Одним из недостатков АД является неэкономичное регулирование частоты вращения. Частота вращения АД nр = nс(1- s) = 60f / p (1- s) при постоянном моменте сопротивления зависит от скольжения и частоты вращения поля.
Изменение скольжения может быть достигнуто изменением потока.
Изменение потока машины осуществимо, например, путем изменения питающего напряжения, но возможно лишь в сторону его уменьшения. Скольжение АД при этом возрастает, но одновременно пропорционально квадрату напряжения уменьшается его перегрузочная способность, поэтому возможный диапазон регулирования частоты вращения АД невелик. По экономичности метод регулирования потоком примерно равноценен регулированию введением добавочного сопротивления в цепь ротора, так как с уменьшением потока возрастают токи статора и ротора и соответственно увеличиваются электрические потери при незначительном снижении потерь в стали.
Изменение частоты вращения поля nCдостигается либо регулированием частоты тока питания, либо изменением числа полюсов обмотки статора. Регулирование изменением частоты тока питания в последние годы получает все большее распространение в связи с развитием и совершенствованием тиристорных преобразователей. Основным недостатком данного метода наряду с высокой стоимостью самого преобразователя, некоторым снижением надежности работы всей установки и увеличением ее габаритов является несинусоидальность тока на выходе преобразователя, отражающаяся на технических показателях АД.
Регулирование частоты вращения путем изменения числа полюсов статора широко распространено во многих приводных установках. Обмотки АД с переключением числа пар полюсов дают возможность ступенчатого (две, три или четыре ступени) регулирования частоты вращения. Многоскоростные АД применяются во многих промышленных приводах и выпускаются электромашиностроительными заводами как модификации основных серий машин общего назначения. Основным недостатком данного метода является невозможность плавного регулирования и меньшее, чем в обычных АД, использование активного объема машины: габаритные размеры многоскоростных АД всегда больше, чем односкоростных тех же мощности и частоты вращения.
Частота вращения асинхронного двигателя
n = n1 (1 – s) = (60f1/p) (1-s) (85)
Из этого выражения видно, что ее можно регулировать, изменяя частоту f1 питающего напряжения, число пар полюсов р и
Рис. 266. Схема переключения катушек обмотки статора (одной фазы) для изменения числа полюсов: а — при четырех полюсах; б — при двух полюсах
скольжение s. Последнее при заданных значениях момента на валу Мвн и частоты f1 можно изменять путем включения в цепь обмотки ротора реостата.
Регулирование путем изменения частоты питающего напряжения. Этот способ требует наличия преобразователя частоты, к которому должен быть подключен асинхронный двигатель. На основе управляемых полупроводниковых вентилей (тиристоров) созданы статические преобразователи частоты и построен ряд опытных электровозов и тепловозов с асинхронными двигателями, частота вращения которых регулируется путем изменения частоты питающего напряжения. Такой способ регулирования частоты вращения ротора асинхронного двигателя является весьма перспективным.
Регулирование путем изменения числа пар полюсов. Этот способ позволяет получить ступенчатое изменение частоты вращения. Для этой цели отдельные катушки 1, 2 и 3, 4, составляющие одну фазу (рис. 266), переключаются так, чтобы изменялось соответствующим образом направление тока в них (например, с последовательного согласного соединения на встречное). При согласном включении катушек (рис. 266, а) число полюсов равно четырем, при встречном включении (рис. 266, б) — двум. Катушки двух других фаз, сдвинутые в пространстве на 120°, соединяются таким же образом. Такое же уменьшение числа полюсов можно осуществить при переключении катушек с последовательного на параллельное соединение. При изменении числа полюсов изменяется частота вращения n1 магнитного поля двигателя, а следовательно, и частота вращения n его ротора. Если нужно иметь три или четыре частоты вращения n1, то на статоре располагают еще одну обмотку, при переключении которой можно получить еще две частоты. Существуют двигатели, которые обеспечивают изменение частоты вращения n1 при постоянном наибольшем моменте или при приблизительно постоянной мощности (рис. 267).
В асинхронном двигателе число полюсов ротора должно быть равно числу полюсов статора. В короткозамкнутом роторе это условие выполняется автоматически и при переключении обмотки статора никаких изменений в обмотке ротора выполнять не требуется.
Рис. 267. Механические характеристики двухскоростных асинхронных двигателей с постоянным наибольшим моментом (а) и постоянной мощностью (б)
Рис. 269. Схемы подключения асинхронного двигателя к сети при изменении направления его вращения
В двигателе же с фазным ротором в этом случае надо было бы изменять число полюсов обмотки ротора, что сильно усложнило бы его конструкцию, поэтому такой способ регулирования частоты вращения используется только в двигателях с коротко-замкнутым ротором. Такие двигатели имеют большие габаритные размеры и массу по сравнению с двигателями общего применения, а следовательно, и большую стоимость. Кроме того, регулирование осуществляется большими ступенями; при частоте f1 = 50 Гц частота вращения поля n1 при переключениях изменяется в отношении 3000:1500:1000:750.
Регулирование путем включения в цепь ротора реостата. При включении в цепь обмотки ротора реостата с различным сопротивлением (Rп4, RпЗ, Rп2 и т. д.) получаем ряд реостатных механических характеристик 4, 3 и 2 двигателя. При этом некоторому нагрузочному моменту Мном (рис. 268) будут соответствовать меньшие частоты вращения n4, n3, n2 и т. д., чем частота nе при работе двигателя на естественной характеристике 1 (при Rп = 0). Это способ регулирования может быть использован только для двигателей с фазным ротором. Он позволяет плавно изменять частоту вращения в широких пределах. Недостатками его являются большие потери энергии в регулировочном реостате, поэтому его используют только при кратковременных режимах работы двигателя (при пуске и пр.).
Изменение направления вращения. Для изменения направления вращения двигателя нужно изменить направление вращения магнитного поля, создаваемого обмотками статора. Это достигается изменением порядка чередования тока в фазах обмотки статора. Например, если максимумы токов поступают в фазы обмотки статора 1 (рис. 269, а) в следующем порядке: фаза А — фаза В — фаза С, то ротор 2 двигателя будет вращаться по часовой стрелке. Если же подавать их в такой последовательности: фаза В — фаза А — фаза С, то ротор начнет вращаться против часовой стрелки. Для этой цели необходимо изменить схему соединения обмоток статора с сетью, переключив две любые фазы (провода). Например, зажим А обмотки статора, который ранее был соединен с линейным проводом Л1, нужно переключить на провод Л2, а зажим В этой обмотки, соединенный ранее с Л2, переключить на провод Л1 (рис. 269,б). Такое переключение можно осуществить обычным переключателем.
studfiles.net
Частота вращения асинхронного двигателя
.
Из этого равенства следует, что изменять частоту вращения можно изменением частоты 
числа пар полюсов
и скольжения
Регулирование изменением частоты тока статора (частотное регулирование) требует применения источников питания с регулируемой частотой. В качестве такого источника может быть использован синхронный генератор с переменной скоростью вращения или полупроводниковый преобразователь частоты. В этом случае частота вращения и частота вращения ротора изменяются пропорционально частоте сети. Частотное регулирование обычно совмещают с изменением напряжения по закону 
.
К недостаткам частотного регулирования относятся громоздкость и высокая скорость питающей установки.
Для регулирования частоты вращения изменением числа пар полюсов применяют двигатели с короткозамкнутым ротором, у которых на статоре нескольких обмоток, размещенных в общих пазах и разное число пар полюсов или обмотки, которые позволяют получить различные числа пар полюсов путем изменения (переключения) их схемы соединения.
Такое регулирование возможно, так как у короткозамкнутого двигателя число полюсов ротора всегда равно числу полюсов вращающегося магнитного поля. Регулирование изменением числа пар полюсов является ступенчатым и применяется для уменьшения числа ступеней в коробках скоростей, вентиляторах, насосах и др.
Двигатели с изменяемым числом пар полюсов называют многоскоростными. Их выпускают на две, три или четыре скорости вращения, причем двухскоростные изготавливают с одной обмоткой на статоре с переключением числа пар полюсов в отношении 
, трехскоростные – с двумя обмотками на статоре, из которых одну выполняют двухскоростной с 
и четырехскоростные – с двумя обмотками, каждая из которых выполняется с переключением числа полюсов в отношении 2/1.
Масса и стоимость многоскоростных двигателей больше, чем односкоростных двигателей. Но их часто применяют в установках дискретного изменения частоты вращения.
