Регулирование скорости вращения ротора изменением числа пар полюсов, частоты питающего напряжения и величины питающего напряжения обмотки статора)

5 ОПИСАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ

5.1 Способы регулирования скорости вращения ротора в асинхронном двигателе

     Так как ротор всегда вращается в сторону вращения магнитного поля статора и при номинальной нагрузке со скоростью равной:

                                                                              (5.1)

     Из этого следует, что, изменяя скорость вращения магнитного поля статора можно изменять скорость вращения ротора.

     Два способа регулирования скорости вращения ротора:

   1 посредством изменения числа пар полюсов

   2 посредством изменения частоты питающего напряжения

     Так как установившаяся скорость вращения ротора характеризуется:

                                                n =n_уст =>  M_э = М_н                                        (5.2)

     Из  уравнения  движения

                                                                                                   (5.3)

следует, что  при  условии  если  нагрузка  на  валу  двигателя  постоянная,  то,  изменяя момент электромагнитный М_э,  будет  изменяться  скорость  вращения  ротора за счет свойства саморегулирования в асинхронном двигателе.

     Саморегулирование – это выравнивание момента электромагнитного M_э за счет скорости вращения ротора с моментом нагрузки М_с.

 Из уравнения механической характеристики:

                                                                                         (5.4) 

Следует, что изменение величины питающего напряжения U₁ в квадратичной зависимости приведет к изменению М_э, и как следствие за счет свойств саморегулирования к изменению скорости вращения ротора.

     Из вышеизложенного следует, что в асинхронном двигателе скорость вращения ротора можно регулировать:

   1 изменением числа пар полюсов – полюсное регулирование.

   2 изменением частоты питающего напряжения – частотное регулирование (необходим преобразователь частоты).

   3 изменением величины питающего напряжения обмоток статора – изменение скольжения (необходим регулятор переменного напряжения).

Регулирование скорости вращения ротора изменением числа пар полюсов

     Для реализации данного способа регулирования возникает необходимость:

   1 в многополюсной машине, чем больше число пар полюсов, тем больше диапазон регулирования скорости вращения

   2 электромеханический или электронный переключатель, посредством которого происходит коммутация полюсности машины.

     Рассмотрим данный способ регулирования скорости вращения ротора.

     Предположим, асинхронный двигатель включен в сеть с номинальным напряжением, номинальной частотой и работает на номинальную нагрузку в

однополюсном режиме

U₁=U_1н

f ₁=f_1н

M_с=M_н

                                                               P=1

     При этом:

                                          n _н=(0.92÷0.98)n₀=2940 об/мин                                  (5.5)

                                         ∆n=n₀-n=3000-2940=60 об/мин                                  (5.6)

                                                                                   (5.7)

Предположим посредством электромеханического переключателя или электронного ключа при данных условиях перешли в двухполюсный режим,

то есть P=2, следовательно:

                                          об/мин                                  (5.8)   

     Вследствие чего скорость вращения магнитного поля статора стала меньше, чем скорость вращения ротора

1500 < 2940

То есть при переходе в двухполюсный режим происходит переход с двигательного режима в режим генераторного торможения, который характеризуется тем, что по отношению к двигательному режиму изменяется направление скорости пересечения магнитными силовыми линиями магнитного поля статора витков обмотки ротора, скольжение, э.д.с., наводимая в роторе, ток ротора, электромагнитная сила и момент электромагнитный.

                                     ∆n=n₀-n=1500-2940= ↑-1440 об/мин                              (5.9)  

                                                                                 (5.10)

                                                                                               (5.11)

                                                                                               (5.12) 

                                                                                         (5.13)

     Так как при переходе  в двухполюсный режим э.д.с., наводимая в роторе увеличилась в 50 раз, что привело к увеличению в 50 раз тока ротора и  статора – электродинамическая перегрузка обмоток ротора и статора.

Для исключения этих перегрузок необходимо:

   1 перед переходом в двухполюсный режим посредством электронных устройств, произвести отключение асинхронного двигателя от сети. Вследствие чего момент электромагнитный становится равным нулю M_э =0. Из уравнения движения следует:

                                                                                                 (5.14) 

                                                                                                    (5.15) 

под воздействием нагрузки на валу двигателя скорость вращения ротора будет уменьшаться

                                                         < 0  =>  ↓                                             (5.16) 

   2 контролируя уменьшение скорости вращения ротора или, зная расчетное время торможения, необходимо при выравнивании скорости вращения ротора со скоростью вращения магнитного поля статора, автоматически включить асинхронный двигатель в сеть, то есть когда   

     При данном условии  обеспечивается режим идеального холостого хода, который характеризуется тем, что э.д.с., наводимая в роторе, ток ротора, электромагнитная сила и момент электромагнитный равны нулю.

     Тогда под воздействием момента нагрузки М_с скорость вращения ротора будет продолжать уменьшаться – переход в двигательный режим роботы.

     Режимы работы асинхронного двигателя представлены на рисунке 5.1.

     Из вышеизложенного следует, что если не осуществить отключение асинхронного двигателя до перехода в двухполюсный режим, то возникает не только электродинамическая нагрузка, но и механическая.

     В результате взаимодействии потока и тока ротора:

                                               (5.17)

Из уравнения движения следует:

                                                                                         (5.18)  

что под воздействием увеличившегося момента электромагнитного момента нагрузки скорость вращения ротора с большим темпом изменения скорости начнет уменьшаться

                                                                                                       (5.19)

уменьшение скорости вращения ротора под воздействием двух моментов приведет к уменьшению скорости пересечения магнитными силовыми

линиями магнитного поля статора витков обмотка ротора

                                                                                                         (5.20)   

И, как следствие, с большим темпом, равному темпу снижения скорости будут уменьшаться э.д.с., наводимая в роторе, ток ротора, электромагнитная сила и момент электромагнитный: