Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей

При работе многих механизмов, приводящихся во вращение асинхронными двигателями, в соответствии с технологическими требованиями возникает необходимость регулировать скорость вращения этих механизмов. Способы регулирования частоты (скорости) вращения асинхронных двигателей раскрывает соотношение:

11. 12

Отсюда следует, что при заданной нагрузке на валу частоту вращения ротора можно регулировать:

1. изменением скольжения;

2. изменением напряжения на зажимах;

3. изменением числа пар полюсов;

4. изменением частоты источника питания.

Изменение скольжения

путем введения в цепь обмотки ротора регули­ровочного реостата. Этот способ требует применения двигателя с фазным ротором. Регулировочный реостат должен быть рассчитан на длительную нагрузку током ро­тора, а не на кратковременную, как пусковой реос­тат. При увеличении сопротивления цепи ротора путем постепенного увеличения сопротивления рео­стата будет расти скольжение, а следовательно час­тота вращения двигателя будет уменьшаться. На рис. 10.20 приведены механические характеристики асинхронного двигателя при разных сопротивлениях регулировочного реостата R_р3>R_р2>0, R_р1=0.

Рис. 11.11

Как следует из рис. 11.11 при этом способе можно получить большой диапазон регулирования частоты вращения в сторону понижения. Основные недостатки этого способа:

1. Из-за больших потерь на регулировочном реостате снижается коэффициент полезного действия, т.е. способ неэкономичный.

2. Механическая характеристика асинхронного двигателя с увеличением активного сопротивления ротора становится мягче, т.е. снижается устойчивость работы двигателя.

3. Невозможно плавно регулировать частоту вращения.

Из-за перечисленных недостатков этот способ применяют для кратковременного снижения частоты вращения.

Измене­ния напряжения на зажимах статора

Плавное регулирование частоты вращения дви­гателя в узких пределах возможно уменьшением напряжения на обмотках статора. Этот способ применим к двигателям с короткозамкнутым ро­тором. Если при работе двигателя уменьшить на­пряжение сети, то ток в обмотке ротора уменьшит­ся, что приведет к увеличению скольжения, т.е. к уменьшению частоты вращения двигателя. Следует отметить, что при этом резко снижается вращаю­щий момент, пропорциональный квадрату сетевого напряжения.

Изменение числа пар полюсов

Ступенчатое изменение часто­ты вращения двигателя возможно при изменении числа полюсов магнитного поля, создаваемого обмот­ками статора. Для этого на статоре размещают две обмотки с различным числом полюсов или одну обмотку, которая допускает переключение на различ­ное число полюсов.

Такая обмотка изображена на рисунке 11.12. На рисунке (а) схематически показаны две катуш­ки одной фазы, соединенные последовательно, кото­рые создают четыре полюса. Если мы изменим, напра­вление тока в одной из катушек, включив ее навстре­чу другой, то обмотка будет создавать два полюса (ри­сунок (б)). При изменении числа полюсов об­мотки статора изменится число оборотов магнитного поля статора, а следовательно и скорость вращения ротора.

Двумя отдельными обмотками снабжаются толь­ко статоры маломощных двигателей; у крупных дви­гателей более целесообразным является переключе­ние катушек одной и той же обмотки для получения различного числа полюсов. В большинстве случаев статор асинхронной машины снабжается двумя не­зависимыми обмотками, каждая из которых переклю­чается в соотношении 1:2. Таким образом, двига­тель имеет четыре скорости вращения, например: 3000, 1500, 1000 и 500 об/мин.

На рис. 11.12 показана схема соединения и магнитное поле статора двигателя при последовательном (б) и параллельном (а) соединении обмоток.

Рис. 11.12

Достоинства этого способа регулирования: сохранение жесткости механических характеристик, большой К.П.Д. Недостатки: ступенчатое регулирование, большие габариты и большая стоимость двигателя.

Рис. 11.13