Регулювання кутової швидкості двигунів змінного струму

5.1. Механічні характеристики асинхронних двигунів

Асинхронні двигуни дуже широко використовуються у промис-ловості завдяки таким перевагам як простота конструкції, надій-ність в експлуатації, дешевизна, менша вага у порівнянні з двигуна-ми постійного струму. У діапазоні потужностей до їх ви-робляють у 40-50 разів більше, ніж двигунів постійного струму.

Успіхи в галузі силових напівпровідникових приладів призвели до того, що частка регульованих асинхронних приводів постійно зростає. Так, уже у 2002 році в Європі продаж асинхронних регульо-ваних приводів склав 68%, приводів постійного струму – 15% і ме-ханічних та гідравлічних приводів – 17%. Широке використання регульованого електропривода зумовлене тим, що електропривод виконує не тільки функцію перетворення електричної енергії у меха-нічну, але і є засобом керування технологічним процесом, оскільки задачі реалізації необхідної якості протікання технологічних проце-сів у багатьох випадках покладаються на системи керування регу-льованими електроприводами у поєднанні з засобами технологічної автоматики.

Способи регулювання швидкості асинхронних двигунів, як і дви-гунів постійного струму, визначають за рівнянням механічної харак-теристики. Її отримують на підставі спрощеної схеми заміщення (рис.5.1).

Рис.5.1. Спрощена схема заміщення асинхронного двигуна

На схемі: – фазна напруга мережі; – фазний струм стато-ра; – приведений струм ротора; і – активний і реактивний опори обмотки статора; і – приведені активний і реактивний опори обмотки ротора; і – активний і реактивний опори кон-туру намагнічування; – ковзання; – швидкість обертання магнітного кола статора; – число пар полю-сів; – частота напруги мережі живлення.

Момент асинхронного двигуна визначають з виразу втрат потуж-ності: втрати електромагнітної потужності дорівнюють електрич-ним втратам в колі ротора, тобто . Звідси

. (5.1)

Приведений струм згідно схеми заміщення

. (5.2)

Підставивши значення у /5.1/, одержимо

. (5.3)

З (5.3) витікає, що регулювати швидкість асинхронних двигунів можна зміною:

• напруги живлення ;

• числа пар полюсів ;

• частоти напруги живлення ;

• додатковим опором в колі обмотки ротора двигуна з фазним ротором.

Аналіз залежності (5.3) показує, що вона має два максимуми: один – в режимі двигуна, другий – у генераторному режимі.

Прирівнявши , визначають параметри максимумів, які називають критичними: критичне ковзання і критичні моме-нти і . За цих параметрів (5.3) зводиться до такого виду:

, (5.4)

де ; . У цьому рівнянні знак „+” відноситься до рушійного режиму роботи двигуна, знак „-” – до генераторного режиму роботи паралельно з мережею, з якої він споживає струм, що створює основний магнітний потік.

а

б

Рис.5.2. Механічні характеристики асинхронного двигуна

Залежність , побудована за рівнянням (5.4), має два максимуми (рис.5.2,а). Характеристика (рис.5.2,б) пере-рахована за характеристикою з врахуванням, що .

Характерні точки механічних характеристик:

• ; , швидкість двигуна дорівнює синхронній швид-кості (швидкості обертання магнітного поля статора);

• ; , що відповідає номінальній швидкості і номінальному моменту ;

• ; і – максимальні моменти у ру-шійному та генераторному режимах і критична швидкість ;

• ; – пусковий момент.

У випадку двигун працює в режимі гальмування противми-канням.

Якщо в (5.4) знехтувати активним опором обмотки статора , то отримаємо рівняння механічної характеристики у виді

, (5.5)

яке справедливе для значень . За виникає велика по-хибка і користуватись (5.5) для побудови характеристики не можна. Але підстановкою в (5.5) отри-маємо просту залежність для визначення критичного ковзання:

. (5.6)

Цією залежністю користуються у практичних розрахунках.

М

Рис.5.3. Механічна характеристика асинхронного двигуна з підвищен-ням пусковим моментом

еханічні характеристики, наведені на рис.5.2, характерні для асинхронних двигунів, ротори яких мають круглі пази. Їх недолік – малий пусковий момент. Для збільшення пускового моменту пази роблять вузькими і високими, а також подвійно-круглими.

Наближена механічна характеристика таких двигунів наведена на рис.5.3. Там же пунктиром показана залежність .

Їх особливістю є збільшений пусковий момент, менший пуско-вий струм, але при великому ковзанні виникає провал у механічній характеристиці із-за явища витіснення струму на по-верхню товстого провідника, який знаходиться у сильному магніт-ному полі. Це еквівалентно збільшенню його активного опору.

Двигуни зі спеціальними пазами мають такі співвідношення: ; ; ; . При цьому більшу кратність пускового струму мають більш потужні двигуни.