Регулирование частоты вращения АД.

Наиболее распространены следующие способы регулирова­ния скорости АД: изменение дополнительного сопротивления цепи ротора, изменение напряжения, подводимого к обмотке статора, изменение частоты питающего напряжения, а также переключение числа пар полюсов.

Введение резисторов в цепь ротора приводит к увеличению потерь мощности и снижению частоты вращения ротора за счет увеличения скольжения, поскольку n = n_o(1 - s). Из рис. 1 следует, что при увеличении сопротивления в цепи ротора при том же моменте частота вращения вала двигателя уменьшает­ся. Жесткость механических характеристик значительно сни­жается с уменьшением частоты вращения, что ограничивает диапазон регулирования до (2...3): 1. Недостатком этого способа являются значительные потери энергии, которые пропорцио­нальны скольжению. Такое регулирование возможно только для двигателя с фазным ротором.

Изменение напряжения, подводимого к обмотке статора АД, позволяет регулировать скорость с помощью относительно про­стых технических средств и схем управления. Для этого между сетью переменного тока со стандартным напряжением U_1НОМ и статором электродвигателя включается регулятор напряже­ния (рис. 2).

При регулировании частоты вращения АД изменением напря­жения, подводимого к обмотке статора, критический момент М_кр АД изменяется пропорционально квадрату подводимого к двигателю напряжения U_рег (рис. 3), а скольжение от U_рег не зависит.

Если момент сопротивления рабочей машины больше пускового момента электродвигателя (Мс > Мпуск), то двигатель не будет вращаться, поэтому необходимо запустить его при номинальном напряжении Uном или на холостом ходу. Регулировать частоту вращения короткозамкнутых АД таким способом можно только при вентиляторном характере нагрузки. Кроме того, должны использоваться специальные электродвигатели с повышенным скольжением. Диапазон регулирования небольшой, до nкр.

Для изменения напряжения применяют трехфазные автотрансформаторы и тиристорные регуляторы напряжения.

Так как частота вращения магнитного поля статора n₀ = 60f/р, то регулирование частоты вращения АД можно производить изменением частоты питающего напряжения fс. Для эффективного использования электродвигателя при частотном регулировании необходимо, чтобы с изменением частоты одновременно изменялось напряжение.

Схема частотного электропривода приведена на рис. 4, Механические характеристики АД при частотном регулировании — на рис. 5.

С уменьшением частоты f критический момент несколько уменьшается в области малых частот вращения. Это объясняет­ся возрастанием влияния активного сопротивления обмотки статора при одновременном снижении частоты и напряжения. Частотное регулирование позволяет изменять частоту вращения в диапазоне (20...30): 1. Частотный способ является наиболее перспективным для регулирования АД с короткозамкнутым ро­тором. Потери мощности при таком регулировании невелики, поскольку минимальны потери скольжения.

Ступенчатое регулирование скорости можно осуществить, используя специальные многоскоростные АД с короткозамкну­тым ротором.

Из выражения n₀ = 60f/р следует, что при изменении числа пар полюсов р получаются механические характеристики с раз­ной частотой вращения n₀ магнитного поля статора. Так как значение р определяется целыми числами, то переход от одной характеристики к другой в процессе регулирования носит сту­пенчатый характер. Существует два способа изменения числа пар полюсов. В первом случае в пазы статора укладывают две обмотки с разным числом полюсов. При изменении скорости к сети подключается одна из обмоток. Во втором случае обмот­ку каждой фазы составляют из двух частей, которые соединяют параллельно или последовательно. При этом число пар полюсов изменяется в два раза.

На рис. 6, а, б приведены схемы переключения с одинар­ной звезды на двойную и с треугольника на двойную звезду.

Регулирование скорости путем изменения числа пар полюсов экономично, а механические характеристики сохраняют жесткость. Недостатком этого способа является ступенчатый характер изменения частоты вращения АД с короткозамкнутым ротором. Выпускаются двухскоростные двигатели с числом полюсов 4/2; 8/4; 12/6. Четырехскоростной электродвигатель с полюсами 12/8/6/4 имеет две переключаемые обмотки.