Taxitaxitaxi.ru

Эволюшн
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электротехника и электрооборудование — Регулирование скорости вращения и реверсирование асинхронных электродвигателей

Электротехника и электрооборудование — Регулирование скорости вращения и реверсирование асинхронных электродвигателей

Регулирование скорости вращения асинхронных двигателей производят несколькими способами. Формула скорости вращения асинхронных двигателей:
(7.7) где s — скольжение в долях единицы показывает, что скорость вращения может регулироваться изменением частоты тока f, числа пар полюсов р и скольжения s.
Регулирование скорости вращения изменением величины скольжения асинхронного электродвигателя возможно двумя способами:

  1. введением в цепь ротора дополнительного сопротивления, что возможно для двигателей с фазным ротором;
  2. изменением реактивных сопротивлений (дросселей насыщения), включаемых в обмотку статора.

Регулирование скорости асинхронных электродвигателей с фазным ротором введением в его цепь дополнительного сопротивления позволяет уменьшать его скорость практически не более чем на 40—50% номинальной скорости.
При таком регулировании с увеличением сопротивления реостата увеличивается величина скольжения, т. е. уменьшается число оборотов двигателя. В этом случае схема регулирования сходна со схемой пуска асинхронного электродвигателя с фазным ротором (см. рис.7.8) с той разницей, что регулировочный реостат должен быть рассчитай на длительную нагрузку током. Регулирование скорости с помощью добавочного сопротивления в цепи ротора приводит к неустойчивой работе электродвигателя на малых оборотах, так как при этом приходится включать большие сопротивления, что приводит к значительным колебаниям скорости при небольших изменениях момента сопротивления нагрузки. Кроме того, этот способ мало экономичен, так как увеличивает потери в роторной цепи.
Описанный способ регулирования асинхронных электродвигателей с фазным ротором применяется в тех случаях, когда работа электродвигателя с пониженной скоростью непродолжительна и когда не требуется большой точности регулирования, например для регулирования скорости движения механизмов подъемно-транспортных установок.
Регулирование скорости асинхронных электродвигателей при помощи дросселей насыщения состоит в том, что в цепь статора электродвигателя включаются реактивные сопротивления с переменной индуктивностью. Изменение индуктивности реактивных сопротивлений (дросселей) осуществляется пропусканием постоянного тока различной величины через обмотку управления дросселями (рис. 7.13, а).
Изменяемое индуктивное сопротивление в цепи статора электродвигателя позволяет получать на зажимах машины различное напряжение (рис. 7.13, б), чем достигается изменение скольжения, т. е. скорости вращения ротора. Достоинством описанного способа является плавное регулирование скорости вращения электродвигателя; недостатками — значительное уменьшение максимального вращающего момента, а также уменьшение коэффициента мощности и к. п. д. электродвигателя.
Регулирование скорости вращения асинхронного электродвигателя за счет изменения числа пар полюсов осуществляется переключением обмотки статора и является ступенчатым. Для этих целей применяют специальные асинхронные многоскоростные электродвигатели, выпускаемые промышленностью и рассчитанные на 2, 3 и 4 скорости. Так, например, четырех скорости ой электродвигатель может иметь синхронные скорости вращения 500, 750, 1000 и 1500 об/мин.

Рис. 7.13. Схема включения и регулирования скорости асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором при помощи дросселей насыщения:
а — схема включения; б — механические характеристики

Рис. 7.14. Переключение проводов для изменения направления вращения асинхронного двигателя

Изменение числа пар полюсов достигают наиболее простым способом при устройстве двух независимых обмоток на статоре асинхронного электродвигателя. Такие электродвигатели выпускают с синхронными скоростями вращения 1000/1500 об/мин.
Двухскоростные электродвигатели имеют шесть, трехскоростные— девять и четырехскоростные — двенадцать выводов к переключателю полюсов.
Регулирование скорости вращения асинхронного электродвигателя изменением частоты тока требует применения специального источника переменного тока с изменяемой частотой. Этот способ еще не нашел применения для регулирования скорости электроприводов строительных машин, но является весьма перспективным при использовании для статических преобразователей частоты управляемых, полупроводниковых вентилей-тиристоров, производство которых в настоящее время развивается (о тиристорах см. гл. 10).
Изменение направления вращения асинхронного двигателя — реверсирование достигается изменением направления вращения магнитного
поля. Для этого достаточно переключить любые два провода трехфазной системы, подводящие ток к статору двигателя. На рис. 7.14 приведена схема такого переключения. При переключении трех проводов направление вращения магнитного поля статора, а следовательно, и ротора двигателя не изменится.

