Arskama.ru

Автомобильный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что называется критическим скольжением асинхронного двигателя

§78. Режимы работы асинхронных двигателей

Режимы работы асинхронных двигателей.

Холостой ход.

Если пренебречь трением и магнитными потерями в стали (идеализированная машина), то ротор асинхронного двигателя при холостом ходе вращался бы с синхронной частотой n=n1 в ту же сторону, что и поле статора; следовательно, скольжение было бы равно нулю. Однако в реальной машине частота вращения ротора n при холостом ходе никогда не может стать равной частоте вращения n1, так как в этом случае магнитное поле перестанет пересекать проводники обмотки ротора и в них не возникнет электрический ток.

Поэтому двигатель в этом режиме не может развить вращающего момента и ротор его под влиянием противодействующего момента сил трения начнет замедляться. Замедление ротора будет происходить до тех пор, пока вращающий момент, возникший при уменьшенной частоте вращения, не станет равным моменту, создаваемому силами трения. Обычно при холостом ходе двигатель работает со скольжением s = 0,2-0,5 %.

При холостом ходе в асинхронном двигателе имеют место те же электромагнитные процессы, что и в трансформаторе (обмотка статора аналогична первичной обмотке трансформатора, а обмотка ротора—вторичной обмотке). По обмотке статора проходит ток холостого хода I, однако его значение в асинхронном двигателе из-за наличия воздушного зазора между ротором и статором значительно больше, чем в трансформаторе (20—40 % номинального тока по сравнению с 3—10 % у трансформатора). Для уменьшения тока I в асинхронных двигателях стремятся выполнить минимально возможные по соображениям конструкции и технологии зазоры.

Например, у двигателя мощностью 5 кВт зазор между статором и ротором обычно равен 0,2—0,3 мм. Ток холостого хода, так же как и в трансформаторе, имеет реактивную и активную составляющие. Реактивная составляющая тока холостого хода (намагничивающий ток) обеспечивает создание в двигателе требуемого магнитного потока, а активная составляющая — передачу в обмотку статора из сети энергии, необходимой для компенсации потерь мощности в машине в этом режиме.

Нагрузочный режим.

Чем больше нагрузочный момент на валу, тем больше скольжение и тем меньше частота вращения ротора. Увеличение скольжения при возрастании момента объясняется следующим образом. При увеличении нагрузки на валу ротора он начинает тормозиться и частота его вращения т уменьшается.

При достижении равенства моментов М = Мвн торможение прекратится и двигатель будет снова вращаться с постоянной частотой вращения, но меньшей, чем до увеличения нагрузки. При уменьшении нагрузочного момента Мвн частота вращения ротора по той же причине будет увеличиваться. Обычно при номинальной нагрузке скольжение для двигателей средней и большой мощности составляет 2—4 %, а для двигателей малой мощности от 5 до 7,5 %.

При работе двигателя под нагрузкой по обмоткам его статора и ротора проходят токи i1 и i2. Частота тока в обмотках статора f1 и ротора f2 определяется частотой пересечения вращающимся магнитным полем проводников соответствующей обмотки. Обмотка статора пересекается магнитным полем с частотой n1, а обмотка вращающегося ротора — с частотой n1 — n. Следовательно,

Передача электрической энергии из статора в ротор происходит так же, как и в трансформаторе. Двигатель потребляет из сети электрическую мощность Pэл = 3U1I1cosφ1 и отдает приводимому им во вращение механизму механическую мощность Рмх (рис. 260).

Рис. 260. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя

В процессе преобразования энергии в машине имеют место потери мощности: электрические в обмотках статора ΔРэл1 и ротора ΔРэл2, магнитные ΔРм от гистерезиса и вихревых токов в ферромагнитных частях машины и механические ΔРмх от трения в подшипниках и вращающихся частей о воздух.

Из статора в ротор вращающимся электромагнитным полем передается электромагнитная мощность Pэм роторе она превращается в механическую мощность ротора Р’мх. Полезная механическая мощность на валу двигателя Pмх меньше мощности Р’мх на значение потерь мощности на трение ?Рмх.

