф-

фициент полезного действия, коэффициент мощности cosφ, а стоимость выше.

На судах из перечисленных выше трех типов двигателей специального исполнения используется только один – двигатель с двумя клетками. Такие двигатели установлены в электроприводах грузовых лебедок на судах польской постройки ( типа «Муром» ).

Реостатный пуск двигателей с фазным ротором

Асинхронные двигатели с фазным ротором пускают в ход с помощью резисторов, включаемых в цепь ротора, что позволяет уменьшить пусковой ток и одновременно увеличить пусковой момент двигателя ( рис. 41 )..

Рис. 41. Схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором

Для пуска двигателя включают линейный контактор КЛ, через контакты которого

обмотка статора двигателя подключается к питающей сети «напрямую».Контакты КУ1 и

КУ2 контакторов ускорения при пуске должны быть разомкнуты. Тем самым последова-

тельно в каждую из трех фазных обмоток ротора вводятся обе ступени добавочных ( пус

ковых ) резисторов r и r . Эти ступени увеличивают общее ( эквивалентное ) сопро

тивление цепей фазных обмоток ротора, что ( см. выше ) приводит, с одной стороны, к уменьшению пускового тока, с другой – к увеличению пускового момента.

Когда двигатель разгонится до скорости 30-40% номинальной, отключают первую ступень r , для чего замыкают контакты КУ1.

Двигатель с броском тока продолжает разгоняться, и при скорости 60-70% номи-

нальной отключают вторую ступень r , для чего замыкают контакты КУ2.

Двигатель после отключения резисторов r и r продолжает разгоняться до номи

нальной скорости.

Отключение резисторов можно производить вручную – при помощи контроллеров, или полуавтоматически – при помощи более сложных про устройству магнитных станций. Следует отметить, что, кроме указанных достоинств – увеличенный пусковой мо-

мент, меньший пусковой ток, двигатели специального исполнения имеют существенные недостатки:

1. более сложное устройство обмоток роторов;

2. наличие щеточного устройства у двигателей с фазным ротором, снижающее

надежность двигателя;

3. худшие эксплуатационные характеристики, а именно - меньшие значения коэф

фициента полезного действия и коэффициента мощности.

На судах из перечисленных выше типов двигателей специального исполнения огра

ниченное применение нашли двигатели с двумя клетками на роторе – в электроприводах грузовых лебедок ( суда польской постройки типа «Муром» ), и более широкое примене-

ние – двигатели с фазным ротором. Их применяют на многих сериях судов в электроприво

дах грузовых кранов и брашпилей.

Пуск при пониженном напряжении на обмотке статора

Для уменьшения пусковых токов применяют схемы пуска при пониженном напряже

нии:

1. включением резисторов в цепь обмотки статора ( рис. 9.13, а);

2. включением индуктивных сопротивлений в цепь обмотка статора (рис. 9.13, б);

3. включением обмотки статора через автотрансформатор ( рис.9.13, в );

4. переключением обмотки статора со «звезды» на «треугольник» ( рис.9.13, г ).

Рис. 9.13. Схемы пуска асинхронного двигателя при пониженном напряжении

В схеме на рис. 9.13, а при пуске замкнуты контакты линейного контактора КЛ, по-

этому обмотка статора подключается к питающей сети через пусковые токоограничиваю-

щие резисторы СП. После того, как двигатель наберет обороты, а пусковой ток уменьшит-

ся до безопасных значений ( обычно 2…2,5 номинального ), схема управления замыкает контакты второго контактора – ускорения КУ, при этом двигатель подключается к сети «напрямую».

В схеме на рис. 9.13, б для ограничения пусковых токов последовательно с обмот-

кой статора включены токоограничивающие рабочие обмотки дросселя насыщения Др. Его обмотка управления ОУ питается постоянным током через понижающий трансформа-

тор Тр и выпрямитель Вп.

При пуске индуктивное сопротивление рабочих обмоток дросселя должно быть максимальным, поэтому ток в обмотке управления ОУ должен быть минимальным. Для этого ползунок резистора поста управления ПУ должен находиться в крайнем правом по-

ложении.

После пуска ток в обмотке управления ОУ постепенно увеличивают, для чего пере

мещают ползунок ПУ влево. Индуктивное сопротивление рабочих обмоток постепенно уменьшается.

Когда ползунок ПУ перемещен влево до упора, пуск закончен. При таком положе-

нии ползунка индуктивное сопротивление рабочих обмоток дросселя практически равно нулю, что равнозначно прямому подключению обмотки статора к питающей сети.

В схеме на рис. 9.13, в использованы два контактора – регулировочный КЛ1 и ли-

нейный КЛ2, а также автотрансформатор АТр.. При пуске включается контактор КЛ1, при замыкании нижних контактов которого образуется нулевая точка «звезды» трех фазных обмоток автотрансформатора, а через верхние контакты подается питание питающей сети на верхние выводы этих обмоток.

В момент пуска ползунки автотрансформатора должны находиться в крайнем ниж-

нем положении, при этом обмотка статора асинхронного двигателя закорочена через ниж-

контакты КЛ1, т.е. напряжение на ней равно нулю. Поэтому скорость ротора также равна нулю, ротор неподвижен.

Для пуска ползунки автотрансформатора постепенно перемещают вверх, при этом

напряжение, снимаемое с обмоток автотрансформатора на обмотку статора также посте-

пенно увеличивается. Поэтому скорость двигателя также увеличивается.

Пуск закончен, если ползунки автотрансформатора перемещены в крайнее верхнее положение. При этом на обмотку статора подается полное напряжение питающей сети, ав-

тотрансформатор не нужен.

В этот момент времени включается линейный контактор КЛ2 и отключается регу-

лировочный КЛ1. При замыкании контактов КЛ2 обмотка статора двигателя подключает-

ся к питающей сети «напрямую», а при размыкании контактов КЛ1 автотрансформатор отключается от обмотки статора двигателя ( он уже выполнил свою роль ).

В схеме на рис. 9.13, г использован линейный контактор КЛ и переключатель «зве-

зда»-«треугольник» П. Для пуска включают линейный контактор КЛ, через замыкающие-

ся контакты которого напряжение питающей сети подается на верхние выводы обмотки статора двигателя АД. После этого переводят переключатель в нижнее положение «звез-

да». При этом нижние выводы обмотки статора соединяются вместе, в нулевую точку, обмотка статора соединена «звездой».

После того, как двигатель наберет обороты и перестанет увеличивать скорость, пе-

реключатель переводят в верхнее положение «треугольник». Двигатель с броском тока переключается со «звезды» на «треугольник», после чего разгоняется на «треугольнике» до скорости, зависящей от статического момента механизма.

Этот способ нашёл самое широкое применение на судах ввиду его простоты ( не требуются резисторы, индуктивные сопротивления или автотранс­форматоры ) и эффектив

ности - пусковой ток уменьшается в 3 раза.

Следует особо подчеркнуть, что переключение обмотки статора со «звезды» на «треугольник» применяется для пуска, а не для регулирования скорости асинхронного двигателя. Это объясняется тем, что скорость двигателя на «треугольнике» незначительно

больше скорости на «звезде».

Все 4 рассмотренные выше схемы пуска при пониженном напряжении имеют один и тот же принципиальный недостаток: резкое уменьшение пускового момента двигателя,

поскольку электромагнитный момент двигателя пропорционален квадрату напряжения.

Например, если при пуске напряжение понижено до значения U' = 0,8U , то пуско

вой момент двигателя составит

М' = (U' / U ) *М = ( 0,8 ) * М = 0,64 М ( т.е. 64% М ).

Иначе говоря, при провале напряжения на 20% двигатель уменьшает пусковой мо-

мент на 36% ( 64% = 100% – 36% ).

Поэтому пуск при пониженном напряжении можно применять для механизмов, у

которых на малых скоростях статический момент невелик. К таким механизмам относятся центробежные насосы и вентиляторы, у которых статический момент пропорционален квадрату скорости ( т.е. на малых скоростях мал и статический момент ).

Способы регулирования частоты вращения 3-фазных асинхронных двига-

телей

Основные сведения

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 су-

дах этот способ нашел ограниченне применение, в основном, в электроприводах тяжело-

весных 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 только для дви-

гателей с короткозамкнутым ротором. Теоретически его можно применить и для двигате-

лей с фазным ротором, но в этом случае одновременно с переключением в обмотке стато-

ра необходимо производить аналогичные переключения и в обмотке ротора. Это вызовет недопустимое усложнение конструкции и увеличение массо-габаритных параметров дви-

гателя.

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

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

вых лебёдок и кранов, а также брашпилей и шпилей.

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.