§ 47. Регулирование угловой скорости асинхронных двигателей

Согласно уравнению угловой скорости асинхронного двигателя

ω = ω (1 - s) = (2πf /p)(1 - s)

регулирование его частоты вращения можно осуществить:

- изменением частоты тока f питающей сети;

- изменением числа пар полюсов р обмотки статора;

- введением дополнительных резисторов, обладающих активны­ми сопротивлениями, в цепь обмотки ротора, что ведет к измене­нию скольжения s.

Первый способ заключается в том, что при изменении частоты тока, подводимого к зажимам двигателя, изменяется синхронная скорость вращающегося магнитного поля статора. Следовательно, изменяется и угловая скорость ротора двигателя. Этот способ применяется лишь в том случае, когда двигатель получает пита­ние от отдельного синхронного генератора или тиристорного преобразователя частоты (тиристорный электропривод).

Второй способ регулирования угловой скорости изменением числа пар полюсов обмотки статора находит широкое применение в судовых электроприводах с асинхронными короткозамкнутыми двигателями серии МАП. Электродвигатели, допускающие пере­ключение числа пар полюсов, должны иметь в пазах статора ли­бо две самостоятельные обмотки, либо одну обмотку с переключением ее секционных групп на различное число пар полюсов.

Основным недостатком этого способа регулирования скорости асинхронного двигателя является ступенчатость регулирования, а также неизбежность бросков тока и момента при переходе с одной скорости на другую.

Третий способ регулирования скорости двигателя введением добавочных резисторов в цепь обмотки ротора применим только для асинхронных электродвигателей с фазным ротором. Увеличе­ние сопротивления в цепи ротора ведет к увеличению скольжения, что в свою очередь уменьшает скорость двигателя. В установив­шемся режиме момент, развиваемый двигателем, остается неизменным.

Основным недостатком этого способа регулирования скорости асинхронных двигателей является его неэкономичность и сравни­тельно небольшой предел регулирования (10 - 20% от номиналь­ной скорости двигателя), он применяется в основном для меха­низмов, работающих в повторно-кратковременном режиме (элек­тропривод грузоподъемных устройств).

Регулирование угловой скорости асинхронных двигателей можно осуществить введением в роторную цепь параллельно подключенных резисторов и реакторов или включением в статорную цепь управляемых дросселей.

§ 48. Торможение асинхронных двигателей

Для асинхронных двигателей применяются те же способы тор­можения, что и для двигателей постоянного тока: рекуперативное, динамическое и торможение противовключением.

Рекуперативное торможение асинхронного двигателя наступа­ет тогда, когда угловая скорость ротора ω под действием внеш­них сил или инерции превысит синхронную угловую скорость ω вращающегося поля статора. При этом

э. д. с. статора становится больше приложенного напряжения. Асинхронный двигатель пере­ходит в режим генератора с отдачей активной энергии в сеть и потреблением из сети реактивной энергии, необходимой для воз­буждения машины.

Рекуперативное торможение используется в грузоподъемных устройствах при спуске тяжелых грузов. Под действием опускаемого груза ротор асинхронного двигателя разгоняется до скорости ω > ω . Двигатель переходит в генераторный режим, создавая тормозной момент, который уравновешивается движущим статическим моментом груза. При этом груз будет опускаться с установившейся скоростью. Рекуперативное торможение имеет место и при переходе полюсопереключаемого двигателя с большей угловой скорости на меньшую. В этом случае скорость двига­теля окажется больше синхронной скорости ω , соответствующей новому числу пар полюсов. Двигатель перейдет в генераторный режим с отдачей энергии в сеть. При этом скорость двигателя будет снижаться и при скорости ω = ω он перейдет в двигательный режим. Дальнейшее снижение скорости двигателя будет происхо­дить до тех пор, пока момент, развиваемый двигателем, не уравновесится статическим моментом нагрузки.

При динамическом торможении (рис. 2.96) размыкаются кон­такты К1 линейного контактора, отключая обмотку статора от сети трехфазного переменного тока. Замыкаются контакты К2 тормозного контактора, подключая две фазы статорной обмотки на пониженное напряжение постоянного тока. Источником по­стоянного тока в установках небольшой мощности являются полупроводниковые выпрямители VD, включенные через понижающий трансформатор TV к сети переменного тока. Постоянный ток, протекая по обмотке статора, создает неподвижное магнитное поле, которое индуктирует во вращающемся по инерции роторе э. д. с. Эта э. д. с. вызовет в обмотке ротора появление тока, ко­торый, взаимодействуя с неподвижным магнитным потоком ста­тора, создает тормозной момент. Динамическое торможение по­зволяет осуществить торможение до полной остановки электропри­вода.

Рис. 2.96. Динамическое торможение асинхронных двигателей.

Торможение противовключением возникает тогда, когда ротор включенного в сеть асинхронного двигателя под действием внеш­них сил или по инерции вращается в сторону, противоположную направлению вращения магнитного поля статора. Этот способ торможения можно получить при реверсировании вращающегося асинхронного двигателя переключением двух фаз обмотки стато­ра. При этом магнитное поле статора будет вращаться в направ­лении противоположном вращению ротора. В результате изменит­ся направление э. д. с. и тока в обмотке ротора, соответственно изменится и направление момента двигателя, который для ротоpa, вращающегося в прежнем направлении, будет являться тор­мозным. При снижении скорости двигателя до нуля его статорную обмотку необходимо отключить от сети, иначе двигатель нач­нет вращаться в обратную сторону. При использовании режима противовключения для ускорения процесса реверсирования асинх­ронного двигателя его статорную обмотку не нужно отключать от сети.

Торможение противовключением применяется и для получения посадочных скоростей при опускании тяжелых грузов. Для этого в цепь ротора включают добавочные резисторы с большим актив­ным сопротивлением. Двигатель под действием движущего стати­ческого момента груза будет вращаться в сторону, противопо­ложную вращению магнитного поля статора. Скорость опускания груза регулируется изменением величины сопротивлений резисто­ров, включенных в роторную цепь двигателя.