Перечислите способы регулирования частоты вращения асинхронных двигателей. Опишите и объясните регулирования частоты вращения ротора изменением скольжения.

Асинхронные двигатели являются основой современного электропривода переменного тока. Эффективность работы этого электропривода во многом определяется возможностями регулирования частоты вращения.

Возможности асинхронных двигателей в отношении регулирования частоты вращения ротора определяются выражением:

n₂ = n₁(1- s) = (f₁60/p)(1 - s)

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 s возможно тремя способами: изменением подводимого к обмотке статора напряжения, нарушением симметрии этого напряжения и изменением активного сопротивления обмотки ротора.

Регулировка частоты вращения изменением скольжения про­исходит только в нагруженном двигателе. В режиме холостого хода скольжение, а следовательно, и частота вращения остаются практически неизменными.

Регулирование частоты вращения изменением подводи­мого напряжения. Возможность этого способа регулирования подтверждается графиками М = f (s), построенными для разных значений U (рис. 1).

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, т.к. с превышением номинального напряжения возникает опас­ность чрезмерного перегрева двигателя, вызванного резким увели­чением электрических и магнитных потерь. В то же время с уменьшением напряжения двигатель утрачивает перегрузочную способность, которая, пропорциональна квадрату напряжения сети.

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 нарушением симметрии подводимого напряжения. При нарушении симметрии подводи­мой к двигателю трехфазной системы напряжения вращающееся поле статора становится эллиптическим. При этом поле приобретает обратную составляющую (встречное поле), которая создает момент М_обр, направленный встречно вращающему момен­ту М_пр. В итоге результирующий электромагнитный момент двига­теля уменьшается (М = М_пр - М_обр).

Механические характеристики двигателя при этом способе регу­лирования располагаются в зоне между характеристикой при симмет­ричном напряжении (рис. 2.а, кривая 1) и характеристикой при однофазном питании дви­гателя (рис. 2.а, кривая 2) — пределом не симметрии трехфазного напряжения.

Для регулировки не симметрии подводимого напряжения можно в цепь одной из фаз включить однофазный регулировоч­ный автотрансформатор (AT) (рис. 2.б). При уменьшении напряжения па выходе AT не симметрия увеличивается, и частота вращения ротора уменьшается.

Недостатками этого способа регулирования являются узкая зона регулирова­ния и уменьшение КПД двигателя по мере увеличения не симметрии напряжения. Обычно этот способ регулирования частоты вращения применяют лишь в двигателях малой мощности.

Регулирование частоты вращения изменением активного сопротивления в цепи ротора. Ме­ханические характеристики АД, построенные для различных значений активного сопротивления цепи ротора (см. рис. 3), показывают, что с увеличением активного сопро­тивления ротора возрастает скольжение. Частота вращения двигателя при этом уменьшается.

Изменение активного сопротивления цепи ротора достигается включением в цепь ротора регулировочного реостата (РР), рассчитанного на длительный режим работы. Электрические потери в роторе пропорциональны скольжению (Р_э2 = s*P_эм), поэтому умень­шение частоты вращения (увеличение скольжения) сопровождается ростом электрических потерь в цепи ротора и снижением КПД двигателя. Это свидетельствует о неэкономичности данного способа регулирования.

Ре­гулирования частоты вращения изменением активного сопротивления в цепи ротора широко применяется в асинхронных двигателях с фазным ротором. В зависимости от конструкции регули­ровочного реостата этот способ регулирования частоты вращения может быть плавным или ступенчатым. Способ обеспечивает регулирование частоты вращения в ши­роком диапазоне, но только вниз от синхронной частоты враще­ния. Вместе с тем он обеспечивает двигателю улучшенные пуско­вые свойства.