Регулювання швидкості асинхронного двигуна

Найбільш поширені такі способи регулювання швидкості асинхронного мотора: зміна додаткового опору кола ротора, зміна напруги, що підводиться до обмотки статора, мотора зміна частоти живлячої напруги, також перемикання числа пар полюсів.

Регулювання частоти обертання асинхронного мотора методом введення резисторів в ланцюг ротора

Введення резисторів в ланцюг ротора призводить до підвищення втрат потужності і зниження частоти обертання ротора мотора за рахунок зростання ковзання, так як n = nо (1 - s).

З рис. 1 випливає, що при збільшенні опору в ланцюзі ротора при тому ж моменті частота обертання валу двигуна зменшується.

Твердість механічних характеристик істотно знижується зі зменшенням частоти обертання, що обмежує спектр регулювання до (2 - 3): 1. Недоліком цього методу є значні втрати енергії, які пропорційні ковзанню. Таке регулювання може бути тільки для мотора з фазним ротором.

Регулювання частоти обертання асинхронного мотора конфігурацією напруги на статорі

Зміна напруги, що підводиться до обмотки статора асинхронного мотора, дозволяє регулювати швидкість за допомогою відносно простих технічних засобів і схем управління. Для цього між мережею змінного струму зі стандартним напругою U1ном і статором електродвигуна включається регулятор напруги.

При регулюванні частоти обертання асинхронного мотора конфігурацією напруги, що підводиться до обмотки статора, критичний момент Мкр асинхронного мотора змінюється пропорційно квадрату підводиться до двигуна напруги Uрет (рис. 3), а ковзання від Uрег не залежить.

Мал. 1. Механічні властивості асинхронного мотора з фазним ротором при різних опорах резисторів, включених в ланцюг ротора

Мал. 2. Схема регулювання швидкості асинхронного мотора шляхом зміни напруги на статорі

Мал. 3. Механічні властивості асинхронного мотора при зміні напруги підводиться до обмоток статора

Якщо момент опору робочої машини більше пускового моменту електродвигуна (Мс > Мпуск), то движок не буде крутитися, тому потрібно запустити його при номінальній напрузі 17ном або на холостому ходу.

Регулювати частоту обертання короткозамкнутих асинхронних двигунів таким методом можна тільки при вентиляторному вдачу навантаження. Крім того, повинні використовуватися спеціальні електродвигуни з підвищеним ковзанням. Спектр регулювання маленький, до nкр.

Для конфігурації напруги використовують трифазні автотрансформатори і тиристорні регулятори напруги.

Мал. 4. Схема замкнутої системи регулювання швидкості тиристорний регулятор напруги - асинхронний двигун (ТРН - АД)

Замкнута схема керування асинхронним двигуном, виконаним за схемою тиристорний регулятор напруги - електродвигун дозволяє регулювати швидкість асинхронного мотора з підвищеним ковзанням (такі движки використовуються у вентиляційних установках).

Регулювання частоти обертання асинхронного мотора конфігурацією частоти напруги живлення

Тому що частота обертання магнітного поля статора nо = 60f / р, то регулювання частоти обертання асинхронного мотора можна створювати конфігурацією частоти напруги живлення.

Принцип частотного способу регулювання швидкості асинхронного мотора полягає в тому, що, змінюючи частоту напруги живлення, можна відповідно до вираженням при постійному числі пар полюсів р змінювати кутову швидкість nо магнітного поля статора.

Цей метод забезпечує плавне регулювання швидкості в широкому спектрі, а механічні властивості мають високу твердість.

Для отримання великих енергетичних характеристик асинхронних двигунів (коефіцієнтів потужності, корисної дії, перевантажувальної можливості) потрібно відразу з частотою змінювати і напругу, що підводиться. Закон конфігурації напруги залежить від характеру моменту навантаження Мс. При незмінному моменті навантаження напруга на статорі повинно регулюватися пропорційно частоті.

Схема частотного електроприводу наведена на рис. 5, а механічні властивості АД при частотному регулюванні - на рис. 6.

Мал. 5. Схема частотного електроприводу

Мал. 6. Механічні властивості асинхронного мотора при частотному регулюванні

Зі зменшенням частоти f критичний момент кілька зменшується в області малих частот обертання. Це пояснюється зростанням впливу активного опору обмотки статора при одночасному зниженні частоти і напруги.

Частотне регулювання швидкості асинхронного мотора дозволяє змінювати частоту обертання в діапазоні (20 - 30): 1. Частотний метод є найбільш перспективним для регулювання асинхронного мотора з короткозамкненим ротором. Втрати потужності при такому регулюванні невеликі, так як малі втрати ковзання.

Велика частина сучасних перетворювачів частоти побудовано за схемою подвійного перетворення. Вони складаються з наступних основних частин: ланки незмінного струму (некерованого випрямляча), силового імпульсного інвертора і системи управління.

Ланка незмінного струму складається з некерованого випрямляча і фільтра. Змінна напруга мережі живлення перетвориться в ньому в напругу постійного струму.

Силовий трифазний імпульсний інвертор містить 6 транзисторних ключів. Будь-яка обмотка електродвигуна підключається через відповідний ключ до позитивного і негативного висновків випрямляча. Інвертор виробляє перетворення випрямленої напруги в трифазне змінну напругу відповідної частоти і амплітуди, яке прикладається до обмоток статора електродвигуна.

У вихідних каскадах інвертора в якості ключів вживаються силові IGBT-транзистори. У порівнянні з тиристорами вони мають більш високу частоту перемикання, що дозволяє виробляти вихідний сигнал синусоїдальної форми з найменшими спотвореннями. Регулювання вихідної частоти Iвих і вихідної напруги здійснюється за рахунок частотної широтно-імпульсної модуляції.

Регулювання частоти обертання асинхронного мотора перемикання числа пар полюсів

Ступінчасте регулювання швидкості можна виконати, використовуючи особливі багатошвідкісні асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором.

З виразу nо = 60f / р випливає, що при зміні числа пар полюсів р виходять механічні властивості з різною частотою обертання nо магнітного поля статора. Тому що значення р визначається цілими числами, то перехід від однієї властивості до іншої в процесі регулювання носить ступінчастий характер.

Існує два методи зміни числа пар полюсів. У першому випадку в пази статора укладають дві обмотки з різним числом полюсів. При зміні швидкості до мережі підключається одна з обмоток. У 2-му випадку обмотку кожної фази складають з 2-ух частин, які з`єднують паралельно або по черзі. При цьому число пар полюсів змінюється вдвічі.

Мал. 7. Схеми перемикання обмоток асинхронного мотора: а - з одинарним зірки на двойную- б - з трикутника на подвійну зірку

Регулювання швидкості шляхом зміни числа пар полюсів економно, а механічні властивості зберігають твердість. Недоліком цього методу є ступінчастий характер зміни частоти обертання асинхронного мотора з короткозамкненим ротором. Випускаються двохшвидкісні движки з числом полюсів 4/2, 8/4, 12/6. Чотиришвидкісною електродвигун з полюсами 12/8/6/4 має дві перемикаються обмотки.

Застосовані матеріали книжки Дайнеко В.А., Ковалинський А.І. Електричне обладнання сільськогосподарських підприємств.

Школа для електрика