Какими способами можно регулировать частоту вращения асинхронных короткозамкнутых двигателей. Нарисуйте механические характеристики для этих способов.

а) Регулирование координат с помощью резисторов в цепи статора

Схема, позволяющая регулировать координаты АД за счет добавочных резисторов в цепи статора, приведена на рис. 4.8, а.

Рис. 4.8. Регулирование координат АД с помощью резисторов в цепи статора:

а — схема; б — механические характеристики

Схема рис. 4.8, а соответствует симметричному включению добавочных резисторов во все три фазы статора. Помимо такой схемы используется включение резистора в одну фазу, что позволяет получить примерно такие же характеристики двигателя при уменьшении количества регулирующих элементов.

Получаемые при этом искусственные характеристики приведены на рис. 4.8, б.

Искусственные характеристики рис. 4.8, б мало пригодны для регулирования скорости АД: они обеспечивают небольшой диапазон изменения скорости; жесткость характеристик АД и его перегрузочная способность, характеризуемая критическим моментом, по мере увеличения R_1Д снижаются; способ отличает и низкая экономичность.

В силу этих недостатков регулирование скорости АД с помощью активных резисторов в цепи его статора применяется редко. Этот способ обычно используется для ограничения токов и моментов АД с короткозамкнутым ротором в различных переходных процессах — при пуске, реверсе и торможении.

б) Регулирование скорости АД изменением числа пар полюсов

Этот способ используется для регулирования скорости многоскоростных АД с короткозамкнутым ротором. Возможность получения искусственных характеристик АД данным способом, и следовательно, регулирования его скорости, непосредственно следует из выражения для угловой скорости магнитного поля АД ω₀= 2πf₁ / p.

Изменение числа пар полюсов АД р производится за счет переключений в обмотке статора, при этом число пар полюсов короткозамкнутого ротора изменяется автоматически. Так как количество полюсов АД может быть равным только целому числу - 1, 2, 3 и т. д., то следовательно, данный способ обеспечивает только ступенчатое регулирование скорости. Двигатели, допускающие регулирование скорости этим способом, получили название многоскоростных.

Изменение числа полюсов АД достигается, когда на статоре АД располагаются две (или больше) не связанные друг с другом обмотки, имеющие разное число пар полюсов, такие АД получили название многообмоточных.

Широкое распространение получил другой тип многоскоростных АД, у которых изменение числа пар полюсов вращающегося магнитного поля достигается за счет изменения схемы соединения статорной обмотки АД. Для этого каждая фаза статора разделена на несколько одинаковых частей (чаще всего на две части) и имеет от них соответствующее число выводов.

Рассмотрим схемы соединения статора и механические характеристики АД для этих случаев.

Треугольник — двойная звезда. Для получения большего числа пар полюсов р₁ секции каждой фазы статора включены в треугольник согласно, т. е. так, как это показано на рис. 4.10, а, где A_1Н и A_2Н - начала соответственно первой и второй секций фазы А; A_1К и A_2К - их концы. Обозначения для выводов секций фаз B и С, схемы включения которых аналогичны схемам фазы А, опущены. Соединение секций по схеме рис. 4.10, б, как отмечалось выше, вызовет уменьшение в 2 раза числа пар полюсов АД. Схема рис. 4.10, б получила название двойной звезды.

Рис. 4.10. Соединение обмоток статора в треугольник (а), двойную звезду (б) и механические характеристики при схемах треугольник — двойная звезда (Δ—YY) (в)

Звезда — двойная звезда. В этой схеме меньшей угловой скорости АД соответствует соединение обмоток статора, показанное на рис. 4.11, с. Секции фаз статора соеди-

Р и с. 4.11. Соединение обмоток статора в звезду (а) и механические характеристики двигателя при схемах звезда—двойная звезда (б)

нены в этой схеме также последовательно и согласно и образуют при подключении АД к сети систему р₁ пар полюсов вращающегося магнитного поля, которой соответствует синхронная скорость ω₀. Переключение на двойную звезду осуществляется по схеме на рис. 4.10, б, при этом число пар полюсов станет p₂= p₁ / 2.

Получаемые механические характеристики такого двухскоростного АД изображены на рис. 4.11,6.

В отличие от рассмотренной выше схемы переключения треугольник — двойная звезда, в которой регулирование скорости АД осуществляется при постоянной мощности нагрузки на его валу, в этой схеме изменение скорости может осуществляться при постоянном моменте нагрузки М_с.

Помимо рассмотренных двухскоростных АД применяются также трех- и четырехскоростные АД. Первые из них помимо переключаемой обмотки статора, выполняемой аналогично рассмотренной выше, имеют также и одну непереключаемую обмотку. Четырехскоростные АД с различным числом пар полюсов p₁, p₂, p₃, р₄ позволяют получить четыре различные механические характеристики.

Рассматриваемый способ регулирования скорости характеризуется рядом положительных показателей, что определяет широкое его применение в регулируемом электроприводе переменного тока. К ним в первую очередь следует отнести экономичность регулирования, так как регулирование скорости изменением числа пар полюсов не сопровождается выделением в роторной цепи больших потерь энергии скольжения, вызывающих излишний нагрев АД и ухудшающих его КПД.

в) Регулирование скорости АД путём изменения напряжения на статоре

Одним из возможных способов регулирования координат АД является изменение напряжения на выводах его статора, при этом частота такого напряжения постоянна и равна частоте сети переменного тока. На рис. 4.13, а приведена схема электропривода при реализации этого способа. Между выводами питающей сети и статора АД включен преобразователь напряжения, при использовании которого может изменяться напряжение, подводимое к статору АД.

Рис. 4.13. Регулирование координат АД изменением напряжения на статоре:

а — схема; б — механические характеристики

г) Регулирование скорости АД путём изменения частоты питающего напряжения

Частотный способ является одним из наиболее перспективных и широко используемых в настоящее время способов регулирования скорости АД. Принцип его заключается в том, что, изменяя частоту f₁ питающего АД напряжения, можно в соответствии с выражением ω₀= 2πf₁/p изменять его синхронную скорость ω₀, получая тем самым различные искусственные характеристики. Этот способ обеспечивает плавное регулирование в широком диапазоне, получаемые характеристики обладают высокой жесткостью. Частотный способ к тому же отличается и еще одним весьма важным свойством: при регулировании скорости АД не происходит увеличения его скольжения, как это имеет место, например, при реостатном регулировании. Поэтому при этом способе регулирования потери скольжения, определяемые по (4.15), оказываются небольшими, в связи с чем частотный способ наиболее экономичен.

На рис. 4.18, а приведены механические характеристики АД при выполнении соотношения (4.32). Для частот ниже номинальной (f₁_i < f_НОМ) критический момент АД постоянен, что обеспечивает неизменную перегрузочную способ-

Рис. 4.18. Механические характеристики при частотном регулировании

координат АД: а — расчетные, б — практические

ность двигателя. При частотах выше номинальной (f₁_i > f_НОМ), когда по техническим условиям напряжение на статоре не может быть повышено сверх номинального, критический момент АД снижается.

Рис. 4.19. Схема асинхронного электропривода при частотном регулировании