Регулирование скорости асинхронных двигателей

Регулируемый асинхронный привод широко используется в технологических процессах АПК. В соответствии с формулами (2.18), (2.23) и формулы

, (3.5)

где – сопротивление фазы обмотки ротора; – активное добавочное сопротивление, включаемое в цепь ротора; - критическое скольжение двигателя при (естественная механическая характеристика); - то же, что и , но при (искусственная механическая характеристика).

На практике регулирование скорости асинхронных двигателей можно осуществить следующими способами: 1) реостатным регулированием; 2) переключением пар полюсов; 3) изменением частоты тока питающей сети; 4) изменением напряжения.

Реостатное регулирование или регулирование скорости введением активного сопротивления в цепь ротора возможно только у двигателей с фазным ротором (см. рис.2.15). На рис.3.6 на механических характеристиках показан переход работы двигателя с естественной характеристики (R_д = 0) на искусственные характеристики при введении добавочных сопротивлений в цепь ротора R_д1 и R_д2 при постоянном моменте сопротивления М_с.

Рис.3.6. Естественная и искусственные характеристики двигателя при введении активного сопротивления в цепь фазного ротора

При введении первой ступени сопротивления двигатель переводится с естественной характеристики (точка a) на искусственную характеристику (точка b). При этом скорость двигателя снижается с ω₁ до ω₂. Введение второй ступени добавочного сопротивления переводит работу двигателя в точку «с», скорость при этом снижается до ω₃.

При введении в обмотку ротора активного сопротивления R_Д согласно формуле (3.5) увеличивается критическое скольжение при неизменных величинах критического момента и синхронной скорости. Критический момент и синхронная скорость остаются неизменными (рис. 3.6).

Анализ рис.3.6 показывает, что направление регулирования скорости осуществляется вниз от исходной с диапазоном регулирования до (2…2,5):1, а плавность регулирования скорости зависит от количества ступеней регулировочного реостата.

Данный способ регулирования скорости находит применение в электроприводах стендов для испытания двигателей внутреннего сгорания, подъемных лебедок малой мощности и в других машинах.

Регулирование скорости асинхронного двигателя изменением числа пар полюсов применяется для машин и агрегатов, не требующих плавного регулирования скорости. Данный способ регулирования является ступенчатым, и количество полюсов должно быть только четным числом. Для регулирования скорости изменением числа полюсов используют короткозамкнутые многоскоростные асинхронные двигатели, которые выполняются на две, три и четыре скорости. Промышленностью выпускаются двигатели со следующими синхронными скоростями: 3000/1500/1000/500; 1500/750; 1000/500 и др. Диапазон регулирования скорости асинхронных двигателей за счет переключения числа полюсов достигает 8:1. Примеры схем переключения катушечных групп в обмотках статора для изменения числа полюсов приведены на рис.3.7.

Рис.3.7. Примеры принципиальных схем соединения катушечных групп в статорной обмотке двигателя для изменения числа полюсов

Рис.3.8. Механические характеристики двухскоростного асинхронного двигателя при числе полюсов 8 и 4 (а); схемы переключения катушечных групп в обмотке статора с «треугольника» (б) на «двойную звезду» (в), где 2р – число полюсов

На рис. 3.8 приведен пример механических характеристик двухскоростного асинхронного двигателя с переключением катушечных групп с «треугольника» на «двойную звезду».

При переключении с «треугольника» на «двойную звезду» число полюсов уменьшается вдвое, следовательно, вдвое увеличивается синхронная скорость двигателя. Регулирование скорости изменением числа полюсов экономично, механические характеристики обладают достаточно большой жесткостью, поэтому многоскоростные асинхронные двигатели применяются в агропромышленном комплексе для привода вентиляторов, насосов, металлорежущих и деревообрабатывающих станков, куттеров, грузовых подъемников, элеваторов и других рабочих машин.

Частотное регулирование скорости асинхронных электроприводов.С появлением бесконтактных регуляторов частоты тока регулирование угловой скорости у асинхронных двигателей изменением частоты тока питающей сети находит все более широкое применение в АПК.

Согласно уравнениям (2.18), (2.23) и при частотном регулировании скорости изменяются синхронная скорость: и критический момент . Механические характеристики двигателя при изменения только частоты тока представлены на рис 3.9.

При частотном регулировании обеспечивается плавное двухзонное регулирование скорости при неизменной стабильности. В замкнутых системах частотного регулирования диапазон регулирования может достигать 1000:1 и более.

С точки зрения потерь мощности, данный способ экономичен. Недостатком частотного регулирования являются относительно большие капитальные затраты на частотный преобразователь.

Способ регулирования скорости частотой питающей сети перспективен как для отдельно регулируемых асинхронных и синхронных двигателей, так и для группы двигателей, например, группы электровентиляторов в животноводческом помещении. Когда требуется получить высокие скорости, например, у центрифуг и шлифовальных станков, то регулирование скорости асинхронного двигателя изменением частоты питающего напряжения является предпочтительным, а в некоторых случаях - это единственный из существующих способов.

Частотное регулирование двигателя при неизменном напряжении питающей сети сопровождается изменением величин синхронной скорости, критического скольжения и критического момента (рис. 2.16, и рис. 3.9а). При увеличении частоты момент двигателя снижается, следовательно, снижается и его перегрузочная способность, равная отношению максимального (критического) момента двигателя к его номинальному моменту.

В тех случаях, когда необходимо сохранить перегрузочную способность двигателя и вести регулирование с постоянным моментом, следует, изменяя частоту питающего напряжения, изменять и значение этого напряжения, например, с уменьшением частоты пропорционально снижать напряжение. Это необходимо делать таким образом, чтобы отношение U/f оставалось постоянным. Механические характеристики асинхронного двигателя при регулировании его скорости изменениям частоты с одновременным изменением напряжения питающей сети и сохранением отношения U/f=const приведены на рис. 3.9б, где все характеристики имеют одинаковую и неизменную перегрузочную способность. Такое регулирование может производиться в сторону как уменьшения, так и увеличения скорости двигателя. Способ регулирования скорости двигателя частотой и напряжением питающей сети обеспечивает ее плавное изменение в широком диапазоне (10:1).

В качестве источников тока для регулирования частоты и напряжения используют различные частотные преобразователи: электромашинные, электронно-ионные и полупроводниковые.

В АПК этот способ регулирования скорости электродвигателей нашел применение в животноводстве, птицеводстве, при работе на металлообрабатывающих станках и др.

При регулировании скорости за счет изменения напряжения питающей сети синхронная скорость и критическое скольжение остаются постоянными, а критический момент двигателя изменяется пропорционально U², чтоследует извыражений (2.21 и 2.28).

Рис.3.10. Механические характеристики асинхронного двигателя при изменении напряжения обычного двигателя (а) и двигателя с повышенным скольжением (б)

Механические характеристики асинхронного двигателя при регулировании скорости за счет изменения напряжения на зажимах статора представлены на рис.3.10.

Для получения большего диапазона регулирования выпускается специальная серия двигателей с повышенным скольжением, которые позволяют получить диапазон регулирования 6:1 и более.

Для регулирования напряжения на двигателе применяются автотрансформаторные и тиристорные регуляторы. Регулирование скорости двигателя изменением напряжения применяется, например, для вентиляционных установок в животноводческих и птицеводческих помещениях.

Пример 3.1. Для асинхронного электродвигателя с фазным ротором определить значение регулировочного сопротивления, которое надо включить в цепь ротора, чтобы получить частоту вращения 500 об/мин при номинальном моменте, если n_Н=925 об/мин; Е_2Н=204 В; I_2Н=16 А; n₀=1000 об/мин.

Решение. Находим скольжение S_H при n_Н=925 об/мин:

.

Определяем регулировочное сопротивление:

Ом.

Находим скольжение S при n_Н=500 об/мин:

.

Регулировочное сопротивление определяют по выражению

Ом,

где М_Н=М - момент номинальной; равен моменту нагрузки по условию задачи при 500 об/мин.

Пример 3.2. Регулирование скорости двигателя постоянного тока параллельного возбуждения необходимо произвести изменением напряжения питающей сети на величину 0,5U_Н и 0,25U_Н. Данные двигателя: Р_Н=10 кВт; U_Н=220 В; I_Н=52,2 А; n_Н=2250 об/мин. Рассчитать и построить механические характеристики двигателя: естественную при U_Н, искусственную при 0,5U_Н и 0,25U_Н.

Решение. 1. Определяем номинальное сопротивление двигателя:

Ом.

2. Находим КПД двигателя:

.

3. Вычисляем сопротивление якоря двигателя:

Ом.

4. Определяем номинальную скорость двигателя:

рад/с.

5. Находим величину кФ:

.

6. Вычисляем скорость идеального холостого хода:

рад/с.

7. Определяем номинальный момент на валу двигателя:

Н∙м.

8. Находим скорости идеального холостого хода при напряжении питающей сети: U₁=0,5∙U_Н=0,5∙220=110 В; U₂=0,25∙U_Н=0,25∙220 = 55 В:

рад/с;

рад/с.

9. Строим естественную механическую характеристику двигателя по двум точкам. Координаты первой точки: ω_Н=235 1/с; М_Н=42,6 Н∙м. Координаты второй точки: ω_О=252 1/с; М=0 (рис. 3.11).

10. Строим искусственные механические характеристики двигателя при напряжениях 0,5U_Н и 0,25U_Н с начальными точками на оси угловых скоростей: ω₀₁=126 1/с; ω₀₂=63 1/с. Искусственные механические характеристики двигателя постоянного тока при изменении напряжения питающей сети располагаются параллельно естественной механической характеристике этого двигателя (рис.3.11).

Рис. 3.11. К примеру 3.2

Пример 3.3.В качестве примера использования двухскоростного асинхронного двигателя для регулирования частоты вращениявентилятора на рис. 3.12 приведена принципиальная электрическая схема регулирования микроклимата по двум параметрам: температуре и влажности воздуха в животноводческом помещении. Температуру регулируют изменением мощности электрокалорифера, влажность – изменением производительности вентилятора, приводимого в движение двухскоростным асинхронным электродвигателем.

Рис. 3.12. К примеру 3.3

Контрольные вопросы

1. Для каких целей и какими способами регулируют скорость электропривода?

2. Перечислите основные критерии выбора способа регулирования скорости.

3. Какими способами регулируют скорость двигателя постоянного тока?

4. Каковы основные достоинства регулирования скорости уменьшением магнитного потока?

5. Какие достоинства и недостатки имеет способ регулирования скорости у двигателей постоянного тока путем изменения подводимого к якорю напряжения?

6. В каких случаях используют регулирование скорости включением резистора в цепь якоря постоянного тока?

7. Как изменится скорость асинхронного двигателя, если в цепь ротора включить активное сопротивление?

8. В чем конструктивное отличие многоскоростного асинхронного электродвигателя от односкоростного?

9. Как изменяются синхронная скорость, критическое скольжение и критический момент у асинхронного двигателя при частотном регулировании скорости?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: