Частота вращения ротора асинхронного двигателя

МДС трехфазной обмотки

 

При включении трехфазной обмотки статора в сеть трехфазного тока в обмотках фаз появятся токи, сдвинутые по фазе (во времени) относительно друг друга на 120 эл. град

I_А = I_Amax sin ωt; i_B = I_Bmax sm (ωt -120°); i_C = I_Cmax sin(ωt - 240°).

 

Ток каждой обмотки создает пульсирующую МДС, а совокупное действие этих МДС создает результирующую МДС, вектор которой вращается относительно статора.

Для определения амплитуды основной гармоники МДС трехфазной обмотки необходимо

сложитъ основные гармоники МДС обмоток фаз, оси которых смещены в пространстве относительно друг друга на 120 эл. град:

f_A = F_ф1 sin ω₁t cos α = 0,5 F_ф1 [sin (ω₁t – α) + sin(ω₁t + α)];

f_B = F_ф1 sin(ω₁t – 120 )cos(α – 120 ) = 0,5 F_ф1[sin (ω₁t – α) + sin(ω₁t + α – 120 )];

f_C = F_ф1 sin(ω₁t– 240 )cos(α – 240 ) = 0,5 F_ф1[sin (ω₁t – α) + sin(ω₁t + α – 120 )].

Следовательно, МДС трехфазной обмотки

f₁ = f_A + f_B + f_C =1,5 F_ф1 sin(ω₁t - α) = F₁ sin(ω₁t - α),

амплитуда МДС трехфазной обмотки на один полюс при симметричиой нагрузке фаз равна 1,5 амплитуды МДС обмотки фазы.

Способы пуска синхронных двигателей

 

Пуск синхронного двигателя непосредственным включением в сеть невозможен, так как ротор из-за своей значительной инерции не может быть сразу увлечен вращающимся полем статора, частота вращения которого устанавливается мгновенно. В результате устойчивая магнитная связь между статором и ротором не возникает.

В настоящее время практическое применение имеет асинхронный пуск. Этот способ пуска возможен при наличии в полюсных наконечниках ротора пусковой обмотки (клетки), аналогичной успокоительной обмотке синхрон­ного генератора. Невозбужденный синхронный двигатель включают в сеть. Возникшее при этом вращающееся магнитное поле статора наводит в стержнях пусковой клетки ЭДС, которые создают токи .

 

 

Взаимодействие этих токов с полем статора вызывает появление на стержнях пусковой клетки электромагнитных сил . Под действием этих сил ротор приводится во вращение После разгона ротора до частоты вращения, близкой к синхронной , обмотку возбуждения подключают к источнику постоянного тока. Обра­зующийся при этом синхронный момент втягиваем ротор двигателя в синхронизм. После этого пусковая обмотка дви­гателя выполняет функцию успокоительной обмотки, ограничивая качания ротора.

Чем меньше нагрузка на валу двигателя, тем легче его вхождение в синхронизм. Явнополюсные двигатели малой мощности, пускаемые без нагрузки на валу, иногда входят в синхронизм лишь за счет реактивного момента, т. е. даже без включения обмотки возбуждения.

При асинхронном пуске синхронного двигателя возникает значительный пусковой ток. Поэтому пуск синхронных двигателей непосредственным включением в сеть на номинальное напряже­ние применяют при достаточной мощности сети, способной вы­держивать без заметного падения напряжения броски пускового тока пяти- или семикратного значения (по сравнению с номиналь­ным током). Если же мощность сети недостаточна, то можно при­менить пуск двигателя при пониженном напряжении (см. § 15.2): автотрансформаторный или реакторный.

 

 

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя

Частота вращения ротора асинхронного двигателя

n₂ =n₁(1 - s) = (f₁60/ p)(l - s).

 

Регулирование частоты вращения изменением подводи­мого напряжения. Возможность этого способа регулирования подтверждается графиками М = f (s), построенными для разных значений U₁.

При неизменной нагрузке на валу дви­гателя увеличение подводимого к двигателю напряжения вызыва­ет рост частоты вращения. Однако диапазон регулирования часто­ты вращения получается небольшим, что объясняется узкой зоной устойчивой работы двигателя, ограниченным значением критиче­ского скольжения и недопустимостью значительного превышения номинального значения напряжения.

Подводимое к двигателю напряжение изменяют либо регули­ровочным автотрансформатором, либо реакторами, включаемыми в разрыв линейных проводов.

