Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей: Регулирование частоты вращения асинхронного электродвигателя | Полезные статьи

Содержание

Все о частотных преобразователях


    Частотные преобразователи - это устройства для плавного изменения частоты вращения синхронных и асинхронных двигателей посредством изменения частоты питающего тока.

    В современной технике благодаря простоте конструкции и обслуживания, небольшим габаритам, высокой надёжности, и низкой стоимости огромное распространение получили именно асинхронные электродвигатели.

    При работе различных устройств, в качестве привода которых применяются асинхронные электродвигатели, часто возникает необходимость в регулировании их скорости вращения.

    Исходя из формулы n = (1 - S)60f/p где n - скорость вращения ротора, S - скольжение, f- частота питающей сети, p - количество пар полюсов.

    Существует три способа регулирования скорости вращения асинхронного двигателя:

  • - изменение скольжения. Этот способ используется в двигателях с фазным ротором. В цепь фазного ротора вводится регулировочный реостат. При использовании этого способа можно получить большой диапазон регулирования частоты вращения в сторону понижения. Однако этот способ имеет, и ряд недостатков, основным из которых является большие потери на регулировочном реостате (нагрев) т.е. снижение КПД. Как следствие этот способ применяют для кратковременного снижения частоты вращения.
  • - изменение числа пар полюсов. Этот способ предполагает использование специальных двигателей (многоскоростных) имеющих более сложную обмотку статора, позволяющую изменять число пар полюсов, и короткозамкнутый ротор. Недостатком этого метода является ступенчатое регулирование (3000, 1500, 1000, 750, 600 об/мин – 1,2,3,4,5 обмотки с 1,2,3,4,5 парами полюсов соответственно), большая стоимость и громоздкость двигателя.
  • - изменение частоты питающего тока (напряжения). На практике этот метод, в общем случае (самый простой), предполагает вместе с частотой изменять и действующее значение подведенного напряжения таким образом, что бы отношение U/f было постоянно. Это (изменение входного напряжения) делается для сохранения перегрузочной способности двигателя с изменением частоты сети.

    В приводах центробежных насосов и вентиляторов, которые являются типичными представителями переменной механической нагрузки (момент нагрузки возрастает с увеличением скорости вращения) используется функция напряжения к квадрату частоты U/f 2 = сonst.

    В более совершенных частотных регуляторах для управления скоростью вращения и электромагнитным моментом двигателя независимо, используется так называемое векторное управление. При этом виде управления необходимо управлять амплитудой и фазой статорного тока (т.е. вектором) в зависимости от положения ротора относительно обмотки статора в каждый момент времени.

    Применение частотных регуляторов. Зачем нужен частотный регулятор?
    Асинхронные двигатели имеют ряд недостатков (сложность регулирования скорости вращения, большие пусковые токи, относительно малый пусковой момент). Однако благодаря своей простоте, надежности и дешевизне получили огромное распространение в промышленности и быту. Применение же частотных регуляторов «устраняет» недостатки асинхронных двигателей и кроме этого позволяет избежать установки различного дополнительного оборудования, уменьшить потери в технологическом процессе, увеличить КПД самого двигателя, уменьшить износ, как самого двигателя, так и оборудования использующегося в данном технологическом процессе.

    Рассмотрим более детально применение частотных регуляторов на примере насосного оборудования. Потери в технологической системе зависят от нагрузки создаваемой потребителями (на неё мы влиять не можем) и гидравлическим сопротивлением элементов этой системы. Так поддержание давления у потребителей на постоянном уровне при изменяющейся нагрузке, возможно только при использовании дополнительного оборудования (различных регуляторов давления, мембранных баков, дроссельных задвижек). Использование этого оборудования создает дополнительное гидравлическое сопротивление и как следствие снижает КПД системы в целом. При использовании частотного регулятора двигатель сам регулирует давление в сети посредством изменения частоты вращения. Кроме того при снижении технологической нагрузки уменьшая частоту вращения насоса, КПД самого насоса тоже возрастает. Таким образом достигается как бы двойной эффект увеличивается КПД системы в целом, за счёт исключения из системы лишнего гидравлического сопротивления и увеличение КПД самого насоса как агрегата.

    Применение частотного регулятора также значительно снижает эксплуатационные затраты связанные с износом оборудования. Плавное регулирование вращения (и плавный пуск) практически полностью позволяют избежать как гидравлических ударов, так и скачков напряжения в электросети (особенно актуально в системах, где предусмотрен частый пуск/остановка насоса).

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя определяется в соответствии с требованиями технологических процессов и тех производственных механизмов, в которых он используются. Оно характеризуется следующими основными показателями.

Диапазон регулирования Д (предел изменения частоты вращения). Под этой величиной понимается отношение максимальной частоты вращения двигателя nmах к его минимальной частоте вращения nmin:

D=nmax/nmin.         (54)

Плавность регулирования, которая характеризуется минимальным скачком частоты вращения двигателя при переходе с одной механической характеристики на другую.

Направление возможного изменения частоты вращения двигателя (зона регулирования). При номинальных условиях работы (напряжении и частоте питающей сети) асинхронный двигатель имеет естественную механическую характеристику. При регулировании частоты вращения соответствующие им характеристики будут отличаться от естественной. Эти характеристики носят название искусственных (регулировочных) характеристик. С помощью одних методов регулирования удается получить искусственные характеристики, располагающиеся только ниже естественной. Другие методы обеспечивают

регулирование частоты вращения асинхронного двигателя выше и ниже естественной характеристики.

Экономичность регулирования определяется по дополнительным капитальным затратам, необходимым при создании регулировочных устройств, а также по потерям электроэнергии при регулировании.

Следует отметить, что в ряде случаев, например для механизмов, работающих сравнительно малое время на искусственных характеристиках, потери электроэнергии даже при неэкономичных способах регулирования будут невелики (работа на низких доводочных скоростях лифтов, кранов и др.). При этом более рационально применение простых и дешевых способов регулирования частоты вращения двигателей, даже и неэкономичных с точки зрения потребления энергии.

Допустимая нагрузка двигателя при работе его на регулировочных характеристиках ограничивается величинами токов в статорной и роторных цепях. Эта нагрузка определяется допустимым нагревом двигателя и во многом определяется механическими характеристиками производственных механизмов, моментом сопротивления на валу, моментом инерции двигателя и механизма и т. д.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя может производиться способом воздействия на него со стороны статора или со стороны ротора.

Чтобы рассмотреть возможные способы регулирования частоты вращения, сначала получим ее выражение. В соответствии с приведенными ранее формулами (3), (4) можно записать, что частота вращения ротора n, об/мин, равна:

          (55)

где f1 — частота питающей сети, Гц; р — число пар полюсов двигателя; s — скольжение, отн. ед.

Из формулы (55) следует, что существуют три основных способа регулирования частоты вращения:

  • изменением частоты f1 питающего двигатель напряжения;
  • изменением числа пар полюсов р;
  • изменением скольжения s.

