асинхронных двигателей с вентиляторным моментом на валу изменением напряжения питающей сети (U c = var)
Из всех существующих способов изменения напряжения, подводимого к статору асинхронного двигателя, наибольшее распространение получили регуляторы напряжения на базе полупроводниковых приборов с фазовым управлением.
Преимущество рассматриваемых электроприводов в том, что они ориентированы на работу с асинхронными короткозамкнутыми электродвигателями.
Вариант схемы, получившей наибольшее распространение, представлен на рис.8.
Рис 8. Схема АД с регулятором напряжения в цепи статора
(U c = var)
Регулировочные характеристики для первой гармоники питающего напряжения в разомкнутой и замкнутой по частоте вращения схемах приведены на рис.9.
В разомкнутой системе зона устойчивой работы лежит в пределах, ограниченных скольжениями от s ном до s кр(s кр – критическое скольжение механической характеристики АД). Наличие зоны неустойчивой работы существенно ограничивает диапазон регулирования.
Рис.9. Pегулировочные характеристики с U c = var:
U p1, U p2, …- характеристики АД в разомкнутой системе
регулирования; U з1, U з1, U з1− характеристики АД
в замкнутой системе регулирования
Проблема расширения диапазона регулирования решается путем перехода к замкнутой САР с использованием отрицательной обратной связи по скорости (рис.9).
При выборе мощности асинхронного двигателя, работающего с регулятором напряжения, следует иметь в виду, что потери скольжения сосредоточены в роторе короткозамкнутого двигателя, а их значение не должно превосходить номинальные потери в роторе, т.е.
.
Как известно потери скольжения при регулировании частоты вращения асинхронных электродвигателей с вентиляторной нагрузкой и неизменной синхронной скоростью (ω с =const) имеют вид кривых (рис 10) с экстремумом в точке , значение которого определяется по формуле
.,
Здесь k –показатель степени связывающий момент на валу насоса и скорость вращения
.,
Рис. 10 Потери в роторе АД при U c = var |
В связи с этим следует при выборе мощности двигателя рассматривать два варианта решения поставленной задачи:
в первом случае диапазон регулирования частоты вращения лежит в пределах
(зона 1-2 на рис.10).
В пределах этой зоны номинальные потери скольжения асинхронного двигателя сравниваются с потерями скольжения, соответствующими минимальной частоте вращения в указанном диапазоне регулирования
Если же диапазон регулирования выходит за пределы частоты вращения , номинальные потери асинхронного двигателя следует сравнивать с максимальными потерями скольжения
Учитывая, что , а выражение для максимальных потерь имеет вид
,
то выражение для выбора мощности двигателя представляется в виде
,
где Р н. ном − мощность, рассчитанная по характеристикам насоса.
Анализ выражения показывает, что превышение мощности электродвигателя по сравнению с мощностью на валу зависит от номинального скольжения S ном электродвигателя и показателя степени k кривой статического момента.
Рис.11 К выбору мощности асинхронного двигателя при U c=var |
Коэффициенты превышения мощности kр для различных значений k и S н, приведены на рис.11.
На практике регуляторы напряжения для целей регулирования частоты вращения находят весьма ограниченное применение, так как требуют завышения мощности двигателя в 1,5-5 раз.
Однако рассматриваемые электроприводы нашли широкое применение для управления пусковыми режимами асинхронных и синхронных двигателей механизмов с вентиляторной характеристикой.