3 Регулювання кутової швидкості ротора

Регулювання кутової швидкості ротора трифазного асинхронного двигуна:

або частоти його обертання:

тобто примусова їхня зміна, досягається зміною частоти змінного струму в обмотці статора числа пар полюсів машини або ковзання.

Частотне регулювання кутової швидкості ротора асинхронних двигунів є найбільш перспек­тивним у зв’язку з наявністю простих і надійних тиристорних перетворювачів частоти. Воно забезпечує жорсткі механічні характеристики, плавне й економічне регулювання кутової швид­кості ротора в межах регулювання 12:1, обумовлених відношенням:

Рисунок 5 - Механічні характеристики трифазного асинхронного двигуна при частотному регулюванні кутової швидкості ротора

де і - відповідно найбільша і найменша ку­тові швидкості ротора, що відповідають номінально­му обертаючому моменту двигуна.

Зміна частоти змінного струму забезпечує перехід двигуна на нову механічну характеристику з установ­ленням відповідної кутової швидкості ротора Ω’ при заданому обертаючому моменті М (рис. 5). Для за­безпечення високої жорсткості механічних характери­стик двигуна і достатньої перевантажувальної зда­тності необхідно одночасно з частотою змінного стру­му f регулювати напругу U на затискачах статора так, щоб магнітний потік, прямо пропорційний відношенню U/f , залишався постійним.

Перемикання числа пар полюсів багатошвидкісних асинхронних двигунів забезпечує ступін­часте регулювання кутової швидкості ротора, жорсткі механічні характеристики і відрізняється економічністю. Його застосовують у машинах із спеціальним виконанням обмотки статора, що допускає переключення и коту­шок на різне число пар полюсів, а також коли в пазах магнітопроводу статора розміщено кі­лька обмоток, що включають­ся по черзі, виконаних на неоднакове число пар полюсів.

Рисунок 6 - Схеми з’єднання двох однакових частин фази обмотки статора : а) послідовно погоджено; б) те сааме, зустрічного; в) паралельно зустрічного

У двошвидкісних асинхронних двигунах на синхронні кутові швидкості Ω0І і Ω0ІІ що відріз­няються удвічі, кожна фаза обмотки статора допускає різні способи з єднання однотипних котушок, у результаті чого змінюсться напрямок струму в одній з її половин (рис. 6 а, б, в). При цьому змінюються вдвічі число пар полюсів машини і синхронна кутова швидкість, а полярність магнітопроводу статора визна­чається відповідним напрямком магнітних ліній: ті ділянки, де вони виходять з магніто­проводу статора, являють собою північні полюси, а де входять у нього - південні полюси

Рисунок 7 - Схеми з’єднання фаз обмотки статора двошвидкісного трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором і його характеристики: а) з’єднання зіркою; б) з’єднання подвійною зіркою в) механічні характеристики.

Практично фази обмотки статора переключають із зірки на подвійну зірку, що забезпечує при більшій кутовій швидкості майже подвійну номінальну потужність, але попередні номінальний і максимальний моменти.

Плавне регулювання кутової швидкості ротора асинхронних двигунів можна здійснити змі­ною ковзання за рахунок включення регульованих резисторів у коло обмотки ротора, що збільшує ковзання при заданому обертаючому моменті М і знижує кутову швидкість ротора до зна­чення Ω '< Ω (рис. 8, а).

Включення регульованих резисторів у коло обмотки ротора забезпечує плавну зміну кутової швидкості ротора при достатньому моменті на валу в межах регулювання D = 3:1 і попередню перевантажувальну здатність двигуна з одночасним зменшенням жорсткості механічних харак­теристик. Плавність регулювання кутової швидкості ротора тим краще, чим більше ступеней мають регульовані резистори, введені в коло ротора.

Резистори у колі обмотки ротора значно гріються великими струмами, і з цієї причини описаний спосіб регулювання кутової швидкості ротора при тривалому режимі двигуна не є економним.

М

Рис. 8 Природні і штучні механічні характеристики трифазного асинхронного двигуна при: а) включені резисторів у коло ротора; б) зміні напруги на затискачах обмотки статора.

ожна змінювати ковзання ротора регулюванням напруги на затисках обмотки статора, що забезпечує плавне регулювання кутової швидкості ротора, однак при цьому жорсткість механічних характеристик і перевантажу­вальна здатність помітно знижу­ються, що при короткочасних пере­вантаженнях може привести до втрати стійкості роботи виробничо­го агрегату (рис. 8, б).

Р

Рисунок 9- Схема включення дроселя насиченна у коло обмотки статора трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором.

Рисунок 10- Схема імпульсного регулювання кутової швидкості трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором

еалізація цього способу здійс­ненна включенням у коло обмотки статора робочих обмоток трифаз­ного дроселя насичення L, керуючі обмотки якого одержують живлен­ня від однофазного напівпровідни­кового випрямлювача (рис. 9). Зміна незначного постійного струму кола керування регулюючим реостатом Rр приводить до зміни ступеня насичення магнітопроводу дроселя, унаслідок чого змінюються його індуктивний опір і напруга на затискачах об­мотки статора асинхронного двигуна. Зниження напруги викликає зниження кутової швидкості ротора, зменшення жорсткості механічних характеристик і перевантажувальної здатності дви­гуна. Дросельне регулювання супроводжується значними втратами електричної енергії в колі ротора при зниженій його кутовій швидкості з виділенням великої кількості тепла, що обмежує використання потужності двигуна. Громіздкі дроселі роблять більш дорогою установку і знижу­ють її коефіцієнт потужності. Тому є перспективним замість дроселів насичення використовува­ти тиристорні регулятори напруги, які відрізняються компактністю, меншою масою, більш висо­ким ККД і швидкодією, що дозволяють підводити до затискачів обмотки статора асинхронного двигуна напругу переривчастої форми і цим регулювати кутову швидкість ротора

В асинхронних двигунах малої потужності застосовують імпульсне регулювання кутової швид­кості ротора, забезпечуване відповідними частотою й тривалістю замикання контактів, що шу­нтують елементи Z (рис. 10). У цьому випадку ротор безупинно перебуває в перехідному ре­жимі прискорення й уповільнення й обертається з деякою, приблизно незмінною, регульованою кутовою швидкістю. Можливо замість механічних контактів використовувати керовані напів­провідникові прилади - тиристори, що дозволяють при відповідному керуванні ними забезпечу­вати зміну числа періодів подачі напруги мережі живлення до затискачів обмотки статора асинхронного двигуна ы цим регулювати кутову швидкість ротора.