5.2. Регулювання швидкості асинхронних двигунів

Регулювання швидкості зміною напруги живлення обмотки статора досягається за допомогою тиристорного регулятора напруги з фазо-імпульсним керуванням семісторів. Змінюючи кут керування семісторів, можна плавно регулювати діюче значення напруги. За такого керування критичний момент зменшується пропорційно квадрату пониження напруги:

. (5.7)

К

Рис.5.4. Механічні характеристики для різних напруг (U_н>U₁>U₂)

ритичне ковзання не залежить від напруги (формула 5.6) і зали-шається сталим. На рис.5.4. зобра-жені характеристики для різних значень діючої напруги. З цього ри-сунка слідує, що діапазон регулю-вання незначний. Зі зниженням швидкості збільшуються втрати в обмотці ротора . То-му регулювання швидкості зміною напруги є неекономічним і його можна використовувати лише в ко-роткочасному режимі роботи дви-гунів малої потужності.

Регулювання швидкості асинхронних двигунів зміною числа

пар полюсів слідує із залежності

. (5.8)

Оскільки число пар полюсів може бути тільки цілим числом, то регулювання буде ступінчастим, зазвичай, у відношенні 2 : 1. Таке регулювання можливе лише двигунів з короткозамкненим ротором, де переключення числа полюсів обмотки статора призводить до автоматичної зміни числа полюсів обмотки ротора. Цього не відбу-вається у двигуні з фазним ротором. Тому регулювати їх швидкість таким способом не можна.

а

б

Рис.5.5. Схеми переключення обмоток статора (а) і механічні характеристики (б)

Для здійснення переключення фазні обмотки розділяють на дві напівобмотки (рис.5.5,а). Їх з’єднують так, щоб збільшити число вдвоє і при цьому не змінився напрям обертання двигуна.

В залежності до потреб виробничих механізмів переключення виконують аби момент двигуна був сталим , аби ста-лою була потужність .

Якщо потрібно мати чотири швидкості, то у статорі розміщують дві обмотки, кожну з яких ділять на папівобмотки. У цьому випадку діапазон регулювання може складати 6 : 1 (3000 : 500 об/хв.). Регу-лювання переключенням числа пар полюсів є економічним і широ-ко використовується там, де потрібне ступінчасте регулювання (металообробні верстати, вентилятори, помпи та інші виробничі механізми). Недолік – велика кількість силової комутуючої апаратури.

Регулювання швидкості зміною частоти напруги живлення слі-дує з формули (5.8). Але одночасно із зміною частоти необхідно змінювати й напругу, бо напруга . Отже, зміна частоти за умови призведе до відповідної зміни магнітного потоку. Так, за зменшення зростає потік , насичується сталь статора і як наслідок – різко зростає струм і двигун перегрівається. Коли збільшувати проти частоти живлення, то потік зменшується, що призводить до зменшення допустимого моменту. Тому з метою повного використання асинхронного двигуна необхідно підтримувати певне співвідношення між частотою і напругою з врахуванням залежності моменту опору виробничого механізму від швидкості.

Наближено це співвідношення знаходять, знехтувавши активним опором обмотки статора . Тоді критичний момент буде визначатись за формулою

, (5.9)

де – індуктивний опір короткого зами-кання; – стала величина.

Двигун за моментом буде використовуватись повністю, якщо для будь-якої частоти

(5.10)

буде величиною сталою.

В (5.10) – механічна характеристика виробничого меха-нізму; – фазна напруга, яка відповідає частоті .

З (5.10) слідує, що для будь-яких двох значень частот і за частотного регулювання повинно зберігатися співвідношення:

. (5.11)

Прийнявши один із режимів за номінальний , і , матимемо

. (5.12)

Рівняння (5.12) встановлює співвідношення між частотою, напругою живлення і характером навантаження. Для основних видів навантаження залежність (5.12) матиме такий вид:

• для . Підставивши в (5.12) , одержимо

; (5.13)

• для маємо за умови . Звідки

; (5.14)

• для вентиляторної характеристики за умови мати-мемо . Звідки закон регу-лювання напруги і частоти

. (5.15)

Згідно до законів регулювання (5.13), (5.14) і (5.15) на рис.5.6 наведено механічні характеристики для частот більших і менших від номінальної.

Рис.5.6. Механічні характеристики при різних законах частотного керування