2. Способы регулирования частоты вращения 3-фазных асинхронных двига-

телей

2.1. Основные сведения

Формула частоты вращения асинхронного двигателя имеет вид

n = 60f ( 1 – s ) / р,

где:

n – частота вращения, об/мин;

f – частота тока питающей сети;

s – скольжение ротора ( относительное отставание ротора от магнитного поля об-

мотки статора );

р – число пар полюсов.

Из формулы следует, что регулировать скорость асинхронного двигателя можно тремя способами:

1. изменением частоты тока питающей сети;

2. изменением скольжения;

3. изменением числа пар полюсов.

Кроме того, существует 4-й способ – изменением напряжения на обмотке статора.

Коротко объясним особенности каждого способа регулирования

Регулирование скорости изменением частоты тока питающей сети – плавное, но

требует применения громоздких и дорогих тиристорных преобразователей частоты. На су-

дах этот способ нашел ограниченне применение, в основном, в электроприводах тяжело-

весных лебёдок, грузовых и портальных кранов.

Регулирование скорости изменением скольжения применимо только для двигателей

с фазным ротором, т.к. осуществляется введением резисторов в цепь фазного ротора. Регу

лирование плавное, но требует применения громоздких пускорегулировочных реостатов, в которых выделяется большое количество тепла.

На судах этот способ нашел ограниченне применение, в основном, в электроприво

дах тяжеловесных лебёдок и кранов, а также в брашпилях.

Регулирование скорости изменением числа пар полюсов применяют только для дви-

гателей с короткозамкнутым ротором. Теоретически его можно применить и для двигате-

лей с фазным ротором, но в этом случае одновременно с переключением в обмотке стато-

ра необходимо производить аналогичные переключения и в обмотке ротора. Это вызовет недопустимое усложнение конструкции и увеличение массо-габаритных параметров дви-

гателя.

Недостаток регулирования – его ступенчатость ( в соотношении 1:2:4 или 1:2:6 ) и высокая стоимость полюсопереключаемых электродвигателей.

Область применения на судах – самая распостранённая, в электроприводах грузо-

вых лебёдок и кранов, а также брашпилей и шпилей.

Регулирование скорости изменением напряжения на обмотке статора на судах не

нашло широкого применения из-за 2-х недостатков:

1. требуется отдельное устройство ( регулятор напряжения ), позволяющее плавно

изменять его выходное напряжение как по величине, так и по фазе;

2. при понижении напряжения возникает опасность опрокидывания двигателя, т.к. при этом резко ( в квадрате ) уменьшается вращающий момент двигателя.

Область применения на судах – ограниченная, в основном, в системах судовой эле

ктроавтоматики ( рулевые приводы и авторулевые ) для изменения скорости двухфазных асинхронных двигателей мощностью до 150-200 Вт.

На судах до сих пор наиболее распостраненный способ регулирования – путем из-

менения числа пар полюсов. Он применяется в електроприводах грузоподъемных меха-

низмов и якорно-швартовных устройств.

0. Регулирование скорости изменением числа пар полюсов обмотки статора.

Принцип получения разного числа пар полюсов

Фазные обмотки статора, уложенные в пазы сердечника статора, представляют собой мощные электромагниты. Уменьшая число пар полюсов обмотки статора, можно увеличивать скорость двигателя, и наоборот, в соответствии с выражением

n = 60f ( 1 – s ) / р.

Для получения несколько скоростей электродвигателя применяют два способа:

1. размещают на статоре отдельные обмотки в количестве, равном числу скоростей.

Эти обмотки имеют разное число пар полюсов и при работе двигателя включаются пооче-

редно. Например, на судах применяются двигатели серии МАП на две или три скорости ( М – морской, А – асинхронный, П – полюсопереключаемый );

4. размещают на статоре обмотку, схему которой можно изменять по одному из

двух вариантов:

а ) переключение обмотки со «звезды» на «двойную звезду»;

б ) переключение обмотки со «треугольника» на «двойную звезду».

Этот второй способ получения нескольких скоростей широко применяется на судах иностранной постройки ( особенности на судах, построенных в ФРГ ).

У таких двигателей, допускающих изменение схемы обмотки, каждая фазная обмот

ка состоит из двух одинаковых частей ( секционных групп ) с выводами Н1-К1, Н2-К2 ( Н – начало, К – конец ).

Объясним принцип изменения числа пар полюсов на примере только одной фазной обмотки ( рис. 9.18 ).

Рис. 9.18. Схема переключения секционных групп обмотки статора с последо-

вательного ( а ) на параллельное ( б ) соединение; Н и К – начала и концы секционных групп

Пусть секционные группы соединены последовательно при помощи перемычки

К1 – Н2, а на выводы Н1 и К2 подается питание ( рис. 9.18, а ). Задавшись произвольно вы

бранным направлением тока в сторонах секций ( обозначено стрелками ) , перенесем эти направления в поперечные сечения проводников секций в верхней части в виде крестиков и точек.

По правилу буравчика найдем направление магнитных силовых линий вокруг каж-

дого проводника с током. Рядом расположенные силовые линии позволят определить положение электромагнитных полюсов обмотки статора. На рис. 9.18, а таких полюсов –

четыре ( 2р = 4 ), поэтому синхронная частота вращения ротора составит

n = 60f / р = 60*50 / 2 = 1500 об / мин.

При переходе от последовательного соединения к параллельному надо соединить

перемычками выводы Н1 и К2 ( а не Н1 и Н2 ) и К1 и Н2 ( а не К1 и К2 ) ( рис. 9.18, б ).

Повторяя сделанные выше рассуждения, можно найти, что при переходе от после-

довательного к параллельному соединению секционных групп число полюсов уменьши-

лось в 2 раза ( 2р = 2 ), поэтому синхронная частота вращения ротора составит

n = 60f / р = 60*50 / 1 = 3000 об / мин.

.