Регулирование скорости асинхронного двигателя: works.doklad.ru — Учебные материалы

Регулировочные характеристики асинхронного двигателя при регулировании скорости изменением числа пар полюсов и изменением напряжения на зажимах статора

Регулирование скорости асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором изменением числа пар полюсов

Этот способ регулирования скорости вытекает из формул:

n₀ = 60f / p
ω = 2πf / p

Для того чтобы регулировать скорость вращения в статор должна быть уложена обмотка специальной конструкции, состоящая в каждой фазе из двух полуобмоток. Путем пересоединения этих полуобмоток можно получить разное число пар полюсов. Обмотки можно переключать с простой звезды на двойную звезду.

Соединение обмотки статора асинхронного двигателя по схеме простой звезды.

Соединение обмотки статора асинхронного двигателя по схеме двойной звезды.

При переключении со звезды на двойную звезду число пар полюсов изменяется кратно двум.

Мощность двигателя равна:

P=M•ω

При регулировании скорости путем переключения со звезды на двойную звезду, момент остается постоянным, следовательно, при изменении скорости вращения в два раза, мощность также будет изменяться в два раза.

Механические характеристики при таком переключении обмотки имеют вид:

Регулировочные характеристики асинхронного двигателя при соединении обмотки статора по схеме двойной звезды.

Регулирование скорости переключением со звезды на двойную звезду называется регулированием с постоянством момента.

Обмотку статора можно переключать с треугольника на двойную звезду.

Соединение обмотки статора асинхронного двигателя при переключении с треугольника на двойную звезду.

При переключении с треугольника на двойную звезду число пар полюсов также меняется кратно двум. При этом регулирование производится с постоянством мощности, соответственно момент изменяется в два раза.

Регулировочные характеристики асинхронного двигателя при переключении обмотки статора с треугольника на двойную звезду.

Двигатели с регулированием скорости изменением числа пар полюсов называются двухскоростными. Они были разработаны специально для электропривода металлорежущих станков, чтобы уменьшить габариты коробки скоростей. Для того чтобы еще больше расширить диапазон регулирования скоростей были разработаны трехскоростные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. У этих двигателей в пазы статора укладываются две обмотки. Одна обмотка с постоянным числом пар полюсов и вторая обмотка такой конструкции, чтобы в ней изменять число пар полюсов путем переключения.

Еще одним недостатком этого регулирования скорости можно считать необходимость использования специальных электродвигателей, габариты которых будут намного больше, чем у односкоростных асинхронных двигателей.

Регулирование скорости асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором изменением напряжения на зажимах статора

Этот способ вытекает из формулы:

M_кр ≡ U_ф²

ω₀ = 2πf / p

s_кр = r₂’ / (x₁+x₂’)

Регулировочные характеристики асинхронного двигателя при изменении напряжения на зажимах статора.

Для осуществления этого метода между сетью и статором электрического двигателя необходимо установить специальное устройство, обеспечивающее регулирование напряжения. Это может быть автотрансформатор, фазорегулятор.

В настоящее время благодаря развитию полупроводниковой техники появилась возможность создания статических компактных регуляторов напряжения на полупроводниковых элементах. Основным недостатком этого способа регулирования скорости является то, что с уменьшением напряжения снижается пусковой момент. Поэтому этот способ регулирования скорости можно использовать для тех производственных механизмов, пуск которых осуществляется без нагрузки.

Колесо для гидравлической тележки купить. Колеса для гидравлических тележек в спб.

Способы регулирования асинхронного двигателя. — РОСЭЛЕКТРО

Асинхронный двигатель является наиболее массовым электрическим двигателем. Эти двигатели выпускаются мощностью от 0,1 кВт до нескольких тысяч киловатт и находят применение во всех отраслях хозяйства. Основным достоинством асинхронного двигателя является простота его конструкции и невысокая стоимость. Однако по принципу своего действия асинхронный двигатель в обычной схеме включения не допускает регулирования скорости его вращения. Особое внимание следует обратить на то, что во избежание значительных потерь энергии, а, следовательно, для короткозамкнутых асинхронных двигателей во избежание перегрева его ротора, двигатель должен работать в длительном режиме с минимальными значениями скольжения. 

Рассмотрим возможные способы регулирования скорости асинхронных двигателей (см. рис.1). Скорость двигателя определяется двумя параметрами: скоростью вращения электромагнитного поля статора ω0 и скольжением s:

Исходя из (1) принципиально возможны два способа регулирования скорости: регулирование скорости вращения поля статора и регулирование скольжения при постоянной величине ω0.

Скорость вращения поля статора определяется двумя параметрами (см.3.3): частотой напряжения, подводимого к обмоткам статора f1, и числом пар полюсов двигателя рп. В соответствии с этим возможны два способа регулирования скорости: изменение частоты питающего напряжения посредством преобразователей частоты, включаемых в цепь статора двигателя (частотное регулирование), и путем изменения числа пар полюсов двигателя.

Регулирование скольжения двигателя при постоянной скорости вращения поля статора для короткозамкнутых асинхронных двигателей возможно путем изменения величины напряжения статора при постоянной частоте этого напряжения. Для асинхронных двигателей с фазным ротором, кроме того, возможны еще два способа: введение в цепь ротора добавочных сопротивлений (реостатное регулирование) и введение в цепь ротора добавочной регулируемой э.д.с. посредством преобразователей частоты, включаемых в цепь ротора (асинхронный вентильный каскад и двигатель двойного питания).

В настоящее время благодаря развитию силовой преобразовательной техники созданы и серийно выпускаются различные виды полупроводниковых преобразователей частоты, что определило опережающее развитие и широкое применение частотно-регулируемого асинхронного электропривода. Основными достоинствами этой системы регулируемого электропривода являются:

• плавность регулирования и высокая жесткость механических характеристик, что позволяет регулировать скорость в широком диапазоне; 
• экономичность регулирования, определяемая тем, что двигатель работает с малыми величинами абсолютного скольжения, и потери в двигателе не превышают номинальных. 

Недостатками частотного регулирования являются сложность и высокая стоимость (особенно для приводов большой мощности) преобразователей частоты и сложность реализации в большинстве схем режима рекуперативного торможения.

Подробно принципы и схемы частотного регулирования скорости асинхронного двигателя рассмотрены ниже.

Изменение скорости переключением числа пар полюсов асинхронного двигателя позволяет получать несколько (от 2 до 4) значений рабочих скоростей, т.е. плавное регулирование скорости и формирование переходных процессов при этом способе невозможно.

Поэтому данный способ имеет определенные области применения, но не может рассматриваться, как основа для построения систем регулируемого электропривода.

РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ В ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЕ С ТИРИСТОРНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.313.333

РО!: 10.25206/1813-8225-2021-177-64-69

и. Г. однокопылов1 д. Ю. ляпунов1

Н. Л. воронинд1

А. д. умурздковд1

к. в. ХЛЦЕВСКИЙ2

‘Национальный исследовательский Томский политехнический университет,

г. Томск

2омский государственный технический университет, г. омск

регулирование скорости асинхронного двигателя в замкнутой системе с тиристорным

регулятором напряжения_

существует огромный класс исполнительных механизмов на основе асинхронных двигателей, в котором использование тиристорного регулятора напряжения является актуальным. в данной работе приведены исследования по внедрению возможности не только уменьшать пусковой ток двигателя, но и регулировать скорость вращения. на основе имитационной модели проведены исследования возможности получить диапазон регулирования 1:5. исследовано влияние разрешения датчика скорости на точность регулирования. даны рекомендации по внедрению данного способа регулирования скорости. Ключевые слова: асинхронный двигатель, тиристорный регулятор напряжения, замкнутая система, частота вращения.

Введение. Системы управления асинхронного двигателя (АД) на базе тиристорного регулятора напряжения (ТРН) получили широкое применение во многих отраслях промышленности [1]. Ко многим общепромышленным механизмам, таким как вентиляторы, насосы, грузоподъемные механизмы, не предъявляют требования по регулированию скорости вала двигателя. Поэтому ограничение пускового момента за счет плавного увеличения напряжения является оптимальным решением пуска асинхронного двигателя.

Тиристорный регулятор напряжения в настоящее время оснащается микроконтроллером [2], это увеличивает функциональные возможности электропривода.

В современном ТРН разгон происходит не просто плавно в функции времени, а в функции максимального тока [3] или момента [4], добавляются защитные функции: максимально-токовая защита, время-токовая защита, защита от обрыва фаз двигателя и сети, защита от превышения входного напряжения. Микроконтроллер также позволяет реализовать различные средства коммуникации, что помогает внедрить дистанционное управление и диагностику, а потребителям упрощается встраивание электрооборудования в уже существующие автоматизированные рабочие станции. Перечисленные функциональные возможности особенно актуальны

для ответственных механизмов, таких как запорная арматура в нефтегазовой отрасли.

Таким образом, внедрение микроконтроллера и различных датчиков в структуру ТРН позволяет существенно расширить функционал и превратить ТРН в устройство управления и защиты электродвигателя [5]. Производителям таких устройств приходится непрерывно расширять функционал для повышения конкурентоспособности [6].

В литературе известен способ замкнутой системы ТРН-АД, позволяющий получить жесткие характеристики, и, соответственно, скорость в установившемся режиме меньше номинальной [7]. Однако в литературе, как правило, представлена аналоговая система с использованием тахогенератора. В данной работе предлагается применение замкнутой системы регулирования частоты вращения с микроконтроллером и энкодером, установленным на валу двигателя.

Алгоритм управления в замкнутой системе. Регулирование скорости в системе ТРН-АД возможно только с помощью изменения угла управления а тиристорами в зависимости от реальной скорости вала двигателя. Использование линейного регулятора, как предлагается в статье [8], приводит к неустойчивому режиму работы. Это связано с тем, что при любом угле управления на искусственной характеристике двигатель не будет работать

Рис. 1. Функциональная схема замкнутой системы ТРН-Ад

в устойчивом режиме даже на холостом ходу. Небольшое изменение угла возможно в сторону увеличения (если считать, что а = 0 при полном напряжении питания), но это не приводит к ощутимому изменению скорости. Поэтому для регулирования скорости в большем диапазоне с помощью ТРН необходима эксплуатация двигателя в динамическом режиме, при котором частота вращения постоянно меняется в пределах зоны допустимых отклонений.

Как показали исследования, приемлемым вариантом будет использование релейного регулятора. В этом случае на фазы двигателя либо подано максимальное напряжение (при минимальном угле управления) и двигатель будет разгоняться, либо напряжение минимально (при максимальном угле управления) и двигатель стремится остановиться. На рис. 1 представлена функциональная схема замкнутой системы ТРН-АД.

Классическая схема реверсивного ТРН состоит из 10 тиристоров, включенных встречно-параллельно. Со стороны трехфазной сети RST должны располагаться 3 датчика напряжения (ДН1, ДН2, ДН3). Они необходимы для синхронизации импульсов управления, подаваемых на тиристоры VS1-VS10. Дополнительно по показаниям датчиков напряжения происходит контроль силового напряжения в следующих режимам: превышение, снижение, обрывы, не симметрия и др. На выходе ТРН установлены датчики тока и, если разрабатываемое устройство предполагается использовать в областях промышленной безопасности, то устанавливают три датчика тока (ДТ1, ДТ2, ДТ3). Экономия на одном датчике тока не позволит получить полную картину работы исполнительного механизма. Особенно это актуально в аварийных режимах, когда по условиям эксплуатации механизм должен закончить свою технологическую операцию, несмотря на выход из строя некоторых компонентов системы [6]. Асинхронный двигатель, подключенный к клеммам тиристорного регулятора напряжения UVW, должен иметь на валу датчик положения ДП или датчик скорости ДС.

Рис. 2. имитационная модель замкнутой системы ТРН-Ад

Для формирования алгоритма управления в замкнутой системе необходимо учитывать инерционные свойства эквивалентной нагрузки на валу двигателя, так как алгоритм предусматривает чередование минимального и максимального угла управления при рассогласовании желаемого и действительного значения угловой частоты вращения вала двигателя.

Используемый релейный регулятор позволяет устанавливать допустимое рассогласование. При максимальном угле управления тиристорами напряжение, приложенное к статору, минимально. При этом угловая частота вращения уменьшается по экспоненте (имеет место практически чистый выбег). При минимальном угле также по экспоненте частота возрастает, стремясь к установившемуся значению (часто к номинальному). В этом смысле рассматриваемый режим управления тиристорного электропривода подобен повторно-кратковременному режиму, при котором чередуются режим работы в динамике практически при полном сетевом напряжении и режим свободного выбега асинхронного двигателя.

dю dt ‘

N

п

60/ ‘

эоо

130 о 100 ¿00

Ццг В Цу, о.е.

, Град

иЕ Л Цу / \ а / \

\ и,Л

1 и 1 Ы ИМ 1 1 1М 1 1 V 1 1

\ /

IV/

1 1С

0.1 0 1 0.12 013 014 0.15 016 01Г 0.18 0.19

Рис. 3. диаграмма работы СНФУ

где М — электромагпитный момент двигателя; Мс — эквивалентный мбмент нагрузки, приведенный к валу двигателя; — суммарный эквивалентный момент инерции, приведенный к валу двигателя; ю — угловая частота вр ащения вала асинхронного двигателя. Соответственно, скорение на разгон и замедление будет затисеть от нагрузки на валу и суммарного момента инерции.

имитационное моделирование. На основе функциональной схемы была построена имитационная модель электропривода в среде МаиаЪ (рис. 2). В данной работе были проведены исследования для асинхронного двигателя марки АИР160М8 мощностью 18,5 кВт. Система импульсно-фазового управления представлена Б-функцией, в которой реализована система плавного пуска мотора, а также регулятор скорости для замкнутой системы. Нагрузка была принята активная постоянная.

При построении подобных имитационных моделей есть допущение, которым в данном случае пренебрегать нельзя: это идеализация датчика частоты вращения. В настоящее время в качестве датчика частоты вращения широко используют инкрементальный энкодер. Его стоимость зависит от числа меток на оборот. Учитывая, что тиристорные преобразователи устанавливают в основном на электроприводы, к которым не предъявляют высоких требований по сравнению с частотными — управляемыми электроприводами, то и стоимость датчика скорости будет существенно влиять на стоимость всего электропривода. Поэтому необходимо определить, при какой дискретности датчика обратной связи система будет работоспособной.

Расчет скорости будет происходить на частоте /, тогда количество оборотов за ор емя 1/1 найдем по выражению:

Рис. 4. Кривые разгона Ад при прямом (сплошная линия) и плавном пуске (пунктирная линия)

Количество меток, пройденное валом мотора за время 1//:

N = N х],

где х — число меток энкодера на один оборот вала.

Полученная дискретнат скорость вращения вала двигателя:

N ■ 60/

где п — непрерывный сигнбл частоты вращения вала двигателя.

г

Данный расчет реализтван в Б-функции в блоке 8рее<3_8еп8от (рис. 2).

Результаты и обсуждение. На рис. 3 показана работа системы импульснб-фазового управления: импульсы управления иг привязанные к напряжению фазы сети ик. Для каждой из фаз последовательность импульсов своя. Импульсы управления формируются в зависимости от текущего угла управления а, который изменяется от значения 110 град. до 10 град. с интенсивностью — 300 град./с.

Сформировать необходимый угол управления для плавного пуска исполнительного механизма является основной задачей в системах ТРН-АД [10]. На рис. 4 представлены динамические характеристики пуска вхолостую исследуемого двигателя. На-

М е

о

чальныи угол управления и наклон полученной характеристики необходимо выбирать в зависимости от мощности двигателя, момента инерции механизма и многих других факторов.

На верхнем графике рис. 4 представлены скорость двигателя, на нижнем — электромагнитный момент. Сплошной линией обозначены кривые для прямого пуска, пунктирные — для плавного пуска от ТРН. Увеличение времени переходного процесса чуть более чем в 1,5 раза позволило устранить колебания момента и уменьшить пусковой ток.

Соответственно, применение обратной связи по частоте вращения с релейным регулятором позволяет в некотором диапазоне регулировать частоту вращения двигателя. Для производственных механизмов, где ТРН используется как устройство плавного пуска, приемлемым будет обеспечить диапазон 1:5. В связи с этим дальнейшие исследования приведены для задания скорости:

: — р 150 об/мин.

5

На рис. 5 приведены переходные процессы пуска АД на пониженпуо скорость вхолостую. В данном случае гкорость измеряется мгновенно, т.е. дискретность датчика скорости не учитывается.

Оценку точности регулирования можно вычислить путем отношения нгибрльшего отююнения регулируемой величины Дх к среднему значению х:

еп

еп

Рис. 5. Переходные процессы пуска Ад на пониженную скорость с идеализированным датчиком частоты вращения

Полученные результаты показывают, что при диапазоне регулирования 1:5 ошибка регулирования составляет около 25 %, что соответствует применению идеального датчика скорости. Рассмотрим работу привода при дискретном датчике скорости. Т.к. импульсы управления тиристорами привязаны к фазам сети, то чаще, чем 100 Гц, скорость вычислять излишне. Результаты численных экспериментов системы ТРН-АД при пуске двигателя

с датчиком частоты вращения, имеющим 50 меток на оборот, представлены на рис. 6, 10 меток на оборот — на рис. 7. На рис. 6 и 7 на верхнем графике представлена заданная скорость пзад штриховой линией, реальная скорость на валу мотора — черная сплошная кривая, а светлая кривая — оцифрованная скорость, которая поступает на регулятор. На нижнем графике приведено изменение угла управления со временем.

г

п

Рис. 6. Переходные процессы пуска Ад на пониженную скорость с дискретностью датчика 50 меток

Рис. 7. Переходные процессы пуска Ад на пониженную скорость с дискретностью датчика 10 меток

Рис. 8. Переходные процессы работы системы ТРН-АД на пониженной скорости с нагрузкой 0,5Мн с дискретностью датчика 100 меток на оборот

Ошибка регулирования скорости для системы с 50 метками на оборот составляет 35 %, а для 10 меток на оборот — около 100 %. Полученные результаты позволяют выбрать датчик скорости для системы регулирования скорости для системы ТРН-АД. Применение датчика с малым количеством меток на оборот приведет к полной неработоспособности системы. Например, зачастую для задвижек запорной трубопроводной арматуры в системах ТРН-АД используют абсолютный счетчик оборотов с одной меткой на оборот. Такой датчик необходим для калибровки положений «открыто» и «закрыто». Доработка подобных систем без добавления инкремент-ного энкодера на вал двигателя будет невозможна. С другой стороны, использование точного датчика с большим количеством меток на оборот не позволит увеличить диапазон регулирования и уменьшить ошибку регулирования. Датчик со 100…200 метками будет оптимальным для такого управления.

При рассмотрении вопросов точности регулирования скорости важным является рассмотрение возмущающих воздействий. Переходные процессы работы системы ТРН-АД на пониженной скорости с набросом нагрузки 0,5Мн при дискретности датчика скорости 100 меток на оборот представлены на рис. 8.

Полученные результаты показывают, что система работоспособна при набросе нагрузки 0,5Мн. Ошибка регулирования скорости под нагрузкой не превышает 25 %. К сожалению, при номинальном моменте система полностью неработоспособна. Применение системы ТРН-АД с релейным регулятором приемлемо для турбомеханизмов (насосы, вентиляторы), когда нагрузка на валу зависит от частоты вращения вала двигателя. Т.е. на малой скорости момент сопротивления становится меньше. Для механизмов с неизменной нагрузкой необходима доработка системы управления. В этом случае при формировании угла управления необходимо отслеживать не только скорость вращения, но и угловое ускорение, текущий момент сопротивления и момент инерции.

Разработанная система управления на базе ТРН-АД имеет перспективы применения в электроприводе турбомеханизмов. Несмотря на незначительное увеличение себестоимости подобных систем, их разработка и использование позволят значительно повысить функциональные возможности электропривода, увеличить энергоэффективность, точность управления тиристорных электроприводов и расширить их область применения.

Выводы. Полученные кривые переходных процессов позволяют заключить, что использование ТРН для управления электроприводов с обратной связью по частоте вращения и релейным регулятором представляется возможным, если:

1) есть возможность установки датчика частоты вращения на вал двигателя или механизма;

2) к механизму не предъявляется жестких требований по стабильности скорости и ее диапазону в установившихся режимах;

3) к электроприводу предъявляются повышенные требования в плане функциональных способностей.

Последнее требование особенно актуально при проведении НИОКР, а также в процессе настройки электроприводов. Применение подобных электроприводов с указанными функциональными преимуществами позволяет значительно снизить временные и стоимостные затраты на их разработку и настройку, так как для организации замкнутой системы потребуется лишь установка датчика частоты вращения и сравнительно нетрудоемкое изменение программного обеспечения.

Библиографический список

1. Дудкин М. М. Тиристорный регулятор напряжения с адаптивной интегрирующей системой управления для плавного пуска асинхронных электродвигателей // Вестник ЮжноУральского государственного университета. Серия «Энергетика». 2014. Т. 14, № 2. С. 36-43.

2. Tong J., Liu B., Zhang H. [et al.]. Study of Power Factor Angle Closed-loop Control Technology in Soft-starter // 2016 International Symposium on Computer, Consumer and Control (IS3C). 2016. P. 1080-1084. DOI: 10.1109/IS3C.2016. 272.

3. Ze Z., Ming H. H. Soft Starter Study of Induction Motors using fuzzy PID control // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 439, Issue 3. 032115. DOI: 10.1088/1757-899X/439/3/032115.

4. Guangqiang L., Fei H., Qiang L. [et al.]. Torque Close-Loop Control of A Novel Soft Starter of Induction Motor // 2013 IEEE International Symposium on Industrial Electronics. 2013. 6563613. DOI: 10.1109/ISIE.2013.6563613.

5. Горлова Т. В., Обрусник В. П. Электропривод, его состояние и перспективы // Доклады ТУ СУР. 2015. № 1 (35). С. 161-164.

6. Yeh Ch.-Ch., Demerdash N. A. O. Fault Tolerant Operations in Adjustable-Speed Drives and Soft Starters for Induction Motors // 2007 IEEE Power Electronics Specialists Conference. 2007. P. 1942-1949. DOI: 10.1109/PESC.2007.4342301.

7. Бекишев Р. Ф., Дементьев Ю. Н. Общий курс электропривода. Томск: Изд-во ТПУ, 2010. 302 с. ISBN 978-5-98298554-5.

8. Фираго Б. И., Павлячик Л. Б. Теория электропривода. 2-е изд. Минск: Техноперспектива, 2007. 585 с. ISBN 978-9856591-46-7.

9. Воронина Н. А., Умурзакова А. Д., Паюк Л. А., Хацев-ский К. В. Исследование электропривода с прерывистым законом движения // Омский научный вестник. 2020. № 2 (170). С. 47-51. DOI: 10.25206/1813-8225-2020-170-47-51.

10. Zhou G., Ya T., Zhao S. A Three-phase AC-Voltage Regulator System // TELKOMNIKA Indonesian Journal of Electrical Engineering. Vol. 12, no. 5. 2014. P. 3501-3508. DOI: 10.11591/telkomnika.v12i5.3503.

ОДНОКОПЫЛОВ Иван Георгиевич, кандидат технических наук, доцент отделения электроэнергетики и электротехники Инженерной школы энергетики Национального исследовательского Томского политехнического университета (ТПУ), г. Томск. SPIN-код: 9408-7256 AuthorlD (РИНЦ): 853632 ORCID: 0000-0002-7392-9633 AuthorlD (SCOPUS): 56826141700 ResearcherlD: AAZ-9708-2020 Адрес для переписки: [email protected] ЛЯПУНОВ Данил Юрьевич, кандидат технических наук, доцент отделения электроэнергетики и электротехники Инженерной школы энергетики, ТПУ, г. Томск.

SPIN-код: 1957-1374 AuthorlD (РИНЦ): 608683 ORCID: 0000-0001-9326-3595 AuthorlD (SCOPUS): 10243652700 ResearcherID: S-8027-2016 Адрес для переписки: [email protected] ВОРОНИНА Наталья Алексеевна, кандидат технических наук, доцент отделения электроэнергетики и электротехники Инженерной школы энергетики, ТПУ, г. Томск. SPIN-код: 3176-9091 AuthorID (РИНЦ): 790645

ORCID: 0000-0001-9327-6441 AuthorID (SCOPUS): 57159363700 ResearcherID: I-9992-2018 Адрес для переписки: [email protected] УМУРЗАКОВА Анара Даукеновна, кандидат технических наук, старший преподаватель отделения электроэнергетики и электротехники Инженерной школы энергетики, ТПУ, г. Томск. SPIN-код: 8079-5187 AuthorID (SCOPUS): 56485976200 Адрес для переписки: [email protected] ХАДЕВСКИй Константин Владимирович, доктор технических наук, доцент (Россия), профессор кафедры «Электрическая техника» Омского государственного технического университета, г. Омск. SPIN-код: 7219-6033 AuthorID (РИНЦ): 465857 ORCID: 0000-0001-9504-1312 AuthorID (SCOPUS): 56503931800 ResearcherID: A-4002-2016 Адрес для переписки: [email protected]

Для цитирования

Однокопылов И. Г., Ляпунов Д. Ю., Воронина Н. А., Умур-закова А. Д., Хацевский К. В. Регулирование скорости асинхронного двигателя в замкнутой системе с тиристорным регулятором напряжения // Омский научный вестник. 2021. № 3 (177). С. 64-69. DOI: 10.25206/1813-8225-2021-177-64-69.

Статья поступила в редакцию 04.04.2021 г. © И. Г. Однокопылов, Д. Ю. Ляпунов, Н. А. Воронина, А. Д. Умурзакова, К. В. Хацевский

Регулирование скорости асинхронного двигателя — Мегаобучалка

В последние 10-25 лет установилась четкая тенденция на переход от привода постоянного тока к приводу переменного тока благодаря совершенствованию законов управления двигателями переменного тока и развитию силовой электроники.

Применение двигателей переменного тока обусловлено их простотой, дешевизной, повышенной надежностью, существенно меньшими габаритами и массой по сравнению с двигателями постоянного тока. К недостаткам регулирования скорости можно отнести высокую сложность теории машин переменного тока и алгоритмов управления, закладываемых в преобразовательные устройства.

Наибольшее распространение получили следующие способы регулирования угловой скорости асинхронного двигателя: 1) реостатное; 2) изменением напряжения на статоре; 3) переключением числа пар полюсов; 4) изменением частоты питающего напряжения и др.

 

Реостатное регулирование

Схема включения АД при этом способе регулирования представлена ниже. Реостатные характеристики получаются путем введения в цепь ротора добавочного сопротивления. При этом с ростом сопротивления падает жесткость МХ.

Допустимый диапазон регулирования скорости при данном способе

.

Так как , то приближенно

,

где – относительная величина изменения скорости; – относительная величина изменения момента.

Из полученной формулы видно, что при равных относительных отклонениях угловой скорости и момента нагрузки диапазон регулирования . При более низком допустимом отклонении угловой скорости диапазон оказывается ещё меньше.

Потери мощности при реостатном регулировании складываются из переменных потерь, включающих потери в меди статора и ротора и во внешних резисторах роторной цепи, и постоянных – не зависящих от нагрузки. Суммарные постоянные потери в двигателе остаются примерно одинаковыми независимо от нагрузки и скорости двигателя.

Электромагнитная и механическая мощности для АД

; ,

 

 

Схема включения двигателя при реостатном способе регулирования

 

 

отсюда можно определить потери в роторе

.

Видно, что потери пропорциональны величине скольжения и распределяются пропорционально отношению сопротивлений ротора двигателя и добавочного сопротивления в цепи ротора, поэтому двигатель при реостатном регулировании может развивать момент, равный номинальному.

Недостатками реостатного регулирования скорости являются ступенчатое регулирование скорости и использование дополнительной аппаратуры, невысокое быстродействие и большие потери энергии при регулировании.

 

Регулирование угловой скорости АД изменением напряжения на статоре

При изменении величины первой гармоники изменяется величина критического момента при постоянстве критического скольжения.

Такое изменение достигается использованием тиристорного преобразователя напряжения (ТПН).

Максимальный момент при уменьшении напряжения снижается пропорционально квадрату напряжения:

,

где – критический момент при сниженном напряжении; – пониженное напряжение.

Из рис. видно, что пределы регулирования скорости весьма ограничены, даже при вентиляторной нагрузке.

Для расширения диапазона используют замкнутые по скорости САР, структурная схема которой представлена на рис. ниже. В состав такой САР сходит датчик скорости (BR) и регулятор скорости, на который поступает разность между заданным и текущим значением скоростей. На выходе регулятора скорости вырабатывается сигнал, подающийся на вход системы импульсно-фазного управления, которая вырабатывает управляющие импульсы для ТПН. Особенность такого регулирования заключается в том, что все характеристики сходятся в точке синхронной скорости , поэтому, чем меньше скорость, тем выше скольжение и больше потери в двигателе. Механические характеристики двигателя при фазовом управлении в замкнутой САР скорости представлены на рис. 5.11.

 

Структурная схема замкнутой САР скорости АД при фазовом управлении	Механические характеристики САР скорости АД при фазовом управлении

 

 

Двигатель при таком способе регулирования может работать продолжительное время при условии

.

Допустимый момент можно найти, приравнивая допустимые потери к номинальным

,

откуда

.

Кривая допустимого момента по нагреву представлена на рис.5.11.

Данный способ регулирования нельзя применять для механизмов, работающих в продолжительном режиме работе с постоянной нагрузкой. Эффективным оказывается использование фазового регулирования для механизмов, у которых статический момент зависит от скорости двигателя , например, для приводов вентиляторов, насосов, компрессоров. Этот способ также применим, когда двигатель работает на пониженных скоростях малое время относительно всего цикла работы, например, лифты. В этом случае завышение установленной мощности двигателя невелико.

Достоинством фазового управления является более низкая стоимость преобразователя (ТПН) в сравнении с преобразователем частоты (ПЧ) равной мощности, что позволяет для указанных механизмов обеспечить приемлемое качество технологического процесса без дополнительных затрат.

 

5.4.3. Изменение числа пар полюсов

Из выражения для угловой скорости АД:

,

видно, что регулирование скорости можно осуществлять изменением числа пар полюсов p обмотки статора двигателя. Так как данная величина может быть только целым числом, регулирование скорости оказывается ступенчатым.

Для данного вида регулирования изготавливаются многоскоростные АД с КЗР. В пазах сердечника статора размещают либо две независимые обмотки, либо одну полюснопереключаемую.

Различают две основные схемы переключения. Схема «звезда/двойная звезда» (рис. 5.12, I-II) обеспечивает регулирование с постоянством момента. Такую схему целесообразно применять в электроприводе с постоянно действующим моментом нагрузки при изменении частоты вращения. Схема «звезда/звезда» (рис.5.12, I-III) также даёт двукратное изменение числа пар полюсов, однако регулирование происходит при постоянстве мощности, то есть при переключении на повышенную скорость момент уменьшается в два раза. Такие схемы разумно применять в приводах, где момент сопротивления обратно пропорционален частоте вращения. Механические характеристики АД при регулировании скорости изменением числа пар плюсов представлены на рис. ниже.

Многоскоростные АД широко применялись в электроприводах, допускающих ступенчатое регулирование частоты вращения (привода лифтов, вентиляторов, станков). Достоинством такого способа является сохранение высоких экономических показателей при переходе с одной частоты вращения на другую, так как на всех ступенях переключения обмотки статора КПД и коэффициент мощности двигателя остаются практически неизменными. К недостаткам относят большую в сравнении с обычными АД сложность, завышенные габариты, большую стоимость. Кроме того, необходимость переключения обмоток статора на разное число пар полюсов требует усложнения коммутационной аппаратуры, что так же приводит к возрастанию цены электропривода в целом. В настоящее время этот способ вытесняется частотным регулированием.

 

. Схемы соединения катушечных групп обмоток статора	Механические характеристики АД при переключении числа пар полюсов

 

Частотное регулирование скорости асинхронного двигателя

Частотный способ регулирования скорости АД является превалирующим и основным. Чем это обуславливается? В первую очередь в настоящее время развита теория машин переменного тока, что позволило найти оптимальные с некоторых позиций законы управления АД. Развитие промышленной электроники позволило в полной мере реализовать данные законы в «железе».

Существуют системы скалярного, векторного управления и системы прямого управления моментом. Выбор способа и принципа управления определяется совокупностью статических, динамических и энергетических требований к асинхронному электроприводу.

Принцип скалярного управления частотно-регулируемого асинхронного электропривода основан на изменении частоты и текущих значений модулей переменных АД (напряжений, магнитного потока, потокосцеплений и токов цепей двигателя). Этот принцип является наиболее распространённым в связи с тем, что ему свойственна техническая простота измерения и регулирования переменных АД, а так же возможность построения разомкнутых систем управления скоростью. Основной недостаток заключается в трудности реализации желаемых законов регулирования скорости и момента АД в динамических режимах.

Принцип векторного управления связан как с изменением частоты и текущих значений переменных АД, так и с взаимной ориентацией их векторов в полярной или декартовой системе координат. Благодаря контролю положения углов переменных такой способ обеспечивает полное управление АД как в статических, так и в динамических режимах, что даёт заметное улучшение качества переходных процессов по сравнению со скалярным управлением.

Системы прямого управления моментом являются продолжением и развитием систем векторного управления. Задачей прямого управления моментом является обеспечение быстрой реакции электромагнитного момента двигателя на управляющее воздействие. В отличие от векторного управления, где изменение момента производится путем воздействия на ток статора, в системе с прямым управлением моментом управляемой величиной является потокосцепление статора.

Преобразователи частоты, предназначенные для частотно-регулируемых АД, подразделяются по типу связи с питающей сетью на непосредственные ПЧ (НПЧ) и двухзвенные ПЧ (ДПЧ) с промежуточным звеном постоянного или переменного тока.

Момент АД пропорционален магнитному потоку и активной составляющей вторичного тока :

,

где – конструктивная постоянная АД; – угол сдвига между ЭДС и током ротора;

.

Из формулы для момента видно, что уменьшение магнитного потока, являющееся следствием увеличения частоты , приведет к возрастанию , а следовательно и потерь в роторе и одновременному уменьшению допустимого момента двигателя по условиям охлаждения двигателя. Уменьшение частоты при постоянстве амплитуды напряжения , как было показано в п. 4.3.3, также не допустимо по условиям насыщения магнитной системы машины. поэтому регулирование скорости двигателя изменением частоты питающего напряжения при условии постоянства момента двигателя приемлемо только при одновременном изменении амплитуды питающего напряжения, то есть выполнении закона , что обеспечивает практически постоянный магнитный поток в двигателе.

Для реализации указанного закона управления между сетью и двигателем включается преобразователь частоты (ПЧ), обеспечивающий одновременное изменение частоты и амплитуды напряжения на двигателе. При пониженных скоростях у самовентилируемых двигателей уменьшается отвод тепла в окружающую среду, поэтому в таких случаях необходимо снижать допустимый момент на двигателе.

При частотном регулировании по причинам, обусловленными механической прочностью подшипников и элементами ротора, поднимать частоту выше . Поэтому основной способ регулирования скорости заключается в уменьшении частоты напряжения.

Для построения примерного вида механических характеристик примем, что , тогда уравнение для критического момента можно переписать следующим образом:

.

Из формулы видно, что критический момент при выполнении закона остаётся постоянным. Условие пренебрежения активного сопротивления статора корректно при высоких скоростях двигателя, когда . При низких скоростях падение напряжения на активном сопротивлении статора становится сопоставимо с величиной напряжения на зажимах статора, что приводит к падению перегрузочной способности двигателя . Для того, чтобы реализовать одинаковую перегрузочную способность при частотном регулировании в области низких частот вращения используют так называемую «IR-компенсацию», которая заключается в том, что на малых скоростях делается добавка напряжения на статоре, компенсирующая .

Диапазон регулирования скорости в разомкнутых системах составляет . В замкнутых системах диапазон может быть существенно расширен.

 

Схема включения АД при частотном регулировании	Механические характеристики системы ПЧ-АД

 

Основные сложности, возникающие при реализации частотного управления заключаются в следующем:

1) для получения в системах ПЧ-АД свойств аналогичных (или даже превосходящих) свойства систем ТП- ДПТ необходимо получение информации о различных параметрах АД;

2) системы являются сильно нелинейными и для получения высококачественных систем необходимо вводить звенья, компенсирующие нелинейность объекта регулирования;

3) закон не является оптимальным, и требуется корректировка закона, учитывающая на валу двигателя;

4) в АД входят параметры , величина которых зависит от степени насыщения машины нелинейно. Кроме этого изменяются значения активных сопротивлений статора и ротора при изменении температуры обмоток двигателя, что также необходимо учитывать.

Несмотря на указанные сложности, современные частотные приводы успешно функционируют, обеспечивая высокое качество процесса регулирования скорости.

Способы регулирования скорости асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель является наиболее массовым элек­трическим двигателем. Эти двигатели выпускаются мощностью от 0,1 кВт до нескольких тысяч киловатт и находят применение во всех отраслях хозяйства. Основным достоинством асинхронного двигателя является простота его конструкции и невысокая стои­мость. Однако по принципу своего действия асинхронный двигатель в обычной схеме включения не допускает регулирования скорости его вращения. Особое внимание следует обратить на то, что во избежание значительных потерь энергии, а, следовательно, для короткозамкнутых асинхронных двигателей во избежание перегрева его ротора, двигатель должен работать в длительном режиме с минимальными значениями скольжения.

Рассмотрим возможные способы регулирования скорости асинхронных двигателей (см. рис.6.1). Скорость двигателя опре­деляется двумя параметрами: скоростью вращения электромаг­нитного поля статора ω₀и скольжениемs:

ω = ω₀ – s_абс

ω = ω₀ – ω₀s (6.1)

Рис.6.1. Классификация способов регулирования асинхронных двигателей

Исходя из (6.1) принципиально возможны два способа регу­лирования скорости: регулирование скорости вращения поля ста­тора и регулирование скольжения при постоянной величине ω₀.

Скорость вращения поля статора определяется двумя параметрами (см.3.3): частотой напряжения, подводимого к обмоткам статора _f₁, и числом пар полюсов двигателяр_п. В соответствии с этим возможны два способа регулирования скорости: изменение частоты питающего напряжения посредством преобразователей частоты, включаемых в цепь статора двигателя (частотное регулирование), и путем изменения числа пар полюсов двигателя.

Регулирование скольжения двигателя при постоянной ско­рости вращения поля статора для короткозамкнутых асинхрон­ных двигателей возможно путем изменения величины напряже­ния статора при постоянной частоте этого напряжения. Для асин­хронных двигателей с фазным ротором, кроме того, возможны еще два способа: введение в цепь ротора добавочных сопротив­лений (реостатное регулирование) и введение в цепь ротора до­бавочной регулируемой э.д.с. посредством преобразователей час­тоты, включаемых в цепь ротора (асинхронный вентильный кас­кад и двигатель двойного питания).

В настоящее время благодаря развитию силовой преобразо­вательной техники созданы и серийно выпускаются различные виды полупроводниковых преобразователей частоты, что опре­делило опережающее развитие и широкое применение частотно-регулируемого асинхронного электропривода. Основными досто­инствами этой системы регулируемого электропривода являются:

• плавность регулирования и высокая жесткость механиче­ских характеристик, что позволяет регулировать скорость в ши­роком диапазоне;

• экономичность регулирования, определяемая тем, что двигатель работает с малыми величинами абсолютного скольже­ния, и потери в двигателе не превышают номинальных.

Недостатками частотного регулирования являются слож­ность и высокая стоимость (особенно для приводов большой мощности) преобразователей частоты и сложность реализации в большинстве схем режима рекуперативного торможения.

Изменение скорости переключением числа пар полюсов асинхронного двигателя позволяет получать несколько (от 2 до 4) значений рабочих скоростей, т.е. плавное регулирование скоро­сти и формирование переходных процессов при этом способе невозможно. Поэтому данный способ имеет определенные области применения, но не может рассматриваться, как основа для по­строения систем регулируемого электропривода.

Регулирование скорости асинхронного двигателя изменени­ем величины питающего напряжения при постоянной (стандарт­ной) его частоте для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором имеет ограни­ченное применение вследствие того, что регулирование скорости здесь сопряжено с потерями энергии скольжения, выделяющими­ся в роторе двигателя и ведущими к его перегреву. Получаемые при этом способе механические характеристики неблагоприятны для качественного регулирования. Диапазон регулирования не превышает 1,5:1; более глубокое регулирование скорости можно допускать только кратковременно. Исходя из данной оценки, ре­гулирование изменением величины питающего напряжения при­меняется, главным образом, только для обеспечения плавного пуска нерегулируемых асинхронных электроприводов или для кратковременного снижения скорости. Иногда этот способ регу­лирования используется для регулирования скорости насосов и вентиляторов (механизмов с вентиляторным характером нагруз­ки) небольшой мощности (до 15 кВт), однако и в этом случае не­обходимо увеличение установленной мощности двигателя.

Для асинхронных двигателей с фазным ротором регулирова­ние скорости может производиться воздействием на роторную цепь двигателя. При введении добавочного сопротивления в цепь ротора энергия скольжения рассеивается не в объеме двигателя, а в сопротивлениях. Этот способ регулирования оценивается как неэкономичный. При использовании релейно-контакторных схем исключается плавность регулирования скорости. В настоящее время управление с введением добавочных сопротивлений в цепь ротора используется, в основном, для пуска асинхронных двига­телей с фазным ротором. Электроприводы с реостатно-контакторным управлением не рассматриваются нами, как регулируемые электроприводы.

Все способы регулирования, основанные на изменении скольжения асинхронного двигателя, связаны с выделением энер­гии скольжения в роторной цепи двигателя. В рассматриваемых выше способах эта энергия расходовалась на нагрев обмотки ро­тора и роторных сопротивлений. Существуют системы регулируемого электропривода, в которых энергия скольжения не теря­ется в сопротивлениях, а используется полезно – возвращается в питающую сеть, что делает регулирование в этих системах эко­номичным. К таким системам регулируемого привода относятся асинхронные вентильные каскады и двигатели двойного питания. Особенностью каскадных схем асинхронного привода является ограниченный диапазон регулирования – не больше, чем 2:1. В этом диапазоне каскадные схемы обеспечивают плавное и эконо­мичное регулирование скорости. Такие системы электропривода наиболее целесообразны для мощных турбомеханизмов-насосов и вентиляторов.

Импульсное регулирование скорости вращения асинхронного электродвигателя

Стремление к созданию экономичного, надежного и относительно простого электропривода с широким диапазоном регулирования скорости при отсутствии современной базы электроники привели к разработке импульсного метода регулирования скорости. Сущность данного метода заключается в том, что момент электрической машины периодически изменяется до некоторого значения, превышающее значение статического момента с последующим переходом к значению момента меньше статического. В результате таких манипуляций при установившемся движении среднее значение момента электродвигателя будет равно статическому моменту рабочей машины.

Естественно, что периодическое изменение момента будет приводить к изменению скорости электрической машины в известных пределах. При этом средняя скорость поддерживается на заданном уровне. Колебания значения момента  достигается путем периодического изменения параметров статорной цепи. Получение требуемого значения средней скорости электродвигателя достигается путем изменения соотношения длительности работы машины с различными параметрами за время полного цикла. Импульсное управление осуществляется с помощью быстродействующих реле, контакторов, электромагнитных вибраторов или с помощью полупроводниковых приборов.

Типичные схемы подключения электродвигателя к источнику питания показаны ниже:

Из схем видно, что часть цикла электродвигатель подключен непосредственно к источнику питания, другую же часть оказывается подключенным либо через сопротивление (рисунок а)), либо отключен вовсе (рисунок б)), либо же переводится в режим противовключения (рисунок в)). Длительность периода (цикла) t_ц будет складываться с времени работы с добавочным сопротивлением или отключенного состояния t₂ и времени, при котором электродвигатель подключен к источнику питания t₁:

В первую часть цикла t₁ момент электрической машины больше статического момента и происходит разгон машины до определенной скорости ω₁. Во вторую часть цикла происходит замедление двигателя от скорости ω₁ до ω₂.

Величиной, характеризующей импульсную работу, является относительная длительность непосредственного подключения машины к источнику энергии, под которым понимают отношение:

Предполагая, что электродвигатель работает на линейной части механической характеристики, возрастание скорости в первую часть периода и падение во вторую будет происходить по соответствующим экспоненциальным законам. При установившемся процессе скорость в начале периода и в его конце будет одинакова и равна ω₂. Процесс колебания скорости относительно среднего значения аналогичен процессу колебания температуры электрической машины, работающей в повторно-кратковременном режиме.

На рисунке ниже показаны колебания скорости относительно ее среднего значения при одинаковых значениях статического момента и длительности цикла, но при различной относительной длительности включения:

При больших значениях электромеханической постоянной привода В по сравнению с длительностью цикла кривизна экспоненциальных участков изменения скорости будет невелика, что позволит заменить их прямыми участками с приемлемой погрешностью. Среднее значение скорости при установившемся значении примерно будет равно:

При установившейся работе среднее значение момента электродвигателя за полный цикл должно быть равно статическому, то есть М_с = М_ср.

Если асинхронная машина в первый момент первого отрезка времени развивает момент М₁, а в начале второго М₂, то средний момент электродвигателя за весь цикл с небольшой погрешностью может быть принят равным:

Предположив, что М₁ = М₂ + (М₁ – М₂) = М₂ +ΔМ и подставив значение момента в выражение (2), получим:

Выражение (3) дает возможность по известным зависимостям М₁ = f(ω) и М₂ = f(ω) построить механические характеристики машины при импульсном управлении для требуемых значений ε.

При любой скорости значение среднего момента равно:

На рисунке ниже построены механические характеристики асинхронной машины при импульсном регулировании по схеме а) для различных значений ε:

Механические характеристики асинхронной машины работающей по схеме б) показаны на рисунке ниже:

Не сложно построить характеристику и для характеристики в) используя приведенную методику. Механические характеристики асинхронной машины для случая импульсного регулирования путем перевода машины с двигательного в тормозной режимы показаны ниже:

При заданных моментах М₁ и М₂ и известной зависимости М_с = f(ω), используя выражение (4), можно определить необходимое значение относительного времени включения контактов ε для обеспечения требуемой средней скорости электропривода:

На рисунке ниже показаны механические характеристики для М₁, М₂ и зависимость М_с = f(ω):

Рассмотрев приведенные выше механические характеристики мы видим, что по своему виду они похожи на механические характеристики асинхронной машины при регулировании скорости путем изменения напряжения питающей сети.

Характеристики не могут обеспечить более или менее значительный диапазон регулирования скорости и, кроме того, они обладают большой крутизной. Процесс поддержания постоянства средней скорости электродвигателя типа АЛ32-4 мощностью в Р = 1 кВт и n = 1420 об/мин на уровне n_ср = 677 об/мин по результатам обработки осциллограммы приведен на рисунке ниже:

Из рисунка видно, что при поддержании n_ср = 677 об/мин скорость вращения электродвигателя при работе с 5630 циклов в час колеблется от n_макс = 1015 об/мин до n_мин = 339 об/мин. Ток статора за время включения t₁ = 0,42 сек и ε = 0,648 меняется от I_макс = 11,7 А до I_мин = 7,8 А при номинальном токе двигателя I_ном  = 4,2 А.

Для ограничения пределов колебаний значением Δn = 75 – 100 об/мин число циклов в час необходимо довести до 10 000 – 12 000 в час.

Помимо неудовлетворительного характера скорости при импульсном управлении крайне неблагоприятно протекает и процесс нагревания электрической машины.

Наличие современных частотных преобразователей, а также наличие таких недостатков в импульсном управлении как значительные колебания скорости и неблагоприятные условия нагрева машины привели к тому, что на практике данный способ практически нигде уже не применяется.

22 Импульсное регулирование скорости — СтудИзба

Импульсное регулирование скорости (рис.1) производится путем периодического включения двигателя в сеть и отключения его от сети или путем периодического шунтирования с помощью контактора К сопротивлений, включенных последовательно в цепь статора, или полупроводниковых вентилей.

Рис. 1.

При этом двигатель беспрерывно находится в переходном режиме ускорения или заме­дления скорости вращения ротора и в зависимости от частоты и продолжительности импульсов работает с некоторой, приблизитель­но постоянной скоростью вращения. Подобное регулирование ско­рости применяется только для двигателей весьма малой мощности (р_н< 30 — 50 вт).

Рекомендуемые файлы

Регулирование скорости вращения асинхронных двигателей с фазным ротором

Для двигателей с фазным ротором можно в принципе использо­вать все те же способы регулирования скорости вращения, как и для двигателей с короткозамкнутым ротором. Однако на практике из числа этих способов для двигателей с фазным рото­ром применяется только способ регулирования скорости вращения с помощью реакторов насыщения. Ниже рассмотрим способы ре­гулирования скорости вращения, которые специфичны для двигате­лей с фазным ротором и в которых используется возможность вклю­чения регулирующих устройств во вторичную цепь.

Регулирование скорости вращения с помощью реостата в цепи ротора

Регулирование скорости вращения с помощью реостата в цепи ротора производится по той же схеме, что и реостатный пуск двигателя, но реостат при этом должен быть рассчитан на дли­тельную работу. При увеличении активного сопротивления вто­ричной цепи вид механической характеристики двигателя изменяется

характеристика становится более мягкой и сколь­жение двигателя при том же моменте нагрузки М_ст увеличивается.

При М_ст = const рабочее скольжение s с большой точностью пропорционально s_m и, следовательно, активному сопротивлению цепи ротора. Поэтому скольжения s и s’, соответствующие случаям r_д = 0 и , находятся в соотношении

               

откуда значение r_д, необходимое для получения скольжения s’, равно

               

Рассматриваемый способ регулирования скорости связан со значительными потерями энергии в сопротивлении r_д и поэтому малоэкономичен.

Он применяется главным образом при кратко­временной или повторно-кратковременной работе (например, пуско-наладочные режимы некоторых машин, крановые устройства и пр.), а также в приводах с вентиляторным моментом.

В последнем случае мощность на валу с уменьшением скорости быстро снижается, и поэтому мощность скольжения и потери в цепи ротора по величине ограничены.

К недостаткам реостатного регулирования скорости относятся также мягкость механических характеристик и зависимость диа­пазона регулирования от величины нагрузки. В частности, регули­рование скорости на холостом ходу практически невозможно.

Регулирование скорости вращения посредством введения доба­вочной э. д. с. во вторичную цепь двигателя.

Регулирование скорости вращения асинхронного двигателя путем увеличения его скольжения всегда связано с выделением во вторичной цепи двигателя значительной электрической мощ­ности скольжения

большая часть которой при реостатном регулировании теряется в реостате. Поэтому, естественно, возникает мысль о полезном использовании этой мощности и о повышении таким образом к. п. д. установки.

Полезное использование мощности скольжения возможно, если вместо реостата присоединить к контактным кольцам фаз­ного двигателя приемник электрической энергии в виде подхо­дящей для этой цели вспомогательной электрической машины.

Эта машина будет работать в режиме двигателя и оказывать воздействие на регулируемый асинхронный двигатель, развивая напряжение на его вторичных зажимах, так как при вращении вспомогательной машины в ее якоре индуктируется э. д. с.

Можно также сказать, что задачей вспомогательной машины, как и реостата при реостатном регулировании, является создание «подпора» на­пряжения на контактных кольцах регулируемого асинхронного двигателя, ибо наличие определенного напряжения на кольцах  — непременное условие выдачи с этих колец определенной мощности

               

во внешнюю цепь двигателя. Вместе с тем, вспомогательная машина в отличие от реостата позволяет полезно использовать эту мощность. Прежде всего рассмотрим вопрос о влиянии на работу фазного асинхронного двигателя внешней добавочной э.д.с. Е₂, вводимой во вторичную цепь двигателя с помощью его контактных колец, при условии, что частота этой добавочной э. д. с. всегда равна ча­стоте вторичного тока и э.д.с.  самого двигателя.

На рис.1,а, изображена векторная диаграмма вторичной цепи асинхронного двигателя при Е_д = 0. Вторичный ток двигателя

               

имеет величину, необходимую для создания нужного электромаг­нитного момента М в соответствии с величиной момента нагрузки М_ст на валу.

Если теперь во вторичную цепь ввести э. д. с. Е_д встречно э. д. с. скольжения E_2s в этой же цепи, то вторичный ток

               

в первый момент времени уменьшится. Поэтому развиваемый дви­гателем момент М также уменьшится, двигатель начнет тормозить­ся, а скольжение s — увеличиваться. При этом ток I_а, а вместе с ним и момент М будут увеличиваться. Это будет происходить до тех пор, пока опять не наступит равнове­сие моментов М = М_ст„ на валу. Двигатель при этом будет работать с увеличенным скольжением s, а векторная диаграмма вторичной цепи приобретет вид, изображенный на рис.1,б.

Очевидно, что посредством регулирования величины Е_д можно регулировать величину s и, следовательно, скорость вращения двигателя.

Предположим теперь, что э.д.с. Е_д имеет по сравнению с рас­смотренным случаем противоположное направление и совпадает по фазе с э. д. с.  на рис. 1, а. Тогда вместо получим

               

В первый момент после введения э. д. с. Е_д ток I₂ и момент М возрастут, двигатель будет ускоряться и s будет уменьшаться. При достаточной величине Е_д величина s уменьшится до нуля, и если ток I_а. создаваемый в этом случае только за счет действия Е_д, все еще будет велик по сравнению с током, необходимым для создания момента М = М_ст то ускорение двигателя будет продолжаться и скорость превысит синхронную. Скольжение s и э. д. с.  при этом изменят знаки и будут расти по абсолютной величине до тех пор, пока ток не упадет до необходимой величины. При s < 0 угол

В лекции «2 Расстройство здоровья и смерть от механических повреждений» также много полезной информации.

       

отрица­тельный и векторная диаграмма вторичной цепи двигателя имеет вид,

Ток  при этом будет иметь со­ставляющую, совпадающую с Ф. Поэтому намагничивающий ток, потребляемый из первичной цепи, уменьшится и cos двигателя повысится.

Таким образом, с помощью добавочной э. д. с. Е_д, путем из­менения ее величины и направления, можно осуществить плавное двухзонное регулирование скорости двигателя: ниже и выше синхронной.

Регулятор постоянной скорости асинхронного двигателя переменного тока без тахометра

Отсюда не добраться :-).

Вам необходимо указать, что вы подразумеваете под контролем скорости.
Если диапазон скоростей не находится в пределах очень небольшого диапазона ниже синхронной скорости, тогда вы не можете разумно без обратной связи управлять скоростью асинхронного двигателя путем изменения мощности привода. И вы можете управлять им только с обратной связью разумным образом в относительно ограниченном диапазоне. Для любого «приличного» управления скоростью ротор двигателя должен отслеживать частоту переменного тока с ограниченным «скольжением».

Асинхронный двигатель работает, используя разность частот между приложенной частотой и частотой ротора, чтобы индуцировать низкие напряжения при высоких токах в конструкции ротора. Это по своей сути саморегулирующаяся скорость в определенных пределах, так как увеличение угла скольжения увеличивает потребляемую мощность, что способствует уменьшению угла скольжения.

Управление

TRIAC работает за счет снижения уровня мощности до уровня ниже необходимого для поддержания «правильного» управления индукцией / углом скольжения. По сути, это хаотическая ситуация — что-то вроде серфинга на волне — и она слишком изменчива, чтобы ею можно было управлять без обратной связи.

---

На протяжении многих лет существует множество ответов на вопрос об управлении скоростью асинхронных двигателей переменного тока. Я рекомендую вам прочитать их — они представляют большой интерес, даже если они применимы по-разному.

От Whiskeysip69s хороший ответ — вот эта кривая, которая показывает кривые зависимости нагрузки вентилятора от крутящего момента двигателя переменного тока при переменном напряжении. Нагрузка вентилятора изменяется в зависимости от скорости таким образом, что он «вроде работает», когда вы меняете напряжение двигателя. Остальные грузы не столь обязательны. Почти синхронная скорость двигателя имеет отрицательную крутизну кривой скорости / крутящего момента — по мере снижения скорости крутящий момент увеличивается, так что постоянная мощность нагрузки или линейная мощность со скоростной нагрузкой имеет тенденцию к саморегулированию скорости.. Когда вы попадаете на положительный уклон, на участках с более низкой скоростью вы получаете (более привычное в жизни) снижение мощности и крутящего момента с уменьшающейся кривой скорости, где чем медленнее вы идете, тем медленнее вы идете …

ТРЕХФАЗНЫЙ КОНТРОЛЬ СКОРОСТИ ДВИГАТЕЛЯ

(Последнее обновление: 19 августа 2020 г.)

Обзор системы управления скоростью трехфазного асинхронного двигателя:

Трехфазная система управления скоростью асинхронного двигателя — Техника управления скоростью обычно важна в системе привода с регулируемой скоростью.Для этой системы требуется источник переменного напряжения и частоты, получаемый от трехфазного инвертора источника напряжения. Техника управления скоростью обычно важна в системе привода с регулируемой скоростью. Эта система требует источника переменного напряжения и частоты, получаемого от инвертора трехфазного источника напряжения.

Методы контроля скорости полезны при управлении системой привода скорости. Система требует переменного напряжения и частоты, получаемой от инвертора трехфазного источника напряжения.В статье представлено управление скоростью асинхронного двигателя с питанием от трехфазного инвертора напряжения с использованием метода широтно-импульсной модуляции и универсального моста. Здесь для управления пиковым напряжением звена постоянного тока инвертора источника напряжения был разработан ПИД-регулятор. Их результаты показывают, что регулятор скорости имеет хороший динамический отклик и может успешно управлять асинхронным двигателем с лучшей производительностью.

Введение Асинхронные двигатели

используются во многих промышленных приводах из-за их простой недорогой конструкции двигателя и превосходной надежности.Управление двигателем затруднено из-за высокой сложности двигателя. Были представлены некоторые стратегии управления двигателями. Техника включает ШИМ-контроль скорости. Управление быстро расширяется с развитием силовой электроники. И они добиваются успеха в применении компонентов инвертора, что сделало его все более популярным. В частности, прискорбно, что ШИМ-управление является одним из хорошо известных методов управления высокой сложностью систем асинхронных двигателей. Разработка подходящих алгоритмов управления асинхронными двигателями широко исследуется более двух десятилетий.С самого начала полевого управления приводами переменного тока, рассматриваемого как жизнеспособная замена традиционных приводов постоянного тока, в различных контурах управления схемы FOC использовалось несколько методов из теории линейного управления, таких как пропорционально-интегральные (ПИ) регуляторы и их точная обратная связь. линеаризация. и из-за этих линейных характеристик методы не гарантируют подходящую работу машины для всего рабочего диапазона, и они не учитывают изменения параметров установленной нагрузки двигателя.Методы основаны на сложных стратегиях управления, отличающихся от описанных здесь передовых методов управления. Метод осуществляется путем регулировки ширины импульса и скважности импульса для установки среднего напряжения. Технология PWM сопровождается развитием электронных силовых устройств, имеет хорошее развитие, и теперь это созрело. При использовании метода ШИМ форма выходного сигнала инвертора может быть улучшена для минимизации гармоник и пульсаций выходного крутящего момента. Метод уменьшает конструкцию инвертора для ускорения уровня настройки и увеличения динамического отклика системы.В области электрического движения двигатель очень важен для завершения двигателя с регулируемой скоростью.

Приводы асинхронных двигателей

Асинхронный двигатель имеет два типа обмоток: обмотки статора и ротора. Обмотки рассчитаны на трехфазную индукционную систему. Асинхронный двигатель обычно работает в приводах с регулируемой скоростью. На обмотку статора подается трехфазное переменное напряжение со сбалансированным напряжением. Статор индуцировал в роторе магнитный поток в качестве основного трансформатора.Значение оборотов и крутящий момент асинхронного двигателя можно установить с помощью

.

• Контролируя напряжение статора.
• Путем управления напряжением ротора.
• Путем управления частотой.
• Путем управления напряжением и частотой статора.
• Путем управления током статора.
• Путем управления напряжением, током и частотой.

Обороты и крутящий момент, которые мы получаем, контролируя ток и частоту напряжения рабочего цикла, очень важны

Целью данной статьи является управление частотой вращения асинхронного двигателя путем регулирования напряжения статора.Этот метод может быть реализован путем использования метода широтно-синусоидальной модуляции импульса через универсальный мостовой компонент и ПИД-регулятор.

Инвертор / Трехфазный преобразователь постоянного тока в переменный

Трехфазный преобразователь постоянного тока в переменный (инвертор) большой мощности широко используется для преобразователей частоты. Основное правило трехфазного преобразователя постоянного тока в переменный, состоящего из 3 однофазных переключателей, подключенных к одному из трех портов терминала нагрузки.

Инвертор — это схема, которая используется для преобразования источника постоянного напряжения в источник переменного напряжения. Используемые силовые полупроводниковые компоненты могут быть в виде транзисторов SCR и полевых МОП-транзисторов, которые работают как переключатели и преобразователи. 3-х фазный инвертор может быть показан на рисунке ниже

Судя по процессу преобразования, инверторы можно разделить на 3 типа, а именно инверторы

Мостовые инверторы делятся на полуволновые мостовые инверторы и полноволновые мосты.В результате выходное напряжение может быть однофазным или трехфазным.

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя: —

Принцип трехфазного асинхронного асинхронного двигателя немного отличается от однофазного. Статор удерживает трехфазную обмотку, которая перемещается в пространстве на 120 градусов, когда трехфазное питание подается на обмотку статора, в статоре создается вращающийся магнитный поток (вращающийся с синхронной скоростью).

Трехфазные статоры и роторы считаются двумя основными частями трехфазного асинхронного двигателя переменного тока.Когда фаза статора получает питание от трехфазного источника переменного тока, в статоре генерируется ток. Магнитное поле, создаваемое трехфазными токами статора, всегда непрерывно вращается с изменениями тока. Это вращающееся магнитное поле разрезает ротор, и возникающий в нем ток взаимодействует с вращающимся магнитным полем. Таким образом создается магнитный момент, который заставляет ротор вращаться на рисунке. Значит, частота вращения ротора должна быть меньше вращающегося магнитного поля n0. Обратное вращение ротора будет реализовано с помощью сменной 3-фазной позиции ресурса.

Это направление совпадает с фазным током, а значение скорости пропорционально частоте и обратно пропорционально номеру полярной пары. Вычисленная поминутная скорость вращающегося магнитного поля n0 может быть представлена ​​этим уравнением

no = синхронная частота вращения в об / мин

f = частота источника питания в Гц

А p = количество полюсов двигателя

Скорость вращения магнитного потока статора называется синхронной скоростью. Зависит от числа полюсов двигателя и частоты источника питания.Практическое поле по значению скорости ротора будет меньше синхронной скорости. Асинхронные двигатели также называются асинхронными двигателями, потому что значения скорости ротора отличаются от магнитного потока статора. Скольжение — это разница между скоростью ротора и вращением магнитного потока статора. Значение скольжения варьируется от 1% до примерно 6% скорости магнитного потока статора.

Значение слипа,

Значение частоты вращения ротора,

𝑛 = 𝑛0 (1 — 𝑠) 𝑟𝑝𝑚

n0 = скорость потока статора в об / мин

n = значение частоты вращения ротора в об / мин

с = значение скольжения в о.е.

Источник переменного тока, подаваемый на двигатель через обмотки статора, и магнитный поток статора вращаются в одном направлении с источником питания.

ПИД-регулятор

Системы ПИД-регулирования наиболее широко используются в индустрии систем управления. Успех ПИД-регулятора зависит от его точности определения константы ПИД. В процессе практического определения константы PID основаны на человеческом опыте на основе правил, называемых эмпирическими правилами. Исходя из полученного результата, эта константа PID использовалась для дальнейшего управления. Конечно, у него есть недостатки, потому что эта константа одинакова для каждого значения ошибки, которая возникает, и требует сброса настройки, если есть изменения в параметрах объекта в константе ПИД.Чтобы преодолеть это, необходим метод, позволяющий точно определять константу ПИД-регулятора в соответствии с установкой. Производительность ПИД-регулирования можно улучшить. На этом рис. Показан принцип работы ПИД-регулятора.

Общие свойства, используемые при регулировании промежуточной системы, другие включают стабильность, точность, скорость отклика и чувствительность. В действующем пропорциональном управлении выход системы управления будет пропорционален входу. Выходной сигнал — это усиление сигнала ошибки определенными факторами. Коэффициент усиления — это пропорциональная константа системы, которая выражается через Kp.Здесь КП имеет высокую скорость реакции. Интегральное управление выходом всегда изменяется во время отклонений, и скорость, с которой изменяется выход, пропорциональна отклонению, константе, выраженной как Ki, и где Ki имеет высокую чувствительность, например за счет уменьшения ошибки, создаваемой сигналом обратной связи. Чем выше значение Ki, тем выше чувствительность, но время, необходимое для более быстрого достижения стабильности, и наоборот. Производное управление работает путем изменения отклонения скорости. Этот тип управления всегда используется вместе с пропорциональными и интегральными контроллерами.Эти константы выражены в Kd, где Kd влияет на стабильность системы из-за управляющего воздействия, способного уменьшить ошибки. Ожидается, что благодаря объединению этих действий ПИД-регулирования будет получен ответ с высоким уровнем стабильности.

Асинхронная машина (беличья клетка)

У машины будет две функции: мотор или генератор. Индукционная машина имеет трехфазный асинхронный двигатель, такой как машина с фазным ротором (машина с короткозамкнутым ротором).Функция определяется значением крутящего момента от машины.

• Здесь машина будет работать как двигатель, когда значение Tm положительное.
• Машина будет работать как генератор, когда значение Tm отрицательное.

Инструментальная стоимость компонента машины измерена в таблице

.

Таблица 1. Параметр асинхронного / асинхронного двигателя

Номинальная мощность, напряжение (линия-линия), частота	746 ВА, 380 В, 50 Гц
Сопротивление и индуктивность статора	0.009961 Ом, 0,000867 H
Сопротивление и индуктивность ротора	0,005837 Ом, 0,000867 H
Взаимная индуктивность	0,03039 H
Инерция, коэффициент трения, пары полюсов	0,4, 0,02187, 2

Универсальный мост

Универсальный мост представляет собой универсальный преобразователь напряжения для трехфазной сети.Он содержит 6 переключателей, которые соединены мостом. Универсальный мост может быть силовым компонентом электронных устройств

Значение измерения этого универсального моста может быть описано в таблице 2.

Таблица 2. Значение измерения компонентного блока универсального моста

Устройства силовой электроники	IGBT / Диоды
Количество балок моста	3
Сопротивление амортизатора	1e5 Ом
Снапряженная емкость	инф
Рон	1e-3 Ом
тс, тт	1e-6 с, 1e-6 с

Генератор ширины импульса

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — это простой способ манипулировать шириной сигнала, выраженной импульсами за период, для получения другого среднего напряжения.Примерами приложений PWM являются модуляция данных для телекоммуникаций, управляющая мощностью или напряжением, поступающим на регуляторы напряжения нагрузки, звуковыми эффектами и усилением, а также для других целей. Самый простой способ генерации ШИМ-сигнала — это сравнение пилообразного сигнала как несущего напряжения с опорным напряжением с использованием схемы компаратора операционного усилителя. Работа этого аналогового компаратора заключается в сравнении пилообразных волн напряжения с эталонными напряжениями. И когда опорное напряжение больше, чем напряжение несущей (пилообразной формы), выход компаратора будет высоким.Когда опорное напряжение меньше, чем напряжение несущей, выход компаратора будет низким. Используя принцип работы этого компаратора, чтобы изменить рабочий цикл выходного сигнала, достаточно изменить опорное напряжение.

Система без обратной связи

Система незамкнутого цикла состоит из 4 основных компонентов. Это универсальный мостовой ШИМ-генератор постоянного тока и Асинхронная машина. В разомкнутой системе у них нет обратной связи для управления скоростью. Так как скорость зависит от величины постоянного напряжения питания.Система управления с разомкнутым контуром традиционно используется в некоторых асинхронных двигателях. Элемент управления прост, потому что содержит несколько компонентов для реализации

Замкнутая система

Усовершенствование разомкнутой системы замкнутой системы. Система замкнутого цикла состоит из основного компонента f5. Этими компонентами являются управляемый источник напряжения, блок ПИД-регулятора, универсальный мостовой блок, блок генератора ШИМ и асинхронный двигатель, датчик скорости системы с замкнутым контуром, используемый в качестве сигнала обратной связи для задания уставки.Требуемая ошибка — это разница между фактической скоростью и уставкой оборотов в минуту. ПИД обрабатывает эту ошибку как сигнал управления контролируемым источником напряжения.

Источник управляемого напряжения вырабатывает переменное выходное напряжение постоянного тока в качестве входного сигнала для универсального моста.

Универсальный мост для преобразования постоянного напряжения в переменное от управляемого источника напряжения. Мост генерирует трехфазное напряжение для питания асинхронного двигателя. Скорость асинхронного двигателя определяется величиной трехфазного напряжения и частотой выходного универсального моста.Скорость регулируется для получения ближайшего значения, основанного на заданной скорости об / мин.

Результаты и обсуждение

Здесь результаты напряжения фазы напряжения сети тока в линии перечислены вместе со скоростью и результатами крутящего момента асинхронного двигателя на следующем рисунке

Результаты разомкнутой системы

Напряжение на выходе инвертора составляет 380 В переменного тока. Асинхронный двигатель использует это напряжение для работы в соответствии с номинальным напряжением.

Асинхронный двигатель вырабатывает ток статора 35 А. Ток равен каждой фазе, потому что асинхронный двигатель является сбалансированной нагрузкой.

Таким образом, установившаяся скорость асинхронного двигателя составляет 1500 об / мин. И ответ системы разомкнутого контура может быть показан из этого рисунка. Реакция разомкнутой системы: время нарастания (tr) = 0,7 с, время задержки (td) = 0,55 с, время пика (tp) = 0,73 с и время установившегося состояния (ts) = 0,9 с.

Результаты по замкнутой системе

Напряжение на выходе инвертора составляет 85 В переменного тока.Асинхронный двигатель использует это напряжение для работы в соответствии с номинальным напряжением.

Асинхронный двигатель вырабатывает ток статора 30 А. Ток равен каждой фазе, потому что асинхронный двигатель является сбалансированной нагрузкой.

Таким образом, установившаяся скорость асинхронного двигателя составляет 1420 об / мин. Реакция замкнутой системы может быть показана на этом рисунке. Реакция системы с обратной связью: время нарастания (tr) = 0,02 с, время задержки (td) = 0,015 с, время пика (tp) = 0.025 с и время установившегося режима (ts) = 0,2 с.

Заключение

Из результатов следует, что управление асинхронным двигателем с помощью ПИД-регулятора и универсального моста дает лучший отклик, чем без ПИД-регулирования. В системе с разомкнутым контуром время достижения установившейся скорости составляет 0,9 секунды, в то время как в системе с замкнутым контуром время достижения установившейся скорости составляет 0,2 секунды. Это показывает, что ПИД-регулятор получил более быстрый отклик, чем без регулятора.Можно сделать вывод, что предлагаемая система обладает хорошей способностью управлять скоростью асинхронного двигателя.

Нравится:

Нравится Загрузка …

Как контролировать скорость асинхронных двигателей?

Проблема регулирования скорости электродвигателей в целом и асинхронных электродвигателей в частности имеет большое практическое значение.

В ряде отраслей двигатели должны удовлетворять очень строгим требованиям к характеристикам скорости, как в отношении диапазона и плавности управления, так и в отношении экономичности работы.По характеристикам регулирования скорости асинхронные двигатели уступают двигателям постоянного тока. Скорость параллельного двигателя постоянного тока можно регулировать в широком диапазоне с хорошим КПД и регулированием скорости, но в асинхронных двигателях скорость не может изменяться без потери эффективности и хорошего регулирования скорости.

Скорость асинхронного двигателя определяется выражением N = 120f / P (1 — с). Таким образом, есть три фактора, а именно частота питания f, количество полюсов P и скольжение s, от которых зависит скорость асинхронного двигателя.Следовательно, чтобы изменить скорость асинхронного двигателя, необходимо изменить хотя бы один из трех вышеупомянутых факторов.

Способы регулирования скорости различаются по основному действию на двигатель:

(i) со стороны статора и

(ii) Со стороны ротора.

Различные методы регулирования скорости со стороны статора:

(а) Изменение частоты питания

(б) Изменение приложенного напряжения и

(c) Путем изменения количества полюсов.

Со стороны ротора можно регулировать скорость:

(а) Изменяя сопротивление в цепи ротора и

(b) Путем введения в цепь ротора дополнительной ЭДС той же частоты, что и основная ЭДС ротора.

Для последнего метода регулирования скорости асинхронных двигателей требуется дополнительная электрическая машина или несколько таких машин. Комплект, состоящий из регулируемого асинхронного двигателя и одной или нескольких дополнительных электрических машин, подключенных к нему электрически или механически, называется каскадом.Коммутаторные машины обычно используются в качестве дополнительных машин.

1. Регулирование скорости путем изменения частоты подачи:

Этот метод управления скоростью обеспечивает широкий диапазон регулирования скорости с постепенным изменением скорости во всем этом диапазоне. Основная трудность этого метода заключается в том, как получить источник переменного тока. Дополнительное оборудование, необходимое для этой цели, приводит к высокой первоначальной стоимости, увеличению затрат на техническое обслуживание и снижению общей эффективности.Вот почему этот метод не используется в приложениях общего назначения для регулирования скорости. Несмотря на то, что эта схема сложна, существуют определенные приложения, в которых ее широкий, плавно регулируемый диапазон скоростей и хорошее регулирование скорости делают ее использование весьма желательным.

Если асинхронный двигатель должен работать на разных частотах с практически постоянными значениями КПД, коэффициента мощности, перегрузочной способности и постоянного абсолютного скольжения, то при ненасыщенном железе важно, чтобы напряжение питания изменялось пропорционально питанию. частота.

Такое изменение может происходить, например, если генератор питания подвергается изменениям скорости либо из-за кратковременных перегрузок, либо из-за заметного регулирования скорости. И выходное напряжение, и частота меняются в зависимости от скорости, если не предусмотрена автоматическая коррекция. В некоторых крупных морских приводах гребные двигатели являются асинхронными и регулируются по скорости от такого локального источника питания, который обеспечивается синхронными генераторами, соединенными с турбинами с регулируемой скоростью. Даже в таких случаях диапазон изменения скорости ограничен, поскольку эффективность первичных двигателей быстро падает с изменением скорости от той, для которой они предназначены.

2. Регулирование скорости путем изменения напряжения питания:

Это метод контроля скольжения с регулируемым напряжением питания постоянной частоты. В этом методе управления скоростью асинхронных двигателей напряжение, приложенное к статору, изменяется для изменения скорости.

Этот метод управления скоростью прост, низок по первоначальным затратам и не требует больших затрат на обслуживание, но его применение ограничено, потому что:

(i) Работа при напряжениях, превышающих номинальное напряжение, ограничивается магнитным насыщением,

(ii) Для относительно небольшого изменения скорости требуется большое изменение напряжения

(iii) Развиваемый крутящий момент значительно снижается при снижении напряжения питания, и двигатель останавливается, если крутящий момент нагрузки превышает момент отрыва двигателя, соответствующий пониженному напряжению питания, и,

(iv) Диапазон регулирования скорости очень ограничен в направлении вниз i.е., с номинальной скорости на более низкие скорости.

В общем, этот метод управления скоростью используется только на нагрузках, где требуемый крутящий момент значительно падает при снижении скорости, например, с небольшими двигателями с короткозамкнутым ротором, приводящими в движение вентиляторы.

Переменное напряжение может быть получено с помощью либо насыщаемых реакторов, либо вариационных трансформаторов, либо переключающих трансформаторов.

3. Управление скоростью путем изменения числа полюсов:

Этот метод легко применим к двигателям с короткозамкнутым ротором, поскольку обмотка клетки автоматически реагирует на создание того же количества полюсов, что и статор.Этот метод управления скоростью, как правило, не применим для двигателей с фазным ротором, поскольку в таких машинах этот метод потребовал бы значительных сложностей при проектировании и переключении, так как соединения первичной и вторичной обмоток должны быть изменены одновременно таким образом, чтобы получить такое же количество полюсов в обеих обмотках. В противном случае некоторые приводные ремни ротора будут создавать отрицательный крутящий момент.

Количество пар полюсов в статоре можно изменить следующим образом:

(a) При использовании нескольких обмоток статора:

В этом методе управления скоростью две или более полностью независимых обмотки, каждая намотанная на разное количество полюсов, размещаются в одних и тех же пазах статора.Количество полюсов обмотки статора в этом случае никак не взаимосвязано и может быть выбрано произвольно в зависимости от условий работы этого двигателя. Например, двухскоростной двигатель может иметь две обмотки статора, одна намотана на 4 полюса, а другая — на 6 полюсов, что обеспечит синхронные скорости 1500 об / мин и 1000 об / мин при частоте питания 50 Гц. Иногда также используются двигатели с четырьмя независимыми обмотками статора, которые обеспечивают четыре различных синхронных (и, следовательно, рабочих) скорости. Конечно, одновременно используется одна обмотка, а остальные полностью не работают.

Переключение с одной скорости на другую может выполняться механическим переключателем или контакторами. При таком расположении обмотка или обмотки, которые используются / не используются, должны оставаться разомкнутыми с помощью переключателя или, по крайней мере, оставаться звездой. В противном случае из-за действия трансформатора обмотка, подключенная к источнику питания, будет индуцировать напряжение в обмотке (ах) холостого хода и вызывать перегрев из-за последующих циркулирующих токов.

Само регулирование сводится к ступенчатому изменению скорости двигателя при подключении той или иной обмотки статора к питающей сети.При каждом изменении двигатель оказывается в условиях, по существу аналогичных условиям запуска, то есть при большом токе и пониженном крутящем моменте. Из-за неактивных проводов этот метод переключения полюсов требует большего статора, чем односкоростной двигатель того же номинала. Этот метод использовался для двигателей лифтов, тяговых двигателей, а также для небольших двигателей, приводящих в движение станки.

(b) Метод последовательных полюсов:

Метод переключения полюсов для управления скоростью 3-фазного асинхронного двигателя, описанный выше в подпункте (a) i.То есть, метод с несколькими обмотками статора применяется только в небольших двигателях. В больших двигателях более целесообразно использовать метод последовательной передачи полюсов, который устраняет необходимость иметь несколько обмоток статора для изменения числа полюсов статора. Этот метод управления скоростью использует всю обмотку для каждой скорости. Обычно для односкоростного двигателя последовательные группы катушек наматываются таким образом, чтобы последовательно образовывать полюса противоположной полярности. Это показано на рис. 1.83, где развита одна фаза четырехполюсной обмотки.

Следует отметить, что все катушки соединены последовательно, но концевые соединения выполняются с чередующимися группами, т. Е. Группа 1 — группа 3, а группа 4 — группа 2. Теперь концевые соединения групп с одинаковыми катушками. , можно изменить так, чтобы последовательные катушки имели одинаковую полярность, как показано на рис. 1.84. Путем параллельного последовательного соединения групп 2-4 с группами 1-3 полярность групп 2 и 4 изменилась, так что теперь есть четыре последовательных северных полюса.

В результате этого между каждым из северных полюсов создаются южные полюса, и двигатель теперь имеет 8-полюсную обмотку. Таким образом, для сети с частотой 50 Гц последовательное расположение обеспечивает синхронную скорость 1500 об / мин, а последовательно-параллельное расположение обеспечивает синхронную скорость 750 об / мин. Также можно использовать последовательно-параллельную схему для 4-полюсной обмотки, а затем переключиться на последовательную схему для 8-полюсной обмотки. Схема переключения трехфазной обмотки с 2-х на 4-х полюсную представлена ​​на рис.1.85.

При повторном подключении всех групп катушек с одинаковой полярностью, статор действует так, как будто у него в два раза больше полюсов, чем групп полюсов. Созданные таким образом дополнительные полюса называются последовательными полюсами, а обмотка — последовательной обмоткой полюсов. Благодаря уникальной коммутационной схеме можно иметь стандартное (или обычное) соединение на одной стороне двухходового переключателя и соответствующее полюсное соединение на другой стороне переключателя. Таким образом, могут быть получены две скорости: более высокая скорость при обычном подключении и половинная скорость при последовательном подключении полюсов.

В двигателях, использующих метод последовательного включения полюсов для управления скоростью, наилучшая возможная конструкция обычно не достигается на обеих скоростях. То есть желаемые характеристики, такие как высокий коэффициент мощности, приносятся в жертву на одной скорости, чтобы получить достаточно хороший коэффициент мощности на другой скорости. Иногда соединения статора меняются с треугольника на звезду одновременно с изменением соединения полюсов. Это изменяет напряжение и позволяет улучшить двигатель на каждой скорости.

Двухскоростные двигатели обычно изготавливают с одной обмоткой на статоре, причем число полюсов изменяется в соотношении 1: 2. Трех- и четырехскоростные двигатели имеют две обмотки на статорах, одна или обе из которых выполнены с изменением числа полюсов. Например, если требуется получить двигатель для четырех синхронных скоростей; При 1500, 1000, 750 и 500 об / мин на статоре должны быть размещены две обмотки, одна из которых дает 4 и 8 полюсов, а другая — 6 и 12 полюсов.

Используя последовательно-параллельное соединение групп фаз отдельных фаз, сами фазы могут быть соединены по схеме звезда / треугольник, что приводит к двухскоростной работе с тремя типами характеристик крутящего момента-скорости, а именно., постоянный крутящий момент, постоянная выходная мощность и переменный крутящий момент.

Из-за сложностей в конструкции и переключении взаимного соединения обмоток статора невозможно получить более четырех скоростей для любого двигателя с помощью этого метода управления скоростью. Этот метод также не обеспечивает постепенного регулирования скорости. Вот почему этот метод не используется в приложениях общего назначения для регулирования скорости. Однако этот метод очень подходит для таких применений, как вентиляторы, конвейеры, станки или другие приложения, которые требуют работы только на двух или четырех приблизительно постоянных скоростях, которые он может обеспечить.Преимуществом этого метода является простота, хорошее регулирование скорости для каждой настройки, высокая эффективность и умеренные начальные затраты и обслуживание.

Число пар полюсов на статоре также можно изменить, используя метод амплитудной модуляции полюсов — метод модуляции с подавленной несущей. Этот метод переключения полюсов имеет то преимущество, что соотношение двух достижимых скоростей не обязательно должно быть 2: 1, как в последующем методе полюсов.

4. Контроль импеданса статора:

Пониженное напряжение на клеммах машины можно получить, вставив симметричные резисторы или индукторы последовательно с каждым выводом статора.В таких условиях напряжение на клеммах двигателя становится зависимым от тока двигателя, и напряжение изменяется с ускорением двигателя. Характеристики крутящего момента типичной скорости показаны на рис. 1.86.

Если импеданс (R или X) отрегулирован так, чтобы обеспечить тот же пусковой момент, характеристика скорость-момент в случае добавления индуктора будет иметь больший крутящий момент, чем с дополнительным сопротивлением. Кроме того, обе эти характеристики позволяют нам иметь крутящие моменты, превышающие тот, который можно получить с характеристикой с пониженным приложенным напряжением, для того же пускового момента.Добавление резистора в цепь статора улучшает коэффициент мощности, но за счет больших потерь энергии.

5. Управление скоростью путем изменения сопротивления ротора (или управления сопротивлением ротора):

Двигатели с фазным ротором обычно запускаются путем подключения пусковых сопротивлений во вторичной цепи, которые постепенно замыкаются по мере увеличения скорости двигателя. Если омические значения этих сопротивлений выбраны правильно и если эти сопротивления предназначены для непрерывной работы, они могут служить двойному назначению, запуску и регулированию скорости.Очевидно, что этот метод может применяться только к двигателям с фазным ротором.

Плавность регулирования скорости зависит от количества доступных ступеней сопротивлений. Управление осуществляется в направлении вниз от базовой скорости. Диапазон регулирования скорости непостоянен и зависит от величины нагрузки. Этот метод управления скоростью имеет характеристики, аналогичные характеристикам управления скоростью шунтирующего двигателя постоянного тока с помощью сопротивления, включенного последовательно с якорем. Его основные недостатки — более низкий КПД и плохое регулирование скорости из-за увеличения сопротивления ротора на малых оборотах.

Например, при 50% синхронной скорости КПД ротора составляет только 50%, а КПД двигателя будет несколько меньше. Изменение скорости ограничено диапазоном только 50-100%. Жидкие реостаты предпочтительнее металлических реостатов, поскольку они не имеют индуктивности, а сопротивления можно плавно отключать, создавая равномерный крутящий момент. Введение внешних резисторов в цепь ротора асинхронного двигателя с контактным кольцом изменит характеристики скорости-момента.

Таким образом, этот метод управления скоростью как таковой не подходит для управления скоростью при постоянном крутящем моменте. Но этот метод широко используется для нагрузок, где требуемый крутящий момент значительно падает при уменьшении скорости, например, при нагрузках на вентиляторы, для которых потребляемая мощность заметно падает при снижении скорости, что, в свою очередь, снижает потери в меди в роторе. Более того, этот метод не применяется для непрерывного регулирования скорости, но предпочтителен для прерывистой (кратковременной) работы. Такой способ регулирования скорости широко используется на практике для двигателей малой мощности и мостовых кранов.

Однако иногда он используется для регулирования скорости прокатных станов, особенно если они оснащены маховиками для уменьшения пиков нагрузки в цепи. Здесь реостат, называемый регулятором скорости, автоматически включается при увеличении нагрузки, в результате чего скорость уменьшается, и часть нагрузки компенсируется за счет кинетической энергии маховика. И наоборот, когда нагрузка уменьшается, сопротивление цепи ротора уменьшается; скорость увеличивается, и маховик начинает накапливать кинетическую энергию.

6. Вторичный регулятор постороннего напряжения:

В этом методе скорость асинхронного двигателя регулируется путем подачи напряжения частоты скольжения во вторичную цепь. Если подаваемое напряжение совпадает по фазе с наведенной ЭДС во вторичной цепи, это эквивалентно уменьшению сопротивления во вторичной цепи, поэтому скольжение уменьшается или увеличивается скорость. Можно достичь сверхсинхронных скоростей, подавая напряжение частоты скольжения в фазе с наведенной ЭДС в цепи ротора.

Если подаваемое напряжение противофазно наведенной ЭДС во вторичной цепи, это эквивалентно увеличению сопротивления во вторичной цепи, что приводит к увеличению скольжения или снижению скорости. Таким образом, с помощью этого метода можно регулировать скорость в большом диапазоне за счет включения в цепь ротора оборудования для преобразования частоты.

В этом методе преодолены недостатки, связанные с более низким КПД и плохим регулированием скорости, но, поскольку он требует одной или нескольких вспомогательных машин для ввода ЭДС частоты скольжения во вторичный контур, он более дорогостоящий и используется с двигателями очень большой мощности. рейтинг, например, для двигателей на сталелитейных заводах.

Было разработано несколько методов управления скоростью асинхронных двигателей путем подачи напряжения с частотой скольжения во вторичную цепь. Различные методы различаются по требованиям к вспомогательному оборудованию; от включения вспомогательного оборудования в конструкцию самого асинхронного двигателя до довольно сложной системы вспомогательных вращающихся машин и трансформаторов с регулируемым передаточным числом.

Основные критерии, которым должна соответствовать такая система:

(i) Что переменное постороннее напряжение имеет частоту скольжения, т.е.е., частота равна s _f и

(ii) Чтобы энергия, связанная с посторонним напряжением, могла быть извлечена.

Наиболее распространенными системами, основанными на этом принципе, являются система Крамера, система Леблана и система Шербиуса для регулирования скорости многофазных асинхронных двигателей.

7. Управление скоростью путем конкатенации:

В этом методе требуются два двигателя, по крайней мере один из которых должен иметь фазный ротор. Два двигателя могут быть механически соединены вместе для управления общей нагрузкой.Если обмотка статора одного из них, двигателя с фазным ротором, подключена к трехфазному источнику переменного тока, а его обмотка ротора подключена к обмотке статора второго двигателя, скорость комбинации будет определяться суммой или разница количества полюсов в двух машинах. На практике обычно соединяют выход ротора первой машины со статором второй машины таким образом, чтобы вращающиеся поля обеих были в одном направлении; при этом условии результирующая скорость будет определяться следующим выражением —

Где f — частота питания, P ₁ и P ₂ — количество полюсов на машинах I и II соответственно.

Для получения скорости, превышающей нормальную, крутящий момент второго двигателя реверсируется путем простого изменения двух выводов второго двигателя. Это называется дифференциальным каскадом, и при этом условии скорость будет определяться выражением —

.

Дополнительное регулирование скорости, если желательно, может быть достигнуто за счет наличия второй машины также типа с фазным ротором и включения управляющего сопротивления в цепь ротора второй машины.

Если два двигателя имеют одинаковое количество полюсов и соединены в совокупный каскад [Ур.(1.77)], они будут работать практически на половинной скорости. Поскольку в дифференциальном каскаде крутящий момент на валу значительно снижается, на практике он не используется.

Механическая мощность двух машин примерно в соотношении (1 — s ₁ ): или

или P ₁ : P ₂ , то есть в соотношении количества полюсов на машинах.

Регулировка скорости двигателя постоянного тока

Если нагрузка приложена к двигателю постоянного тока или машине, скорость двигателя автоматически уменьшается.Таким образом, для поддержания постоянной скорости разница между скоростью холостого хода и полной нагрузкой (называемая Регламент скорости ) должна поддерживаться очень меньшей.

Считается, что двигатель находится в состоянии хорошего регулирования, если он поддерживает постоянную скорость при переменной нагрузке. Диапазон регулирования скорости постоянного двигателя постоянного тока составляет от 10% до 15%. Если диапазон меньше 10%, двигатель плохо регулируется по постоянному току. Для составного двигателя постоянного тока диапазон регулирования составляет 25%, а для дифференциального составного двигателя — 5%.

Таким образом, чтобы понять регулирование скорости, мы должны знать скорость двигателя постоянного тока.

В комплекте:

Скорость двигателя постоянного тока

Уравнение ЭДС двигателя постоянного тока дается уравнением, показанным ниже:

Решение для скорости двигателя (N) уравнение (1) принимает следующий вид:

Следовательно, Где,

Приведенное выше уравнение (3) показывает, что скорость двигателя постоянного тока прямо пропорциональна ЭДС вращения E и обратно пропорциональна магнитному потоку на полюс.

Выражение ЭДС вращения одинаково для двигателя и генератора, уравнение (2) дает скорость для обеих машин.

Регулировка скорости двигателя постоянного тока

Определение : Регулирование скорости двигателя постоянного тока определяется как изменение скорости от холостого хода до полной нагрузки. Выражается в виде доли или процента от скорости полной нагрузки.

Регулирование скорости на единицу также можно определить как отношение разницы между холостым ходом и полной нагрузкой по отношению к полной нагрузке.Это дается уравнением, показанным ниже:

Где,

• N _{n l} — скорость холостого хода
• N _fl — скорость полной нагрузки

Двигатель, который имеет почти постоянную скорость или разница между холостым ходом и полной нагрузкой очень мала, считается с хорошим регулированием скорости .

Асинхронный двигатель с управлением двигателем

AC

Один из наиболее распространенных электродвигателей, используемых в большинстве приложений, известный как асинхронный двигатель.Этот двигатель также называют асинхронным двигателем, потому что ротор всегда вращается с меньшей скоростью, чем поле, что делает его асинхронным двигателем переменного тока. Он работает со скоростью, меньшей, чем его синхронная скорость. Асинхронные двигатели переменного тока бывают однофазными или многофазными. Однофазная система питания широко используется по сравнению с трехфазной системой для бытовых, коммерческих и, в некоторой степени, промышленных целей.

Статор двигателя состоит из перекрывающихся смещений обмоток. Когда первичная обмотка или статор подключены к источнику переменного тока, создается вращающееся магнитное поле, которое вращается с синхронной скоростью. Теоретическая скорость ротора в асинхронном двигателе зависит от частоты источника переменного тока и количества катушек, составляющих статор, и без нагрузки на двигатель приближается к скорости вращающегося магнитного поля.Он вращается с постоянной скоростью, если вы не используете частотно-регулируемый привод.

Самым большим преимуществом асинхронных двигателей переменного тока является их простота. У них есть только одна движущаяся часть, ротор, что делает их недорогими, тихими, долговечными и относительно безотказными. Асинхронные двигатели могут быть довольно тяжелыми и громоздкими из-за их катушечной обмотки. Трехфазные ИД широко используются в промышленных приводах, лифтах, кранах, приводных токарных станках..etc, потому что они прочные, надежные и экономичные. Однофазные IM широко используются для небольших нагрузок, таких как бытовые приборы, такие как вентиляторы, насосы, миксер, игрушки, пылесосы, сверлильные станки и т. Д.

Вернуться на главную страницу управления двигателем

Управление скоростью асинхронного двигателя

Как мы уже обсуждали типы асинхронных двигателей. Здесь мы рассмотрим подробную статью, связанную с регулированием скорости асинхронного двигателя.

Асинхронный двигатель практически представляет собой двигатель с постоянной скоростью, как и параллельный двигатель постоянного тока. Регулирование скорости параллельного двигателя постоянного тока может быть легко достигнуто, но в случае асинхронного двигателя трудно добиться плавного регулирования скорости. Это связано с тем, что асинхронный двигатель влияет на характеристики асинхронного двигателя с точки зрения коэффициента мощности, КПД и т. Д.

Методы регулирования скорости асинхронного двигателя

Как известно скорость асинхронного двигателя,

Крутящий момент асинхронного двигателя,

Таким образом, скорость асинхронного двигателя может быть изменена путем изменения синхронной скорости или путем изменения скольжения асинхронного двигателя, а затем изменяются параметры R2 и X2, тогда крутящий момент остается постоянным, и изменение скольжения влияет на управление скоростью.

Регулирование скорости асинхронного двигателя возможно с двух сторон. Мы можем контролировать скорость как со стороны статора, так и со стороны ротора.

Регулировка скорости на стороне статора —

Мы можем изменить скорость на статоре на,

1. Путем изменения частоты питания
2. Путем изменения напряжения питания
3. Путем изменения количества полюсов статора.

Регулировка частоты вращения на стороне ротора —

Скорость вращения ротора можно изменить на,

1. Путем добавления внешнего сопротивления в цепь ротора
2. По каскадному включению двигателя

Check Out — Контроль скорости двигателя постоянного тока

Боковой регулятор статора

Как мы видим выше на стороне статора, мы можем изменять скорость тремя способами.Здесь мы увидим подробности обо всех методах один за другим.

Регулировка скорости путем изменения частоты питания

Как известно основное уравнение синхронной скорости асинхронного двигателя,

Скорость прямо пропорциональна частоте питания. Так что с изменением частоты скорость асинхронного двигателя изменится. Частоту питания можно изменить с помощью некоторых преобразователей и инвертора в схеме.

Регулировка скорости путем изменения напряжения питания

В этом методе изменяется напряжение питания статора.

Нам известно уравнение крутящего момента асинхронного двигателя,

Но в состоянии покоя ЭДС, индуцированная ротором, зависит от напряжения питания.

, т.е. E 2 ∝ V .

В зоне работы асинхронного двигателя или в зоне малого скольжения ( SX 2) << R 2.

Сопротивление ротора R2 постоянно.

, так что, согласно приведенному выше соотношению, если напряжение питания « В, » снижается ниже номинального значения крутящего момента, развиваемого асинхронным двигателем, уменьшаться.Но для того, чтобы поддерживать постоянный крутящий момент при постоянной нагрузке, необходимо увеличить скольжение, тем самым уменьшив скорость асинхронного двигателя.

Этот метод управления скоростью асинхронного двигателя отличается простотой, низкими затратами на техническое обслуживание и низкими начальными затратами, но он имеет ограниченное применение, поскольку при большом изменении напряжения относительно небольшое изменение скорости.

Регулировка скорости путем изменения числа полюсов

Еще один метод управления скоростью — это изменение числа полюсов асинхронного двигателя.

Как видно из приведенного выше уравнения для синхронной скорости,

Таким образом, скорость асинхронного двигателя обратно пропорциональна количеству полюсов в асинхронном двигателе. Таким образом, мы можем легко изменить скорость асинхронного двигателя, изменив количество полюсов. 4-полюсный асинхронный двигатель имеет двойную скорость, чем 8-полюсный асинхронный двигатель.

Здесь мы увидели все методы управления скоростью на стороне статора асинхронного двигателя. Перейдем к регулированию скорости со стороны ротора.

Ротор Боковое управление

Существует два метода управления скоростью асинхронного двигателя на стороне ротора, которые мы рассмотрим подробно.

Регулировка скорости путем добавления внешнего сопротивления в цепь ротора

Этот тип управления скоростью возможен только для асинхронного двигателя с контактным кольцом. Мы можем добавить внешнее сопротивление в цепь ротора через контактное кольцо в асинхронном двигателе.

Этот тип управления скоростью недоступен для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.В токосъемном кольце асинхронного двигателя контактные кольца снабжены ротором. Мы можем добавить внешнее сопротивление в цепь ротора через контактные кольца. Изменяя внешнее сопротивление, можно изменять скорость асинхронного двигателя.

Проверка — Реальные применения двигателя постоянного тока серии

Каскадное соединение

Каскадное соединение — это еще один метод управления скоростью асинхронного двигателя.

При каскадном подключении два двигателя соединены друг с другом одним и тем же валом ротора.Показан рисунок каскадного подключения.

При каскадном подключении один двигатель должен иметь фазную обмотку, а другой может быть асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором. Первый двигатель подключается к фазе обычным образом, а питание статора второго двигателя подается от обмоток ротора первого двигателя, как показано на рисунке.

Заключение

Надеюсь, вы понимаете все, что связано с управлением скоростью асинхронного двигателя / методов управления скоростью двигателя переменного тока.В этой статье будет объяснено и выполнено регулирование скорости асинхронного двигателя. Мы можем контролировать скорость с двух сторон, со стороны статора и стороны ротора. Со стороны статора есть три метода управления скоростью. На стороне ротора используются два других метода для управления скоростью асинхронного двигателя .

Надеюсь, вы без сомнения понимаете. Если у вас есть какие-либо вопросы по этой теме, не стесняйтесь комментировать в этой статье.

Продолжить чтение

Контроль скорости в индукционной машине

Контроль скорости в индукционной машине:

Управление скоростью в индукционной машине — Бесступенчатое управление скоростью асинхронных двигателей не может быть выполнено так эффективно и недорого, как для двигателей постоянного тока.Различные методы управления скоростью асинхронного двигателя можно визуализировать, рассматривая уравнение скорости

.

Из этого уравнения видно, что существует два основных способа управления скоростью, а именно (i) управление скольжением для фиксированной синхронной скорости и (ii) управление синхронной скоростью. Поскольку есть два способа управления синхронной скоростью — регулировка частоты питания и регулировка полюсов статора. Последний метод дает ступенчатое управление, поскольку полюса можно менять кратно двум.Переключение полюсов осуществляется только в двигателе с короткозамкнутым ротором, и это тоже в два этапа.

Контроль напряжения

Это метод контроля скольжения, при котором на статор двигателя подается переменное напряжение постоянной частоты. Очевидно, что напряжение следует снижать только ниже номинального значения. Для двигателя, работающего при полной нагрузке скольжения, если скольжение должно быть удвоено для постоянного момента нагрузки, из уравнений (9.34) и (9.35) следует, что напряжение должно быть уменьшено в 1 / √2 раз, а соответствующее ток ((I ‘ ₂ )) возрастает до √2 значения полной нагрузки.Поэтому двигатель имеет тенденцию к перегреву. Следовательно, этот метод не подходит для регулирования скорости. Он имеет ограниченное применение для двигателей, приводящих в движение нагрузки вентиляторного типа, требуемый крутящий момент пропорционален квадрату скорости (см. Рис. 11.40). Это широко используемый метод для потолочных вентиляторов, приводимых в действие однофазными асинхронными двигателями, которые имеют большое сопротивление покоя, ограничивающее ток, потребляемый статором.

Контроль сопротивления ротора

Как видно из названия, этот тип управления скоростью возможен только для асинхронных двигателей с контактным кольцом.Обращаясь к рис. 9.15, легко увидеть, что по мере увеличения сопротивления ротора скольжение двигателя увеличивается (скорость падает) при фиксированном моменте нагрузки. Ток статора изменяется в ограниченной степени, поскольку влияние изменений скольжения и сопротивления ротора имеет тенденцию нейтрализоваться (см. Уравнение (9.34)) при малых значениях скольжения. Однако входная мощность увеличивается. Это обеспечивает потерю мощности в дополнительном сопротивлении ротора. КПД рабочего мотора, конечно, резко падает. Таким образом, этот метод управления скоростью как таковой применяется для узкого диапазона скоростей и, как правило, для кратковременной работы.

Эффективность этого типа схемы управления скоростью можно повысить, возвращая мощность от ротора механически на вал ротора или электрически в сеть. Первая схема может быть реализована с помощью выпрямителя и двигателя постоянного тока, соединенных с валом ротора. Вторая схема требует преобразователя частоты, который преобразует мощность с переменной частотой в фиксированную (питающую) частоту для подачи электроэнергии обратно в сеть. Эти схемы могут быть созданы с помощью схемы SCR (см. Рис.