Рис. 11.13
Регулирование скорости уменьшением напряжения на статоре. При уменьшении напряжения
момент двигателя изменяется пропорционально
, что изменяет его механические характеристики, следовательно, и скольжение. Как видно из рисунка 11.13, пределы регулирования скорости соответствуют изменению скольжения в интервале
. Схемы автоматического регулирования позволяют расширить зону регулирования в области
и обеспечить при этом жесткие механические характеристики. Принцип действия. Однофазный асинхронный двигатель – двигатель, на статоре которого однофазная обмотка, а на роторе – короткозамкнутая обмотка. Однофазный ток статора создает пульсирующий магнитный поток, изменяющий свое направление с частотой напряжения сети. Этот поток все время направлен по осевой линии полюсов и изменяется во времени по синусоидальному закону.Пульсирующий магнитный поток можно представить в виде двух вращающихся с одинаковой частотой в противоположном направлении потоков, амплитуды которых равны половине амплитуды пульсирующего потока. На рис. 11.14 а показаны векторы вращающихся потоков 
в момент времен
= 0, соответствующий амплитуде тока и магнитного потока однофазной обмотки. 
а) б) в)
Рис. 11.14
Через время 
векторы
и
переместились в противоположном направлении на угол
(рис. 11.14 б) и результирующий поток
, а его направление по-прежнему совпадает с осевой линией полюсов. На рис. 11.14 в показаны магнитные потоки при
, когда вращающиеся векторы
и
повернулись на угол
и результирующий магнитный поток
= 0. Дальнейшее изменение тока ведет к изменению направления потока
и т. д.
Вращающиеся потоки создают вращающие моменты
и 
,
где 
– скольжения ротора по отношению к прямому потоку
(направления вращения ротора и потока 
совпадают) и обратному потоку 
и 
.
На рис. 11.15 а приведены зависимости 
,
и суммарного момента
, а на рис. 11.15 б – соответствующие им механические характери
а) б)
Рис. 11.15
стики. Анализ зависимостей 
и
показывает, что при неподвижном роторе (
=0),
=0, т.е. пусковой момент равен нулю. Если ротор приведен во вращение в ту или иную сторону, то один из моментов
или
будет большим. Если при этом результирующий момент
больше момента сопротивления
, то двигатель достигнет определенной установившейся скорости вращения.
Однофазный асинхронный двигатель с пусковой обмоткой (рис. 11.16) имеет дополнительную обмотку П, смещенную относительно рабочей обмотки Р на ноль электрических градусов. В цепь пусковой обмотки включен фазосмещающий элемент 
. Таким элементом может быть активное
, емкостное
и индуктивное
сопротивления. На рис. 11.16 показаны векторные диаграммы токов с учетом активного и индуктивного сопротивлений самих обмоток. Из них видно, что при
и
ток в пусковой обмотке
по фазе опережает ток в рабочей обмотке
на угол
а при
– отстает. Результирующая МДС обмоток создает вращающееся магнитное поле и пусковой момент. Лучшие условия пуска обеспечиваются при включении конденсатора в пусковую фазу. Так как требуемая емкость конденсатора значительна, этот метод пуска применяют при большом пусковом моменте. Чаще применяют пуск с помощью активного сопротивления. При этом пусковая обмотка должна быть выполнена с увеличенным активным сопротивлением.
Рис. 11.16
Трехфазный асинхронный двигатель в однофазном режиме. Возможны различные варианты использования трехфазных двигателей в однофазном режиме. схемы включения показаны на рис. 11.17.
Рекомендуемые параметры:
емкости конденсаторов, мкФ и их рабочие напряжения:
для схемы рис. 11.17 а 
= 2800
, напряжение
;
для схемы рис. 11.17 б 
= 4800
; напряжение
;
для схемы рис. 11.17 в 
= 1600
; напряжение
;
для схемы рис. 11.17 г 
= 2740
. напряжение
.
Нагрузка двигателя с конденсатором
.
При пуске с номинальным моментом общая емкость конденсатора должна составлять
Сп = Ср + Со = (2,5…3,0)Ср,
а отключаемая после пуска Со = (1,5…2,0)Ср,.
Для пуска без нагрузки отключаемый конденсатор не требуется.
а) б)
в) г)
Рис. 11.17
Пример 11.3. Определить параметры схемы (рис. 11.17 а) для пуска двигателя 4А71АЧУ3, мощностью 0,55 кВт, напряжением 220/380 B и током 2,9/1,7 А при номинальной нагрузке.