Читайте так же:
Не работает подсветка регулировки печки лансер 9

§ 7.9. Потери энергии и коэффициент полезного действия асинхронных электродвигателей. Коэффициент мощности двигателей

Электрическая энергия, расходуемая при работе асинхронного электродвигателя, затрачивается на полезную механическую работу и на покрытие потерь: электрических, магнитных и механических.
Потери в меди или электрические потери обусловлены нагреванием обмоток статора и ротора при протекании по ним тока. Потери в стали (магнитные потери) состоят из потерь на вихревые токи и на перемагничивание в стальных частях статора и ротора. Потери на вихревые токи пропорциональны квадрату частоты тока, а на перемагничивание — первой степени частоты тока. Магнитные потери главным образом происходят в статоре. Потери в стали ротора ничтожно малы вследствие малой частоты его тока и поэтому ими можно пренебрегать.
Механические потери состоят из расхода энергии на трение в подшипниках, трение ротора о воздух и воздуха в вентиляционной системе электродвигателя. Эти потери зависят от скорости вращения ротора, его диаметра, типа подшипников и конструкции вентиляционной системы двигателя.
Коэффициентом полезного действия (к. п. д.) двигателя называют отношение полезной механической мощности Р3 на валу двигателя к затраченной мощности, потребляемой из сети P1
(7-8)
Так как разница между затраченной и полезной мощностью равна потерям, то формулу получения к. п. д. двигателя можно записать в следующем виде:
(7.9)
где рм — потери в меди или электрические потери; рс — потери в стали или магнитные потери;
Рмех — механические потери.
Потери в меди являются переменными, зависящими от нагрузки, вследствие того что с увеличением тока увеличивается назревание обмоток.
Потери в стали (магнитные) и механические потери являются постоянными, так как не зависят от нагрузки.
Коэффициент полезного действия двигателя изменяется в зависимости от нагрузки.
Наибольшей величины к. п. д. достигает при нагрузке, равной примерно 0,75 номинальной, а затем с увеличением нагрузки к. п. д. уменьшается вследствие увеличения электрических потерь на нагревание обмоток (рис. 7.15, а).
Большое магнитное сопротивление воздушного зазора между статором и ротором асинхронного двигателя приводит к значительной величине намагничивающего (реактивного) тока, составляющего примерно 0,4—0,7 от номинальной силы тока электродвигателя. В связи с этим двигатель всегда работает с cos φ, меньшим единицы. При полной нагрузке коэффициент мощности cos φ двигателей достигает максимальной величины 0,8—0,9 (рис. 7.15, б).


Рис. 7.15. Зависимость коэффициента мощности асинхронного двигателя от его нагрузки

С уменьшением нагрузки коэффициент мощности снижается, что объясняется малой зависимостью от нагрузки намагничивающего (реактивного) тока. Сила тока двигателя складывается из двух величин: активного тока, зависящего от нагрузки, и реактивного тока, независимого от нагрузки. Поэтому при механической недогрузке активный ток уменьшается и, следовательно, увеличивается относительная величина реактивного тока, что приводит к снижению коэффициента мощности cos φ.

Читайте так же:
Автоматическая синхронизация файлов с onedrive

Способы регулировки оборотов вращения асинхронных двигателей

Достаточно часто режим работы вспомогательного механизированного оборудования требует понижения штатных частот вращения. Добиться такого эффекта позволяет регулировка оборотов асинхронного двигателя. Как это сделать своими руками (расчет и сборку), используя стандартные схемы управления или самодельные устройства, попробуем разобраться далее.

Что такое асинхронный двигатель?

Электродвигатели переменного тока нашли довольно широкое применение в различных сферах нашей жизнедеятельности, в подъемно транспортном, обрабатывающем, измерительном оборудовании. Они используются для превращения электрической энергии, которая поступает от сети, в механическую энергию вращающегося вала. Чаще всего используются именно асинхронные преобразователи переменного тока. В них частота вращения ротора и статора отличаются. Между этими активными элементами обеспечивается конструктивный воздушный зазор.

И статор, и ротор имеют жесткий сердечник из электротехнической стали (наборного типа, из пластин), выступающий в роли магнитопровода, а также обмотку, которая укладывается в конструктивные пазы сердечника. Именно способ организации или укладки обмотки ротора является ключевым критерием классификации этих машин.

Двигатели с короткозамкнутым ротором (АДКР)

Здесь используется обмотка в виде алюминиевых, медных или латунных стержней, которые вставляются в пазы сердечника и с обеих сторон замыкаются дисками (кольцами). Тип соединения этих элементов зависит от мощности двигателя: для малых значений используют метод совместной отливки дисков и стержней, а для больших – раздельное изготовление с последующей сваркой между собой. Обмотка статора подключается с использованием схем «треугольника» или «звезды».

Двигатель асихронный трехфазный

Двигатели с фазным ротором

К сети подключается трехфазная обмотка ротора, посредством контактных колец на основном валу и щеток. За основу принимается схема «звезда». На рисунке внизу представлена типичная конструкция такого двигателя.

Асинхронный трехфазный двигатель с ротором

Принцип работы и число оборотов асинхронных двигателей

Данный вопрос рассмотрим на примере АДКР, как наиболее распространенного типа электродвигателей подъемно-транспортном и обрабатывающем оборудовании. Напряжение от сети подается на обмотку статора, каждая из трех фаз которой смещена геометрически на 120°. После подачи напряжения возникает магнитное поле, создающее путем индукции ЭДС и ток в обмотках ротора. Последнее вызывает электромагнитные силы, заставляющие ротор вращаться. Еще одна причина, по которой все это происходит, а именно, возникает ЭДС, является разность оборотов статора и ротора.

Одной из ключевых характеристик любого АДКР является частота вращения, расчет которой можно вести по следующей зависимости:

n = 60f / p, об/мин

где f – частота сетевого напряжения, Гц, р – число полюсных пар статора.

Все технические характеристики указываются на металлической табличке, закрепленной на корпусе. Но если она отсутствует по какой-то причине, то определить число оборотов нужно вручную по косвенным показателям. Как правило, используется три основных метода:

  • Расчет количества катушек. Полученное значение сопоставляется с действующими нормами для напряжения 220 и 380В (см. табл. ниже),

Расчет количества катушек

  • Расчет оборотов с учетом диаметрального шага обмотки. Для определения используется формула вида:

где 2p – число полюсов, Z1 – количество пазов в сердечнике статора, y – собственно, шаг укладки обмотки.

Стандартные значения оборотов:

Стандартные значения оборотов

  • Расчет числа полюсов по сердечнику статора. Используются математические формулы, где учитываются геометрические параметры изделия:

2p = 0,35Z1b / h или 2p = 0,5Di / h,

Читайте так же:
Мотопила партнер как отрегулировать карбюратор

где 2p – число полюсов, Z1 – количество пазов в статоре, b – ширина зубца, см, h – высота спинки, см, Di – внутренний диаметр, образованный зубцами сердечника, см.

После этого по полученным данным и магнитной индукции нужно определить количество витков, которое сверяется с паспортными данными двигателей.

Способы изменения оборотов двигателя

Регулировка оборотов любого трехфазного электродвигателя, используемого в подъемно-транспортной технике и оборудовании, позволяет добиться требуемых режимов работы точно и плавно, что далеко не всегда возможно, например, за счет механических редукторов. На практике используется семь основных методов коррекции скорости вращения, которые делятся на два ключевых направления:

  1. Изменение скорости магнитного поля в статоре. Достигается за счет частотного регулирования, переключения числа полюсных пар или коррекции напряжения. Следует добавить, что эти методы применимы для электродвигателей с короткозамкнутым ротором,
  2. Изменение величины скольжения. Этот параметр можно откорректировать за счет питающего напряжения, подключения дополнительного сопротивления в электрическую цепь ротора, применения вентильного каскада или двойного питания. Используется для моделей с фазным ротором.

Наиболее востребованными методами являются регулирование напряжения и частоты (за счет применения преобразователей), а также изменение количества полюсных пар (реализуется путем организации дополнительной обмотки с возможностью переключения).

Типичные схемы регуляторов оборотов

На рынке сегодня есть широкий выбор регуляторов и частотных преобразователей для асинхронных двигателей. Тем не менее, для бытовых нужд подъемного или обрабатывающего оборудования вполне можно сделать расчет и сборку на микросхеме самодельного прибора на базе тиристоров или мощных транзисторов.

Ниже представлен пример схемы достаточно мощного регулятора для асинхронного двигателя. За счет чего можно добиться плавного контроля параметров его работы, снижения энергопотребления до 50%, расходов на техническое обслуживание.

Схема мощного регулятора для асинхронного двигателя

Данная схема является сложной. Для бытовых нужд ее можно значительно упростить, используя в качестве рабочего элемента симистор, например, ВТ138-600. В этом случае схема будет выглядеть следующим образом:

Схема регулятора для асинхронного двигателя с симистром

Обороты электродвигателя будут регулироваться за счет потенциометра, который определяет фазу входного импульса, открывающего симистор.

Как можно судить из информации, представленной выше, от оборотов асинхронного двигателя зависят не только параметры его работы, но и эффективность функционирования питаемого подъемного или обрабатывающего оборудования. В торговой сети сегодня можно приобрести самые разнообразные регуляторы, но также можно совершить расчет и собрать эффективное устройство своими руками.

Способы регулирования скорости асинхронного двигателя

Способы регулирования скорости вращения асинхронного двигателя

Почти все станки в качестве электропривода оснащаются асинхронными двигателями. У них простая конструкция и не высокая стоимость. В связи с этим важным оказывается регулирование скорости асинхронного двигателя. Однако в стандартной схеме включения управлять его оборотами можно только с помощью механических передаточных систем (редукторы, шкивы), что не всегда удобно. Электрическое управление оборотами ротора имеет больше преимуществ, хотя оно и усложняет схему подключения асинхронного двигателя.

Для некоторых узлов автоматического оборудования подходит именно электрическое регулирование скорости вращения вала асинхронного электродвигателя. Только так можно добиться плавной и точной настройки рабочих режимов. Существует несколько способов управления частотой вращения путём манипуляций с частотой, напряжением и формой тока. Все они показаны на схеме.

Из представленных на рисунке способов, самыми распространёнными для регулирования скорости вращения ротора являются изменение следующих параметров:

  • напряжения подаваемого на статор,
  • вспомогательного сопротивления цепи ротора,
  • числа пар полюсов,
  • частоты рабочего тока.
Читайте так же:
Как отрегулировать качество смеси на карбюраторе скутера

Последние два способа позволяют изменять скорость вращения без значительного снижения КПД и потери мощности, остальные способы регулировки способствуют снижению КПД пропорционально величине скольжения. Но и у тех и других есть свои преимущества и недостатки. Поскольку чаще всего на производстве применяются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, то все дальнейшие обсуждения будут касаться именно этого типа электродвигателей.

Частотное регулирование

Для частотного регулирования применяют в основном полупроводниковые преобразователи. Их принцип действия основан на особенности работы асинхронного двигателя, где частота вращения магнитного поля статора зависит от частоты напряжения питающей сети. Скорость вращения поля статора определяется по следующей формуле:

n1 = 60f/p, где n1 — частота вращения поля (об/мин), f-частота питающей сети (Гц), p-число пар полюсов статора, 60 — коэффициент пересчета мерности.

Для эффективной работы асинхронного электродвигателя без потерь нужно вместе с частотой изменять и подаваемое напряжение. Напряжение должно меняться в зависимости от момента нагрузки. Если нагрузка постоянная, то напряжение изменяется пропорционально частоте.

Современные частотные регуляторы позволяют уменьшать и увеличивать обороты в широком диапазоне. Это обеспечило их широкое применение в оборудовании с управляемой протяжкой, например, в многоконтактных станках сварной сетки. В них скорость вращения асинхронного двигателя, приводящего в движение намоточный вал, регулируется полупроводниковым преобразователем. Такая регулировка позволяет оператору, следящему за правильностью выполнения технологических операций, ступенчато ускоряться или замедляться по мере настройки станка.

Остановимся на принципе работы преобразователя частоты более подробно. В его основе лежит принцип двойного преобразования. Состоит регулятор из выпрямителя, импульсного инвертора и системы управления. В выпрямителе синусоидальное напряжение преобразуется в постоянное и подаётся на инвертор. В составе силового трёхфазного импульсного инвертора есть шесть транзисторных переключателей. Через эти автоматические ключи постоянное напряжение подаётся на обмотки статора так, что в нужный момент на соответствующие обмотки поступает то прямой, то обратный ток со сдвигом фаз 120°. Таким образом, постоянное напряжение трансформируется в переменное трёхфазное напряжение нужной амплитуды и частоты.

Необходимые параметры задаются через модуль управления. Автоматическая регулировка работы ключей осуществляется по принципу широтно-импульсной модуляции. В качестве силовых переключателей используются мощные IGBT-транзисторы. Они, по сравнению с тиристорами, имеют высокую частоту переключения и выдают почти синусоидальный ток с минимальными искажениями. Не смотря на практичность таких устройств, их стоимость для двигателей средней и высокой мощности остаётся очень высокой.

Регулировка скорости вращения асинхронного двигателя методом изменения числа пар полюсов

Регулировка скорости вращения асинхронного двигателя методом изменения числа пар полюсов также относится к наиболее распространённым методам управления электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Такие моторы называются многоскоростными. Есть два способа осуществления этого метода:

  • укладывание сразу нескольких обмоток с разными числами пар полюсов в общие пазы статора,
  • применение специальной намотки с возможностью переключения существующих обмоток под нужное число пар полюсов.

