3
9) Основные способы регулирования скорости асинхронного двигателя. Достоинства и недостатки каждого способа
Рис.1. Классификация способов регулирования асинхронных двигателей Исходя из (1) принципиально возможны два способа регулирования скорости: регулирование скорости вращения поля статора и регулирование скольжения при постоянной величине ω0:
Скорость вращения поля статора определяется двумя параметрами (см.3.3): частотой напряжения, подводимого к обмоткам статора f1, и числом пар полюсов двигателя рп. В соответствии с этим возможны два способа регулирования скорости: изменение частоты питающего напряжения посредством преобразователей частоты, включаемых в цепь статора двигателя (частотное регулирование), и путем изменения числа пар полюсов двигателя. Регулирование скольжения двигателя при постоянной скорости вращения поля статора для короткозамкнутых асинхронных двигателей возможно путем изменения величины напряжения статора при постоянной частоте этого напряжения. Для асинхронных двигателей с фазным ротором, кроме того, возможны еще два способа: введение в цепь ротора добавочных сопротивлений (реостатное регулирование) и введение в цепь ротора добавочной регулируемой э.д.с. посредством преобразователей частоты, включаемых в цепь ротора (асинхронный вентильный каскад и двигатель двойного питания).
В настоящее время благодаря развитию силовой преобразовательной техники созданы и серийно выпускаются различные виды полупроводниковых преобразователей частоты, что определило опережающее развитие и широкое применение частотно-регулируемого асинхронного электропривода. Основными достоинствами этой системы регулируемого электропривода являются:
-плавность регулирования и высокая жесткость механических характеристик, что позволяет регулировать скорость в широком диапазоне;
- экономичность регулирования, определяемая тем, что двигатель работает с малыми величинами абсолютного скольжения, и потери в двигателе не превышают номинальных;
Недостатками частотного регулирования являются сложность и высокая стоимость (особенно для приводов большой мощности) преобразователей частоты и сложность реализации в большинстве схем режима рекуперативного торможения.
Подробно принципы и схемы частотного регулирования скорости асинхронного двигателя рассмотрены ниже.
Изменение скорости переключением числа пар полюсов асинхронного двигателя позволяет получать несколько (от 2 до 4) значений рабочих скоростей, т.е. плавное регулирование скорости и формирование переходных процессов при этом способе невозможно.
Поэтому данный способ имеет определенные области применения, но не может рассматриваться, как основа для построения систем регулируемого электропривода.
1
studfiles.net
ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫИ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД
Анализ уравнений асинхронного двигателя позволяет определить возможные способы регулирования его частоты вращения.
АД по своей природе обладает ограниченными регулировочными свойствами. При питании от сети со стабильной частотой двигатель имеет установившуюся скорость, близкую к синхронной, которая вследствие высокой жесткости механической характеристики мало зависит от момента нагрузки.
Согласно (1) при постоянном моменте нагрузки Мс изменение угловой скорости (скольжения) может быть достигнуто за счет изменения напряжения питания статора, величины активных и индуктивных сопротивлений, частоты питающего напряжения и числа пар полюсов машины. Причем изменение синхронной угловой скорости возможно только при изменении частоты питающего напряжения или числа пар полюсов. При любом способе регулирования в роторе выделяется мощность, пропорциональная скольжению двигателя. Различие заключается в величине этой мощности и способах ее поглощения.
Перечисленные основные способы обычно классифицируются следующим образом:
1) параметрическое регулирование, связанное с изменением активных или активно - индуктивных сопротивлений в цепи статора;
2) изменение числа пар полюсов двигателя;
3) изменение параметров источника питания двигателя. Этот способ осуществляется изменением:
• напряжения питания двигателя;
• частоты источника питания двигателя.
На практике нашли применение:
частотное регулирование скорости асинхронного двигателя, при котором управляют частотой и формируют напряжение на статоре;
• частотно-токовое, при котором управляют частотой и формируют ток статора;
• векторное управление, при котором регулируют частоту и формируют вектор основного потокосцепления двигателя.
При введении добавочных симметричных активных сопротивлений (реостатное регулирование) в статор их величину можно изменять плавно только у двигателей малой мощности, а для двигателей средней и большой мощности необходимо использовать контактные или бесконтактные ключи. Ввиду ограниченного числа ступеней невозможно получить равномерное регулирование скорости. С увеличением добавочного сопротивления снижаются критический момент Мк и жесткость механических характеристик, а потери скольжения полностью выделяются в самой машине.
Этот способ регулирования пригоден только для двигателей, имеющих повышенное скольжение в номинальном режиме. Диапазон регулирования скорости таким способом не превышает 1,15-1,2.
При введении индуктивных сопротивлений в статор также уменьшаются sK и Мк, кроме того, снижается не только КПД двигателя, но и его коэффициент - мощности. Потери энергии скольжения будут такими же, как и при введении активных соп ротивлений.
