14.3. Регулювання кутової швидкості асинхронних двигунів

Електроприводи з АД широко застосовують в різних технологічних уста­новках. Це пояснюється тим, що вони мають просту конструкцію, надійні в експлуатації, дешевші, значно легші і менші за розмірами ніж двигуни постій­ного струму тієї ж потужності. Крім того, деякі способи регулювання кутової швидкості не вимагають спеціальних перетворювальних пристроїв.

Найбільш часто трифазні АД регулюють: зміною додаткового опору в ко­лі ротора (реостатне регулювання); зміною напруги статора; спільною зміною частоти і напруги живлення (частотний спосіб); перемиканням числа полюсів обмотки статора двигуна. Для регулювання кутової швидкості, крім згаданих, можуть бути використані і деякі інші способи: імпульсне регулювання, регулю­вання за допомогою електромагнітної муфти ковзання та ін.

14.3.1. Реостатне регулювання кутової швидкості АД. Механічні хара­ктеристики двигуна при регулюванні включенням опору до кола ротора (реос­татному регулюванні) показані на рис. 14.9. З рисунка видно, що чим більший опір (R1 < R2 < R3 < R4) підключають до роторного кола, тим меншу частоту обертання розвиває двигун при тому ж моменті Мст.

характеристики АД

АД при зміні напруги на статорі

В роторному колі проходять великі струми, для яких складно створити резистори з безступінчастою зміною опору. Тому конструктивно резистори, що забезпечують реостатне регулювання, виконують східчастими, отже і частоту обертання регулюють східчасто. Цей спосіб має ті ж недоліки і позитивні якос­ті, що й для двигунів постійного струму.

Діапазон регулювання непостійний і залежить від навантаження. Жорст­кість характеристик значно знижується відповідно до зменшення частоти обертання, що обмежує діапазон регулювання до D = (2-3) : 1.

Істотними недоліками цього способу є значні втрати енергії, які пропорційні ковзанню: ЛР2 = P1s. Таке регулювання можливе тільки для АД з фазним ротором.

14.3.2. Регулювання АД зміною напруги на статорі двигуна. Критич­ний момент МК змінюється прямо пропорційно квадрату напруги U1, що підво­дять до двигуна, а 5*к від нього не залежить. Це визначає вигляд механічних ха­рактеристик, що відповідають різним значенням U1 (рис. 14.10).

Як правило, регулювання здійснюють зменшенням напруги. При цьому, як видно з рис. 14.10 (U11 > U21 > U31 > U41), частота обертання (критичне ков­зання) залишається постійною, а максимальний момент знижується пропорцій­но квадрату напруги.

Якщо Мст > Мкз, двигун не рушить з місця, тому необхідно запускати дви­гун при номінальній напрузі живлення або попередньо знімати з його вала на­вантаження. Діапазон регулювання невеликий (до (%>.

Для збільшення діапазону регулювання до кола ротора вводять нерегульований резистор, опір якого є достатнім, щоб одержати критичне ковзання 5*к = 3 -4. Таке ре­гулювання (рис. 14.11) на відміну від реостатного дозволяє забезпечити плавну зміну частоти обертання й виключити контактну апаратуру в роторному колі.

Для зміни напруги при регулюванні використовують автотрансформато­ри, напівпровідникові підсилювачі, тиристорні регулятори напруги.

14.3.3. Регулювання асинхронного двигуна спільною зміною частоти і напруги (частотне регулювання). Найбільший парктичний інтерес представ­ляє частотний спосіб плавного регулювання частоти обертання. Для найкращо­го використання АД при частотному регулюванні необхідно, щоб із зміною ча­

стоти змінювалася напруга, що подається на статорні обмотки. Закон зміни на­пруги залежить від зміни частоти живлення і характеру навантаження.

Так, якщо статичний момент опору навантаження Мст не залежить від ча­стоти обертання, тобто Мст(со) = const, необхідно при регулюванні зміною час­тоти /і так змінювати напругу U1, щоб

U / /і = const. (14.14)

Якщо ж статичний момент опору зворотно пропорційний частоті обер­тання, так що потужність навантаження Рст = Мст- со залишається постійною, то співвідношення U1 і /1 повинне мати такий вигляд:

U / '[fx = const .

На рис. 14.12 наведене сімейство механічних характеристик при зміні частоти на­пруги відповідно до виразу (14.12). Із зменшенням частоти f >/21 >/з1) критична частота обертання зменшується, при цьому на ділянці високих і середніх частот критичний мо­мент залишається незмінним, а в області малих частот трохи зменшується.

Частотний спосіб дозво-

ляє встановлювати частоту обе­ртання вище й нижче номіналь­ної. Допускається збільшення частоти обертання в 1,5 - 2 рази понад номінальної, а зменшен­ня в 10 - 15 разів за номінальну. Нижня межа зумовлена тим, що технічно складно одержати джерела живлення з низькою частотою, а також домогтися досить рівномірного обертання вала двигуна. Таким чином, ча­стотне регулювання дозволяє змінювати частоту обертання в діапазоні до D = (20 - 30) :1. Нижня межа частоти обертання може бути зменшеною уведен­ням зворотних зв'язків за часто­тою обертання, струмом і напругою.

Частотне керування є одним з ефективних за техніко-економічними пока­зниками способів керування АД. Робоча частина механічної характеристики має високу жорсткість при будь-якій частоті живлення/1. Втрати потужності невеликі, тому що двигун завжди працює при малих ковзаннях; плавність регу­лювання може бути практично будь-якою. Керування можна здійснювати, ви­користовуючи найбільш простий двигун з короткозамкненим ротором.

Регулювання асинхронного двигуна перемиканням кількості пар полюсів. З виразу

wo = 2f/p (14.15) видно, що при зміні кількості пар полюсів р отримують механічні характерис­тики з різною частотою обертання ідеального холостого ходу со0. Оскільки зна­чення р визначається цілими числами, то перехід від однієї характеристики до іншої в процесі регулювання має східчастий характер. Існує два способи регу­лювання швидкості зміною кількості пар полюсів.

Перший спосіб. У пази статора укладаються дві обмотки з різною кількі­стю полюсів. Залежно від необхідної частоти обертання до джерела живлення підключається та або інша обмотка.

Другий спосіб. Обмотку кожної фази складають з двох частин, які в про­цесі регулювання з'єднують послідовно або паралельно. При цьому кількість пар полюсів змінюється в 2 рази.

Промисловість випускає спеціальні багатошвидкісні двигуни, у констру­кції яких передбачена можливість зміни кількості пар полюсів.

Основним недоліком регулювання зміною кількості пар полюсів є східча­стий характер зміни частоти обертання. В той же час регулювання є економіч­ним, має високу стабільність частоти обертання і використовується в основно­му для асинхронного короткозамкненого двигуна. У гнучких автоматизованих виробництвах воно застосовується для ряду металорізальних верстатів, що до­зволяє зменшити кількість механічних передач у коробках швидкостей.

Тиристорне регулювання асинхронних двигунів. Широке впрова­дження напівпровідникових приборів в системи керування і регулювання частоти обертання електроприводів зумовлено тим, що вони мають малі втрати енергії, високий коефіцієнт посилення по струму и потужності, малі габарити і значний термін експлуатації, високу надійність, практично безінерційні.

Найбільш розповсюдженими є тиристорні схеми, які дозволяють зміню­вати напругу на асинхронному двигуні. Величина напруги при цьому регулю­ється шляхом зміни кута керування тиристорами a.

Для довготривалої роботи на швидкостях, менших за номінальну, застосо­вують тиристорні схеми регулювання напруги, які забезпечують симетричне ре­гулювання в усіх фазах як позитивної так і негативної півхвиль змінної напруги. На рис.14.13 показано схему тиристорного регулятора напруги, яка дозволяє плавно і в широкому діапазоні змінювати напругу иф на фазах статора АД і отримувати різні механічні характеристики, тобто регулювати обертовий момент двигуна. Силова частина схеми складається з тиристорів, які включені зустрічно-паралельно до кожної фази напруги статора АД.

Щоб мати широкий діапазон зміни швидкості в схемі застосовано регулю­вання з негативним зворотним зв'язком за швидкістю. Для цього напруга з таго-хенератора итг, пропорційна швидкості обертання вала АД, подається на блок порівняння БП, де вона порівнюється з задаючою напругою из, яка установлює потрібну швидкість. Якщо є розходження між заданою і фактичною швидкостя­ми блок порівняння видає сигнал потрібного знаку, який після підсилення підси­

лювачем П подається на вхід блоку управління тиристорами БУ. Останній змі­нює кут керування тиристорами a, забезпечуючи величину напруги на статорі АД яка відповідає потрібній швидкості обертання. При зміні моменту опору на валу АД його швидкість змінюється за кривими, що аналогічні кривим 4 і 5 на рис. 14.6,б, нахил яких задається коефіцієнтом підсилення системи авторегулю­вання швидкості.

Тиристорне регулювання швидкості застосовують для двигунів з корот­козамкненим і фазним ротором. Позитивною якістю тиристорного регулювання є відносно невеликі втрати в двигуні і задовільний його нагрів.


А В С


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я