Решение. Емкость конденсатора 
= 12,5мкФ. Емкость отключаемого конденсатора Со = (1,5…2,0)Ср. Принимаем 
=
мкФ.
Напряжение на конденсаторах 
= 1,15·
= 1,15·380=437В.
Выбираем пять конденсаторов типа БГТ по 6 мкФ с напряжением 600 В.
studfiles.net
Из формулы n = n1(1 – s) = 60f1(1 – s)/p следует, что изменение частоты вращения n возможно тремя способами: 1) изменением частоты f1 питающей сети; 2) изменением числа полюсов 2p; 3) изменением скольжения s. Первые два изменяют частоту вращения поля статора, а третий осуществляется изменением уровня питающего напряжения или изменением сопротивления Rд в цепи ротора.
Частотное регулирование. При изменении частоты f1 сети, питающей АД, необходимо одновременно изменять напряжение U1 статора, поскольку изменение f1 при U1 = const вызывает изменение магнитного потока Фm: а) при увеличении f1 поток Фm, а следовательно, и момент М уменьшаются; б) при уменьшении f1 поток будет возрастать, что ведет к насыщению магнитной системы, увеличению потерь на вихревые токи и снижению КПД. Параметры U1 и f1 обычно изменяют так, чтобы сохранить перегрузочную способность λM = Мmax/МС = const:
.
Для механизмов: а) с постоянным моментом МС; б) постоянной мощности РС; в) вентиляторного типа;
а) 
; б) 
; в) 
.
Рис. 28.5. Механические характеристики при изменении частоты f1: а – МС = const; б – PC = const; в – вентиляторного типа
|
Семейства механических характеристик для законов регулирования показаны на рис.28.5, где росту частоты f1 соответствует смещение характеристик вверх (n » kf1). На практике не всегда возможно точное следование законам. Например, при f1 > f1ном для серийных АД возможно небольшое и кратковременное превышение U1 сверх номинального U1ном. На низких частотах f1 < f1ном растет влияние сопротивления R1 статора на магнитный поток и момент. Поэтому при f1 < 20 Гц U1 устанавливают больше значений.
Для управления АД применяют тиристорные и транзисторные преобразователи частоты (ПЧ). ПЧ с непосредственной связью с сетью содержат в каждой фазе анодно-катодную группу из шести тиристоров (или транзисторов) и позволяют регулировать как напряжение, так и частоту (только вниз от номинального значения). ПЧ с промежуточным звеном постоянного тока состоит из управляемого (блок УВ на рис. 28.6, а) или неуправляемого (блок В на рис. 28.6, б) выпрямителя, LС – фильтра (Φ) и автономного инвертора напряжения (АИН). В выпрямителе происходит выпрямление переменного напряжения сети.
Рис.28.6. Блок-схемы ПЧ с управляемым (а) и неуправляе- мым выпрямителем (б)
|
Инвертор преобразовывает постоянное напряжение в переменное заданной частоты.
На рис. 28.6, а регулирование напряжения и частоты выполняется раздельно с помощью блока управления напряжением (БУН) и блока управления частотой (БУЧ). В инверторе на рис.28.6, б с помощью блока управления (БУ) осуществляется изменение частоты выходного напряжения и регулирование его амплитуды с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) напряжения. Это позволяет заменить управляемый тиристорный выпрямитель УВ более простым неуправляемым выпрямителем В.
На рис. 28.7 приведена схема трехфазного АИН на запираемых тиристорах VS1–VS6. Пусть f1Т = = 1/Т1Т – требуемая частота напряжения статора. Форма линейного напряжения на статоре может быть различной в зависимости от алгоритма коммутации тиристоров. Пусть в каждой фазе тиристоры открываются и закрываются попеременно через ∆t = Т1Т/2 с фазным запаздыванием Т1Т/3.
 |
| Рис. 28.7. Схема трехфазного инвертора напряжения |
На рис. 28.8, а, б, в приведены временные диаграммы потенциалов точек А, В, С (потенциал нижней шины принят нулевым).