Воздействие на асинхронный двигатель может осуществляться как со стороны статора, так и со стороны ротора. Все три способа нашли широкое применение на практике. Рассмотрим эти способы подробнее.

§81. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей

Частота вращения асинхронного двигателя

n = n1 (1 – s) = (60f1/p) (1-s) (85)

Из этого выражения видно, что ее можно регулировать, изменяя частоту f1 питающего напряжения, число пар полюсов р и

Рис. 266. Схема переключения катушек обмотки статора (одной фазы) для изменения числа полюсов: а — при четырех полюсах; б — при двух полюсах

скольжение s. Последнее при заданных значениях момента на валу Мвн и частоты f1 можно изменять путем включения в цепь обмотки ротора реостата.

Регулирование путем изменения частоты питающего напряжения. Этот способ требует наличия преобразователя частоты, к которому должен быть подключен асинхронный двигатель. На основе управляемых полупроводниковых вентилей (тиристоров) созданы статические преобразователи частоты и построен ряд опытных электровозов и тепловозов с асинхронными двигателями, частота вращения которых регулируется путем изменения частоты питающего напряжения. Такой способ регулирования частоты вращения ротора асинхронного двигателя является весьма перспективным.

Регулирование путем изменения числа пар полюсов. Этот способ позволяет получить ступенчатое изменение частоты вращения. Для этой цели отдельные катушки 1, 2 и 3, 4, составляющие одну фазу (рис. 266), переключаются так, чтобы изменялось соответствующим образом направление тока в них (например, с последовательного согласного соединения на встречное). При согласном включении катушек (рис. 266, а) число полюсов равно четырем, при встречном включении (рис. 266, б) — двум. Катушки двух других фаз, сдвинутые в пространстве на 120°, соединяются таким же образом. Такое же уменьшение числа полюсов можно осуществить при переключении катушек с последовательного на параллельное соединение. При изменении числа полюсов изменяется частота вращения n1 магнитного поля двигателя, а следовательно, и частота вращения n его ротора. Если нужно иметь три или четыре частоты вращения n1, то на статоре располагают еще одну обмотку, при переключении которой можно получить еще две частоты. Существуют двигатели, которые обеспечивают изменение частоты вращения n1 при постоянном наибольшем моменте или при приблизительно постоянной мощности (рис. 267).

В асинхронном двигателе число полюсов ротора должно быть равно числу полюсов статора. В короткозамкнутом роторе это условие выполняется автоматически и при переключении обмотки статора никаких изменений в обмотке ротора выполнять не требуется.

Рис. 267. Механические характеристики двухскоростных асинхронных двигателей с постоянным наибольшим моментом (а) и постоянной мощностью (б)

Рис. 268. Механические характеристики асинхронного двигателя при регулировании частоты вращения путем включения реостата в цепь обмотки ротора

Рис. 269. Схемы подключения асинхронного двигателя к сети при изменении направления его вращения

В двигателе же с фазным ротором в этом случае надо было бы изменять число полюсов обмотки ротора, что сильно усложнило бы его конструкцию, поэтому такой способ регулирования частоты вращения используется только в двигателях с коротко-замкнутым ротором. Такие двигатели имеют большие габаритные размеры и массу по сравнению с двигателями общего применения, а следовательно, и большую стоимость. Кроме того, регулирование осуществляется большими ступенями; при частоте f1 = 50 Гц частота вращения поля n

1 при переключениях изменяется в отношении 3000:1500:1000:750.

Регулирование путем включения в цепь ротора реостата. При включении в цепь обмотки ротора реостата с различным сопротивлением (Rп4, RпЗ, Rп2 и т. д.) получаем ряд реостатных механических характеристик 4, 3 и 2 двигателя. При этом некоторому нагрузочному моменту Мном (рис. 268) будут соответствовать меньшие частоты вращения n4, n3, n2 и т. д., чем частота nе при работе двигателя на естественной характеристике 1 (при Rп = 0). Это способ регулирования может быть использован только для двигателей с фазным ротором. Он позволяет плавно изменять частоту вращения в широких пределах. Недостатками его являются большие потери энергии в регулировочном реостате, поэтому его используют только при кратковременных режимах работы двигателя (при пуске и пр.).

Изменение направления вращения. Для изменения направления вращения двигателя нужно изменить направление вращения магнитного поля, создаваемого обмотками статора. Это достигается изменением порядка чередования тока в фазах обмотки статора. Например, если максимумы токов поступают в фазы обмотки статора 1 (рис. 269, а) в следующем порядке: фаза А — фаза В — фаза С, то ротор 2 двигателя будет вращаться по часовой стрелке. Если же подавать их в такой последовательности: фаза В — фаза А — фаза С, то ротор начнет вращаться против часовой стрелки. Для этой цели необходимо изменить схему соединения обмоток статора с сетью, переключив две любые фазы (провода). Например, зажим А обмотки статора, который ранее был соединен с линейным проводом Л1, нужно переключить на провод Л2, а зажим В этой обмотки, соединенный ранее с Л2, переключить на провод Л1 (рис. 269,б). Такое переключение можно осуществить обычным переключателем.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя

Общие сведения. Технологический процесс часто требует изменения частоты вращения исполнительного механизма. С этой целью широко применяются коробки скоростей, которые усложняют кинематику провода, вызывают вибрацию системы и увеличивают инерционность привода. Для повышения точности обработки и увеличения производительности целесообразно использовать регулировочные свойства двигателей. В асинхронных двигателях частота вращения определяется из равенства

где n1 = 60f 1 / р.

Из этого равенства следует, что изменять п можно тремя способами: изменением частоты f1 , числа пар полюсов р и скольжения s. Частоту вращения ротора в принципе можно регулировать изменением напряжения питания U1. Однако с увеличением U1 появляется опасность превышения допустимой температуры нагрева двигателя, а с уменьшением U1 уменьшается перегрузочная способность двигателя.

Регулирование изменением частоты (частотное регулирование). Этим способом изменение частоты вращения ротора п осуществляется за счет изменения частоты питающего напряжения f1. Это возможно потому, что скольжение в номинальном режиме  составляет всего 2—8 %.

Для изменения частоты f1 могут применяться машинные и полупроводниковые (тиристорные) преобразователи. На рис. 3.36 показана схема машинного преобразователя. Асинхронный двигатеь АД с постоянной частотой вращает генератор постоянного тока Г, работающий в системе генератор — двигатель. Генератор Г питает двигатель Д постоянного тока, частота вращения которого регулируется током возбуждения генератора Г и двигателя Д.

Двигатель вращает с различными частотами синхронный генератор СГ, частота выходного напряжения которого f1 = n1p/60 изменяется. В результате АД изменяет частоту вращения рабочего механизма. Этот способ позволяет плавно изменять частоту вращения АД. Недостатками способа являются высокая стоимость преобразователя, низкий КПД установки из-за многократного преобразования энергии, сравнительно небольшой диапазон регулирования.


