Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя определяется в соответствии с требованиями технологических процессов и тех производственных механизмов, в которых он используются. Оно характеризуется следующими основными показателями.

Диапазон регулирования Д (предел изменения частоты вращения). Под этой величиной понимается отношение максимальной частоты вращения двигателя n_mах к его минимальной частоте вращения n_min:

D=n_max/n_min.         (54)

Плавность регулирования, которая характеризуется минимальным скачком частоты вращения двигателя при переходе с одной механической характеристики на другую.

Направление возможного изменения частоты вращения двигателя (зона регулирования). При номинальных условиях работы (напряжении и частоте питающей сети) асинхронный двигатель имеет естественную механическую характеристику. При регулировании частоты вращения соответствующие им характеристики будут отличаться от естественной. Эти характеристики носят название искусственных (регулировочных) характеристик. С помощью одних методов регулирования удается получить искусственные характеристики, располагающиеся только ниже естественной. Другие методы обеспечивают регулирование частоты вращения асинхронного двигателя выше и ниже естественной характеристики.

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

Следует отметить, что в ряде случаев, например для механизмов, работающих сравнительно малое время на искусственных характеристиках, потери электроэнергии даже при неэкономичных способах регулирования будут невелики (работа на низких доводочных скоростях лифтов, кранов и др.). При этом более рационально применение простых и дешевых способов регулирования частоты вращения двигателей, даже и неэкономичных с точки зрения потребления энергии.

Допустимая нагрузка двигателя при работе его на регулировочных характеристиках ограничивается величинами токов в статорной и роторных цепях. Эта нагрузка определяется допустимым нагревом двигателя и во многом определяется механическими характеристиками производственных механизмов, моментом сопротивления на валу, моментом инерции двигателя и механизма и т. д.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя может производиться способом воздействия на него со стороны статора или со стороны ротора.

Чтобы рассмотреть возможные способы регулирования частоты вращения, сначала получим ее выражение. В соответствии с приведенными ранее формулами (3), (4) можно записать, что частота вращения ротора n, об/мин, равна:

          (55)

где f₁ — частота питающей сети, Гц; р — число пар полюсов двигателя; s — скольжение, отн. ед.

Из формулы (55) следует, что существуют три основных способа регулирования частоты вращения:

• изменением частоты f₁ питающего двигатель напряжения;
• изменением числа пар полюсов р;
• изменением скольжения s.

Воздействие на асинхронный двигатель может осуществляться как со стороны статора, так и со стороны ротора. Все три способа нашли широкое применение на практике. Рассмотрим эти способы подробнее.

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

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя изменением числа полюсов в обмотке статора обеспечивается благодаря изменению частоты вращения магнитного поля статора. Как следует из формулы (3), при неизменной частоте питающей сети частота вращения 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.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя изменением скольжения является одним из простых способов регулирования. В то же время при изменении (увеличении) скольжения в соответствии с формулами (32), (34) изменяются (увеличиваются) потери в обмотке ротора, что приводит к уменьшению КПД при регулировании. Регулирование скольжения можно осуществлять как со стороны статора, так и со стороны ротора. Естественно, что во втором случае ротор должен быть фазным и иметь выведенную на контактные кольца обмотку.