Рис. 28.8. Временные диаграммы работы АИН
|
Линейное напряжение UАВ = φА– φВ (рис. 28.8, г) является последовательностью разнополярных прямоугольных импульсов, первая гармоника которой изображена пунктиром. Данный инвертор допускает регулирование частоты f как вверх, так и вниз от номинального значения. Выходное напряжение инвертора с учетом ШИМ (рис. 28.8, д) состоит из импульсов повышенной частоты, имеющих различную ширину, которая устанавливается так, чтобы получить на выходе максимум первой гармоники. При использовании ШИМ возрастают требования к быстродействию ключей, которые выполняют на транзисторах или тиристорах. Обратновключенные диоды VD1–VD6 совместно с емкостью С0 фильтра Ф образуют пути замыкания спадающих токов статорных обмоток.
Регулирование изменением числа пар полюсов осуществляется переключением обмоток статора с одинарной звезды 
на двойную (рис. 28.9, а, в) или с треугольника 
на двойную звезду (рис. 28.9, б, в).
 |
Пунктиром показаны образуемые при переключении соединения. Оба переключения уменьшают в два раза число пар полюсов, т. е. увеличивают в два раза угловую скорость. При переключении →
Р
» 2РY, М » М;
при переключении →
Р » Р∆, М » М∆/2.
При наличии на статоре двух обмоток, одна из которых переключаемая, возможно получение трех разных частот вращения, например 3000/1500/1000 об/мин. Если обе обмотки переключаемые, то двигатель четырехскоростной, например 3000/1500/1000/500 об/мин.
Основной недостаток регулирования частоты изменением числа полюсов – ступенчатость регулирования с большим шагом частоты, а также увеличенные габариты, масса и стоимость двигателей.
Регулирование изменением скольжения выполняют изменением сопротивления Rр регулировочного реостата в цепи ротора (для двигателей с фазным ротором) либо изменением напряжения статора. Способы введения сопротивления Rд = Rр в цепь ротора такие же, как и в разделе «Пуск», с той разницей, что регулировочный реостат Rр в отличие от пускового Rп находится в работе продолжительное время и рассчитывается на большие тепловые перегрузки. Недостатки данного способа: 1) низкая экономичность из-за потерь в реостате Rр; 2) снижение жесткости механических характеристик; 3) частоту вращения можно регулировать только в сторону понижения.
Для изменения напряжения статора наибольшее распространение получили тиристорные регуляторы напряжения (ТРН). Трехфазный ТРН (рис. 28.10, а) содержит в каждой фазе два тиристора, включенных встречно-параллельно, что обеспечивает использование обоих полупериодов питающей сети.
 |
| Рис. 28.10. Система ТРН – АД: а – схема; б – кривые напряжения Uα; в – механические характеристики |
Работа тиристоров управляется системой импульсно-фазового управления (СИФУ), формирующей импульсы управления Uα на управляющие электроды тиристоров. Угол управления α (рис. 28.10, б) зависит от внешнего сигнала Uу и может изменяться от 0 до 180°.
Напряжение, подаваемое на статор, несинусоидально, но наибольшее влияние оказывает его первая гармоника, амплитуда которой тем больше, чем меньше угол α. Изменение напряжения на статоре не изменяет скорости холостого хода и критического скольжения sК, но изменяет величину критического момента Мmax (рис.29.10, в), пропорционального U2α.
Из рис. 28.10, в видно, что уменьшение Uα дает небольшой диапазон регулирования скорости и резкое снижение перегрузочной способности АД. Поэтому разомкнутая система на рис. 28.10, а используется в основном для управления ускорением АД и ограничения тока в переходных режимах, а также при пуске и торможении.
Замкнутая система ТРН – АД содержит тахогенератор BR постоянного тока и потенциометр R (рис. 28.11, а). Напряжение UBR тахогенератора пропорционально частоте вращения UBR = kn, т. е. BR – датчик частоты вращения n. Задающее напряжение Uз изменяется движком R. На вход СИФУ подается разностное напряжение UС = Uз – UBR = Uз – – kn.
Пунктиром на рис. 28.11, б показаны характеристики разомкнутой системы для некоторых углов управления α1, α2. Пусть при Uз = Uз2 АД работал в точке 1, соответствующей α = α2, и момент нагрузки на валу увеличился. Тогда начнется снижение угловой скорости АД и увеличение напряжения UС. Рост UС вызывает уменьшение угла α, т. е. рост напряжения на статоре. При некотором α = α1 достигается равновесие моментов М = МС (точке 2), но частота вращения n снизится незначительно (рис. 28.11, б).
Таким образом, механические характеристики замкнутой системы стали жесткими (сплошные линии на рис. 28.11, б). В замкнутой системе выходная величина (частота n) влияет на входную (напряжение статора), т. е. существует отрицательная обратная связь по скорости. Замкнутая система позволяет автоматически поддерживать заданную частоту вращения, причем частота n может регулироваться напряжением Uз.
megaobuchalka.ru
Частота вращения асинхронного двигателя
n = n1 (1 – s) = (60f1/p) (1-s) (85)
Из этого выражения видно, что ее можно регулировать, изменяя частоту f1 питающего напряжения, число пар полюсов р и скольжение s. Последнее при заданных значениях момента на валу Мвн и частоты f1 можно изменять путем включения в цепь обмотки ротора реостата.
Рис. 266. Схема переключения катушек обмотки статора (одной фазы) для изменения числа полюсов: а — при четырех полюсах; б — при двух полюсах
Регулирование путем изменения частоты питающего напряжения.Этот способ требует наличия преобразователя частоты, к которому должен быть подключен асинхронный двигатель. На основе управляемых полупроводниковых вентилей (тиристоров) созданы статические преобразователи частоты и построен ряд опытных электровозов и тепловозов с асинхронными двигателями, частота вращения которых регулируется путем изменения частоты питающего напряжения. Такой способ регулирования частоты вращения ротора асинхронного двигателя является весьма перспективным.
Регулирование путем изменения числа пар полюсов. Этот способ позволяет получить ступенчатое изменение частоты вращения. Для этой цели отдельные катушки 1, 2 и 3, 4, составляющие одну фазу (рис. 266), переключаются так, чтобы изменялось соответствующим образом направление тока в них (например, с последовательного согласного соединения на встречное). При согласном включении катушек (рис. 266, а) число полюсов равно четырем, при встречном включении (рис. 266, б) — двум. Катушки двух других фаз, сдвинутые в пространстве на 120°, соединяются таким же образом. Такое же уменьшение числа полюсов можно осуществить при переключении катушек с последовательного на параллельное соединение. При изменении числа полюсов изменяется частота вращения n1 магнитного поля двигателя, а следовательно, и частота вращения n его ротора. Если нужно иметь три или четыре частоты вращения n1, то на статоре располагают еще одну обмотку, при переключении которой можно получить еще две частоты. Существуют двигатели, которые обеспечивают изменение частоты вращения n1 при постоянном наибольшем моменте или при приблизительно постоянной мощности (рис. 267).В асинхронном двигателе число полюсов ротора должно быть равно числу полюсов статора. В короткозамкнутом роторе это условие выполняется автоматически и при переключении обмотки статора никаких изменений в обмотке ротора выполнять не требуется.
Рис. 267. Механические характеристики двухскоростных асинхронных двигателей с постоянным наибольшим моментом (а) и постоянной мощностью (б)
Рис. 268. Механические характеристики асинхронного двигателя при регулировании частоты вращения путем включения реостата в цепь обмотки ротора
Рис. 269. Схемы подключения асинхронного двигателя к сети при изменении направления его вращения
В двигателе же с фазным ротором в этом случае надо было бы изменять число полюсов обмотки ротора, что сильно усложнило бы его конструкцию, поэтому такой способ регулирования частоты вращения используется только в двигателях с коротко-замкнутым ротором. Такие двигатели имеют большие габаритные размеры и массу по сравнению с двигателями общего применения, а следовательно, и большую стоимость. Кроме того, регулирование осуществляется большими ступенями; при частоте f1 = 50 Гц частота вращения поля n1 при переключениях изменяется в отношении 3000:1500:1000:750.
Регулирование путем включения в цепь ротора реостата. При включении в цепь обмотки ротора реостата с различным сопротивлением (Rп4, RпЗ, Rп2 и т. д.) получаем ряд реостатных механических характеристик 4, 3 и 2 двигателя. При этом некоторому нагрузочному моменту Мном (рис. 268) будут соответствовать меньшие частоты вращения n4, n3, n2 и т. д., чем частота nе при работе двигателя на естественной характеристике 1 (при Rп = 0). Это способ регулирования может быть использован только для двигателей с фазным ротором. Он позволяет плавно изменять частоту вращения в широких пределах. Недостатками его являются большие потери энергии в регулировочном реостате, поэтому его используют только при кратковременных режимах работы двигателя (при пуске и пр.).
Изменение направления вращения.Для изменения направления вращения двигателя нужно изменить направление вращения магнитного поля, создаваемого обмотками статора. Это достигается изменением порядка чередования тока в фазах обмотки статора. Например, если максимумы токов поступают в фазы обмотки статора 1 (рис. 269, а) в следующем порядке: фаза А — фаза В — фаза С, то ротор 2 двигателя будет вращаться по часовой стрелке. Если же подавать их в такой последовательности: фаза В — фаза А — фаза С, то ротор начнет вращаться против часовой стрелки. Для этой цели необходимо изменить схему соединения обмоток статора с сетью, переключив две любые фазы (провода). Например, зажим А обмотки статора, который ранее был соединен с линейным проводом Л1, нужно переключить на провод Л2, а зажим В этой обмотки, соединенный ранее с Л2, переключить на провод Л1 (рис. 269,б). Такое переключение можно осуществить обычным переключателем
№21.
Читайте также:
lektsia.com
На практике замечено, что ток, потребляемый обмоткой статора в первый момент пуска двигателя, очень большой. В ряде случаев он превышает номинальный ток в 6 - 10 раз.
Такой нагрузки может не выдержать не только питающая сеть, но и сама обмотка статора. Поэтому для пуска крупных асинхронных двигателей применяют специальные устройства, снижающие пусковой ток. На рис. 5.13.1. показаны схемы пуска мощных двигателей с помощью реакторов и автотрансформатора.
Принцип ограничения тока заключается в том, что к статорной обмотке двигателя на период пуска подводится пониженное напряжение. После разгона его дополнительные устройства от двигателя отключаются.
Иногда для снижения напряжения, подаваемого в обмотки статора, изменяют схему переключения обмоток. Например, асинхронный двигатель нормально работает по схеме "треугольник". Если на период пуска его обмотки включить "звездой", то на каждую фазу придется напряжение в 
раз меньшее.
Двигатели с фазным ротором пускаются в работу с помощью дополнительных сопротивлений. Вводя дополнительные сопротивления в цепь ротора, добиваются ограничения пускового тока.
Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя определяется формулой:
.
Здесь возможны три различных способа реализации:
Первый заключается в изменении частоты тока f, подаваемого в обмотки двигателя. Этот способ позволяет осуществлять плавное регулирование частоты вращения двигателя. Регуляторы частоты тока пока еще очень дороги, поэтому они мало применяются.
Второй способ связан с изменением пар полюсов p на статоре.
Укладывая на статоре несколько обмоток, рассчитанных на различные числа пар полюсов (р=1,2,3,4), можно обеспечить различные частоты вращения магнитного поля (соответственно: 3000, 1500, 1000, 750 об/мин). Подключение к сети необходимой обмотки производится специальным переключателем.
Этот способ регулирования ступенчатый, но в ряде металлообрабатывающих станков он нашел самое широкое применение (например, для привода продольно-строгального станка при рабочем и обратном ходе).
Третий способ регулирования частоты вращения возможен лишь для двигателей с фазным ротором. Здесь изменение скольжения S достигается введением в цепь ротора регулировочных сопротивлений. Такие схемы широко используются на грузоподъемных кранах.
К категории регулирования вращения вала двигателя относится так называемое реверсирование, т.е. изменение направления вращения на обратное. Осуществляется оно путем изменения порядка чередования фаз обмотки статора. На рис. 5.13.2. показана схема изменения направления вращения вала двигателя.
Торможение асинхронного двигателя может быть механическим и электрическим.
К механическим относятся торможения муфтами, электромагнитными лентами, колодками и т.д.
Иногда применяют электродинамическое торможение, когда после отключения двигателя от сети переменного тока в его обмотки подается постоянный ток. В этом случае постоянное магнитное поле заметно сокращает выбег ротора.
Чаще используется торможение "противовыключением". После отключения двигателя от сети его кратковременно включают на вращение в обратную сторону. Как только оставшаяся частота вращения ротора n2 станет равной нулю, двигатель отключается от сети.
cyberpedia.su
Частота вращения асинхронного двигателя определяется формулой
, (57)
. (57а)
из которой следует три принципиально возможных метода регулирования скорости асинхронных двигателей: изменением частоты 
питающего напряжения, числа пар полюсов 
и величины скольжения 
.
Частотное регулирование. Этот способ регулирования скорости позволяет применять наиболее надежные и дешевые асинхронные двигателя с короткозамкнутым ротором. Однако для изменения частоты питающего напряжения требуется наличие источника электрического тока переменной частоты. В качестве последнего можно использовать: синхронный генератор с переменной частотой вращения; преобразователи частоты: электромашинные или статические, выполненные на полупроводниковых тиристорах или силовых транзисторах.
При частотном регулировании скорости можно регулировать вниз от 
(номинальной скорости) и вверх от номинальной. При регулировании скорости вниз от номинальной с изменением частоты изменяют подводимое напряжение 
; при этом магнитный поток 
остаётся неизменным. Графики механических характеристик представлены на рис, 73.
Рис. 73. Механические характеристики
Регулирование путем изменения числа пар полюсов. Такое регулирование позволяет получить ступенчатое изменение частоты вращения. На рис. 74 показана простейшая схема (для одной фазы), позволяющая изменять число полюсов обмотки статора в два раза. Для этой цели каждую фазу обмотки статора разделяют на две части, которые переключают с последовательного соединения на параллельное. Из рисунка видно, что при включении катушек в две параллельные ветви число полюсов уменьшается в два раза, а следовательно, частота вращения магнитного поля в два раза увеличивается.
а) б)
Рис. 74. Схема переключения обмотки статора для изменения числа полюсов:
а – при 2р=4, б – при 2р=2.
При переключении число последовательно включенных витков в каждой фазе уменьшается вдвое, но так как частота вращения возрастает в два раза, ЭДС, индуктированная в фазе, остается неизменной. Следовательно, двигатель при обеих частотах вращения может быть подключен к сети с одинаковым напряжением. Чтобы не осуществлять переключения в обмотке ротора, последнюю выполняют короткозамкнутой. Если нужно иметь три или четыре частоты вращения, то на статоре располагают еще одну обмотку, при переключении которой можно получить дополнительно две частоты. Асинхронные двигатели с переключением числа полюсов называют многоскоростными.
Регулирование скорости изменением скольжения, осуществляется:
а) путем включения в цепь ротора добавочного активного сопротивления (рис. 75). Этот способ регулирования может быть использован только для двигателя с фазным ротором. Он позволяет плавно изменять частоту вращения в широкий пределах.
Рис. 75. Изменение формы механической характеристики при регулировании
частоты вращения с помощью добавочного сопротивления
Недостатками его являются:
1) большие потери энергии в регулировочном реостате;
2) чрезвычайно "мягкая" механическая характеристика двигателя при большом сопротивлении в цепи ротора. В некоторых случаях последнее является недопустимым, так как небольшому изменению нагрузочного момента соответствует существенное изменение частоты вращения.
б) регулирование путем изменения величины питающего напряжения в небольшом диапазоне.
poznayka.org
Асинхронные двигатели являются основой современного электропривода переменного тока. Эффективность работы этого электропривода во многом определяется возможностями регулирования частоты вращения.
Возможности асинхронных двигателей в отношении регулирования частоты вращения ротора определяются выражением
.
Из этого выражения следует, что частоту вращения можно регулировать тремя способами: путем изменения частоты 
, числа пар полюсов p и скольжения s. Рассмотрим каждый из этих способов подробнее.
4.11.1. Регулирование частоты вращения изменением частотыподводимого напряжения
Этот способ является в настоящее время наиболее перспективным. Изменение частоты осуществляется с помощью полупроводникового преобразователя частоты (рис. 4.28, а). Одновременно с изменением частоты регулируют и напряжение 
, так чтобы обеспечить постоянство магнитного потока . Из выражения, связывающего напряжение с потоком Ф,
,
следует, что напряжение необходимо регулировать пропорционально частоте
 |
.
Отклонение от этого закона приводит к изменению потока Ф, что нежелательно. Действительно, при увеличении потока возрастает насыщение магнитной цепи, растут потери в стали и намагничивающий ток. Уменьшение потока вызывает уменьшение максимального момента двигателя и ряд других нежелательных явлений.
При механические характеристики двигателя имеют показанный на рис. 4.28, б вид. При снижении частоты пусковой момент двигателя возрастает, а максимальный несколько снижается. Рабочее скольжение двигателя остается небольшим, что характеризует экономичный режим работы двигателя. Однако стоимость этого способа регулирования частоты вращения двигателя весьма высока, так как преобразователь частоты должен быть выполнен на полную мощность двигателя.
www.poznayka.org
