Регулирование скорости вращения двигателей переменного тока

 

Практика показывает, что во многих случаях, когда требуется получить глубокое и плавное регулирование скорости, применяют электроприводы постоянного тока. Использование таких двигателей даёт выгодное соотношение общей стоимости электропривода и его функциональных характеристик, поскольку именно двигатели постоянного тока позволяют более простыми средствами осуществить качественное регулирование скорости. Однако при использовании двигателей постоянного тока необходимо преобразовывать переменный ток в постоянный. Это преобразование всегда связано с потерями энергии и увеличением капитальных затрат на преобразовательную установку. Поэтому в ряде регулируемых установок применяют двигатели переменного тока, более простые, дешёвые, надёжные и экономичные в эксплуатации.

Чаще всего применяются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, реже асинхронные двигатели с контактными кольцами, иногда коллекторные двигатели переменного тока.

Синхронные двигатели широко используются в промышленных установках средней и большой мощности, не требующих регулирования скорости вращения. Хотя принципиально имеется возможность регулирования скорости вращения синхронных электродвигателей изменением частоты, однако, как правило, синхронные двигатели должны быть отнесены к числу нерегулируемых.

Наибольшее применение получили следующие способы регулирования скорости вращения асинхронного двигателя:

а) введением сопротивления в цепь ротора;

б) изменением числа пар полюсов;

в) изменением частоты питающего напряжения;

г) каскадным включением асинхронного двигателя с другими машинами или вентильными преобразователями.

Для целей регулирования скорости, кроме упомянутых, могут быть использованы некоторые специальные способы включения электрических двигателей: импульсное регулирование, регулирование с помощью дросселей насыщения и другие.

 

5.1. Регулирование скорости вращения асинхронного двигателя ведением сопротивления в цепь ротора.

 

Введение сопротивления в цепь ротора (реостатное регулирование) позволяет, как и у двигателей постоянного тока, регулировать скорость вращения двигателя. Плавность регулирования зависит от числа ступеней включаемого сопротивления. Регулирование осуществляется вниз от основной скорости, причём лучшее использование двигателя достигается при регулировании с постоянным моментом. Диапазон регулирования непостоянен и зависит от нагрузки. Жёсткость характеристик значительно уменьшается по мере снижения скорости, что ограничивает диапазон регулирования до (2÷3) : 1. Недостатком этого способа регулирования являются также значительные потери энергии.

Более благоприятным в отношении потерь энергии является реостатное регулирование скорости при вентиляторном моменте нагрузки, когда подводимая мощность значительно уменьшается по мере снижения скорости. Поэтому такой способ регулирования находит более широкое применение в приводах с вентиляторным моментом нагрузки, а также в механизмах с повторно-кратковременным режимом работы, как, например, в крановых устройствах.

 

5.2. Регулирование скорости вращения асинхронного двигателя изменением числа полюсов.

 

Синхронная угловая скорость асинхронного электродвигателя зависит от частоты f₁ питающего напряжения и от числа пар полюсов статора p:

или синхронная скорость вращения

, об/мин.

Поэтому числом пар полюсов можно регулировать скорость вращения двигателя.

У двигателей с переключением числа полюсов обмотка каждой фазы состоит обычно из двух одинаковых частей, в одной из которых изменяется направление тока путём переключения этих частей с последовательного на параллельное соединение. Такое переключение (рис. 7.1) приводит к уменьшению числа полюсов вдвое и, следовательно, к увеличению вдвое синхронной скорости машины.

 

 

Рисунок.5.1. Схема переключения обмоток статора с последовательного на параллельное соединение.

 

Практически присоединение обмоток производится переключением обмотки статора по схеме, приведённой на рисунке 7.2, где осуществлён переход от одиночной звезды к двойной, или по схеме, где произведено переключение с треугольника на двойную звезду.

Кроме двухскоростных двигателей, применяются трёхскоростные двигатели, имеющие дополнительно ещё одну не переключаемую обмотку, а также четырёхскоростные двигатели, в статоре которых обычно закладывается две независимые обмотки на разные числа полюсов, каждая из которых переключается по одной из указанных выше схем.

Двигатели с переключением полюсов выполняют с короткозамкнутым ротором.

Регулирование скорости вращения переключением полюсов является не плавным, а ступенчатым. Вместе с тем рассматриваемый способ регулирования является весьма экономичным и отличается механическими характеристиками, обладающие большой жёсткостью.

Благодаря своим преимуществам двигатели с переключением полюсов находят широкое применение там, где не требуется плавного регулирования скорости, например в некоторых металлорежущих станках в целях уменьшения количества механических передач. Они применяются также для вентиляторов, насосов, элеваторов в цементной, нефтяной и других отраслях промышленности.

Рисунок 5.2.Схемы переключения обмоток статора на двойную звезду.