Курс теоретических лекций Электрические машины и трансформаторы. Лекции для курсов Электрические машины и аппараты

• Название: Лекции для курсов Электрические машины и аппараты
• Дата: 24.04.2023
• Размер: 3.55 Mb.
• Имя файла: Курс теоретических лекций Электрические машины и трансформаторы.docx
• Тип: Лекции; #1085552
• страница: 14 из 19

Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей

Общие положения.

Регулирование частоты вращения двигателей определя­ется в соответствии с требованиями технологических про­цессов и тех производственных механизмов, в которых они используются.

Регулирование частоты вращения двигателей характеризуется следующими основны­ми показателями.

• 
  Диапазон регулирования
  
• 
  Плавность регулирования,
  
• 
  Направление возможного изменения частоты вращения двигателя (зона регулирования).
  
• 
  Экономичность регулирования
  
• 
  Допустимая нагрузка двигателя
  

1. 
   1.Диапазон регулированияD(предел изменения частоты вращения). Под этой величиной понимается отношение ма­ксимальной частоты вращения двигателя n_max к его мини­мальной частоте вращенииn_min
   

41.1.2.Плавность регулирования,

характеризуется ми­нимальным скачком частоты вращения двигателя при пе­реходе с одной механической характеристики на другую.
41.1.3.Направление возможного изменения частоты вращения двигателя (зона регулирования).

При номинальных усло­виях работы (напряжении и частоте питающей сети) дви­гатель имеет определенную механическую характери­стику, то есть зависимость момента двигателя от числа оборотов вала двигателя.

При регулировании частоты вращения соответствую­щие им характеристики будут отличаться от первоначальной. Эти характеристики носят название искусственных (регулировочных) характеристик. С помощью одних мето­дов регулирования удается получить,например, только увеличение числа оборотов при сохранении заданного момента. Другие методы обеспечивают регулирование частоты вра­щения как выше, так и ниже естественной характеристики.
41.1.4.Экономичность регулирования

Определяется по допол­нительным капитальным затратам, необходимым при соз­дании регулировочных устройств, а также по потерям элек­троэнергии при регулировании.

При этом более рационально применение простых и дешевых способов регулирования частоты вращения дви­гателей, даже и неэкономичных с точки зрения потребления энергии.
41.1.5.Допустимая нагрузка двигателя при изменения частоты вращения.

Диапазон изменения скорости вращения вала двигателя может быть ограниченвеличиной токов встаторной и роторных цепях. Эта нагрузка определяется допустимым нагревом двигателя и механическими характеристиками производствен­ных механизмов, моментом сопротивления на валу, момен­том инерции двигатели и механизма и т. д.

Методы регулирования частоты вращения асинхронных двига­телей

В соот­ветствии с приведенными ранее формулами можно записать, что частота вращения ротора n, об/мин, равна:



где f₁— частота питающей сети, Гц;

р— число пар полю­сов двигателя;

s — скольжение, отн. ед.
Из формулы следует, что существуют три основных способа регулирования частоты вращения:

• 
  изменением частоты f₁питающего двигатель напряже­ния;
  
• 
  изменением числа пар полюсов р;
  
• 
  изменением скольжения s.
  

Все три способа нашли широкое применение на практике.

Регулирование частоты вращения изменением частоты питающей сети

Регулирование частоты вращения изменением частоты питающей сети является наиболее экономичным способом регулирования и позволяет получить хорошие механиче­ские характеристики электропривода.

При изменении частоты питающей сети обеспечивается изменение частоты вращения магнитного поля асинхронно­го двигателя, что следует из формулы


Источник питания двигателя должен осуществлять пре­образование напряжения стандартной частоты сети f_ном = 50 Гц в напряжение с требуемой частотой.

Одновремен­но с изменением частоты должна регулироваться по опре­деленному закону и величина подводимого к двигателю на­пряжения, чтобы обеспечим, высокую жесткость механи­ческой характеристики и требуемую перегрузочную спо­собность двигателя.

В качестве источника питании могут применяться элек­тромашинные вращающиеся преобразователи, использую­щие электрические машины, или статические преобразователи частоты на полупроводниковых приборах, которые се­рийно выпускает промышленность.

Положительным свойством частотною регулирования является возможность плавного регулирования в широком диапазоне в обе стороны от естественной характеристики(в том числе возможно вращение двигатели с частотой, большей номинальной). При регулировании обеспечивается жесткость характе­ристик и высокая перегрузочная способность.

Недостатками данного способа регулирования можно считать боль­шую сложность преобразовательно­го устройства и сравнительно вы­сокую стоимость оборудования. Однако в ряде случаев в приводах металлообрабатывающих станков, электрошпинделей, мощных возду­ходувок и других механизмов ча­стотное регулирование является наиболее приемлемым.

Регулирование частоты враще­ния изменением числа полюсов

Регулирование частоты враще­ния изменением числа полюсовв обмотке статора обеспечивается благодаря изменению частоты вращения магнитного поля статора. При неизменной частоте питающей сети частота вращении магнитного поля и определяемая ею частота вращения ротора изменяются обратно пропорцио­нально числу полюсов. Так как число полюсов, фиксиро­ванное ступенями, может быть равно 2, 4, 6, 8, 10 и т. д., что при частоте питающей сети, равной 50 Гц, соответст­вует синхронной частоте вращения 3000, 1500, 1000, 750,600 об/мин и т. д., то указанным способом может быть обес­печено только ступенчатое регулирование.
Изменение числа пар полюсов обычно достигается сле­дующими способами:

1. 
   На статоре двигателя укладываются две электриче­ски не связанные между собой обмотки, имеющие разное число пар полюсов, например р₁и р₂. При подключении одной из обмоток ксети переменного тока, например, с числомполюсов р₁двигатель будет иметь синхронную частоту вращения, соответствующую данному числу полюсов.
   

Другая обмотка при этом обесточена. При необходимо­сти получения другой частоты вращения п₂обмотка с чис­лом полюсов р₁отключается и включается с числом по­люсов p₂.



Такие асинхронные двигатели получили название двухобмоточных.
2. На статоре укладывается одна обмотка, допускающая переключение на разное число полюсов.
К положительным показателям многоскоростных асин­хронных двигателей следует отнести экономичность и отно­сительно большой диапазон регулирования частоты враще­ния ротора. Недостатком данного способа регулирования является невозможность плавного измене­ния частоты вращения.

В рамках единой общепромышленной серии асинхронных двигателей 4А выпускается модифика­ция многоскоростиых двигателей, предназначенных для ра­боты на двух, трех или четырех скоростях.

• 
  Однооб моточные двигатели выпускаются на следующие соотноше­ния частот вращения: 1500/3000, 750/1500, 1000/1500. 750/1000, 500/1000 об/мин.
  
• 
  Двухобмоточные (трехскоростные) имеют соотноше­ния 1000/1500/3000, 750/1500/3000, 750/1000/1500 об/мин.
  
• 
  двухобмоточные (четырехскоростные)—750/1000/1500/3000. 500/750/1000/1500 об/мин
  

Регулирование частоты вращения изменением скольже­ния

Регулирование частоты вращения изменением скольже­ния является одним из простых способов регулирования. В то же время при изменении (увеличении) скольжения изменяются (увели­чиваются) потери в обмотке ротора, что приводит к умень­шению КПД при регулировании. Как правило при регулировании скольже­ния используют фазный ротор с выведенными на кон­тактные кольца обмоткой.При регулировании со стороны ротора в основном при­меняется реостатное регулирование частоты вращения путем введения в цепь обмотки ротора доба­вочных активных сопротивлений (резисторов).