Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя.
;
,
n
– угловая скорость и частота вращения
АД
,
- угловая скорость и частота вращения
поля
Способы регулирования:
Изменением р
Изменением f
Изменением s
1) Регулирование изменением числа пар полюсов. Осуществляется в специальных многоскоростных двигателях. Они бывают 2-ух, 3-ех, 4-ех скоростными.
Рассмотрим принцип переключения числа пар полюсов нарисуем 1 фазу обмотки:
а) Y – Y Изменим направление тока во второй кат. на противоположное. Катушки остались последовательно включенными.
В трехфазной обмотке это будет выглядеть так:
Рассмотрим соотношение для этой схемы. Вращающий момент при переключении полюсов изменится пропорционально изменению напряжения на обмотках, пропорционально числу витков и обратно пропорционально числу полюсов.
б) Y – YY
В трехфазном исполнении
Способ регулирования изменением числа пар полюсов имеет:
Хорошие энергетические характеристики
Высокий КПД при всех скоростях вращения
Регулирование без потерь, но регулирование ступенчатое и м.б. осуществлено только в специальных многоскоростных двигателях.
2) Регулирование изменением частоты. Такое регулирование осуществляется в статических преобразователях частоты СПЧ. Частота со стороны питающей сети 50 Гц, частота на выходе пр-ля изменяется в пределах от 0 до f ном и выше.
Одновременно
с регулированием частоты регулируют
напряжение на двигателе так, чтобы КПД
и
оставались постоянными. Закон регулирования
носит название з-н Костенко:
.
а)
При постоянном моменте
- закон оптимального регулирования.
- ЕМХ (естественная мех. хар-ка)
Напряжение и частота увеличиваются пропорционально. При этом способе регулирования изменяется частота вращения магнитного поля и номинальное скольжение.
Регулирование
скорости экономичное, без потерь.
Поддерживается высокий КПД и
.
Регулирование плавное вверх (
)
и вниз (
)
от номинальной частоты (
).
1, 2, 3, 4 – рабочие точки на ИМХ.
б
)
При постоянной мощности
механические характеристики будут
иметь вид:
Чем больше n, тем меньше момент нагрузки.
Недостаток высокая стоимость СПЧ, т.к. в них входят тр-ры и электронные ус-ва с применением силовых транзисторов или тиристоров.
3) Регулирование изменением скольжения. Скольжение может изменяться при введении реостата в цепь ротора (Д с фазным ротором) и изменением подведенного напряжения (Д с КЗ ротором). Напряжение можно плавно изменять с помощью АТ.
а
)
Механические хар-ки при введении реостата
в цепь ротора имеют вид:
-
ЕМХ
-
ИМХ
При введении реостата изменяется наклонная хар-ка. Чем больше сопротивление вводим, тем больше наклон.
Преимущества способа:
Простота
Элементарное устройство
Недостатки:
Частота вращения ХХ не регулируется
Диапазон регулирования зависит от величины нагрузки
Регулирование неэкономичное, с потерями
Небольшой диапазон регулирования
При значительном снижении частоты вращения она становится неустойчивой из-за большой крутизны МХ
б
)
В двигателе с КЗ ротором при уменьшении
подведенного напряжения МХ изменятся
так:
Все предыдущие недостатки относятся к этому случаю. Дополнительно:
Уменьшенные кратность критического момента и запас устойчивости.
Если
,
то происходит опрокидывание двигателя.
Вращающий момент и механическая характеристика асинхронной машины.
Электромагнитный момент может быть определен из соотношения:
На основании Г –образной схемы замещения:
- потери, m – число фаз статора, Хк – индуктивное сопротивление КЗ
(*)
-
синхронная частота (частота вращ. поля)
М – электромагнитный момент АД.
(*)
– механическая характеристика АД –
это зависимость вращ. момента от
скольжения либо от частоты вращения
ротора М(s)
или М(
).
0
<s<1
– двигательный режим
S=0 Идеальный ХХ. Ротор вращается синхронно с полем
S=1 Неподвижный ротор (начальный пусковой момент)
S<0 Генераторный режим. Номинальное скольжение -0,01..-0,04
НД – номинальная точка двигательного режима S=0,01..0,04
0–К – Рабочий участок хар-ки.
К – Критическая точка (ей соответствует критический или максимальный момент).
П – Пусковая точка (ей соответствует пусковой момент)
Рассмотрим механические характеристики АД:
Е
сли
критический момент Mk’
становится меньше момента нагрузки на
валу, то под действием момента нагрузки
он останавливается- опрокидывание
двигателя.
Естественная
механическая характеристика при Uном
и R2’=R2собств.
При введении дополнительного сопротивления
R2’=R2’собств+R2’добавл
увеличивается наклон характеристики.
При введении добавочного сопротивления
получаем искусственную характеристику
(или реостатную). Чем больше сопротивление
в цепи ротора, тем больше пусковой
момент. Mпmax=Mk-может
быть получен при введении в цепь ротора
добавочного сопротивления:
R2’=R2’добав+R2’собств=
Это условие получения максимального пускового момента.