В первом случае чтобы уложить в пазы дополнительные обмотки нужно уменьшить сечение провода, а это приводит к уменьшению номинальной мощности электродвигателя. Во втором случае имеет место усложнение коммутационной аппаратуры, особенно для трёх и более скоростей, а также ухудшаются энергетические характеристики. Более подробно этот и другие способы регулирования скорости асинхронного двигателя описаны в архивном файле, который можно скачать внизу страницы.

Обычно многоскоростные двигатели выпускаются на 2, 3 или 4 скорости вращения, причем 2-х скоростные двигатели выпускаются с одной обмоткой на статоре и с переключением числа пар полюсов в отношении 2 : 1 = р2 : pt , 3-х скоростные двигатели — с двумя обмотками на статоре, из которых одна выполняется с переключением 2 : 1 = Рг : Pi , 4-х скоростные двигатели — с двумя обмотками на статоре, каждая из которых выполняется с переключением числа пар полюсов в отношении 2:1. Многоскоростными электродвигателями оснащаются различные станки, грузовые и пассажирских лифты, они используются для приводов вентиляторов, насосов и т.д.

Читайте так же:
Ушм деволт 125 с регулировкой оборотов и плавным пуском

Cпособы регулирования скорости вращения асинхронного двигателя

Асинхронные двигатели переменного тока являются самыми применяемыми электродвигателями абсолютно во всех хозяйственных сферах. В их преимуществах отмечается конструктивная простота и небольшая цена. При этом немаловажное значение имеет регулирование скорости асинхронного двигателя. Существующие способы показаны ниже.

Согласно структурной схеме скоростью электродвигателя можно управлять в двух направлениях, то есть изменением величин:

  1. скорость электромагнитного поля статора;
  2. скольжение двигателя.

1

Первый вариант коррекции, используемый для моделей с короткозамкнутым ротором, осуществляется за счет изменения:

  • частоты,
  • количества полюсных пар,
  • напряжения.

В основе второго варианта, применяемого для модификации с фазным ротором, лежат:

  • изменение напряжения питания;
  • присоединение элемента сопротивления в цепь ротора;
  • использование вентильного каскада;
  • применение двойного питания.

Вследствие развития силовой преобразовательной техники на текущий момент в широком масштабе изготовляются всевозможные виды частотников, что определило активное применение частотно-регулируемого привода. Рассмотрим наиболее распространённые методы.

Частотное регулирование

Всего десять лет назад в торговой сети регуляторов частоты вращения скорости ЭД было небольшое количество. Причиной тому служило то, что тогда ещё не производились дешёвые силовые высоковольтные транзисторы и модули.

На сегодня частотное преобразование – самый распространённый способ регулирования скорости двигателей. Трёхфазные преобразователи частоты создаются для управления 3-фазными электродвигателями.

Трехфазный преобразователь частоты - схема

Однофазные же двигатели управляются:

  • специальными однофазными преобразователями частоты;
  • 3-фазными преобразователями частоты с устранением конденсатора.

Схемы регуляторов оборотов асинхронного двигателя

Для двигателей повседневного предназначения легко можно выполнить необходимые расчеты, и своими руками произвести сборку устройства на полупроводниковой микросхеме. Пример схемы регулятора электродвигателя приведён ниже. Такая схема позволяет добиться контроля параметров приводной системы, затрат на техническое обслуживание, снижения потребления электричества наполовину.

Схема регулятора скорости вращения электродвигателя

Принципиальная схема регулятора оборотов вращения ЭД для повседневных нужд значительно упрощается, если применить так называемый симистор.

4

Обороты вращения ЭД регулируются с помощью потенциометра, определяющего фазу входного импульсного сигнала, открывающего симистор. На изображении видно, что в качестве ключей применяются два тиристора, подключённых встречно-параллельно. Тиристорный регулятор оборотов ЭД 220 В достаточно часто применяется для регулирования такой нагрузки, как диммеры, вентиляторы и нагревательная техника. От оборотов вращения асинхронного ЭД зависят технические показатели и эффективность работы двигательного оборудования.

Заключение

На технорынке сегодня предлагаются в большом ассортименте регуляторы и частотные преобразователи для асинхронных электродвигателей переменного тока.

Управление способом варьирования частоты на данный момент – самый оптимальный способ, т. к. он позволяет плавно регулировать скорость асинхронного ЭД в широчайшем диапазоне, без значительных потерь и снижения перегрузочных способностей.

Тем не менее, на основе расчёта, можно самостоятельно собрать простое и эффективное устройство с регулированием оборотов вращения однофазных электродвигателей с помощью тиристоров.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector