12. Регулирование частоты вращения двигателя

Регулирование частоты вращения двигателя изменением частоты

Для регулирования частоты вращения асинхронного двигателя необходим преобразователь частоты. При регулировании необходимо стремится к тому, чтобы с изменением частоты не ухудшались рабочие характеристики. Для чего необходимо, чтобы с изменением частоты f поток оставался постоянным

( ) ,

т .е. при регулировании частоты одновременно необходимо регулировать и напряжение. Регулирование скорости с условием

является экономичным. Для поддержания _m, Cos, , как показали исследования можно достичь этого, если выполняется условие

.

Регулирование изменением частоты происходит плавно. На рис.1 представлены механические характеристики при различных значениях частоты.

Регулирование частоты вращения двигателя путем изменения числа пар полюсов

Это способ регулирования является ступенчатым. Переключение производится обмоткой статора с одной синхронной скорости на другую. Обычно ротор при этом короткозамкнутый.

Наибольшее распространение получили обмотки с переключением числа полюсов 1:2.

П ринцип переключения числа полюсов основан на том, что изменяя ток в одной из полуфаз обмотки изменяется число полюсов. Этот принцип продемон-стрирован на рис. 1.

Электромагнитная мощность для любого числа Р обмотки статора определяется соотношением

, ,

Регулирование частоты вращения двигателя сопротивлением в цепи ротора (с фазным ротором)

Как известно, если увеличивать r₂ в цепи ротора, то скольжение, при постоянном моменте сопротивления, возрастает, а скорость уменьшается (рис.5).

Потери в роторной цепи P_эл2 = P_эмS, т.е. при глубоком регулировании потери P_эл2 возрастают, а это для двигателей большой мощности не допустимо. Поэтому в двигателях большой мощности регулирование частоты вращения производят за счет введения Е в роторную цепь. При любом скольжении ЭДС Е должна иметь ту же частоту, что и основная ЭДС Е_2S роторной обмотки. Идея регулирования сводится к тому, что если Е_k направлена встречно с Е_2S, то скорость уменьшается, а если согласно с Е_2S, то скорость увеличивается. Схема введения ЭДС Е в роторную цепь представлена на рис.6.

Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения

Этот способ регулирования не дает больших результатов. Диапазон регулирования получается небольшим (см. рис.7).

В практике используются различные импульсные способы регулирования частоты вращения на базе тиристоров.

13. Однофазный асинхронный двигатель

Однофазный асинхронный двигатель по своим рабочим характеристикам уступает 3^х фазному. Но он имеет то преимущество, что питается от однофазной сети. У однофазного двигателя в пазах статора укладываются две обмотки сдвинутые в пространстве на 90 эл. градусов. Но вторая (пусковая обмотка) используется только на период пуска, после чего она отключается. Ротор обычно короткозамкнутый. Однофазная обмотка создает пульсирующий магнитный поток, который можно разложить на прямой поток и обратный. При пуске (n = 0) моменты от прямого и обратного потока равны и противоположны. По этому пусковой момент М_п = 0 (рис.1). Если сдвинуть ротор по направлению прямого поля, то ротор разгонится до скорости близкой к скорости поля Ф_пр.

Его скорость n = n₁(1 - S) по отношению к прямому полю. Скорость вращения обратного поля относительно ротора определится:

т .е. обратное поле по отношению к ротору вращается почти с двойной скоростью. Отсюда индуктивное сопротивление ротора от обратного поля будет большим, а активная составляющая тока в роторе будет малой и момент от обратного поля будет малым. А момент от прямого поля будет большим, т.к. скольжение при разгоне уменьшается, уменьшается Х_2пр, а следовательно активная составляющая тока ротора от прямого поля будет возрастать и момент так же возрастет, что подтверждается на кривых момента от прямого и обратного поля.

И з рис.2 видно, что при S = 1 пусковой момент равен нулю (М_п = 0).

Для создания пускового момента используется пусковая обмотка. Обмотка возбуждения и пусковая обмотка создают вращающееся магнитное поле, которое наводит в обмотке ротора ЭДС и ток, и создается асинхронный момент.

При пуске включается пусковая обмотка и создается асинхронный момент, после разгона ротора пусковая обмотка отключается ключом К, рис.3.

Условия создания кругового поля двумя обмотками:

1. Обмотки в пространстве должны быть сдвинуты на 90.

2. Токи и потоки в обмотках должны быть сдвинуты во времени на 90.

3. Намагничивающие силы обмоток должны быть равны F_А = F_В

При невыполнении одного из них поле будет эллиптическим.

На рис.4 представлены разновидности полей (круговое, пульсирующее и эллиптическое).

На рис.5 представлена зависимость момента от скольжения с учетом пусковой обмотки.

Представим диаграммы токов обмоток при различных фазосдвигающих элементах.

Наилучшим фазосдвигающим элементом является ёмкость.

Использование 3^х фазного двигателя в однофазном режиме.

, мкФ