Регулювання частоти обертання асинхронного двигуна, електротехніка

Регулювання частоти обертання асинхронного двигуна

Загальні відомості. Технологічний процес часто вимагає зміни частоти обертання виконавчого механізму. З цією метою широко застосовуються коробки швидкостей, які ускладнюють кинематику дроти, викликають вібрацію системи і збільшують інерційність приводу. Для підвищення точності обробки та збільшення продуктивності доцільно використовувати регулювальні властивості двигунів. В асинхронних двигунах частота обертання визначається з рівності

З цієї рівності випливає, що змінювати п можна трьома способами: зміною частоти f1, числа пар полюсів р і ковзання s. Частоту обертання ротора в принципі можна регулювати зміною напруги живлення U1. Однак зі збільшенням U1 з'являється небезпека перевищення допустимої температури нагріву двигуна, а зі зменшенням U1 зменшується перевантажувальна здатність двигуна.

Регулювання зміною частоти (частотноерегулірованіе). Цим способом зміна частоти обертання ротора п здійснюється за рахунок зміни частоти напруги живлення f1. Це можливо тому, що ковзання в номінальному режимі складає всього 2-8%.

Для зміни частоти f1 можуть застосовуватися машинні і напівпровідникові (тиристорні) перетворювачі. На рис. 3.36 показана схема машинного перетворювача. Асинхронний двігатеь АТ з постійною частотою обертає генератор постійного струму Г, що працює в системі генератор - двигун. Генератор Г живить двигун Д постійного струму, частота обертання якого регулюється струмом збудження генератора Г і двигуна Д.

Двигун обертає з різними частотами синхронний генератор СГ, частота вихідної напруги якого f1 = n1p / 60 змінюється. В результаті АТ змінює частоту обертання робочого механізму. Цей спосіб дозволяє плавно змінювати частоту обертання АД. Недоліками способу є висока вартість перетворювача, низький ККД установки через багаторазове перетворення енергії, порівняно невеликий діапазон регулювання.

Частотне тиристорне регулювання. Значно більший ефект при частотному регулюванні досягається застосуванням тиристорних перетворювачів. На рис. 3.37 показана схема такого регулювання. Тиристорний перетворювач ТП харчується від трифазної мережі з постійними значеннями напруги U1 і частоти f1.

Для автоматизації процесу регулювання необхідно додатково мати блок завдання частоти БЗЧ і блоки управління напругою УН і частотою УЧ.

Для підтримки точного значення швидкості доцільно мати зворотний зв'язок по частоті з виходу АТ на блок завдання частоти.

Регулювання зміною числа полюсів.

Асинхронний двигун не має явно виражених полюсів і тому його число полюсів залежить від схеми з'єднання котушок в обмотках кожної фази статора.

Якщо, наприклад, обмотка фази складається з двох котушок, то при їх послідовному з'єднанні число пар полюсів р = 2, а при паралельному з'єднанні р = 1. Початки і кінці котушок виводяться на клеми щитка, так що перемикання котушок можна робити на працюючому двигуні. Можна розмістити в пазах статора дві незалежні обмотки, кожна з яких створює різну кількість пар полюсів, наприклад, р = 1 і р = 2.

Одна з обмоток може, наприклад, з'єднуватися в одинарну зірку, а інша - в подвійну зірку (рис. 3.38, а і б). Можна також перемикати трикутник в подвійну зірку (рис. 3.39, а і б).

В результаті двигун буде трехскоростной. В принципі можна розмістити на статорі дві обмотки, кожна з яких має дві швидкості, така машина буде чотиришвидкісною. Однак розміщення декількох обмоток збільшує габарити і вартість машини. Тому краще застосовувати одну обмотку з перемиканням на чотири швидкості. При цьому можна отримати синхронні швидкості 3000/1500/1000/500 або 1500/1000/750/500 об / хв або інші комбінації.

Регулювання зміною числа полюсів є ступінчастим регулюванням. Механічні характеристики при різному числі пар полюсів показані на рис. 3.40. Цей спосіб регулювання економічний, робоча частина характеристик жорстка, але даний спосіб застосовується лише у випадках, які не потребують плавного регулювання, наприклад в верстатах, де ступеневу регулювання застосовується з метою зменшення числа ступенів в коробках швидкостей, вентиляторах, насосах і ін.

Регулювання частоти обертання зміною напруги, що підводиться. При зменшенні напруги U момент двигуна зменшується пропорційно U2. У зв'язку з цим змінюються механічні характеристики, зменшується критичний момент Mк, при постійному моменті опору збільшується ковзання і зменшується частота обертання ротора.

Зменшувати напругу U можна включенням в ланцюг статора реостатов (рис. 3.41, а), автотрансформаторів (рис. 3.41,6) або регульованих дроселів (рис. 3.41, в). При включенні реостатов в них втрачається значна потужність (RI2).

Автотрансформатори дають можливість регулювати частоту обертання лише вручну.

Регульовані дроселі дозволяють автоматизувати цей процес, для чого їх ланцюг

подмагничивания включається в систему автоматичного регулювання.

Даний метод застосовується тільки у двигунів малої потужності, так як при цьому способі регулювання зменшується ККД двигуна, зменшується критичний момент, а діапазон регулювання порівняно невеликий.

Регулювання зміною опору ланцюга ротораR2 (реостатне регулювання). Цей метод можна застосовувати тільки для двигунів з фазним ротором. Таке регулювання пов'язане зі зміною ковзання s відповідно до залежності п = п1 (1 - s).

З формул (3.26) і (3.28) випливає, що зі збільшенням R2 кут нахилу механічної характеристики збільшується, а критичний момент залишається постійним (Mк = const).

На рис. 3.42 представлено сімейство характеристик п (М) при різних R2. Якщо момент навантаження Mc = const, то частота обертання n зі збільшенням R2 падає, а ковзання збільшується.

Цей спосіб регулювання має ряд недоліків: додаткові втрати енергії в реостате, механічні характеристики стають м'якими, відносно малий діапазон регулювання.