Регулирование угловой скорости асинхронных двигателй

1.

СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ И
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И СЕТИ»
Дисциплина:
«Автоматизированный электрический привод»
Лекция № 9:
РЕГУЛИРОВАНИЕ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ
АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЙ
Доцент кафедры к. т. н.
ГОРПИНЧЕНКО Александр Владимирович

2.

ВОПРОСЫ
1) Регулирование скорости вращения АД изменением
числа пар полюсов.
2) Регулирование скорости вращения АД изменением
частоты питающего напряжения.
3) Регулирование скорости вращения АД изменением
подводимого к двигателю напряжения.
ЛИТЕРАТУРА
М.Г.Чиликин, А.С.Сандлер
«Общий курс электропривода», стр. 156…184.
1

3.

2
Из уравнения механической характеристики АД
3U12 R 2
M
R 2 2
Ω 0s (R 1
) (x 1 x 2 ) 2
s
и выражения Ω
(1)
2π f1
(1 s) следует, что скорость АД является
р
функцией многих величин:
Ω = f ( р, f1, U1, R1, R’ 2, x1, x’2), и
может быть изменена в результате большого числа способов
регулирования.
Основные способы регулирования:
1) способ регулирования скорости вращения изменением
числа пар полюсов обмотки статора электродвигателя р;
2) способ регулирования скорости вращения изменением
частоты питающего АД напряжения f1;
3) способ регулирования скорости вращения изменением
подводимого напряжения U1.

4.

1. Регулирование скорости вращения асинхронного двигателя
изменением числа пар полюсов p.
3
Механические характеристики АД с различным числом пар полюсов имеют
вид, как показано на рис.1.
2π f1
1
3U12
Ω0
; т.е. Ω 0
и Mк
; т.е. M к p.
2
2
p
p
2Ω 0 R 1 R 1 x1 x 2
(2)

5.

На статоре АД в одни и те же пазы укладываются 2-е
обмотки, имеющие разное число пар полюсов.
Переключением АД с одной обмотки на другую
осуществляется регулирование скорости Ω.
4
и
Показатели регулирования:
1) Диапазон регулирования достигает (6:1)...(8:1) и даже до 12:1
2) Плавность регулирования – низкая (ступенчатое
регулирование скорости Ω).
3) Направление регулирования скорости Ω – возможно
регулирование вверх и вниз от скорости при каком-то
промежуточном р (для 3-х скоростных АД).
4) Стабильность работы на заданной скорости достаточно
высокая (т.к. АД работает на ЕМХ, имеющей большую
жесткость).
5) Экономичность регулирования – высокая, т.к. потери на
регулировании почти отсутствуют.

6.

5
Хорошо известно и широко применяемо соединение обмотки
статора в «звезду» - Y (р = 2) и «двойную звезду» – YY (p = 1).
Такая обмотка называется полюсопереключаемой обмоткой.

7.

2. Регулирование скорости вращения асинхронного двигателя
изменением частоты питающего напряжения.
Из выражения Ω 0
6
2π f1
следует, что регулирование скорости
p
двигателя обеспечивается изменением f1 без значительного
изменения скольжения.
В качестве преобразователей частоты могут быть
использованы:
1) преобразователи с синхронным генератором, приводимым в
движение регулируемым ЭД (например постоянного тока);
2) одноякорные преобразователи частоты – (СГ и ЭД
постоянного тока);
3) асинхронные преобразователи частоты – (АД с фазным
ротором, статор питается от сети f1 = const, а ротор вращается с
переменной скоростью от ЭД постоянного тока).
4) статические (вентильные) преобразователи частоты.

8.

7
При регулировании скорости вращения АД изменением частоты
1
f1 изменяется и значение максимального момента M к
,
f1
а значит изменяется перегрузочная способность двигателя в
процессе регулирования (при Ω↑ она падает), что может не
обеспечить
устойчивую
работу
привода
в
диапазоне
регулирования.
Pис. 3 Механические характеристики АД при f1 = var f11< f12< f13.

9.

Мк
Перегрузочная способность k м
Мс
М
M
кi
кн
если отношение
соnst
M ci М сн
будет неизменной,
8
М сi
M кi
во всех режимах M M
(3)
кн
cн
2
2
2
2
M кi М сi U1i U1н U1i f1н
,
2 : 2
M кн M cн f1i f1н U1н f1i
U12
где, M к
(пренебрегаем R1, т.к. xк >> R1) ,
f i f1
откуда
U1i f1i
U1н f1н
M ci
,
M cн
(4)
где: Мсi , Мсн - статические моменты при скоростях, соответствующих частотам f1i и f1н;
U1i , U1н - напряжения при тех же частотах.

10.

9
Рассмотрим характер регулирования напряжения для
наиболее распространённых законов изменения нагрузки.
1. Mc = const, тогда из (4)
U1н
(5)
U1i
f1i к1f1i
f1н
U1н
или
const , т. е. подводимое к двигателю напряжение
f1i
должно изменяться пропорционально изменению частоты.
Критический момент при этом в соответствии с уравнением
(3) будет равен Мкi = Мкн, т.е. остаётся неизменным, что
обеспечивает
постоянство
перегрузочной
способности
двигателя (рис. 4) f11< f12< f13.

11.

10
Если пренебречь падением напряжения ΔU1 в обмотке статора
двигателя, то можно считать U1 ≈ E1 = с∙Ф∙f1 ↓, откуда
U1
Ф const.
f1

12.

11
Если нарушить это условие, т.е. при U1 = const изменить только
f1, то с ↓f1 → Ф↑, что вызовет увеличение потерь от
намагничивающего тока.
С ↑f1 → Ф↓, что при Мс = const вызовет увеличение тока ротора
I’2 (M = k∙Ф∙I’2∙cos ψ2). Таким образом, в обоих случаях двигатель
будет перегреваться при моменте на валу, даже меньшем
номинального значения.
На рис. 4 при f11 (малой) значение Мк↓.
Это связано с тем, что при низких значениях f1 xк уменьшается
до таких значений, что становится соизмеримым с независящим от
частоты активным сопротивлением статора R1. Падение
напряжения на сопротивлении R1 теперь существенно снижает
значение Ф и вызывает ↓ Мк .
Поэтому для поддержания Мк = const при малых f1 напряжение
следует уменьшить в меньшей степени с ↓f1, чтобы поддержать Ф↑
и Мк ↑.

13.

2.
M c cΩ 2 c f12
U1н 2
тогда из (4) , U1i 2 f1i
f1н
12
(6) ,
откуда следует, что подводимое напряжение в этом случае надо
изменять пропорционально квадрату частоты.
При этом k м
Mк
const , поскольку критический момент
Мс
согласно уравнению (3), как и статический, будет изменяться
пропорционально квадрату частоты (рис. 5)
1)
2)
M ci
M кi M кн
M cн
M
M кi 2кн f1i2 k 2 f1i2
f1н
(7)

14.

13

15.

3. Регулирование скорости вращения АД изменением
напряжения.
Если регулировать напряжение, подводимое к фазам статора
АД, то можно изменять Mк ≡ U12 , не изменяя скольжение sк
R 2
sк
(8)
R 2 (x x ) 2
1
Рис.6. Механические характеристики
АД при регулировании напряжения
на статоре.
1
2
14

16.

15
Показатели регулирования:
1. Диапазон регулирования скорости зависит от характера момента
сопротивления и для Мс ≡ Ω2 невелик.
Для расширения диапазона регулирования обычно применяются АД
с повышенным скольжением, т.е. имеющие большие значения
сопротивления обмотки ротора R’2 R’2 ↑→ sк↑ (из выражения для sк ).
2. Плавность регулирования скорости может быть достаточно
высокой и определяется плавностью изменения напряжения.
3. Направление регулирования скорости, возможно только вниз от
номинального значения.
4. Стабильность работы на заданной скорости низкая.
5. Экономичность регулирования низкая.
Потребляемая из сети мощность: P1 ≈ M ∙ Ω0.
Полезная мощность на валу: P2 = M ∙ Ω = M ∙ Ω0 (1 - s).
Тогда КПД двигателя будет
MΩ 0 (1 s)
P
η 2
1 s η как следствие ↑s.
P1
MΩ 0