2.8.4. Регулирование скорости путем изменения числа пар полюсов

Очевидно, что такой способ регулирования возможен только у асинхронных машин. Известно, что синхронная скорость асинхронного электродвигателя определяется как

(2.71)

Следовательно, при изменении числа пар р полюсов изменяется скорость идеального холостого хода.

Для реализации этого способа регулирования в пазы статора укладывается несколько обмоток и изменяется схема их соединения, то есть производится их переключение, которое осуществляется с помощью специальной коммутирующей аппаратуры.

Этот способ регулирования характеризуется следующими показателями:

• регулирование дискретное, так как число пар полюсов может быть только целым числом;

• потери при регулировании невелики, так как жесткость характеристик достаточно высока;

• диапазон регулирования зависит от числа переключений;

• увеличиваются стоимость электродвигателей и их габариты в результате наличия дополнительной аппаратуры.

а)

б)

Рис.2.25. Релейно-контакторная схема одноступенчатого реостатного пуска асинхронного электродвигателя и пусковая диаграмма

В зависимости от способа соединения обмоток статора механические характеристики могут иметь вид, приведенный на рис.2.26 а или 2.26б.

Рис.2.26. Механические характеристики асинхронной

машины при различном количестве пар полюсов

Отечественной промышленностью выпускаются 2-х, 3-х и 4-х скоростные электродвигатели. Из-за дискретности и громоздкости регулирования данный способ в настоящее время в промышленности применяется редко. В нефтедобывающей промышленности применяются 2х-скоростные асинхронные электродвигатели для привода станков – качалок на вновь обустраиваемых скважинах и скважинах, где добыча производится не постоянно, а периодически.

Чаще всего многоскоростные электродвигатели малой мощности специального исполнения используются в бытовой технике (автоматические стиральные машины, миксеры и т.д.).

2.8.5. Регулирование скорости изменением магнитного потока

Такой способ регулирования скорости возможен у машин постоянного тока независимого возбуждения (как указывалось выше, электроприводы с машинами последовательного и смешанного возбуждения в данной работе подробно не рассматриваются).

Необходимо отметить, что здесь следует говорить не об изменении, а только об ослаблении магнитного потока. У машин независимого возбуждения изменение потока достигается изменением его тока возбуждения, и зависимость между ними выражается нелинейной кривой намагничивания. У серийно выпускаемых машин рабочая точка (номинальный магнитный поток при номинальном токе возбуждения) находится на прямолинейном участке кривой намагничивания вблизи зоны насыщения. Из этого следует два вывода: во-первых, увеличение тока возбуждения выше номинального является неэффективным и при его дальнейшем увеличении машина перейдет в зону насыщения, где магнитный поток постоянен; во-вторых, при уменьшении тока возбуждения и ослаблении магнитного потока зависимость между ними можно считать линейной, так как этот участок кривой намагничивания примерно линеен. Из уравнений (2.10), (2.12) скоростной и механической характеристик следует, что скорость холостого хода обратно пропорциональна, момент короткого замыкания пропорционален магнитному потоку, а ток короткого замыкания не зависит от него.

Семейства скоростных и механических характеристик при ослаблении магнитного потока приведены на рис.2.27.

Ф₁  Ф₂

Рис.2.27. Семейства скоростных и механических характеристик двигателя независимого возбуждения при ослаблении магнитного потока

Данный способ регулирования характеризуется следующими показателями:

• регулирование скорости производится вверх от основной, максимальная скорость ограничивается прочностью двигателя и условиями его коммутации;

• диапазон регулирования регламентируется допустимой максимальной скоростью электродвигателя и составляет  1 : 2;

• потери при регулировании невелики. Из рис.2.26 видно, что жесткость характеристик в процессе регулирования снижается, но следует иметь в виду, что в их рабочей зоне, при токах в 15-20 раз меньше тока короткого замыкания, снижение жесткости является незначительным;

• плавность регулирования зависит от способа изменения тока возбуждения, которое обычно бывает плавным;

• капитальные затраты небольшие. Это связано с тем, что мощность цепи возбуждения составляет 3-5 % от мощности электродвигателя и даже при применении статических преобразователей напряжения затраты на них невелики.

Данный способ регулирования скорости широко распространен в приводах постоянного тока, но применяется обычно в совокупности с другими, в частности, при регулировании скорости путем изменения напряжения.