8.7. Регулирование скорости асинхронного двигателя изменением числа пар полюсов

Этот способ регулирования скорости может быть реализован только при использовании специальных АД, получивших название многоскоростных. Особенность этих АД в том, что их статорная обмотка состоит из двух одинаковых секций (полуобмоток). За счет разных схем их соединения может быть изменено число пар полюсов АД. В соответствии с формулойэто позволяет изменять скорость вращения магнитного поляи тем самым регулировать скорость АД. Ротор многоскоростных АД обычно выполняется короткозамкнутым.

Так как число пар полюсов АД может принимать только дискретные значения (= 1, 2, 3, 4…), то и скорость АД этим способом может регулироваться лишь ступенчато [1].

Рассмотрим принцип получения различного числа пар полюсов при переключении секций обмотки статора на следующем примере.

Пусть фаза статорной обмотки состоит из двух одинаковых секций 1н – 1к, 2н – 2к, имеющая каждая по два проводника (рис. 8.17а) и соединенных последовательно и согласно. По обмотке статора протекает ток, имеющий в данный момент времени показанное стрелками направление. Используя правило буравчика, определим направление магнитных силовых линий, создаваемых протекающим по проводникам током I. Не трудно заметить, что магнитное поле имеет в этом случае четыре полюса или = 2.

а) б) в)

Рис. 8.17. Схемы соединений секций обмотки статора для изменения числа пар полюсов АД

Изменим теперь схему соединения секций, включив их последовательно и встречно (рис. 8.17б), оставив то же направление подводимого к обмотке тока. В этом случае статорная обмотка образует уже магнитное поле с вдвое меньшим числом пар полюсов. Уменьшение вдвое числа пар полюсов достигается и в схеме (рис. 8.17в), где секции соединены параллельно.

В этом и другом случае уменьшение числа пар полюсов достигается изменением направления тока на противоположное в одной из секций (в данном случае во второй). При этом диапазон изменения скорости вращения магнитного поля равен двум.

Наиболее часто на практике применяются две схемы переключений статорной обмотки многоскоростных АД: с треугольника (Д) на двойную звезду (УУ) и со звезды (У) на двойную звезду (УУ).

Рассмотрим схемы соединения статора и механические характеристики АД для этих случаев.

Треугольник – двойная звезда. Для получения большего числа пар полюсов секции каждой фазы статора включены последовательно и согласно и соединены в треугольник (рис. 8.18а). и – начала соответственно первой и второй секций фазы ; и – их концы (обозначения для выводов фаз и аналогичны). Соединение секций по схеме (рис. 8.18б) аналогично схеме (рис. 8.17в) и вызовет уменьшение в 2 раза числа пар полюсов АД. Схема на рисунке 8.18б, в которой фазы статора образованы двумя параллельно включенными секциями, получила название двойной звезды.

Механические характеристики АД для схем соединения обмоток в треугольник 2 и двойную звезду 1 показаны на рисунке 8.18в [2,4].

а) б) в)

Рис. 8.18. Схемы соединения обмоток статора в треугольник (а), двойную звезду (б) и механические характеристики при этих схемах (в)

Звезда – двойная звезда. В этом варианте низкая скорость (большее число пар полюсов ) получается в схеме одинарной звезды (рис. 8.19а).

а) б)

Рис. 8.19. Схема соединения обмоток статора в звезду (а) и механические характеристики двигателя при схемах соединения обмоток звезда и двойная звезда (б)

Переключение на двойную звезду осуществляется по схеме (рис. 8.18б), при этом число пар полюсов уменьшится вдвое. Получаемые механические характеристики при соединении обмоток в звезду 2 и двойную звезду 1 двухскоростного АД изображены на рисунке 8.19б [2,4].

Помимо рассмотренных двухскоростных АД применяются также трех- и четырехскоростные. Первые из них помимо переключаемой обмотки статора, выполняемой аналогично рассмотренной выше, имеют также одну непереключаемую обмотку. Четырехскоростные АД имеют две переключаемые обмотки статора с числом пар полюсов , , и позволяют получить четыре регулировочные механические характеристики.

Рассматриваемый способ регулирования скорости АД характеризуется рядом положительных показателей, что определяет широкое его применение в регулируемом ЭП переменного тока. К ним в первую очередь следует отнести экономичность, так как регулирование скорости не сопровождается выделением в роторной цепи дополнительных потерь энергии, вызывающих излишний нагрев АД и ухудшающих его КПД.

Механические характеристики многоскоростных АД отличаются хорошей и достаточной перегрузочной способностью.

Схему переключения «звезда – двойная звезда» целесообразно применять при постоянном моменте нагрузки , схему «треугольник – двойная звезда» – при нагрузке ЭП, имеющей характер постоянной мощности.

Недостатком рассмотренного способа является ступенчатость изменения скорости двигателя, относительно небольшой диапазон ее регулирования, не превышающий обычно 6–8, и увеличенный габарит двигателя.