23. Реостатное регулирование скорости

асинхронного двигателя с фазным ротором

Реостатное регулирование скорости АД возможно при дискретном (ступенчатом) изменении сопротивления в цепи ротора или при плавном (импульсном) его регулировании. Рассмотрим сначала ступенчатое регулирование скорости АД.

Введение добавочного сопротивления R_д в цепь ротора АД при постоянном статическом моменте приводит к снижению скорости (рис.8.8).

При изменении статического момента от М_с.min до М_с.max максимальное отклонение скорости Dw_max от среднего значения составит

(8.60)

где b_min – минимальное значение модуля жесткости на искусственной (реостатной) механической характеристике.

Диапазон D регулирования скорости определяют, исходя из допустимого значения относительного падения скорости на низшей реостатной характеристике

(8.61)

Принимая

(8.62)

находим

(8.63)

и подставляем в (8.61):

(8.64)

откуда получаем

(8.65)

Практически диапазон регулирования скорости находится в пределах 1,5 2. Обычно берут число дискретных ступеней n=3 6.

Достоинство реостатного регулирования заключается в простоте и невысоких затратах на реализацию. Недостаток состоит в том, что при постоянном моменте нагрузки потери мощности в роторе пропорциональны снижению скорости:

(8.66)

При М=М_ном и w_о»w_ном получаем

(8.67)

т.е. с увеличением диапазона D регулирование скорости потери мощности возрастают. Электромагнитный к.п.д. при реостатном регулировании

(8.68)

как следует из этого выражения, обратно пропорционален диапазону регулирования скорости.

При реостатном регулировании асинхронный двигатель работает при скольжениях, меньше критического, поэтому магнитный поток можно считать практически постоянным. Это значит, что регулирование скорости осуществляется при постоянном допустимом моменте, если охлаждение двигателя независимое. В связи с этим реостатное регулирование скорости целесообразно применять для электроприводов, работающих с постоянным статическим моментом (например, грузоподъемные механизмы).

Теперь рассмотрим реостатное регулирование скорости АД с помощью импульсного изменения добавочного сопротивления в цепи ротора (система ИРС – АД). Система ИРС – АД имеет в роторе промежуточную цепь выпрямленного тока, состоящую из трехфазного выпрямителя В, дросселя L и добавочного сопротивления R_д , шунтируемого периодически полупроводниковым ключом ПК с частотой

(8.69)

где t_ц – время цикла,

t₁ – время включенного состояния ПК,

t₂ – время отключенного состояния ПК.

При постоянном времени цикла можно осуществлять широтно-им­пульс­ное регулирование эквивалентной величины добавочного сопротивления в роторной цепи АД:

(8.70)

где

(8.71)

(8.72)

g - скважность,

R₂ – активное сопротивление одной фазы обмотки ротора,

- активное сопротивление фазы статора, приведенное к ротору,

R_др – сопротивление дросселя L,

s – скольжение.

При высокой частоте коммутации электронного ключа ПК выпрямленный ток ротора I_d определяется скольжением s и эквивалентным сопротивлением R_э :

(8.73)

где Е_do – выпрямленная ЭДС ротора при s=1 без учета угла коммутации (E_do=1,35U_2л , U_2л – линейное напряжение на кольцах АД при I₂=0) ,

DU_щ - падение напряжения на щетках,

DU_в - падение напряжения на вентиле,

(8.74)

Х₂ – индуктивное сопротивление фазы ротора,

приведенное к ротору индуктивное сопротивление фазы статора.

Система автоматического регулирования скорости включает задающее напряжение U_з.с , датчик скорости ДС, формирующий напряжение обратной связи, пропорциональный регулятор скорости РС, импульсный регулятор тока РТ, систему управления СУ силовым полупроводниковым ключом ПК. В пределах линейной части механической характеристики электромагнитный момент АД пропорционален выпрямленному току ротора I_d :

(8.75)

где

(8.76)

Если пренебречь погрешностью регулятора тока РТ, то можно принять I_d=I_d,з , где I_d,з – заданное значение выпрямленного тока ротора, которое можно найти как

(8.77)

где U_з,т – заданное напряжение, которое определяет величину I_d,з при коэффициенте обратной связи по току К_от .