Регулирование частоты вращения АД с кз ротором.

Вращающий момент возрастает в соот­ветствии с характеристи­кой M=f(s). При крити­ческом скольжении Sкp момент достигает макси­мального значения Ммах. С дальнейшим нараста­нием частоты вращения (уменьшением скольже­ния) момент М начинает убывать, пока не достигнет установившегося значе­ния, равного сумме про­тиводействующих момен­тов, приложенных к рото­ру двигателя: момента х. х. Мо и полезного нагрузочного момента M2. При достижении электромагнитным моментом максимального значения наступает предел устойчивой работы асинхронного двигателя. Следовательно, для устойчивой работы двигателя необходимо, чтобы сумма нагрузочных моментов, дей­ствующих на ротор, была меньше максимального момента: Мст = Мо + М2 < Ммах. Но чтобы работа асинхронного двига­теля была надежной и чтобы случайные кратковременные пере­грузки не вызывали остановок двигателя, необходимо, чтобы он обладал перегрузочной способностью. Перегру­зочная способность двигателя определяется отношением макси­мального момента Ммах к номинальному Mном. Для асинхронных двигателей общего назначения перегрузочная способность со­ставляет Ммах/Мном = 1,7 — 2,5.

Частота вращения ротора асинхронного двигателя

Из этого выражения следует, что частоту вращения ротора асинхронного двигателя можно регулировать изменением какой-либо из трех величин: скольжения s, частоты тока в обмотке статора f₁ или числа полюсов в обмотке статора 2р. Регулирование частоты вращения изменением скольжения sвозможно следующими способами: изменением подводимого к обмотке статора напряжения, нарушением симметрии этого напряжения.

Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения. Вращающий момент АД пропорционален , поэтому механические характеристики двигателя при напряжениях меньших номинального располагаются ниже естественной. Если статический момент М_СТ остается постоянным, то при снижении напряжения на обмотке статора скольжение АД увеличивается, частота вращения ротора уменьшается. Регулирование скольжения этим способом возможно в пределах 0 < s < s_КР. Диапазон регулирования частоты вращения получается небольшим, что объясняется узкой зоной устойчивой работы двигателя. Диапазон ограничен недопустимостью значительного превышения номинального напряжения и значением критического скольжения. С превышением номинального напряжения возникает опасность чрезмерного нагрева АД, вызванного резким увеличением электрических и магнитных потерь. Двигатель с более значительным критическим скольжением имеет большее значение электрических потерь, а значит и меньший КПД. С уменьшением напряжения U₁ двигатель утрачивает перегрузочную способность и при нагрузках близких к номинальной происходит увеличение суммарных потерь и нагрева АД. Узкий диапазон регулирования и неэкономичность – недостатки. Регулирование частоты вращения нарушением симметрии подводимого напряжения. При нарушении симметрии трехфазной системы переменного напряжения, подводимой к АД, вращающееся магнитное поле статора становится эллиптическим. Такое поле содержит обратную составляющую (встречное поле), которая создает момент М_обр,направленный встречно вращающему моменту М_пр, поэтому результирующий электромагнитный момент АД уменьшается: . Механические характеристики двигателя в этом случае располагаются в интервале между характеристикой при симметричном напряжении (1) и характеристикой при однофазном питании (2) - пределом несимметрии 3-х фазного U. Регулировка несимметрии подводимого напряжения обеспечивается включением в одну из фаз однофазного регулировочного автотрансформатора AT.

Недостатками этого способа регулирования являются узкий диапазон регулирования и уменьшение КПД двигателя при увеличении несимметрии напряжения.

Регулирование частоты вращения изменением частоты тока в обмотке статора. Это способ регулирования основан на изменении синхронной частоты вращения , что возможно при наличии источника питания АД с регулируемой частотой -преобразователя частоты (ПЧ). Частотное регулирование позволяет плавно изменять частоту вращения ротора в широком диапазоне. Чтобы регулировать частоту вращения, достаточно изменить частоту тока f₁, но при этом будет изменяться и максимальный электромагнитный момент АД. Поэтому для сохранения неизменными перегрузочной способности, коэффициента мощности и КПД двигателя на требуемом уровне необходимо одновременно с изменением частоты f₁ изменять и величину подводимого к обмотке статора напряжения U₁. Если частота вращения ротора АД регулируется при постоянном моменте нагрузки , то подводимое к обмотке статора напряжение необходимо изменять пропорционально изменению частоты тока: . При осуществлении этого закона регулирования основной магнитный поток АД при различных значениях частоты f₁, остается неизменным, а мощность двигателя увеличивается пропорционально нарастанию частоты вращения. Если регулирование производится при условии постоянства мощности двигателя , то подводимое напряжение к обмотке статора следует изменять в соответствии с законом

Регулирование частоты вращения изменением числа полюсов обмотки статора. Этот способ регулирования частоты вращения обеспечивает ступенчатую регулировку. Изменять число полюсов обмотки статора можно либо укладкой в пазах статора двух обмоток с разным числом полюсов, либо укладкой одной обмотки, конструкция которой позволяет путем переключения катушечных групп получать различное число полюсов. Второй способ получил наибольшее применение. АД с полюсно-переключаемыми обмотками могут работать в двух режимах: режим постоянного момента, когда при переключении обмотки статора с одной полюсности на другую вращающий момент на валу двигателя М₂ остается неизменным, а мощность Р₂изменяется пропорционально частоте вращения ротора . Режим постоянной мощности, когда при переключении обмотки статора с одной полюсности на другую мощность Р₂ остается примерно одинаковой, а момент на валу М₂ изменяется соответственно изменению частоты вращения ротора .