Многие механизмы не требуют плавного регулирования скорости. В этом случае в приводе можно использовать многоскоростные асинхронные двигатели. Такие двигатели имеют два конструктивных исполнения:
• с уложенными в одни пазы статора несколькими обмотками на различное число пар полюсов;
• с одной обмоткой, допускающей такое переключение ее секций, что образуется различное число пар полюсов.
Многоскоростные двигатели с несколькими обмотками в одном пазу статора существенно уступают второй разновидности по габаритам, массе, КПД, коэффициенту мощности. Однако способ регулирования скорости переключением секций обмотки малопригоден для автоматизации.
В АД с короткозамкнутым ротором имеются два входных независимых управляющих воздействия - амплитуда и частота напряжения, подводимого к статору. Применение тиристорных преобразователей напряжения (регуляторов напряжения), обеспечивающих регулирование амплитуды первой гармоники напряжения при постоянной частоте сети, позволяет обеспечить плавный пуск и оптимизировать энергетические показатели (потери, потребляемую мощность, коэффициент мощности) при изменении нагрузки. Однако, наиболее эффективным и экономичным является частотное регулирование.
К одним из наиболее распространенных устройств современной силовой электроники относятся автономные инверторы напряжения. В составе преобразователей частоты они преобразуют постоянное напряжение в переменное напряжение регулируемой частоты и среднего значения. Они …
С начала 90-х годов ведущие электротехнические фирмы выпускают ПЧ третьего поколения, среди которых наиболее значительной является группа преобразователей со звеном постоянного тока и автономным инвертором напряжения с широтно-импульсной модуляцией для …
5.1 Элементная база В истории развития преобразовательной техники для электроприводов переменного тока можно выделить три этапа. До начала 80-х годов частотно-регулируемые приводы строились на базе тиристорных ПЧ с аналоговым управлением, …
msd.com.ua
Почти все станки в качестве электропривода оснащаются асинхронными двигателями. У них простая конструкция и не высокая стоимость. В связи с этим важным оказывается регулирование скорости асинхронного двигателя. Однако в стандартной схеме включения управлять его оборотами можно только с помощью механических передаточных систем (редукторы, шкивы), что не всегда удобно. Электрическое управление оборотами ротора имеет больше преимуществ, хотя оно и усложняет схему подключения асинхронного двигателя.
Для некоторых узлов автоматического оборудования подходит именно электрическое регулирование скорости вращения вала асинхронного электродвигателя. Только так можно добиться плавной и точной настройки рабочих режимов. Существует несколько способов управления частотой вращения путём манипуляций с частотой, напряжением и формой тока. Все они показаны на схеме.
Из представленных на рисунке способов, самыми распространёнными для регулирования скорости вращения ротора являются изменение следующих параметров:
Последние два способа позволяют изменять скорость вращения без значительного снижения КПД и потери мощности, остальные способы регулировки способствуют снижению КПД пропорционально величине скольжения. Но и у тех и других есть свои преимущества и недостатки. Поскольку чаще всего на производстве применяются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, то все дальнейшие обсуждения будут касаться именно этого типа электродвигателей.
Для частотного регулирования применяют в основном полупроводниковые преобразователи. Их принцип действия основан на особенности работы асинхронного двигателя, где частота вращения магнитного поля статора зависит от частоты напряжения питающей сети.
Для эффективной работы асинхронного электродвигателя без потерь нужно вместе с частотой изменять и подаваемое напряжение. Напряжение должно меняться в зависимости от момента нагрузки. Если нагрузка постоянная, то напряжение изменяется пропорционально частоте.
Регулировка скорости вращения асинхронного двигателя методом изменения числа пар полюсов также относится к наиболее распространённым методам управления электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Такие моторы называются многоскоростными. Есть два способа осуществления этого метода:
· укладывание сразу нескольких обмоток с разными числами пар полюсов в общие пазы статора,
· применение специальной намотки с возможностью переключения существующих обмоток под нужное число пар полюсов.
В первом случае чтобы уложить в пазы дополнительные обмотки нужно уменьшить сечение провода, а это приводит к уменьшению номинальной мощности электродвигателя. Во втором случае имеет место усложнение коммутационной аппаратуры, особенно для трёх и более скоростей, а также ухудшаются энергетические характеристики. Более подробно этот и другие способы регулирования скорости асинхронного двигателя описаны в архивном файле, который можно скачать внизу страницы.
Обычно многоскоростные двигатели выпускаются на 2, 3 или 4 скорости вращения, причем 2-х скоростные двигатели выпускаются с одной обмоткой на статоре и с переключением числа пар полюсов в отношении 2 : 1 = р2 : pt , 3-х скоростные двигатели — с двумя обмотками на статоре, из которых одна выполняется с переключением 2 : 1 = Рг : Pi , 4-х скоростные двигатели — с двумя обмотками на статоре, каждая из которых выполняется с переключением числа пар полюсов в отношении 2:1. Многоскоростными электродвигателями оснащаются различные станки, грузовые и пассажирских лифты, они используются для приводов вентиляторов, насосов и т.д.
megalektsii.ru