Узкий диапазон регулирования и неэкономичность (необхо­димость в дополнительных устройствах) ограничивают область применения этого способа регулирования частоты вращения.

 

Регулирование частоты вращения изменением частоты тока в статоре.

 

Для осуществления этого способа регулирования необходим источник питания двигателя переменным током с регулируемой частотой (преобразователи частоты). Чтобы регулировать частоту вращения, достаточно изменить частоту тока f ₁. Но с изменением частоты f ₁ = ω₁p/ (2π) будет изменяться и максимальный момент. Поэтому для сохранения неизменными перегрузочной способности, коэффициента мощности и КПД двигателя на требуемом уровне необходимо одно­временно с изменением частоты f ₁ изменять и напряжение питания U₁.

Частотное регулирование двигателей позволяет плавно изме­нять частоту вращения в широком диапазоне (до 12:1). Однако источники питания с регулируемой частотой тока удорожают установку.

 

Регулирование частоты вращения изменением числа полюсов обмотки статора.

Этот способ регулирования частоты вращения дает ступенчатую регулировку (см. формулу).

Изменять число полюсов в обмотке статора можно либо укладкой на статоре двух обмоток с разным числом полюсов, либо укладкой на статоре одной обмотки, конструкция которой позволяет путем переключения катушечных групп получать различное число полюсов. Последний способ получил наибольшее применение.

Принцип преобразования четырехполюсной обмотки в двух­полюсную (для одной фазы) показан на рис. 15.12: при последова­тельном согласном соединении двух катушек возбуждаемое ими магнитное поле образует четыре полюса (рис. 15.12, а); при по­следовательном встречном (рис. 15.12, б) или параллельном со­единениях (рис. 15.12, в) — два полюса. Таким образом, принцип образования полюсно переключаемой обмотки основан на том, что каждая фаза обмотки делится на части (катушечные группы), из­меняя схему соединения которых получают разное число полюсов.

 

 

Если на статоре расположить две полюсно переключаемые обмотки, то получим четырехскоростной двигатель. Однако воз­можно применение и одной обмотки, допускающей путем пере­ключения катушечных групп получение до четырех вариантов различных чисел полюсов.

Регулирование частоты вращения изменением числа полюсов на статоре применяют исключительно в асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором, так как число полюсов в обмотке этого ротора всегда равно числу полюсов статора и для изменения частоты вращения достаточно изменить число полюсов в обмотке ротора. В случае же фазного ротора пришлось бы и на роторе применить полюсно переключаемую обмотку, что привело бы к недопустимому усложнению двигателя.

 

Регулирование частоты вращения изменением активного сопротивления в цепи ротора.

Этот способ регулирования частоты вращения возможен лишь в двигателях с фазным ротором. С увеличением активного сопро­тивления ротора возрастает скольжение, соответствующее задан­ному нагрузочному моменту.

Частота вращения двигателя при этом уменьшается.

Практически изменение активного сопротивления цепи ротора достигается включением в цепь ротора регулировочного реостата (РР), подобного пусковому реостату (ПР) (см. рис. 15.2), но рассчитанного на длительный режим работы. Умень­шение частоты вращения (увеличение скольжения) сопровождается ростом электрических потерь в цепи ротора и снижением КПД двигателя. Так, если при неизменном нагрузочном моменте на валу двигателя увеличить скольжение от 0,02 до 0,5, что соответствует уменьшению частоты вращения примерно вдвое, то потери в цепи ротора составят почти половину электромагнитной мощно­сти двигателя. Это свидетельствует о неэкономичности рассмат­риваемого способа регулирования. К тому же необходимо иметь в виду, что рост потерь в роторе сопровождается ухудшением усло­вий вентиляции из-за снижения частоты вращения, что приводит к перегреву двигателя.

Рассматриваемый способ регулирования имеет еще и тот недостаток, что участок меха­нической характеристики, со­ответствующий устойчивой ра­боте двигателя, при введении в цепь ротора добавочного со­противления становится более пологим и колебания нагрузоч­ного момента на валу двигате­ля сопровождаются значитель­ными изменениями частоты вращения ротора.

Но несмотря на указанные недостатки, рассмотренный способ ре­гулирования частоты вращения широко применяется в асинхронных двигателях с фазным ротором. Способ обеспечивает регулирование частоты вращения в ши­роком диапазоне, но только вниз от синхронной частоты враще­ния. Вместе с тем он обеспечивает двигателю улучшенные пуско­вые свойства.

 

 

12Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: