могут возникнуть недопустимые термические напряжения, в особен ности в машинах с большой скоростью вращения.
Большая надежность ротора может быть обеспечена применением стержней так называемого бутылочного профиля (рис. 28-16, а) или же трапецеидального (рис. 28-16, б). При этих формах сечения можно
а) б)
Рис. 28-15. Диаграмма тока |
Рис. 28-16. Профиль провод |
глубокопазного двигателя |
ников обмотки ротора: а — |
|
бутылочный; б — трапецеи |
|
дальный |
получить необходимое увеличение активного сопротивления обмотки ротора при меньшей глубине паза, Роторы с такими стержнями позволяют значительно улучшить пусковые свойства двигателей и проще в изготовлении по сравнению с двухклеточными роторами вследствие облегчения пайки стержней к короткозамыкающим коль цам.
Глава д в а д ц а т ь де вятая
РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
29-1. Способы регулирования скорости вращения
Асинхронный двигатель, как правило, используется в электро приводе с постоянной скоростью вращения, однако в ряде случаев требуется эту скорость регулировать.
Из формулы (22-Іа) следует, что скорость вращения ротора асин хронного двигателя
n = n1( l - s ) = - y - ( l - s ) .
Таким образом, чтобы изменить скорость вращения ротора, необ ходимо изменить либо скольжение s, либо скорость вращения поля статора п1. Последнее достигается изменением числа пар полюсов р обмотки статора или же частоты / тока в обмотке статора.
Перечисленные способы имеют существенные недостатки, и поэ тому было предложено большое число соединений (каскадов) асин хронного двигателя с другими электрическими машинами для полу чения необходимых характеристик скорости.
Рис. 29-1. Скоростьвращения при раз личных сопротивле ниях цепи ротора
29-2. Изменение скольжения
Проще всего регулирование скольжения осуществляется в двига теле с фазной обмоткой ротора введением добавочного активного со противления (рис. 28-1). Процесс регулирования скорости вращения ротора этим способом рассматривается при постоянстве подведенного к двигателю напряжения U1 и частоты /. Момент М2 считается также постоянным.
При отсутствии добавочного сопротивления в цени ротора сколь жение двигателя в установившемся режиме определяется точкой А пересечения линии нагрузочного момента (— Мт) и характеристики скорости 1 (рис. 29-1), соответствующей скорости вращения п'.
Если ввести сопротивление в цепь ротора, то Uх останется постоян
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ным согласно условию; |
следовательно, |
останутся |
постоянными |
э. д. с. |
|
и поток Фвт. Так как ротор обладает |
инерцией, |
то в |
ближайший |
момент |
времени |
после |
введения |
реостата скорость |
вращения |
ротора останется прежней и соответственно |
этому |
сохраняется |
величина |
э. |
д. |
с. ротора |
E'2 s = E'2 S. |
Т |
о к |
ротора |
|
|
|
|
|
|
|
|
j' _ _______Eas_______ |
|
|
|
|
|
2 |
V i ^ + W + Ш |
|
|
|
уменьшается |
вследствие увеличения |
|
сопротив |
ления |
цепи |
ротора |
до |
значения г'г + |
Гд, а это |
приводит к уменьшению вращающего момента |
Мш [формула (25-18)]. Так как нагрузочный |
момент Мт остается |
постоянным, |
то |
|
он будет |
превышать вращающий момент, т. е. на валу двигателя появится отрицательный динамичес кий момент Мj = Mr, -f Мт и скорость вра щения ротора начнет уменьшаться. Соответствен
но возрастающему скольжению s будет также увеличиваться э. д. с. Eiß и ток І2 [формула (25-11)]. Процесс уменьшения скорости враще ния и увеличения тока будет происходить до тех пор, пока актив ная составляющая этого тока /2 cos ф2 не достигнет прежнего значе ния. Вращающий момент М2 станет равным нагрузочному моменту (— Мт) и ротор будет вращаться с установившейся скоростью п" , меньшей, чем до введения реостата (точка В характеристики ско рости 2).
Так как ток ротора и магнитный поток при уменьшении скорости вращения не претерпевают изменений, то ток статора и cos ф также остаются без изменений; поэтому потребляемая двигателем мощность
Р1 — ]/3Z71/ 1cos cpj не изменяется. Полезная мощность уменьшается вследствие уменьшения скорости вращения п при постоянном моменте М2. Следовательно, к. п. д. двигателя
_ Р2 іі/ 22 л л /60 ___
рГ ~ = п
3 44
уменьшается пропорционально уменьшению скорости вращения. С уменьшением скорости вращения происходит ухудшение венти ляции двигателя, поэтому одновременно необходимо также понижать
нагрузочный момент Л/т.
Наклон характеристик скорости с увеличением сопротивления цепи ротора увеличивается; это понижает устойчивость работы двигателя, т. е. малые изменения нагрузочного момента вызывают большие колебания скорости вращения.
В случае резко нарастающих нагрузок «смягчение», т. е. увели чение наклона характеристики скорости желательно для исполь зования кинетической энергии /соа/2, запасенной во вращающихся частях привода с общим моментом инерции J. При повышении на грузки скорость вращения двигателя понижается, и динамический
момент J способствует преодолению нагрузочного момента Мт,
Рис. 29-2. |
Регулирование скорости асинхронного |
двигателя |
изменением напряжения: а — при малом |
активном |
сопротивлении ротора, б —при большом |
|
сопротивлении |
уменьшая таким образом вращающий момент М2 двигателя. Это поз воляет выбрать двигатель меньшей мощности и понизить наибольший ток статора.
Изменение скольжения может быть получено также за счет изме нения подведенного к двигателю напряжения Ut; однако при малом сопротивлении цепи ротора скольжение изменяется в узких преде лах вследствие большого угла наклона механической характеристики (рис. 29-2, а). Механическая характеристика 1 построена для номи нального напряжения U1H, критическое скольжение sm — 0,2 (в дви гателях средней и большой мощности sm значительно меньше). При уменьшении напряжения ординаты механической характеристики уменьшаются пропорционально ( U J U ^ . Характеристика 2 соот ветствует уменьшению напряжения на 0,3 U1H. При заданном нагру зочном моменте скольжение будет изменяться в пределах между точками а и Ь, т. е. скорость вращения изменится не более чем на 15%. Но при этом пусковой момент Мп становится меньше момента (— Мт) и резко снижается перегрузочная способность двигателя.
При увеличении сопротивления цепи ротора пределы регулирова ния скорости вращения значительно расширяются, особенно если sM становится равным единице, однако при этом понижается устой
чивость работы двигателя. На рис. 29-2, б приведены механические характеристики двигателя при sm -=1 для номинального напряже ния (линия 3) и для пониженного на 30% напряжения (линия 4). Регулирование скорости вращения при заданном значении Мт на ходится в пределах с — d.
Пределы регулирования скольжения зависят также от характера изменения нагрузочного момента от скорости вращения; эти пределы уменьшаются, если момент Мтвозрастает с увеличением скорости вращения.
Регулирование напряжения может производиться автотрансфор матором, переменным индуктивным сопротивлением или другими способами.
29-3. Изменение числа пар полюсов
При изменении числа пар полюсов обмотки статора изменяется скорость вращения поля статора, а следовательно, и скорость вра щения ротора. Число полюсов может быть только целым, поэтому изменение скорости вращения будет ступенчатым. Особенно большие ступени получаются при малом числе полюсов.
Изменение числа полюсов может быть достигнуто двумя способами: на статоре можно уложить две обмотки, каждая из которых имеет требуемое число полюсов, или же использовать одну обмотку, допус кающую переключение на разное число полюсов.
В двигателе с переключением числа полюсов ротор обычно выпол няется с короткозамкнутой обмоткой, так как применение фазной обмотки с переключением числа полюсов значительно усложняет изготовление ротора.
Наиболее простая схема переключения числа полюсов обмотки получается при отношении скоростей вращения 1 : 2.
Двухслойные обмотки предпочтительнее, так как они обеспечи вают лучшую форму магнитного поля в зазоре. Шаг обмотки выбира ется таким образом, чтобы он был близким к полюсному делению при большем числе полюсов.
На рис. 29-3 представлена схема обмотки, фаза которой состоит из двух катушек AB и CD. Показанное на рис. 29-3, а направление тока при соединении конца катушки В с началом катушки С создает четыре полюса. При изменении направления тока в катушке CD
получается два полюса (рис. 29-3, б). |
Изменение направления тока |
в катушке CD может быть получено |
и при параллельном соедине |
нии катушек (рис. 29-3, е). При этом требуется только три выведен ных конца вместо четырех по схеме рис. 29-3, б, а при внутреннем сое динении трехфазной обмотки звездой или треугольником только шесть концов. При изменении числа полюсов может изменяться также индукция в зазоре и приблизительно пропорционально ей — вращающий момент двигателя.
Индукция в зазоре зависит от величины вращающегося магнит ного потока и полюсного деления. Магнитный поток определяется приложенным к обмотке напряжением, числом последовательно сое диненных витков и обмоточным коэффициентом [формула (23-3)j.
