17. Регулирование скорости асинхронного двигателя изменением числа пар полюсов.

Этот способ регулирования скорости может быть реализован только при использовании специальных АД, получивших название многоскоростных. Особенность этих АД в том, что их статорная обмотка состоит из двух одинаковых секций (полуобмоток). За счет разных схем их соединения может быть изменено число пар полюсов АД. В соответствии с формулой это позволяет изменять скорость вращения магнитного поля и тем самым регулировать скорость АД. Ротор многоскоростных АД обычно выполняется короткозамкнутым.

Так как число пар полюсов АД может принимать только дискретные значения ( = 1, 2, 3, 4…), то и скорость АД этим способом может регулироваться лишь ступенчато.

Пусть фаза статорной обмотки состоит из двух одинаковых секций 1н – 1к, 2н – 2к, имеющая каждая по два проводника (рис. 8.17а) и соединенных последовательно и согласно. По обмотке статора протекает ток, имеющий в данный момент времени показанное стрелками направление. Используя правило буравчика, определим направление магнитных силовых линий, создаваемых протекающим по проводникам током I. Не трудно заметить, что магнитное поле имеет в этом случае четыре полюса или = 2.

Изменим теперь схему соединения секций, включив их последовательно и встречно (рис. 8.17б), оставив то же направление подводимого к обмотке тока. В этом случае статорная обмотка образует уже магнитное поле с вдвое меньшим числом пар полюсов. Уменьшение вдвое числа пар полюсов достигается и в схеме (рис. 8.17в), где секции соединены параллельно. Д=2.

Наиболее часто на практике применяются две схемы переключений статорной обмотки многоскоростных АД: с треугольника (Д) на двойную звезду (УУ) и со звезды (У) на двойную звезду (УУ).

Рассмотрим схемы соединения статора и механические характеристики АД для этих случаев.

Треугольник – двойная звезда. Для получения большего числа пар полюсов секции каждой фазы статора включены последовательно и согласно и соединены в треугольник (рис. 8.18а). и – начала соответственно первой и второй секций фазы ; и – их концы (обозначения для выводов фаз и аналогичны). Соединение секций по схеме (рис. 8.18б) аналогично схеме (рис. 8.17в) и вызовет уменьшение в 2 раза числа пар полюсов АД. Схема на рисунке 8.18б, в которой фазы статора образованы двумя параллельно включенными секциями, получила название двойной звезды.

Механические характеристики АД для схем соединения обмоток в треугольник 2 и двойную звезду 1 показаны на рисунке 8.18в [2,4].

Звезда – двойная звезда. В этом варианте низкая скорость (большее число пар полюсов ) получается в схеме одинарной звезды (рис. 8.19а).

Переключение на двойную звезду осуществляется по схеме (рис. 8.18б), при этом число пар полюсов уменьшится вдвое. Получаемые механические характеристики при соединении обмоток в звезду 2 и двойную звезду 1 двухскоростного АД изображены на рисунке 8.19б.

Помимо рассмотренных двухскоростных АД применяются также трех- и четырехскоростные. Первые из них помимо переключаемой обмотки статора, выполняемой аналогично рассмотренной выше, имеют также одну непереключаемую обмотку. Четырехскоростные АД имеют две переключаемые обмотки статора с числом пар полюсов , , и позволяют получить четыре регулировочные механические характеристики.

Рассматриваемый способ регулирования скорости АД характеризуется рядом положительных показателей, что определяет широкое его применение в регулируемом ЭП переменного тока. К ним в первую очередь следует отнести экономичность, так как регулирование скорости не сопровождается выделением в роторной цепи дополнительных потерь энергии, вызывающих излишний нагрев АД и ухудшающих его КПД.

Механические характеристики многоскоростных АД отличаются хорошей и достаточной перегрузочной способностью.

Схему переключения «звезда – двойная звезда» целесообразно применять при постоянном моменте нагрузки , схему «треугольник – двойная звезда» – при нагрузке ЭП, имеющей характер постоянной мощности.

Недостатком рассмотренного способа является ступенчатость изменения скорости двигателя, относительно небольшой диапазон ее регулирования, не превышающий обычно 6–8, и увеличенный габарит двигателя.

18.Регулирование скорости АД путём изменения частоты питающего напряжения. Электромашинные преобразователи частоты и напряжения. Их достоинства и недостатки.

Частотный способ является одним из наиболее перспективных и широко используемых в настоящее время способов регулирования скорости АД. Принцип его заключается в том, что, изменяя частоту питающего АД напряжения, можно в соответствии с выражением изменять его синхронную скорость , получая тем самым различные искусственные характеристики. Этот способ обеспечивает плавное регулирование в широком диапазоне, получаемые характеристики обладают высокой жесткостью. Частотный способ к тому же отличается и еще одним весьма важным свойством: при регулировании скорости АД не происходит увеличения его скольжения, как это имеет место, например, при реостатном регулировании. Поэтому при этом способе регулирования потери скольжения оказываются небольшими, в связи с чем частотный способ наиболее экономичен.

Для лучшего использования АД и получения высоких энергетических показателей его работы – коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности – одновременно с изменением частоты питающего напряжения необходимо изменять и значение этого напряжения. Закон изменения напряжения при этом зависит от характера момента нагрузки.

При выборе соотношения между частотой и напряжением, подводимым к статору АД, часто исходят из условия сохранения его перегрузочной способности , которая определяется отношением критического момента двигателя к моменту нагрузки ( ).

При постоянном моменте нагрузки должно соблюдаться соотношение

, (8.32)

т.е. напряжение на статоре должно изменяться пропорционально его частоте.

На рисунке 8.21а приведены механические характеристики АД при выполнении соотношения (8.32).

Для частот ниже номинальной ( ) критический момент АД постоянен, что обеспечивает неизменную перегрузочную способность двигателя. При частоте выше номинальной ( ), когда по техническим условиям напряжение на статоре не может быть повышено сверх номинального, критический момент АД снижается.

Рис. 8.21. Механические характеристики при частотном регулировании

координат АД: а – расчетные; б – практические

Приведенные характеристики получены при пренебрежении активным сопротивлением статора. Это допущение мало сказывается при большой (близкой или выше номинальной) частоте, в то время как при малых частотах оно заметно отражается на характеристиках электропривода. Для примера, на рис. 8.21б приведено семейство экспериментальных характеристик АД, снятых при выполнении соотношения (8.32).

Из графиков видно, что при небольших частотах произошло снижение критического момента АД. Причина этого заключается в уменьшении магнитного потока АД при низких частотах вследствие влияния активного сопротивления статора, вызывающего из-за падения напряжении на уменьшение ЭДС АД. Для компенсации этого влияния следует с уменьшением частоты снижать напряжение в меньшей степени, чем это предусмотрено соотношением (8.32).

Используются преобразователи частоты, АИН, автономные регуляторы тока.