3.13.2.3. Область применения

Анализ особенностей данного способа регулирования показывает, что он неэффективен для использования в продолжительном режиме [40].

Даже для самой благоприятной нагрузке – вентиляторной (М≡Ω²) необходимо двух-трехкратное завышение установленной мощности двигателя с повышенным скольжением и интенсивный внешний обдув [40].

Данный метод широко применяется для решения следующих задач [30]:

- облегчения плавного пуска и торможения АД c ограничением пускового момента и токов;

- изменение направления вращения;

- для экономии энергии при недогрузках [40];

- для регулирования скоростью в насосных и вентиляторных установках, то есть в механизмах, у которых момент сопротивления при снижении угловой скорости резко снижается. Тем самым становится возможным регулировать скорость АД в области допустимых потерь энергии. Это позволяет создать простую и относительно недорогую систему регулируемого электропривода насосов и вентиляторов [30].

Данный способ применяется для двигателей малой мощности, которые имеют значительные активные сопротивления роторной обмотки и соответственно большие значения критического скольжения (sк=0,25-0,35). Снижение КПД двигателя, связанное с увеличением потерь мощности в роторе для двигателей малой мощности не имеет существенного значения [32].

3.13.3. Регулирование скорости вращения ад изменением числа пар полюсов.

Двигатели, допускающие регулирование скорости этим способом, получили название многоскоростных [36].

Принцип этого способа заложен в формуле для синхронной скорости вращения

₀=2f₁/p

То есть при постоянной частоте питающего напряжения f₁=const можно путем переключения числа пар полюсов осуществлять ступенчатое регулирование скорости вращения.

Если двигатель имеет фазный ротор, то переключение числа пар полюсов нужно производить одновременно как на статоре, так и на роторе, что усложняет конструкцию ротора (приводит к увеличению контактных колец). Поэтому этот способ регулирования скорости вращения используется на практике только в АД с короткозамкнутым ротором [18].

Изменение числа пар полюсов может достигаться следующими способами.

3.13.3.1. Двухобмоточные многоскоростные двигатели

а) На статоре укладываются две не связанные между собой обмотки с разным числом полюсов – двухобмоточные многоскоростные двигатели (двигатель 4А132М6/4У3 и др [9]).

Достоинство: Возможность реализации практически любого соотношения чисел пар полюсов обмоток. Как правило, такие двигатели выполняются с двумя обмотками с соотношением чисел пар полюсов от 1:3 до 1:12.

Недостаток: Экономичность такого способа невелика, поскольку при работе только одной обмотки, вторая не позволяет максимально эффективно использовать пазы статора АД. Из-за этого увеличиваются масса и габариты двигателя.

По стоимости и массе двухскоростной АД с короткозамкнутым ротором примерно на 40% дороже и тяжелее односкоростного АД [26].

3.13.3.2. Однообмоточные двухскоростные двигатели

б) Обмотка статора одна, но имеется возможность пересоединить ее отдельные части, то есть переключить схему соединения катушечных групп обмотки – однообмоточные двухскоростные двигатели (двигатель 4А100S8/4У3 и др. [9]).

Этот метод применяется для изменения числа полюсов двигателей в отношении 1:2 [14].

Рис.17. Схема переключения обмоток с последовательного согласного включения на последовательное встречное (б) и на параллельное встречное (в) [36]

Достоинство

Обмотка работает постоянно

Недостаток:

Усложнение коммутационной аппаратуры, в особенности, если с помощью одной обмотки желают получить более двух скоростей вращения [14].

3.13.3.3. Комбинированный способ.

Четырехскоростные двигатели. Устанавливают две не связанные между собой полюснопереключаемые обмотки (например, двигатель 4А180М12/8/6/4/2У3: одна обмотка переключается с 12 на 6 полюсов, вторая – с 8 на 4 полюса [9]).

Трехскоростные двигатели. Устанавливают две независимые обмотки, из которых только одна выполняется полюснопереключаемой (например, двигатель 4А112М6/4/2У3: одна обмотка рассчитана на 6 полюсов, вторая может переключаться с 2 на 4 полюса [9]).

3.13.3.4. Общие достоинства

... способа регулирования скорости АД изменением числа пар полюсов:

- простота реализации;

- высокая жесткость механических характеристик и отсутствие больших потерь скольжения;

При высокой жесткости механической характеристики изменение момента нагрузки не приводит к существенному изменению угловой скорости, что важно для ряда механизмов.

3.13.3.5. Общие недостатки:

- регулирование скорости ступенчатое, так как число пар полюсов может быть только целым числом. То есть в заданном диапазоне регулирования реализуется ограниченное число скоростей: для однообмоточных двигателей – обычно две; для двухобмоточных двигателей, как правило, четыре.

- такой способ регулирования скорости малопригоден для автоматизации [35].

- обмотка с переключением числа полюсов создает МДС с большей величиной высших гармоник поля, чем нормальная трехфазная обмотка. Это приводит к некоторому ухудшению энергетических показателей двигателей с переключением числа полюсов по сравнению с нормальными [14].