Регулирование скорости вращения асинхронных двигателей

Скорость вращения асинхронного двигателя определяется зависимостью

.

Следовательно, ее можно регулировать, изменяя питающего напряжения, число пар полюсов и величину скольжения . Последнее можно осуществить изменяя и .

Регулирование путем изменения частоты питающего напряжения. Применяемые ранее электромашинные преобразователи частоты очень громоздки, сложны в эксплуатации и дороги. Поэтому они практически полностью вытеснены полупроводниковыми преобразователями частоты, которые в настоящее время обеспечивают достаточную надежность в работе. При применении этого способа регулирования необходимо обеспечить (при изменении частоты питающей сети и питающего напряжения) постоянство потока намагничивания асинхронной машины.

Регулирование путем изменения числа пар полюсов позволяет получить ступенчатое изменение скорости вращения. Для двукратного изменения скорости отдельные катушки, составляющие данную фазу, переключаются с последовательного согласного соединения на встречное или с последовательного на параллельное. Обмотку ротора в этом случае выполняют короткозамкнутой. Если нужно иметь три или четыре скорости, то на статоре располагают еще одну обмотку, при переключении которой можно получить еще две скорости. Асинхронные электродвигатели с переключением числа пар полюсов называются многоскоростными. Недостатки этого способа регулирования скорости вращения: большие габариты и вес по сравнению с двигателями нормального исполнения, а, следовательно, и большая стоимость; большая величина ступеней регулирования (при частоте 50 Гц скорость вращения поля n, при переключениях изменяется в отношении 3000:1500:1000:750).

Регулирование путем включения в цепь ротора добавочных сопротивлений. Этот способ применяется для двигателей с фазовым ротором, он позволяет плавно изменять скорость вращения двигателя.

Недостатки: плохие энергетические характеристики асинхронной машины и чрезмерно “мягкая” механическая характеристика машины, что в некоторых случаях (при пульсациях нагрузочного момента) недопустимо.

Регулирование путем изменения питающего напряжения. Для двигателей нормального исполнения этот метод неприменим, т.к. пропорционально квадрату уменьшения напряжения питающей сети уменьшается величина момента двигателя. Он применяется для двигателей малой мощности, которые имеют значительные активные сопротивления роторной обмотки, т.к. в этом случае скольжение резко возрастает и максимум момента сдвигается в зону близкую и даже в область . Снижение КПД двигателя, связанное с увеличением потерь мощности для этих типов двигателей не имеет существенного значения.

2.4. Асинхронные исполнительные двигатели

Эти двигатели используются в устройствах автоматики, служат для преобразования подводимого к ним электрического сигнала в механическое перемещение вала. Исполнительные двигатели являются управляемыми двигателями. При заданном моменте нагрузки скорость двигателя должна строго соответствовать подводимому напряжению и меняться при изменении его величины и фазы. В качестве исполнительных двигателей применяются, главным образом, двухфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (рис. 2.19а).

Рис. 2.19. Принципиальная схема асинхронного исполнительного двигателя (а)

и векторные диаграммы его напряжений при амплитудном (б) и фазовом (в)

методах управления.

Одна из обмоток статора B, называемая обмоткой возбуждения, подключается к сети переменного тока с постоянным действующим значением напряжения . Ко второй обмотке статора У, называемой обмоткой управления, подключается напряжение управления , от управляющего устройства УУ.

Различают три основных способа изменения напряжения на обмотке управления: амплитудное, фазовое и амплитудно-фазовое.

При амплитудном управлении изменяется лишь величина амплитуды напряжения управления или пропорциональное ей действующее значение этого напряжения (рис.2.19б). Величина напряжения управления может быть оценена коэффициентом сигнала .

Векторы напряжений управления и возбуждения при всех значениях коэффициента образуют угол .Фазовое управление характерно тем, что напряжение управления остается неизменным по величине, а регулирование скорости достигается изменением угла сдвига фаз между векторами управления и возбуждения (рис. 2.19в). В качестве коэффициента сигнала при фазовом управлении принимается величина, равная синусу угла сдвига фаз между векторами напряжений управления и возбуждения , т. е. .

При амплитудно-фазовом управлении изменяется как амплитуда напряжения управления, так и угол сдвига фаз между напряжениями и , подаваемыми на обмотки статора. Этот способ осуществляется практически путем включения в цепь обмотки возбуждения конденсатора, поэтому схема амплитудно-фазового управления часто называется конденсаторной.

При всех методах управления скорость асинхронного двигателя изменяется за счет создания несимметричного эллиптического магнитного поля.