Файл: Рекус, Г. Г. Элементы автоматизированного электропривода учебное пособие.pdf

ром. В ряде случаев целесообразно применение асинхронных дви­ гателей с контактными кольцами.

Применительно к асинхронным двигателям получили рас­ пространение следующие способы регулирования скорости: из­ менением активного сопротивления в цепи ротора; изменением питающего напряжения; изменением числа пар полюсов; изме­ нением частоты подводимого напряжения; включением в каскад асинхронных двигателей

Кроме указанных способов имеются и другие специальные спо­ собы регулирования скорости асинхронных двигателей, которые, однако, не нашли широкого применения на практике. К ним мож­ но отнести импульсный метод регулирования скорости, регули­ рование скорости с помощью электромагнитных муфт и другие.

Наиболее простым способом регулирования является т. н. реостатное регулирование или регулирование введением допол­ нительного активного сопротивления в цепь асинхронного двига­ теля, что позволяет, также как и для двигателей постоянного тока изменять скорость вращения двигателя при заданной нагрузке. Подобное регулирование скорости возможно при введении до­ полнительного сопротивления в цепь статора или ротора двига­ теля. Однако более широкое практическое применение получил способ изменения сопротивления в цепи ротора, так как введение сопротивления в цепь статора двигателя приводит к уменьшению его максимального момента вследствие уменьшения напряжения на зажимах двигателя. Вместе с тем при введении сопротивления в цепь статора создается узкий диапазон регулирования скорости вращения двигателя.

При введении в цепь ротора активного сопротивления ток в двигателе уменьшается, скорость вращения снижается, а сколь­ жение увеличивается при неизменном значении максимального момента. При этом регулирование скорости вращения двигателя происходит в сторону уменьшения скорости вниз от основной скорости, так как с увеличением активного сопротивления цепи ротора характеристики двигателя становятся мягче.

Создаваемые при этом искусственные характеристики по мере увеличения сопротивления смещаются по часовой стрелке отно­ сительно точки, соответствующей синхронной скорости вращения. Поэтому максимальный момент двигателя при введении сопро­ тивления в цепь ротора остается неизменным. Перегрузочная способность двигателя так же остается неизменной в довольно широком диапазоне регулирования скорости. Это видно из рис. 3,9, на котором приведено семейство механических характе­ ристик асинхронного двигателя при рассматриваемом способе

80

регулирования. Следует отметить, что регулировочные сопротив­ ления одновременно могут быть использованы и как пусковые сопротивления, поскольку они рассчитываются на длительное включение.

Рис. 3-9. Механические характеристики асинхронного электродвигателя с фазным ротором при регулировании скорости из­ менением сопротивления в цепи ротора

Изменение сопротивления в цепи ротора позволяет осущест­ вить плавное регулирование скорости вращения асинхронного двигателя и обеспечивать диапазон регулирования в пределах (2,5 -f- 2) : 1. Рассматриваемый способ регулирования скорости находит применение в электроприводах, работающих в повторно­ кратковременном режиме работы. К числу недостатков этого способа следует отнести наличие больших потерь в роторе, кото­ рые пропорциональны скольжению, поэтому его целесообразно применять при необходимости регулирования скорости в не­ больших пределах, составляющих примерно 10— 15%. При этом регулирование может осуществляться только в сторону уменьше­ ния скорости.

Регулирование скорости вращения асинхронного двигателя из­ менением подводимого напряжения оказывается экономически целесообразным при введении в цепь статора управляемых бес­ контактных устройств (магнитных усилителей и полупроводни­ ковых приборов). На рис. 3,10 приведено семейство механичес­

81

ких характеристик асинхронного двигателя при регулировании напряжением. При изменение напряжения в значительной степени изменяются максимальный и пусковой моменты асинхронного двигателя, при уменьшении жесткости механической характе­ ристики.

Рис. 3-10. Механические характеристики асинхронного электродвигателя при регу­ лировании напряжением

На рис. 3,11 приведена силовая часть схемы управления трех­ фазного асинхронного двигателя при использовании магнитного усилителя. Схема строится на трех однофазных магнитных усили­ телях или на одном трехфазном усилителе. В магнитном усили­ теле индуктивное сопротивление обмотки переменного тока зависит от величины тока подмагничивания, т. е. от величины тока в обмотке постоянного тока усилителя. При малом токе подмагничивания (токе управления /,) индуктивное сопротивле­ ние обмотки переменного тока Очень велико. С увеличением тока подмагничивания индуктивное сопротивление уменьшается до значения, соответствующего насыщению магнитопровода усили­ теля и в дальнейшем не изменяется. Указанное свойство магнит­ ного усилителя позволяет с помощью относительно небольшого по величине тока управления изменять полное сопротивление об­ моток переменного тока усилителя, включенных последовательно с обмотками двигателя в сеть переменного тока, в широких пре­ делах. В результате при неизменной величине питающего напря­ жения сети с изменением тока управления усилителя будет изме­ няться величина напряжения на статорной обмотке асинхрон­ ного двигателя.

82

Рассмотренный метод регулирования не получил широкого применения на практике вследствие изменения максимального и начального моментов двигателя, поэтому он применяется для относительно небольшого числа исполнительных машин и меха низмов, для которых это не может служить препятствием.

А В С

А В С

Для получения достаточно удовлетворительных регулировоч­ ных характеристик асинхронного двигателя с магнитным усили­ телем приходится изменять ток управления в процессе измене­ ния нагрузки на валу двигателя. Лучше всего это достигается в автоматизированных системах управления асинхронных электро­

двигателей. л >.. !

В качестве примера подобных схем рассмотрим наиболее рас­ пространенную схем автоматического регулирования скорости вращения асинхронным электродвигателем с магнитным уси­ лителем с самоподмагничиванием, силовая часть которого приве­

83

дена на рис. 3,12. Введение в цепь ротора добавочного сопротив­ ления обусловлено здесь условиями регулирования и желанием улучшить тепловые условия работы двигателя, поскольку тепло, выделяемое в регулировочном сопротивлении, находится вне асинхронного двигателя. Для обеспечения поддержания постоян­ ства скорости вращения в схеме используются обратные связи. Выбор вида обратной связи определяется необходимым преде­ лом регулирования скорости. На рис. 3,12 используется обратная связь по скорости. Для этой цели на валу асинхронного двигателя устанавливается тахогенератор ТГ, напряжение на зажимах ко­ торого пропорционально скорости вращения асинхронного дви­ гателя.

В цепи обратной связи используется метод сравнения задаю­ щего напряжения от потенциометра источника питания и напря­ жения, снимаемого с потенциометра. Ток в обмотке управления определяется разностью этих напряжений. На рис. 3,13 приведена

схема сравнения напряжений в системе магнитный усилитель — асинхронный двигатель с фазным ротором. Ток в обмотке уп­ равления магнитного усилителя определяется выражением:

84

где l/тг — напряжение на зажимах тахогенератора;

При возрастании нагрузки на валу электродвигателя проис­ ходит снижение его скорости и, соответственно, уменьшение на­ пряжения на зажимах тахогенератора. При U3 = const и гу = = const это вызывает увеличение тока управления, увеличение напряжения на двигателе и увеличение его момента. В результате уменьшение скорости вращения двигателя прекращается. Задавая различные значения U3 на потенциометре, можно получить се­ мейство механических характеристик, представленных на рис. 3,14,

Рис. 3-15. Схемы соединения обмоток статора двухскоростного асинхронного электродвигателя

85

из которых видно, что схема обеспечивает достаточный диапазон регулирования, а механические характеристики обладают необ­ ходимой жесткостью и максимальным моментом.

Плавность регулирования в этой схеме может быть получена

всоответствии с требованием исполнительного механизма. Регулирование скорости вращения изменением числа пар полю­

сов находит применение для производственных механизмов, которые по условиям технологического процесса требуют или допускают ступенчатое регулирование скорости.

В соответствии с формулой скорости вращающегося магнит­

нием обмотки статора многоскоростного асинхронного двига­ теля. Обмотка каждой фазы, например, двухскоростного двига­ теля, состоит из двух одинаковых частей, которые в процессе регулирования переключаются с последовательного на параллель­ ное соединение, при этом в одной части обмотки меняется нап­ равление тока, в результате чего изменяется число пар полюсов двигателя. Возможны схемы переключения со звезды на двойную звезду и с треугольника на двойную звезду (рис. 3,15). В первом случае обеспечивается работа двигателя с постоянным моментом. При этом, поскольку скорость вращения изменяется вдвое, мощ­ ность двигателя также изменяется в два раза при неизменном моменте. (Мощность двигателя Р = Мсо).

> к

Рис. 3-16. Механические характеристики двухскоростного асинхронного электродвигателя при регулировании скорости

'**-•' а) с постоянным моментом; б) с постоянной мощностью.

86

Во втором случае переключение используется для регулирова­ ния скорости вращения механизмов при сохранении мощности неизменной.

На рис. 3,16 приведены механические характеристики двухско­ ростного двигателя при регулировании с постоянной мощностью

ис постоянным моментом.

Внастоящее время промышленность изготовляет многоско­ ростные асинхронные короткозамкнутые двигатели единой серии. При этом кроме двухскоростных выпускаются также трехскорост­ ные и четырехскоростные электродвигатели. В трехскоростных электродвигателях кроме переключаемой обмотки, аналогичной обмотке двухскоростного двигателя, имеется еще одна допол­ нительная независимая обмотка, которая не переключается. Четырехскоростные имеют две независимые друг от друга об­ мотки, каждая из которых переключается по одной из приведен­ ных выше для двухскоростных двигателей схем, что дает возмож­

ность получить четыре числа пар полюсов: Рх, Р2\ Рз\ Р*. Син­ хронные скорости четырехскоростных асинхронных электродви­ гателей соответствуют одному из следующих значений: 3000/1500/ 1000/500; 3000/1500/750/375; 1500/1000/750/500; 1000/750/500/375.

К числу недостатков, свойственных регулированию скорости изменением числа пар полюсов, следует отнести ступенчатость регулирования, повышенную стоимость двигателя, неполное ис­ пользование активных материалов, заложенных в двигатель, сравнительно небольшой диапазон регулирования, не превышаю­ щий отношения 8:1.

Частотное регулирование скорости вращения асинхронного двигателя применяется при питании двигателя от источника регу­ лируемой частоты.

В качестве источника регулируемой частоты используются различные преобразователи частоты. В электромашинных пре­ образователях частоты используются синхронные или асинхрон­ ные генераторы, приводимые во вращение регулируемым двига­ телем постоянного тока. На рис. 3,17 приведена схема преобразо­ вателя частоты с синхронным генератором. В этой схеме регу­ лируемый электродвигатель постоянного тока Д приводит во вращение синхронный генератор СГ, на зажимах которого соз­ дается регулируемое напряжение U^ с регулируемой часто­ той /р^. Двигатель постоянного тока входит в состав системы генератор — двигатель (Г — Д). При изменении сопротивления гг в обмотке возбуждения генератора Г меняется ток возбуждения, что приводит к изменению напряжения на его зажимах, а, сле­ довательно, на зажимах двигателя Д, в результате чего меняется

87