При возрастании механической нагрузки на валу двигателя увеличивается ток I2. В соответствии с этим возрастает и ток I1 в обмотке статора.

Электромагнитный момент М создается в асинхронном двигателе в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля с током I2, индуцируемым им в проводниках обмотки статора. Однако в создании его участвует не весь ток I2, а только его активная составляющая I2cosφ2 (здесь φ2 — угол сдвига фаз между током I2 и э. д. с. Е2 в обмотке ротора).

Фт — амплитуда магнитного потока, созданного обмоткой статора;

cм — постоянная, определяемая конструктивными параметрами данной машины и не зависящая от режима ее работы.

Поясним физический смысл формулы (84). На рис. 261 изображен ротор двухполюсного асинхронного двигателя в развернутом виде, на котором кружками показаны поперечные сечения проводников.

Крестики и точки внутри проводников обозначают направление в них тока i2, а под проводниками — направление индуцированных э. д. с. e2, которые пропорциональны индукции В в данной точке воздушного зазора между статором и ротором. Кривая В показывает распределение вдоль окружности ротора индукции, создаваемой вращающимся магнитным полем, кривая i2 — распределение тока в проводниках, а кривая f — распределение электромагнитных сил, возникающих в результате взаимодействия тока (а с вращающимся магнитным полем.

Электромагнитный вращающий момент М, создаваемый в результате совместного действия всех сил f, будет пропорционален среднему значению электромагнитной силы fср. Легко заметить, что к проводникам, лежащим на дуге, равной 180° — φ2, приложены силы f, увлекающие ротор за вращающимся магнитным полем, а на дуге φ2 — тормозящие силы. Поэтому при неизменном токе I2 среднее значение электромагнитной силы fср, а следовательно, и электромагнитный момент М будут тем больше, чем меньше угол φ2. Электромагнитный момент М зависит от скольжения s.

Рис. 261. Распределение индукции В, тока i2 и электромагнитных сил f, действующих на проводники асинхронного двигателя

Так, при увеличении скольжения возрастает э. д. с. Е2 в обмотке ротора и ток I2. Однако одновременно уменьшается cosφ2, так как активное сопротивление обмотки ротора R2 остается неизменным, а реактивное Х2 увеличивается (возрастает частота тока f2 в обмотке ротора).

ГЛАВА 3.ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ НА БАЗЕ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

§3.1. Конструкция, принцип работы и характеристики трехфазного асинхронного двигателя

Асинхронной машиной называется машина переменного тока, у которой угловая скорость ротора не равна угловой скорости магнитного поля статора. Угловая скорость ротора зависит от нагрузки; в режиме двигателя нагрузкой является механический момент сопротивления на валу машины.

Классификация основных типов асинхронных двигателей приведена на рис.3.1.

У асинхронных машин большой, средней и малой мощности на статоре практически всегда расположена трехфазная обмотка, т.е. обмотка, состоящая из трех отдельных электрических цепей, сдвинутых в пространстве на 120°, асинхронные микромашины выпускаются в основном с двухфазной обмоткой статора со сдвигом обмоток фаз на 90°.

Читать еще:  Двигатель ваз 2110 карбюраторный схема

Конструкция. Магнитопроводы статора и ротора трехфазной машины обычно неявнополюсные (см.рис.1.5,а). Трехфазная обмотка статора обычно выполняется распределенной. На внешнюю панель выводов либо выходят все 6 выводов, либо обмотки фаз соединяются внутри машины по схеме “звезда” или “треугольник” и на панель выходят 3 вывода. Обмотка статора предназначена для создания вращающегося магнитного поля машины. Обмотка ротора типа «беличьей клетки» состоит из неизолированных алюминиевых или медных стержней, расположенных в пазах и замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами .

Принцип действия. Принцип работы асинхронных машин связан с понятием вращающегося магнитного поля. Обмотка, создающая вращающееся поле, представляет собой N-фазную систему, т.е. состоит из N обмоток, которые сдвинуты друг относительно друга в пространстве и по которым протекают токи, сдвинутые во времени. Каждая из обмоток фаз создает пульсирующий поток (неподвижный в пространстве и изменяющийся во времени), сдвинутый относительно других в пространстве и во времени. Если все обмотки фаз имеют одинаковое число витков и сдвинуты в пространстве на одинаковый пространственный угол &#947, токи имеют одинаковую амплитуду Im и частоту f и сдвинуты во времени на одинаковый угол &#946, то результирующее магнитное поле будет круговым. Это означает, что поток представляет собой вектор постоянной длины, вращающийся в пространстве с постоянной угловой скоростью.

Условия образования кругового магнитного поля в общем случае можно записать следующим образом:

и в трехфазной машине (N=3) они примут вид

Угловая скорость магнитного поля, называемая синхронной скоростью машины переменного тока, будет равна (рад/с)

где рм — число пар полюсов обмотки. Синхронная частота вращения (об/мин) n1 = 60 f / рм.

Если изменить порядок чередования любых двух обмоток фаз, то вектор магнитного поля будет вращаться в противоположную сторону.

Асинхронная машина, как и электрические машины других типов, является обратимой. Принцип действия асинхронной машины основан на электромагнитном взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с токами, наведенными этим полем в роторе. Поскольку наведение ЭДС в роторе возможно только при неравенстве угловых скоростей ротора &#9692 и магнитного поля статора &#9691, то условие &#9692 &#8800 &#9691 является обязательным для создания электромагнитного момента в любом режиме работы асинхронной машины. В качестве характеристики этого неравенства вводится понятие скольжения:

Пусть магнитное поле статора Ф1 и ротор вращаются в одну сторону и &#9692 &#9691, то машина переходит в режим генератора; теоретический диапазон режима генератора &#9692 = 0 &#247 &#8734, s = 0 &#247 ( — ∞ ).

Если ротор вращается в сторону, противоположную магнитному полю статора ,то электромагнитный момент Мэм направлен против направления вращения ротора, и машина работает в режиме торможения противовключением; теоретический диапазон работы в режиме торможения противовключением &#9692 = 0 &#247 ( — &#8734 ), s = 1 &#247 ( &#8734 ).

Линейный асинхронный двигатель в простейшем случае можно получить, если вращающийся двигатель разрезать по диаметру и развернуть на плоскости. При этом магнитное поле получается не вращающимся, а бегущим, и электрическая энергия преобразуется в механическую поступательного движения.

Электромагнитный момент. Электромагнитный момент, возникающий в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля статора с токами, наведенными этим полем в роторе, может быть определен из выражения
Mэм = k Фм I2 cos &#9682 , (3.4)

где k – конструктивный коэффициент, зависящий от числа фаз, числа полюсов и числа витков в фазе обмотки статора.

Как видно из (3.4), электромагнитный момент прямо пропорционален основному магнитному потоку Фм и активной составляющей тока ротора I2 cos &#9682. При этом основной поток определяется напряжением питания и не зависит от нагрузки, а ток ротора I и его фаза относительно ЭДС &#9682 зависят от скольжения и соответственно от нагрузки:

В этих выражениях R2 и x2 – активное и индуктивное сопротивления фазы ротора.

Формула момента (3.4) получена для режима двигателя, но она справедлива и для других режимов с учетом знака и диапазона значений скольжения s.

Механические характеристики. Уравнением естественной механической характеристики асинхронного двигателя является выражение (3.4) с заменой скольжения S на угловую скорость &#9692 по (3.3) при U1=const. График характеристики изображен на рис. 3.3.

Такой вид характеристики легко поясняется с помощью формул (3.4) — (3.6).При увеличении скольжения ток ротора I2 непрерывно растет, но становится все более индуктивным – уменьшается сos&#9682, так как увеличивается частота токов в роторе и, соответственно, его индуктивное сопротивление. В результате активная составляющая тока ротора и, соответственно, электромагнитный момент вначале растут, а затем начинают убывать.

Скольжение, при котором момент достигает максимального значения Mmax, называется критическим и обозначается sкр ;на основании (3.3) соответствующая критическая скорость &#9692kp=(1-sкр)&#9691. Для определения sкр необходимо, воспользовавшись выражением (3.4), взять производную dMэм / ds и приравнять ее нулю. Решение получающегося уравнения имеет вид sкр&#8776R2x2.

В большинстве асинхронных двигателей необходимо обеспечить высокий КПД. Поэтому активное сопротивление обмоток, в частности R2, определяющее уровень электрических потерь в роторе, стремятся получить малым. При этом критическое скольжение лежит в диапазоне 0,1 &#247 0,25.

Сам максимальный момент пропорционален квадрату напряжения питания, не зависит от активного сопротивления роторной цепи R2 и наступает при тем большем скольжении, чем больше активное сопротивление роторной цепи (рис. 3.3, штрих — пунктирная линия).

Пусковой момент двигателя Mп определяется выражением (3.4) при s=1. Значение Mп пропорционально квадрату напряжения питания и возрастает при увеличении R2 (см. рис. 3.3), достигая максимума при sкр =1 (&#9692kp=0).

Оценим механическую характеристику по показателям устойчивости, жесткости и линейности. Если воспользоваться формальным признаком устойчивости d&#9692dMэм Пуск. Условием пуска двигателя является неравенство Мп>Мст ; если это условие выполняется, то при включении двигателя в сеть ротор приходит в движение и разгоняется до установившегося режима. При пуске ( &#9692 = 0, s =1) ток в роторе достигает наибольшего значения (см. (3.5)). Соответственно велики пусковые токи и в обмотке статора.

У асинхронных двигателей малой мощности и специальных двигателей с повышенным критическим скольжением обычно кратность пускового тока Кiп= 6 или требуется более сильно ограничить пусковой ток, то приходится применять специальные способы пуска. У двигателей с короткозамкнутым ротором это в основном способы пуска при пониженном напряжении питания. Недостатком способов пуска при пониженном напряжении является то, что пропорционально квадрату фазного напряжения уменьшается пусковой момент.

Реверсирование двигателя. Изменение направления вращения ротора осуществляется изменением направления вращения поля статора. Для этого достаточно поменять местами выводы двух любых фаз.

Торможение двигателя. Для быстрой остановки двигателя могут применяться различные способы электрического торможения: рекуперативное, торможение противовключением и динамическое торможение.

Читать еще:  Характеристики многоскоростного асинхронного двигателя

Рекуперативное торможение происходит при работе асинхронной машины в режиме генератора параллельно с сетью, т.е. при &#9692 > &#9691. На практике этот режим встречается редко,в основном при переходе с высших угловых скоростей на низшие, например, при изменении числа пар полюсов или частоты напряжения питания.

Торможение противовключением происходит в том случае, когда магнитное поле статора вращается в одном направлении, а ротор в противоположном. При этом угловая скорость ротора и создаваемый двигателем момент имеют противоположные знаки.

Динамическое торможение осуществляется отключением обмотки статора от сети переменного тока и подключением к сети постоянного тока. Возникает неподвижное поле статора, которое наводит ЭДС и токи во вращающемся роторе. В результате взаимодействия этих токов с полем статора создается тормозной момент.

Регулирование скорости. Трехфазные асинхронные двигатели используют в основном в приводах, не требующих широкого регулирования угловой скорости ротора. Однако в последнее время расширяется применение этих дешевых и надежных двигателей и в регулируемом электроприводе, в том числе в станках с числовым программным управлением. Основные способы регулирования угловой скорости ротора основаны на изменении скорости поля за счет изменения частоты напряжения питания или числа полюсов, т.к.
&#9692=(1 — s)&#9691=(1-s)(2&#960f1/pм). (3.7)

Изменение числа пар полюсов рм позволяет дискретно регулировать &#9692. Для реализации этого способа требуется либо укладывать на статоре несколько обмоток с различным рм, либо выполнять одну обмотку из секций, выведенных на коммутатор. Основным недостатком способа регулирования является ступенчатый характер изменения угловой скорости, число ступеней скорости не превышает 3&#247 4.

Регулирование скорости в ограниченном диапазоне возможно также за счет изменения амплитуды напряжения питания, а у двигателей с контактными кольцами – изменения добавочного сопротивления в цепи ротора.

Что называется критическим скольжением асинхронного двигателя

Вращающие моменты асинхронной машины

Электромагнитный момент асинхронной машины создается взаимодействием тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным потоком и пропорционален электромагнитной мощности

где — угловая скорость вращения магнитного потока.

Из приведенного выражения видно, что электромагнитный момент пропорционален мощности электрических потерь в обмотке ротора.

Из Г-образной схемы замещения ток в рабочем контуре равен

Формула электромагнитного момента принимает следующий вид

Значения параметров схемы замещения асинхронной машины при изменениях нагрузки остаются практически неизменными, как и напряжение на фазе обмотки U1 и частота f1.

Поэтому можно сделать выводы: электромагнитный момент при любом значении скольжения пропорционален фазному напряжению в квадрате (фазному току ротора в квадрате); электромагнитный момент тем меньше, чем больше такие параметры схемы замещения, как , , .

Рассмотрим зависимость электромагнитного вращающего момента от скольжения при , и постоянных параметрах схемы замещения, (рис.2.12). Эта зависимость называется механической характеристикой асинхронной машины.

При значениях скольжения s=0 и электромагнитный момент M=0. Механическая характеристика имеет два экстремума, и максимальный момент асинхронной машины в генераторном режиме несколько больше, чем в двигательном ( ).

Величина критического скольжения , соответствующего максимальному моменту, получается из первой производной выражения для электромагнитного момента, приравненной нулю:

Подставив выражение критического скольжения в формулу электромагнитного момента, получим выражение максимального электромагнитного момента

где знак (+) соответствует двигательному, а знак (-) – генераторному режиму работы асинхронной машины.

Электромагнитный момент достигает максимального значения при , и далее, несмотря на увеличение , момент уменьшается, т.к. ток становится все более индуктивным ( ). Как отмечалось ранее, величину М определяет активная составляющая тока , которая сначала растет с увеличением при увеличении s, а затем, несмотря на увеличение — уменьшается. Следует также учитывать, что с увеличением падение напряжения в обмотке статора увеличивается и как следствие несколько уменьшается ЭДС Е1 и поток Ф.

Для асинхронных машин общего назначения , и поэтому, пренебрегая величиной r1, получим упрощенные выражения критического скольжения и максимального электромагнитного момента

У асинхронных двигателей общего назначения ; кратность максимального момента — определяет перегрузочную способность двигателя.

Выражение максимального электромагнитного момента позволяет сделать следующие выводы: максимальный электромагнитный момент не зависит от активного сопротивления обмотки ротора, пропорционален фазному напряжению в квадрате (результирующему магнитному потоку машины в квадрате), обратно пропорционален индуктивным сопротивлениям рассеяния обмоток статора и ротора.

Для анализа работы асинхронного двигателя воспользуемся механической характеристикой , представленной на рис.2.13. При включении двигателя в сеть магнитный поток статора, не обладая инерцией, сразу же начинает вращение с синхронной частотой n1, а ротор двигателя под влиянием сил инерции в начальный момент пуска остается неподвижным (n=0) и скольжение s=1.

Выражение начального пускового электромагнитного момента асинхронного двигателя

Под действием этого момента начинается вращение ротора двигателя, при этом скольжение уменьшается, а вращающий момент возрастает в соответствии с характеристикой . При критическом скольжении Sкр момент достигает максимального значения МM. С дальнейшим нарастанием частоты вращения момент М начинает уменьшаться, пока не достигнет значения, равного сумме противодействующих моментов, приложенных к ротору двигателя: момента холостого хода M0 и полезного нагрузочного момента М2 ( — статический момент).

Следует учесть, что при скольжениях, близких к единице (пусковой режим двигателя), параметры схемы замещения заметно изменяют свои значения. Причинами этого являются: усиление магнитного насыщения зубцовых слоев статора и ротора (уменьшаются индуктивные сопротивления рассеяния и ), эффект вытеснения тока в стержнях ротора (увеличение активного сопротивления и уменьшение ). Расчет пусковых характеристик проводится по соответствующим параметрам схемы замещения.

Статический момент MСТ равен сумме противодействующих моментов при равномерном вращении ротора ( ). При номинальной нагрузке двигателя установившийся режим работы двигателя определяется на механической характеристике точкой с координатами и s=sH.

Анализ механической характеристики показывает, что устойчивая работа асинхронного двигателя возможна при скольжениях меньше критического ( ), т.е. на участке ОА механической характеристики. Именно на этом участке изменение нагрузки на валу двигателя сопровождается соответствующим изменением электромагнитного момента.

Когда двигатель работает при номинальной нагрузке, то имеет место равенство моментов . Если произошло увеличение полезного нагрузочного момента до значения , то равенство моментов нарушится и частота вращения ротора начинает убывать (скольжение будет увеличиваться). Это приведет к росту электромагнитного момента до значения (точка В), и режим работы двигателя вновь станет установившимся. Если же двигатель работал при номинальной нагрузке и произошло уменьшение полезного нагрузочного момента до значения , то равенство моментов вновь нарушится, но теперь частота вращения ротора начнет возрастать (скольжение будет уменьшаться). Это приведет к уменьшению электромагнитного момента М до значения (точка С), устойчивый режим работы будет вновь восстановлен, но уже при других значениях М и s.

Читать еще:  Чем опасен конденсат в двигателе

Работа асинхронного двигателя становится неустойчивой при скольжениях . Если электромагнитный момент двигателя , а скольжение , то даже незначительное увеличение нагрузочного момента приведет к уменьшению электромагнитного момента М. За этим последует дальнейшее увеличение скольжения до тех пор, пока оно не достигнет значения s=1, т.е. пока ротор двигателя не остановится.

Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей

Регулирование частоты вращения двигателей определяется в соответствии с требованиями технологических процессов и тех производственных механизмов, в которых они используются. Оно характеризуется следующими основными показателями.
Диапазон регулирования Д (предел изменения частоты вращения). Под этой величиной понимается отношение максимальной частоты вращения двигателя к его минимальной частоте вращения.
Плавность регулирования, которая характеризуется минимальным скачком частоты вращения двигателя при переходе с одной механической характеристики на другую.
Направление возможного изменения частоты вращения двигателя (зона регулирования).
При номинальных условиях работы (напряжении и частоте питающей сети) двигатель имеет естественную механическую характеристику. При регулировании частоты вращения соответствующие им характеристики будут отличаться от естественной. Эти характеристики носят название искусственных (регулировочных) характеристик. С помощью одних методов регулирования удается получить искусственные характеристики, располагающиеся только ниже естественной. Другие методы обеспечивают регулирование частоты вращения выше и ниже естественной характеристики. Экономичность регулирования определяется по дополнительным капитальным затратам, необходимым при создании регулировочных устройств, а также по потерям электроэнергии при регулировании.

Следует отметить, что в ряде случаев, например для механизмов, работающих сравнительно малое время на искусственных характеристиках, потери электроэнергии даже при неэкономичных способах регулирования будут невелики (работа на низких доводочных скоростях лифтов, кранов и др.). При этом более рационально применение простых и дешевых способов регулирования частоты вращения двигателей, даже и неэкономичных с точки зрения потребления энергии.

Допустимая нагрузка двигателя при работе его на регулировочных характеристиках ограничивается величинами токов в статорной и роторных цепях. Эта нагрузка определяется допустимым нагревом двигателя и во многом определяется механическими характеристиками производственных механизмов, моментом сопротивления на валу, моментом инерции двигателя и механизма и т. д.

Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей может производиться способом воздействия на него со стороны статора или со стороны ротора. Все три способа нашли широкое применение на практике. Рассмотрим эти способы подробнее.

Регулирование частоты вращения изменением частоты питающей сети является наиболее экономичным способом регулирования и позволяет получить хорошие механические характеристики электропривода. При изменении частоты питающей сети обеспечивается изменение частоты вращения магнитного поля асинхронного двигателя. Источник питания двигателя должен осуществлять преобразование напряжения стандартной частоты сети 50 Гц в напряжение с требуемой частотой. Одновременно с изменением частоты должна регулироваться по определенному закону и величина подводимого к двигателю напряжения, чтобы обеспечить высокую жесткость механической характеристики и требуемую перегрузочную способность двигателя. При регулировании частоты вращения асинхронных двигателей изменением частоты питающей сети можно обеспечить различные режимы работы: с постоянным вращающим моментом; с постоянной мощностью на валу; с моментом, пропорциональным квадрату частоты.

Зависимости между регулируемыми напряжением и частотой с учетом влияния активного сопротивления статора, изменения жесткости механических характеристик, насыщения стали, ухудшения теплоотдачи на низких частотах вращения ротора двигателя имеют довольно сложный характер. В качестве источника питания могут применяться электромашинные вращающиеся преобразователи, использующие электрические машины, или статические преобразователи частоты на полупроводниковых приборах, которые серийно выпускает промышленность. Положительным свойством частотного регулирования является возможность плавного регулирования в широком диапазоне в обе стороны от естественной характеристики (в том числе возможно вращение двигателя с частотой, большей номинальной). При регулировании обеспечивается жесткость характеристик и высокая перегрузочная способность. Однако в ряде случаев в приводах металлообрабатывающих станков, электрошпинделей, мощных воздуходувок и других механизмов частотное регулирование является наиболее приемлемым.

Регулирование частоты вращения изменением числа полюсов в обмотке статора обеспечивается благодаря изменению частоты вращения магнитного поля статора. При неизменной частоте питающей сети частота вращения магнитного поля и определяемая ею частота вращения ротора изменяются обратно пропорционально числу полюсов. Так как число полюсов, фиксированное ступенями, может быть равно 2, 4, 6, 8, 10 и т. д., что при частоте питающей сети, равной 50 Гц, соответствует синхронной частоте вращения 3000, 1500, 1000, 750, 600 об/мин и т. д., то указанным способом может быть обеспечено только ступенчатое регулирование.

Кроме двухскоростных асинхронных двигателей нашли применение трехскоростные и четырехскоростные двигатели. В трехскоростных двигателях размещаются одна переключаемая и одна непереключаемая обмотка, а в четырехскоростных — две переключаемые обмотки, позволяющие получить четыре синхронные частоты вращения, например 3000/1500/1000/500 об/мин. Двигатели с переключением числа пар полюсов, как правило, имеют короткозамкнутый ротор с обмоткой типа беличьей клетки. Такой ротор обеспечивает возможность работы без дополнительных пересоединений в его цепи. В случае фазного ротора в многоскоростных двигателях потребовалось бы производить переключения одновременно на статоре и роторе, что усложнило бы конструкцию ротора и эксплуатацию таких машин. К положительным показателям многоскоростных асинхронных двигателей следует отнести экономичность и относительно большой диапазон регулирования частоты вращения ротора. Недостатком данного способа регулирования является указанная выше невозможность плавного изменения частоты вращения.

Как отмечалось, в рамках единой общепромышленной серии асинхронных двигателей 4А выпускается модификация многоскоростных двигателей, предназначенных для работы на двух, трех или четырех скоростях. Регулирование частоты вращения изменением скольжения является одним из простых способов регулирования. В то же время при изменении (увеличении) скольжения изменяются (увеличиваются) потери в обмотке ротора, что приводит к уменьшению КПД при регулировании.

Регулирование скольжения можно осуществлять как со стороны статора, так и со стороны ротора. Естественно, что во втором случае ротор должен быть фазным и иметь выведенную на контактные кольца обмотку. При регулировании со стороны статора изменяют приложенное к его обмотке напряжение. Увеличение напряжения сверх номинального приводит к насыщению магнитной цепи двигателя и потому не применяется.

Для регулирования частоты вращения уменьшают напряжение питания. При этом развиваемый двигателем момент изменяется пропорционально квадрату напряжения и соответственно изменяются механические характеристики двигателя, в результате чего изменяются и значения рабочих скольжений. При регулировании со стороны ротора в основном применяется реостатное регулирование частоты вращения путем введения в цепь обмотки ротора добавочных активных сопротивлений (резисторов). При этом важно заметить, что изменение в широких пределах частоты вращения двигателя при данном способе регулирования не повлечет за собой изменения максимального (критического) момента. Таким образом, перегрузочная способность двигателя при регулировании не снижается.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector