Способы регулирования частоты вращения АД

Наряду с использованием ЭП постоянного тока в последние годы с развитием полупроводниковой техники все большее внимание уделяется применению ЭП с АД (короткозамкнутый, фазный …) в различных системах регулирования. Для установок большой мощности в безредукторных, тихоходных ЭП экономически оправданный оказывается также регулируемый, синхронный двигатель.

Применение двигателей переменного тока обусловлено их простотой, дешевизной, высокой надежностью, существенно (в 2..3 раза) меньшими габаритами и массой по сравнению с двигателями постоянного тока. Кроме того, некоторые способы регулирования ω не требуют специальных преобразовательных устройств.

Наиболее распространенные способы регулирования:

1) напряжением на статоре;

2) сопротивлениями в статорной или роторной цепях;

3) частотой питающего тока;

4) переключением полюсов;

что следует из выражений

,

.

Напряжение на АД изменяют с помощью любого регулятора напряжения. Синхронная частота вращения и критическое скольжение S_к тока при этом не изменяется, но изменяется критический момент (рисунок 6).

		Рисунок 6 – Механические характеристики АД при регулировании частоты вращения АД напряжением питания

Применение данного способа ограниченно, т.к. уменьшается перегрузочная способность АД (при снижении напряжения на 10% момент уменьшается в 0,9²=0,81). Кроме того, для реализации необходим АД с повышенным сопротивлением ротора или АД с фазным ротором. Данный способ хорошо реализуется лишь на вентиляторной характеристике рабочей машины.

Частота питающего тока прямопропорциональна частоте вращения,

но с частотой для регулирования частоты вращения необходимо изменять и напряжение питания двигателя.

Закон изменения напряжения при этом зависит от характера момента нагрузки М_с.

При М_с=const, U должно регулироваться пропорционально его частоте .

Для вентиляторной характеристики рабочей машины

.

При моменте нагрузки, обратно-пропорциональном скорости

.

Более подробно законы регулирования и средства реализации частотных регуляторов рассмотрены в лекции №15.

		Рисунок 7 – Семейство механических характеристик АД при регулировании частоты вращения частотой питающего тока

В области частот ниже 50 Гц АД имеет постоянную перегрузочную способность, т.е. М_к=const (в области самых малых скоростей несколько снижается).

В области частот выше 50 Гц момент критический снижается.

Число пар полюсов.

Что следует из выражения

,

где р- число пар полюсов.

Число пар полюсов - целое число, регулировка осуществляется ступенчато. Данный способ очень актуален для АД с короткозамкнутым ротором.

Данный способ может быть реализован только при использовании специальных АД, получивших название многоскоростных. Особенностью этих двигателей является статорная обмотка, состоящая из двух одинаковых секций (полуобмоток), используя разные схемы соединения которых можно изменять число пар полюсов.

Наиболее часто применяются две схемы переключения статорных обмоток многоскоростного АД:

- с треугольника на двойную звезду;

- со звезды на двойную звезду.

Звезда – двойная звезда.

В этом случае низкая скорость (большее число пар полюсов) соответствует схеме соединения обмоток в одинарную звезду р=2 при переключении на двойную звезду количество пар полюсов уменьшается в двое (р=1). Характеристики данного полюсопереключаемого АД представлены на рисунке 8.

Рисунок 8 – Механические характеристики полюсопереключаемого АД (одинарная звезда – двойная звезда)

Диапазон регулирования полюсопереключаемых АД находится в пределах 6:1 (3000…500 мин^-1). Механические характеристики многоскоростных АД отличаются хорошей жесткостью и достаточной перегрузочной способностью.

Сопротивление в роторных, статорных цепях.

Включение добавочных сопротивлений в цепь статора применяется главным образом для регулирования (ограничения) в переходных процессах тока и момента АД с короткозамкнутым ротором. Искусственные характеристики мало пригодны для регулирования скорости, так как обеспечивают небольшой диапазон регулирования, малую перегрузочную способность и жесткость характеристик, а также низкую экономичность.

Семейство характеристик аналогично характеристикам при регулировании частоты вращения АД питающим напряжением.

Применение добавочных сопротивлений в цепях ротора асинхронных электродвигателей с фазным ротором, наоборот находит очень широкое применение (рис.9) не только для ограничения пусковых токов, но и для регулирования частоты вращения ротора.