2.17. Регулирование частоты вращения без полезного использования мощности скольжения

Регулирование частоты вращения за счет изменения скольжения, при котором мощность скольжения выделяется в виде тепла в цепи обмотки ротора, сопровождается существенным уменьшением КПД. Для двигателя с короткозамкнутой обмоткой на роторе применяются только способы регулирования, связанные с изменением амплитуды или симметрии напряжения . Для двигателей с фазной обмоткой на роторе возможно также регулирование частоты вращения путем введения дополнительных сопротивлений в обмотку ротора.

Регулирование частоты вращения изменением напряжения, подводимого к двигателю. Момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения (). При сохранении характеристики нагрузки на валу двигателя, изменение напряженияприводит к изменению скольжения, рис. При постоянстве момента нагрузки () скольжение изменяется примерно обратно пропорционально квадрату напряжения (). Данный способ регулирования применяется для двигателей малой мощности с повышенным критическим скольжением.

Регулирование частоты вращения искажением симметрии первичного напряжения. Механические характеристики трехфазного двигателя при несимметричном питании располагаются в области между нормальной характеристикой при симметричном питании и характеристикой при однофазном включении (рисунок).

Регулирование частоты вращения изменением активного сопротивления цепи обмотки ротора. Увеличение активного сопротивления цепи обмотки ротора приводит к росту критического скольжения. Максимальный момент при этом не изменяется, поэтому жесткость механической характеристики снижается, рисунок.

Рис. 7.6. Механические характеристики при регулировании частоты вращения ротора изменением подводимого напряжения, введением в цепь обмотки ротора дополнительного активного сопротивления, искажением симметрии напряжений статора.

2.18. Регулирование частоты вращения с использованием мощности скольжения

При регулировании частоты вращения этим способом через контактные кольца в цепь обмотки ротора вводится дополнительная ЭДС такой же частоты, что и частота ЭДС вращенияв роторе двигателя. Источником ЭДСможет бытьлибо электромашинный, либо вентильный преобразователь частоты. Введение в цепь ротора ЭДС позволяет экономично (без больших потерь) и плавно регулировать частоту вращения ротора в широких пределах в обе стороны от синхронной частоты вращения.

2.19. Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели

Устройство однофазного асинхронного двигателя аналогично трехфазному, но на статоре уложена однофазная обмотка, при включении которой МДС статора создает не вращающийся, а пульсирующий магнитный поток. Ось этого магнитного потока неподвижна в пространстве, амплитуда . Пульсирующий магнитный поток можно представить в виде суммы двух вращающихся в противоположные стороны магнитных потокови, амплитуда каждого из которых равна. Этих потоки наводят ЭДС взаимной индукции прямой и обратной последовательности, что вызывает появление соответствующих токов в замкнутой обмотке ротора. Взаимодействие этих токов с основным магнитным потоком создает вращающие моменты прямой и обратной последовательностей,рисунок. Результирующий электромагнитный момент равен сумме этих моментов:

.

При пуске однофазного двигателя и моменты прямой и обратной последовательностей равны между собой, поэтому результирующий электромагнитный момент равен нулю. Поэтому однофазный двигатель не может самостоятельно прийти во вращение при подключении его к сети.

Для создания не нулевого пускового момента необходимо образование вращающегося магнитного поля. Для этого на статоре помимо рабочей применяется пусковая обмотка. В цепь пусковой обмотки включают фазосмещающих элемент (активное сопротивление или емкость). При достижении номинальной частоты вращения пусковую обмотку отключают.

Рис. Механическая характеристика однофазного асинхронного двигателя. Схема однофазного асинхронного двигателя с пусковой обмоткой: ФЭ – фазосдвигающий элемент; A и B – рабочая и пусковая обмотки.

Асинхронный конденсаторный двигатель имеет на статоре две обмотки, занимающие одинаковое число пазов и сдвинутые в пространстве относительно друг друга на 90 электрических градусов. Главную обмотку включают непосредственно в однофазную сеть, вспомогательную – через рабочий конденсатор . В отличие от однофазного двигателя вспомогательная обмотка после пуска не отключается, при этом емкостьсоздает фазовый сдвиг между токами главной и вспомогательной обмоток.

Конденсаторные двигатели по своим свойствам ближе к трехфазным двигателям, поскольку после окончания пуска они работают с вращающейся МДС, в отличие от однофазных двигателей, работающих с пульсирующей МДС.

Рис. Конденсаторный двигатель с рабочей емкостью, с рабочей и пусковой емкостями. Механические характеристики при рабочей и пусковой емкостях.

Емкость обеспечивает получение кругового вращающегося поля только в расчетном, обычно номинальном, режиме работы двигателя. Если изменится режим (нагрузка), то изменятся и токи в обмотках и фазовый угол между ними. Поле двигателя становится эллиптическим и рабочие свойства двигателя ухудшаются.

Конденсаторный двигатель обладает сравнительно высоким КПД и коэффициентом мощности, но имеют неудовлетворительные пусковые свойства. Пусковой момент обычно не превышает . Для повышения пускового момента параллельно емкостина время пуска включают пусковую емкость.

Трехфазный асинхронный двигатель может быть использован для работы от однофазной сети. Такой двигатель включают как конденсаторный по одной из схем рисунка.

Рис. Схемы соединения обмотки статора трехфазного асинхронного двигателя при включении в однофазную сеть.

3. Синхронные машины