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