Частотное тиристорное регулирование. Значительно больший эффект при частотном регулировании достигается применением тиристорных преобразователей. На рис. 3.37 показана схема такого регулирования. Тиристорный преобразователь ТП питается от трехфазной сети с постоянными значениями напряжения U1 и частоты f1.

На выходе преобразователя получается постоянное варьируемое напряжение U1c. Это напряжение подается на блок инвертора И, на выходе которого появляется регулируемое переменное напряжение U1v при частоте  f1v. Напряжение U1v подается на асинхронный двигатель АД.

Для автоматизации процесса регулирования необходимо дополнительно иметь блок задания частоты БЗЧ и блоки управления напряжением УН и частотой УЧ.

Для поддержания точного значения скорости целесообразно иметь обратную связь по частоте с выхода АД на блок задания частоты.


Регулирование изменением числа полюсов.

Асинхронный двигатель не имеет явно выраженных полюсов и поэтому его число полюсов зависит от схемы соединения катушек в обмотках каждой фазы статора.

Если, например, обмотка фазы состоит из двух катушек, то при их последовательном соединении число пар полюсов      р = 2, а при параллельном соединении р = 1. Начала и концы катушек выводятся на клеммы щитка, так что переключение катушек можно делать на работающем двигателе. Можно разместить в пазах статора две независимые обмотки, каждая из которых создает разное число пар полюсов, например, р = 1 и р = 2.

Одна из обмоток может, например, соединяться в одинарную звезду, а другая – в двойную звезду (рис. 3.38, а и б). Можно также переключать треугольник в двойную звезду (рис. 3.39, а и б).

В результате двигатель будет трехскоростной. В принципе можно разместить на статоре две обмотки, каждая из которых имеет две скорости, такая машина будет четырехскоростной. Однако размещение нескольких обмоток увеличивает габариты и стоимость машины. Поэтому лучше применять одну обмотку с переключением на четыре скорости. При этом можно получить синхронные скорости 3000 / 1500 / 1000 / 500  или  1500 / 1000 / 750 / 500 об/мин или другие комбинации.

Регулирование изменением числа полюсов является ступенчатым регулированием. Механические характеристики при разном числе пар полюсов показаны на рис. 3.40. Этот способ регулирования экономичен, рабочая часть характеристик жесткая, но данный способ применяется лишь в случаях, не требующих плавного регулирования, например в станках, где ступенчатое регулирование применяется с целью уменьшения числа ступеней в коробках скоростей, вентиляторах, насосах и др.

Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения. При уменьшении напряжения U момент двигателя уменьшается пропорционально U2. В связи с этим изменяются механические характеристики, уменьшается критический момент Mк , при постоянном моменте сопротивления увеличивается скольжение и уменьшается частота вращения ротора.

Уменьшать напряжение U можно включением в цепь статора реостатов (рис. 3.41, а), автотрансформаторов (рис. 3.41,6) или регулируемых дросселей (рис. 3.41, в). При включении реостатов в них теряется значительная мощность (RI2).

Автотрансформаторы дают возможность регулировать частоту вращения лишь вручную.

Регулируемые дроссели позволяют автоматизировать этот процесс, для чего их цепь

подмагничивания включается в систему автоматического регулирования.

Данный метод применяется только у двигателей малой мощности, так как при этом способе регулирования уменьшается КПД двигателя, уменьшается критический момент, а диапазон регулирования сравнительно небольшой.

Регулирование изменением сопротивления цепи ротора R2 (реостатное регулирование). Этот способ применим только для двигателей с фазным ротором. Такое регулирование связано с изменением скольжения s в соответствии с зависимостью п = п1 (1 — s).

Из формул ( 3.26) и ( 3.28) следует, что с увеличением R2 угол наклона механической характеристики увеличивается, а критический момент остается постоянным  (Mк = const).

На рис. 3.42 представлено семейство характеристик п(М) при различных R2 . Если момент нагрузки Mc = const, то частота вращения n с увеличением R2 падает, а скольжение увеличивается.

Этот способ регулирования имеет ряд недостатков: дополнительные потери энергии в реостате, механические характеристики становятся мягкими, относительно малый диапазон регулирования.

Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей

Страница 17 из 51

Асинхронные двигатели являются основой современного электропривода переменного тока. Эффективность работы этого электропривода во многом определяется возможностями регулирования частоты вращения.
Возможности асинхронных двигателей в отношении регулирования частоты вращения ротора определяются выражением
.
Из этого выражения следует, что частоту вращения можно регулировать тремя способами: путем изменения частоты , числа пар полюсов p и скольжения s. Рассмотрим каждый из этих способов подробнее.

Регулирование частоты вращения изменением частоты подводимого напряжения

Этот способ является в настоящее время наиболее перспективным. Изменение частоты осуществляется с помощью полупроводникового преобразователя частоты (рис. 4.28, а). Одновременно с изменением частоты регулируют и напряжение , так чтобы обеспечить постоянство магнитного потока . Из выражения, связывающего напряжение с потоком Ф,
,
следует, что напряжение необходимо регулировать пропорционально частоте

.
Отклонение от этого закона приводит к изменению потока Ф, что нежелательно. Действительно, при увеличении потока возрастает насыщение магнитной цепи, растут потери в стали и намагничивающий ток. Уменьшение потока вызывает уменьшение максимального момента двигателя и ряд других нежелательных явлений.
При механические характеристики двигателя имеют показанный на рис. 4.28, б вид. При снижении частоты пусковой момент двигателя возрастает, а максимальный несколько снижается. Рабочее скольжение двигателя остается небольшим, что характеризует экономичный режим работы двигателя. Однако стоимость этого способа регулирования частоты вращения двигателя весьма высока, так как преобразователь частоты должен быть выполнен на полную мощность двигателя.

Регулирование частоты вращения изменением числа пар полюсов

Этот способ регулирования в отличие от предыдущего позволяет осуществить изменение частоты вращения только ступенями. Он используется в таких механизмах, как воздуходувки, транспортеры, подъемники, лифты. Двигатели с переключением числа пар полюсов называют многоскоростными. Обычно многоскоростные асинхронные двигатели выполняются с двумя, тремя и четырьмя ступенями скоростей. Двухскоростные двигатели изготавливаются с одной обмоткой, если числа пар полюсов соответствуют следующему отношению:
.
Трех- и четырехскоростные двигатели выпускаются с двумя обмотками. В трехскоростных двигателях только одна обмотка выполняется с переключением числа пар полюсов , а в четырехскоростных обе обмотки выполняются как двухскоростные. Обмотка ротора многоскоростных двигателей выполняется короткозамкнутой. Для нее не требуется переключения схемы соединения, так как необходимое число пар полюсов обмотки ротора образуется автоматически полем статора.
Изменение числа полюсов осуществляется путем изменения схемы соединения секций обмотки статора. На рис. 4.29 показаны три варианта соединения секций.

Вариант «а» соответствует последовательному согласному включению секций, при этом образуется магнитное поле с полюсами. В варианте «б» вторая секция включается встречно-последовательно. Результирующее поле имеет полюса. Мощность обмотки остается неизменной, , а момент, развиваемый двигателем, снижается в два раза, . В варианте «в» вторая секция включается встречно-параллельно. Результирующее поле также будет иметь полюса, но мощность обмотки возрастает в два раза, а момент двигателя остается постоянным .

Таким образом, для изменения числа пар полюсов в отношении необходимо, чтобы каждая фаза обмотки состояла из двух одинаковых частей. Когда обе части обтекаются токами одинакового направления, число полюсов , при изменении направления тока в одной из них число полюсов уменьшается вдвое, . При переключении числа полюсов с на полюсное деление уменьшается в два раза, при этом величина фазной зоны трехфазной обмотки меняется с 60° на 120° (рис. 4.30).
Так как чередование фаз для обеих скоростей должно оставаться одинаковым, то кроме изменения направления токов в зонах необходимо поменять местами две фазы обмотки. При большем числе полюсов обмотка выполняется с диаметральным шагом . Тогда при меньшем числе полюсов .
Малый шаг приводит к ухудшению использования обмотки и, следовательно, к некоторому снижению технико-экономических показателей двигателя.
Многоскоростные двигатели проектируются для различных режимов работы. Наиболее часто встречаются режимы с постоянным моментом и с постоянной мощностью . Регулирование частоты вращения с постоянным моментом обеспечивается при переключении обмотки со звезды на схему двойной звезды (рис. 4.31).
При таком переключении в два раза возрастает потребляемый из сети ток, а следовательно, и мощность двигателя , момент же при этом не меняется.

Если до переключения обмотка статора была соединена в треугольник (рис. 4.32), то после переключения ее на двойную звезду мощность двигателя практически не изменится, а момент уменьшится в два раза из-за увеличения частоты вращения.

Регулирование частоты вращения изменением скольжения

Изменять скольжение асинхронного двигателя можно разными способами: изменением подводимого к статору напряжения, введением сопротивления в цепь ротора или введением в цепь ротора дополнительной ЭДС.
При изменении напряжения статора механическая характеристика двигателя изменяется, как показано на рис. 4.33. Снижение напряжения приводит к уменьшению жесткости механической характеристики и росту скольжения. При этом частота вращения ротора снижается,
.
Регулирование частоты вращения таким способом возможно в ограниченном диапазоне изменения скольжения
.
Основным недостатком этого способа регулирования частоты вращения является низкий КПД из-за роста потерь в обмотке ротора пропорционально частоте скольжения
.

Поэтому он применяется только для двигателей малой мощности, работающих в системах автоматического управления.
В двигателях с фазным ротором изменить частоту вращения можно путем изменения сопротивления в роторе (рис. 4.34).
Преимущество данного способа регулирования частоты состоит в том, что максимальный момент остается неизменным. Важно также отметить, что часть потерь двигателя выносится в резистор, тем самым облегчается тепловой режим двигателя. В остальном способ аналогичен предыдущему и характеризуется низким КПД., малым диапазоном регулирования, зависящим от нагрузки, и «мягкой» механической характеристикой.

Чтобы повысить КПД двигателя при регулировании частоты вращения путем изменения скольжения, необходимо мощность скольжения использовать для совершения полезной работы или возвратить обратно в сеть. Схемы, реализующие эту идею, называются каскадными. Одной из распространенных схем данного типа является схема асинхронно-вентильного каскада (рис. 4.35).
Схема включает асинхронный двигатель с фазным ротором (АД), диодный выпрямитель (Д), сглаживающий дроссель (Др), тиристорный инвертор (И) и сетевой согласующий трансформатор (Тр). Регулирование частоты вращения осуществляется посредством изменения напряжения инвертора. Это приводит к соответствующему изменению напряжения обмотки ротора, а следовательно, и частоты вращения ротора. Мощность частоты скольжения, извлекаемая из роторной обмотки двигателя, передается в сеть через согласующий трансформатор.
Достоинством каскадных схем регулирования частоты вращения асинхронных двигателей по сравнению с частотными схемами управления в статорной цепи (рис. 4.28) является то, что полупроводниковый преобразователь выполняется на мощность скольжения, а не на полную мощность двигателя. Это обстоятельство особенно важно для мощных и сверхмощных приводов насосов, прессов, конвейеров, подъемных механизмов и др., где требуется ограниченный диапазон регулирования частоты вращения (2:1 и менее).
Асинхронно-вентильный каскад с неуправляемым выпрямителем допускает регулирование только вниз от синхронной частоты вращения. Если использовать управляемый выпрямитель, то можно осуществить регулирование частоты вращения вверх от синхронной. В этом случае направление передачи мощности скольжения меняется на противоположное.

Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей с фазным ротором

1. АВИАЦИОННЫЕ И СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Тема 1.3. Трехфазные асинхронные электрические машины
Лекция 13
13.1. Регулирование частоты вращения асинхронных
двигателей с фазным ротором.
13.2. Регулирование частоты вращения трехфазных
асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором
изменением числа полюсов в обмотке статора.
13.3. Регулирование частоты вращения асинхронных
двигателей изменением частоты питающего напряжения.
13.4. Регулирование частоты вращения асинхронных
двигателей изменением подводимого напряжения.
13.1. Регулирование частоты вращения
асинхронных двигателей с фазным ротором.
Вопрос
о
трехфазных
регулировании
асинхронных
частоты
вращения
двигателей
весьма
актуален, так как является одним из основных
признаков, по которым асинхронные двигатели могут
успешно
заменить
двигатели
постоянного
тока,
превосходя их по многим технико-экономическим
показателям.
Из выражения частоты вращения асинхронного
двигателя
следует, что при постоянном статическом моменте Мс
на валу двигателя частота вращения ротора n2
зависит от частоты переменного тока в питающей
сети f1 , числа пар полюсов в обмотке статора р и
скольжения s.
асинхронных
Регулирование
двигателей
частоты
возможно
любого из перечисленных параметров.
вращения
изменением
Реостатное
регулирование
асинхронных
двигателей с фазным ротором. В асинхронных
двигателях с фазным ротором частоту вращения
регулируют введением в цепь ротора добавочного
резистора
сопротивлением
rдоб
в
виде
регулировочного реостата РР (рис. 4.15, а).
При полностью выведенном РР (rдоб1=0) двигатель
работает в режиме естественной механической
характеристики п=f(M) (рис. 4.15, б, график при
rдоб1=0). При этом частота вращения максимальна и
при номинальной нагрузке Мс=Мном она равна nном1 .
При
увеличении
сопротивления
реостата
возрастает критическое скольжение sкp, при этом
максимальный момент Мmax, а следовательно, и
перегрузочная
способность
двигателя
остаются
неизменными, и двигатель переходит в режим
искусственной
механической
характеристики
(график при rдоб2> 0), а его частота вращения при
заданной нагрузке Мном уменьшается до значения
nном2.
При
дальнейшем
увеличении
сопротивления
регулировочного реостата до значения rдоб3> rдоб2
двигатель переходит в режим другой, более мягкой
искусственной
механической
характеристики,
и
частота вращения ротора уменьшается до значения
nном3 .
Зависимость скольжения [частоты вращения п2 =
п1 (1-s) от активного сопротивления цепи ротора
(r2+rдоб) определяется выражением:
Диапазон регулирования получается широким,
но изменение частоты вращения возможно только в
сторону уменьшения от синхронной. Одновременно
со снижением частоты вращения меняется жесткость
механических характеристик — они становятся более
мягкими.
Однако следует помнить, что при увеличении
сопротивления регулировочного реостата rдоб растут
потери в цепи ротора, при этом КПД и полезная
мощность двигателя уменьшаются. С увеличением
числа
ступеней
РР
возрастает
плавность
регулирования, но удорожаются коммутирующие
устройства.
13.2. Регулирование частоты вращения
трехфазных асинхронных двигателей с
короткозамкнутым ротором изменением числа
полюсов в обмотке статора
С этой целью изготовляют многоскоростные
асинхронные
двигатели
с
короткозамкнутым
ротором. В пазах сердечника статора такого
двигателя располагают две независимые обмотки с
разным числом полюсов, либо одну полюснопереключаемую обмотку.
Эта обмотка имеет конструкцию, которая
позволяет методом переключения катушечных групп
получать разное число полюсов (число полюсов
короткозамкнутой обмотки ротора всегда равно числу
полюсов статора).
В
трехскоростном
двигателе
на
статоре
размещают одну обмотку с фиксированным числом
полюсов и одну полюсно-переключаемую. Если же
на
статоре
расположить
переключаемые
четырехскоростной
обмотки,
двигатель.
две
полюсно-
то
получим
Рассмотрим
некоторые схемы соединения катушечных групп
обмоток статоров.
Схема «звезда/двойная звезда» (Y/YY) дает
изменение числа пар полюсов в отношении 2:I (рис.
4.16, а). Эта схема обеспечивает асинхронному
двигателю режим постоянного момента, т.е. при
переключении обмотки статора с одной схемы на
другую вращающий момент остается неизменным
(М≈const),
а
мощность
изменяется
обратно
пропорционально изменению частоты вращения, т.е.
в два раза(PYY4/PY8≈2).
Схемы
применять
переключения
в
электроприводе
целесообразно
с
постоянно
действующим моментом нагрузки при любой частоте
вращения.
Механические
характеристики
асинхронного
двигателя для рассмотренного случая представлены
на рис. 4.16, а.
Схема
«звезда/звезда»
(Y/Y)
также
дает
изменение числа пар полюсов в отношении 2:1 (рис.
4.16, б), но она создает в асинхронном двигателе
режим
постоянной
мощности,
т.е.
при
переключении обмотки мощность двигателя остается
практически
неизменной
(Р≈const),
а
момент
изменяется в два раза (MY8/MY4≈2).
Эти схемы переключения следует применять в
электроприводе,
меняется
вращения.
в
обратно
котором
момент
нагрузки
пропорционально
частоте
Механические
характеристики
двигателя
для
рассмотренных схем переключения числа полюсов
представлены на рис. 4.16, б. Все эти характеристики
являются
естественными,
жесткость
рабочего
в
участка
них
и
сохраняется
обеспечивается
двигателю достаточная перегрузочная способность.
Многоскоростные асинхронные двигатели широко
применяют
в
электроприводах,
ступенчатое
регулирование
допускающих
частоты
вращения
(привод лифтов, станков, вентиляторов и т.п.).
Достоинством этого способа регулирования
является
сохранение
высоких
экономических
показателей при переходе с одной частоты вращения
на другую, так как на всех ступенях переключения
обмотки статора КПД и коэффициент мощности cosφ
двигателя остаются почти неизменными. Однако
сложность, повышенные габариты и, следовательно,
высокая стоимость этих двигателей составляют их
недостатки.
Кроме
того,
необходимость
переключения обмоток статора на разное число пар
полюсов требует усложнения коммутирующей
аппаратуры, что также ведет к удорожанию
электропривода.
13.3. Регулирование частоты вращения
асинхронных двигателей изменением частоты
питающего напряжения.
В связи с разработкой и широким применением
преобразователей частоты ПЧ этот способ
регулирования
частоты
вращения
ротора
асинхронных
двигателей
является
наиболее
перспективным.
При изменении частоты тока f в цепи обмотки
статора меняется синхронная частота вращения
поля
,
а следовательно, и частота вращения ротора n2.,
Анализируя выражение максимального момента
асинхронного двигателя и принимая во внимание,
что т1=3, а индуктивное сопротивление короткого
замыкания двигателя
получим
еще
одно
упрощенное
выражение
максимального момента асинхронного двигателя:
где

двигателя величина.
постоянная
для
данного
Из этого выражения следует, что с изменением
частоты
питающего
напряжения
f
меняются
максимальный момент двигателя, а следовательно, и
его перегрузочная способность
.
Поэтому
чтобы
сохранить
перегрузочную
способность двигателя на требуемом уровне,
необходимо одновременно с изменением частоты
тока f менять U1 , подводимое к обмотке статора.
Характер одновременного изменения f и U1 зависит
от формы графика изменения статического момента
нагрузки в конкретном электроприводе.
Если статический момент Мс неизменен, и
частота вращения в электроприводе регулируется
при соблюдении условия постоянства момента
то подводимое к двигателю напряжение необходимо
изменять пропорционально изменению частоты:
где Ulном и f1ном — номинальные значения
напряжения и частоты тока, подводимого к обмотке
статора асинхронного двигателя; U1 и f1 —
фактически поданные на обмотку статора значения
напряжения и частоты тока.
Из выражения (4.44) следует, что
.
Форма механических характеристик асинхронного
двигателя для этого случая показана на рис. 4.17, а:
во всем диапазоне нагрузок характеристики остаются
жесткими, а перегрузочная способность сохраняется
неизменной. Исключение составляет регулирование
частоты вращения при увеличении частоты f1 выше
номинальной. Предполагаемое при этом повышение
напряжения
U1
сверх
номинального
значения
недопустимо по условиям эксплуатации двигателей.
В этих условиях возрастание частоты тока не
сопровождается ростом напряжения, так как его
оставляют равным номинальному значению.
При этом частота вращения увеличивается, а
максимальный момент Мmах, а следовательно, и
перегрузочная способность двигателя уменьшаются.
Этому режиму на рис. 4.17, а соответствует
механическая характеристика при частоте тока f13>f1.
Потребляемая двигателем при этом мощность
изменяется пропорционально изменению частоты
вращения двигателя n2.
Если же график статического момента нагрузки Мс
имеет
вид,
регулирование
показанный
частоты
на
рис.
вращения
4.17,
б,
и
двигателя
происходит при условии неизменной мощности, то
соблюдается условие постоянства мощности, т. е.
и подводимое напряжение следует изменять в
соответствии с выражением
т.е.
Механические
характеристики
асинхронного
двигателя для условия постоянства мощности
представлены на рис. 4.17, б. Электромагнитный
момент в этом случае изменяется обратно
пропорционально частоте вращения:
И наконец, случай вентиляторного характера
нагрузки, когда напряжение U1, подводимое к
обмотке
статора,
необходимо
изменять
пропорционально квадрату частоты переменного
тока,
Механические характеристики для частотного
регулирования представлены на рис. 4.17, в. В этом
случае момент растет пропорционально квадрату
частоты вращения.
Применяемые в электроприводах с частотным
регулированием преобразователи частоты ПЧ
позволяют регулировать частоту переменного тока
как «вниз», так и «вверх» от номинальной.
Такой преобразователь состоит из управляемого
выпрямителя УВ и автономного инвертора АИ. Оба
блока обычно выполняют на силовых управляемых
диодах — тиристорах, для управления которыми
используется
система
импульсно-фазового
управления СИФУ (рис. 4.18).
Управляющий сигнал Uy поступает на вход
СИФУ из системы автоматического регулирования
(САР). Этот сигнал несет информацию о значениях
напряжения U1 и частоты f1, которые необходимо
подать на обмотку статора, чтобы обеспечить
требуемый режим работы двигателя.
На выходе СИФУ формируются сигналы UU и
Uf. Сигнал UU подается на вход управляемого
выпрямителя УВ и определяет уровень напряжения
постоянного тока Ud, которое подается на вход
автономного инвертора АИ, чтобы на выходе ПЧ
обеспечить требуемое значение напряжение U1.
Сигнал Uf поступает на инвертор АИ и определяет
необходимое значение частоты переменного тока f1
на выходе ПЧ.
Требуемая связь между значениями частоты f1 и
напряжения U1 на выходе ПЧ регулируется его
параметрами
режимов
в
соответствии
регулирования:
с
режима
требованиями
постоянной
мощности, либо режима постоянного момента.
Основной
недостаток
тиристорных
преобразователей частоты — несинусоидальность
выходного напряжения.
В результате помимо основной гармоники с
частотой f1 выходное напряжение ПЧ содержит
высшие
гармоники.
Это
является
причиной
возникновения в двигателе дополнительных потерь,
паразитных
моментов,
противодействующих
вращению двигателя, что в конечном итоге ведет к
ухудшению эксплуатационных свойств двигателя и
вызывает его чрезмерный перегрев. Применение
сглаживающих фильтров на выходе ПЧ дает некото-
рое снижение несинусоидальности напряжения, но
полностью не избавляет от него.
Но несмотря на этот недостаток, применение ПЧ
для
частотного
двигателей
регулирования
является
улучшающей
асинхронных
прогрессивной
технико-экономические
мерой,
свойства
регулируемого электропривода переменного тока.
Тиристорные
преобразователи
частоты
обеспечивают плавное изменение частоты вращения
асинхронных двигателей как в сторону повышения,
так и понижения от номинального значения.
Однако при изменении частоты переменного
тока
в
сторону
увеличения
относительно
номинального значения (50 Гц) напряжение,
подводимое к обмотке статора, не должно
превышать
номинального
значения,
т.е.
регулирование частоты вращения двигателя ведется
только изменением частоты переменного тока.
Работа
асинхронного
двигателя
при
минимальной частоте вращения ограничивается
ухудшением условий охлаждения двигателей с
самовентиляцией, к которым относится большинство
асинхронных двигателей мощностью до 300 кВт.
Более эффективной в этом случае является
независимая вентиляция двигателя.
13.4.
Регулирование
частоты
вращения
асинхронных
двигателей
изменением
подводимого напряжения
При изменении подводимого к обмотке статора
напряжения U1 максимальный момент Мmax меняется
пропорционально квадрату этого напряжения, а
критическое скольжение остается неизменным, так
как его значение не зависит от напряжения U1. В
асинхронных
двигателях
общего
назначения
диапазон такого регулирования получается весьма
узким, так как рабочие участки механических
характеристик этих двигателей жесткие (рис. 4.19, а).
Несколько лучше этот метод реализуется в
асинхронных
двигателях
с
повышенным
скольжением
(повышенным
сопротивлением
короткозамкнутой обмотки ротора), у которых
рабочие участки механических характеристик менее
жесткие (рис. 4.19, б).
Изменять подводимое к двигателю напряжение
можно только «вниз» от номинального, так как
подводить
к
двигателю
напряжение
свыше
номинального недопустимо. Таким образом, при
понижении напряжения U1 частота вращения ротора
при неизменном нагрузочном моменте уменьшается
(скольжение увеличивается).
Но при этом возрастают электрические потери в
обмотке ротора, величина которых пропорциональна
скольжению s:
где Рэм — электромагнитная мощность двигателя.
Это ведет к значительному снижению КПД
двигателя, особенно при низких частотах вращения.
Например, при уменьшении частоты вращения в два
раза(s=0,5) половина электромагнитной мощности
двигателя затрачивается на покрытие электрических
потерь в роторе. Если учесть еще и потери в статоре,
то КПД двигателя уменьшается более чем в два
раза.
Неблагоприятный режим работы асинхронных
двигателей при регулировании частоты вращения
изменением напряжения U1 обусловлен тем, что ток
I1,
потребляемый
пропорционален
двигателем
напряжению
электромагнитный
пропорционален
Поэтому
момент
квадрату
по
мере
этого
снижения
из
U1,
сети,
а
двигателя
напряжения.
напряжения
электромагнитный момент двигателя М убывает
быстрее, чем уменьшается ток I1, потребляемый
двигателем из сети, т. е. отношение этих величин
(I1/M) увеличивается.
В итоге для получения небольшой частоты
вращения требуется значительная величина тока I1.
Следствием
таких
неблагоприятных
соотношений являются значительные потери в
двигателе и его чрезмерный перегрев при
регулировании частоты вращения изменением
подводимого напряжения U1.
Исключение
составляет
электропривод
механизмов с вентиляторной нагрузкой, у которых
статический
момент
нагрузки
Мсв
изменяется
пропорционально квадрату частоты вращения Мсв=n2
(см. рис 4.17, в).
Следовательно, пусковой момент и момент при
небольшой частоте вращения двигателя создается
сравнительно небольшой силой тока.
Изменять
напряжение,
подводимое
к
асинхронному двигателю, можно регулировочным
автотрансформатором
(АТ),
включенным
в
линейные провода между сетью и обмоткой статора
(рис. 4.20, а), или дросселем насыщения ДН (рис.
4.20, б).
Рабочие
обмотки
дросселя
РО
создают
в
линейных проводах питания двигателя индуктивное
сопротивление
XL,
при
этом
напряжение
непосредственно на входе двигателя равно, В,
Обмотка управления ОУ дросселя подключена
к источнику постоянного тока. Величина тока в
обмотке
управления
влияет
сопротивление рабочих обмоток.
на
индуктивное
С увеличением тока управления усиливается
магнитное
насыщение
сопротивление
(напряжение
тока
на
уменьшению
двигателе,
частоты
увеличивают
электропривод,
что
к
снижению
следовательно,
вращения.
габариты
является
ограничивающей его применение.
понижается
сопротивление
ведет
а
и
и наоборот, с
управления
что
дросселя
обмоток
U1' увеличивается),
возрастает,
напряжения
дроссели
рабочих
XL
уменьшением
дросселей
сердечников
к
Громоздкие
и
удорожают
причиной,
Более рациональным является использование
тиристорных
регуляторов
напряжения
(ТРН).
Силовая часть такого регулятора состоит из
шести
тиристоров
(по
два
в
каждой
фазе),
включенных по встречно-параллельной схеме (рис.
4.21, а), которая обеспечивает прохождение тока в
течение
обоих
полупериод
тока
полупериодов
через
один
отрицательный — через другой).
(положительный
тиристор,
а
Управление
тиристорами
осуществляется
системой импульсно-фазового управления (СИФУ)
посредством импульсов управления Uи у с требуемым
углом управления α в функции сигнала управления
Uy, поступающего из системы автоматического
регулирования.
Если угол управления α=0°, то напряжение на
выходе ТРН равно напряжению на входе (падение
напряжения на тиристорах практически равно нулю).
При
α>0°
напряжение
U2
на
выходе
ТРН
уменьшается.
Схема ТРН намного упрощается, если вместо
тиристоров применить симисторы, обеспечивающие
прохождение тока в обоих направлениях. При этом
также упрощается схема СИФУ.
По сравнению с управляемыми тиристорными
выпрямителями
тиристорные
регуляторы
напряжения переменного тока намного проще, так
как
в
цепях
переменного
тока
не
требуется
применения элементов для запирания тиристоров в
конце каждого полупериода, так как тиристор при
прохождении напряжения через нулевые значения
запирается естественным путем.
Для
создания
осуществляющего
реверсивного
реверсирование
ТРН,
трехфазного
двигателя, необходимо пять пар тиристоров (рис.
4.21, б) или пять симисторов.
Управление
таким
ТРН
осуществляется
импульсами СИФУ, схема которого усложняется
возросшим количеством каналов управления. Для
вращения двигателя в одну сторону управляющие
импульсы подаются на открывание первой, третьей и
пятой пар тиристоров. При этом к обмотке статора
двигателя будет приложено напряжение U2 в
последовательности а, b и с (см. рис. 4.21, б).
Для реверсирования двигателя нужно подать
импульсы на вторую, четвертую и пятую пары
тиристоров. При этом напряжение на выходе ТРН (на
входе двигателя) будет иметь последовательность b,
a и с.
Основной недостаток ТРН — несинусоидальность
напряжения U2 выходе, которое кроме основной
синусоидальной составляющей содержит высшие
гармоники.
Тиристорный регулятор напряжения используют
также
при
обеспечивая
пуске
асинхронного
«мягкий»
пуск,
значительные броски пускового тока.
двигателя,
исключающий

7 Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя

2.7. Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя

                            

2.7.1. Общие замечания

Как известно    ,                                                                                  (2.15)

откуда , где   – синхронная частота вращения.

Таким образом, из (2.15) следует, что частоту вращения АД можно регулировать двумя способами:

      1) изменением синхронной частоты вращения ;

     2) изменением скольжения s.

Рекомендуемые файлы

Техническое задание

Инженерия требований и спецификация программного обеспечения

FREE

Маран Программная инженерия

Программаня инженерия

FREE

Учебный план для ИУ3, ИУ4, ИУ5, ИУ6, ИУ7, РК 6, РЛ6, МТ4, МТ8, МТ11, СМ13

Физика

FREE

Голицынский. Грамматика. Сборник упражнений. (7-е издание) (2011)

Английский язык

Отчёт по практике - Вариант 67 - НМХЦ им Н.И.Пирогова

Медико-техническая практика

ДЗ-2 Термех (вариант 27 )

Теоретическая механика

     Изменить  можно двум путями: плавно путем изменения питающей частоты      и ступенчато путем изменения числа пар полюсов р. В обоих случаях регулирование частоты осуществляется экономично с высоким КПД.

     Второй способ регулирования не экономичен, так как он связан со значительными потерями в обмотке ротора. В этом случае возникает мощность скольжения  , которая выделяется в виде потерь в роторе.

     2.7.2. Частотное регулирование

     Формула максимального момента АД имеет вид

.

     Если учесть , и принять с1=1, r1=0, то

.

     Если учесть, что                       и         , то

, где                         (2.16)

         Таким образом, с изменением питающей частоты изменяется Мm, что вызывает изменение перегрузочной способности.

         Для обеспечения устойчивой работы АД при частотном регулировании, следует перегрузочную способность, то есть краткость максимального момента оставлять постоянной, т. е.

.                                                       (2.17)

Здесь  индексы «1» и «2» относятся к разным частотам     и  .

         Согласно (2.15) имеем

,

откуда                 ,                                                        (2.18)

здесь Мн1 и Мн2 – нагрузочные моменты при разных частотах.

         Выражение (2.18) – закон частотного регулирования в общем случае.

         Если регулирование осуществляется при постоянном нагрузочном моменте, то

   или   .

В этом случае напряжение питания изменяется пропорционально изменению питающей частоты.

Регулирование осуществляется при постоянной мощности . Так как , , то  .

После подставки отношения моментов в выражение (2.18) получим

.

         2.7.3. Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя

                переключением числа пар полюсов.

 

         Так как , то переключением числа пар полюсов р можно изменить  ступенчато. При этом частота вращения ротора   будет  изменяться также ступенчато. Изменение числа пар полюсов осуществляется:

         1) размещением в пазах статора нескольких обмоток,

         2) размещением в пазах статора обмотки специального типа с переключением числа пар полюсов р.

         Первый способ менее выгоден по условиям размещения обмоток. АД с переключением числа р называют многоскоростными. В двухскоростных АД изменение числа пар полюсов производится в отношении , где  – удвоенное число пар полюсов;  – одинарное число пар полюсов. При переходе от большего числа  к меньшему , относительный шаг обмотки изменяется от 1 до 0,5. Изменение  р осуществляется благодаря тому, что каждая фаза обмотки выполняется из двух полуфаз (рис. 2.34). При изменении р в одной из полуфаз  направление тока меняется на противоположное.       Следовательно, изменение р можно достичь изменением направления тока в одной из полуфаз.

         В трехфазной обмотке при переключении р изменяется и схема соединения фазных обмоток. Наиболее употребительна схема переключения

(рис. 2.35). На рис. 2.35,а изображена схема обмотки статора, которая в процессе переключения  на  переключается с У на УУ, переключение с Д на УУ изображено (см. рис.  2.35,б).

         Допустим, что переключение осуществляется при  и  наибольшем допустимом фазном токе . Если пренебречь изменением условий охлаждения при изменении частоты вращения и считая ток    , а также одинаковыми КПД и  , то выражения для полезных мощностей при одинарном и удвоенном числе пар полюсов для схемы, изображенной на рис.2.35,а соответственно будут:

 и ,

 следовательно,

, но , то .

Таким образом, рассматриваемая схема рис. 2.35,а обеспечивает регулирование при постоянном моменте (рис. 2.36,а).

         Аналогично для схемы (рис. 2.35,б

,

,

.

         В данном случае обеспечивается регулирование при постоянной мощности (рис. 2.35,б).

         2.7.4. Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя

               изменением величины первичного напряжения

.

         Изменение подводимого напряжения вызывает существенное изменение момента АД. При различных величинах первичного напряжения характеристики M=f(s)  имеют различный вид (рис. 2.37).

Как следует (см. рис.2.37),  с уменьшением напряжения двигатель переходит с одной механической характеристики на другую. При этом он работает последовательно в точках 1; 2; 3, которым соответствуют скольжения . Предполагается . Таким образом, c уменьшением U1 скольжение АД растет, а частота вращения уменьшается              .

         Предел изменения скольжения в данном случае ограничивается его критическим значением . С целью расширения этого предела применяют АД с повышенным скольжением. Известно, что с увеличением активного сопротивление ротора максимальный момент  смещается в сторону больших скольжений и  увеличивается. При этом пределы изменения скольжения при  и пределы изменения частоты вращения увеличиваются.

Так как рассматриваемый способ регулирования связан с увеличением скольжения при уменьшении напряжения питания , то он является  не экономичным, так как связан с большими потерями в обмотке ротора, в которой выделяются потери скольжения: . Поэтому этот способ применяется редко и лишь для АД малой мощности.

         Изменение частоты вращения АД можно осуществлять с помощью регулируемого АТ или  регулируемых сопротивлений, включенных в цепь статора.

Для малых двигателей часто используются изменения подводимого напряжения с помощью реакторов насыщения, управляемых за счет изменения степени подмагничивания постоянным током (рис.2.38).        В данном случае при изменении степени          подмагничивания изменяется степень насыщения реактора, что сопровождается изменением его индуктивного сопротивления, а следовательно, и частоты вращения АД.

         2.7.5. Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя

               с фазным ротором с помощью реостатов в цепи ротора

         Для регулирования вращения асинхронного двигателя с фазным ротором (АДФ) применения все рассмотренные способы. Но практически из них находит применение лишь способ изменения скорости с помощью реактора насыщения.

         В основном же для регулирования частоты вращения АДФ используются способы, основанные на воздействии на вторичную цепь. Существует два способа:

         1) включение в цепь ротора реостата,

         2) введение в цепь ротора добавочной ЭДС частоты скольжения.

 Рассмотрим первый способ.

 Регулирование частоты вращения АДФ можно осуществить по схеме, аналогичной, рассмотренной выше схем пуска (реостатный пуск). Однако в данном случае реостат рассчитывается на длительную работу. Известно, что включение в цепь ротора добавочного сопротивления приводит к смещению Мm в сторону больших скольжений (рис.2.39).

В данном случае при   двигатель переходит с одной характеристики на другую, (то есть из точки 1 в точку 2 и т.д.) при этом S увеличивается, а частота уменьшается: .

Обратите внимание на лекцию "Введение".

         Определим величину добавочного сопротивления  в цепи ротора при :

,

 следовательно,

.

         Способ неэкономичен, так как связан с большими потерями в цепи ротора.

Методы регулирования скорости асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель практически представляет собой двигатель с постоянной скоростью, что означает, что для всего диапазона нагрузки изменение скорости двигателя довольно мало. Скорость параллельного двигателя постоянного тока можно очень легко изменять с хорошим КПД, но в случае асинхронных двигателей снижение скорости сопровождается соответствующей потерей эффективности и низким коэффициентом мощности. Поскольку асинхронные двигатели широко используются, регулирование их скорости может потребоваться во многих приложениях. Различные методы управления скоростью асинхронного двигателя объясняются ниже.

Регулировка скорости асинхронного двигателя со стороны статора

1. Путем изменения подаваемого напряжения:

Из уравнения крутящего момента асинхронного двигателя,
Сопротивление ротора R 2 постоянно, и если скольжение s мало, то (sX 2 ) 2 настолько мало, что им можно пренебречь. Следовательно, T ∝ sE 2 2 , где E 2 - ЭДС, индуцированная ротором, а E 2 V
. Таким образом, T ∝ sV 2 , что означает, что если подаваемое напряжение уменьшается, развиваемый крутящий момент уменьшается.Следовательно, для обеспечения того же момента нагрузки скольжение увеличивается с уменьшением напряжения, и, следовательно, скорость уменьшается. Этот метод самый простой и дешевый, но до сих пор используется редко, потому что для относительно небольшого изменения скорости требуется большое изменение напряжения питания.
  • Большое изменение напряжения питания приведет к большому изменению плотности магнитного потока, следовательно, это нарушит магнитные условия двигателя.
  • 2. Изменяя применяемую частоту

    Синхронная скорость вращающегося магнитного поля асинхронного двигателя определяется выражением,
    . где f = частота питания и P = количество полюсов статора.
    Следовательно, синхронная скорость изменяется с изменением частоты питания. Фактическая скорость асинхронного двигателя определяется как N = Ns (1 - s) . Однако этот метод не получил широкого распространения. Его можно использовать там, где асинхронный двигатель питается от специального генератора (так что частоту можно легко изменять, изменяя скорость первичного двигателя). Кроме того, при более низкой частоте ток двигателя может стать слишком большим из-за пониженного реактивного сопротивления. А если частота превышает номинальное значение, максимальный развиваемый крутящий момент падает, а скорость увеличивается.

    3. Постоянное регулирование U / F асинхронного двигателя

    Это самый популярный метод управления скоростью асинхронного двигателя. Как и в описанном выше методе, если частота питания снижается при сохранении номинального напряжения питания, поток в воздушном зазоре стремится к насыщению. Это вызовет чрезмерный ток статора и искажение магнитной волны статора. Следовательно, напряжение статора также должно быть уменьшено пропорционально частоте, чтобы поддерживать постоянный магнитный поток в воздушном зазоре. Величина потока статора пропорциональна отношению напряжения статора к частоте.Следовательно, если отношение напряжения к частоте остается постоянным, магнитный поток остается постоянным. Кроме того, при поддержании постоянного V / F развиваемый крутящий момент остается приблизительно постоянным. Этот метод дает более высокую эффективность во время выполнения. Поэтому в большинстве приводов переменного тока для управления скоростью используется метод постоянного напряжения / частоты (или метод переменного напряжения и переменной частоты). Наряду с широким диапазоном регулирования скорости, этот метод также предлагает возможность «плавного пуска».

    4. Изменение количества полюсов статора

    Из приведенного выше уравнения синхронной скорости можно увидеть, что синхронная скорость (и, следовательно, скорость движения) может быть изменена путем изменения количества полюсов статора.Этот метод обычно используется для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, поскольку ротор с короткозамкнутым ротором адаптируется к любому количеству полюсов статора. Смена полюсов статора достигается двумя или более независимыми обмотками статора, намотанными на разное количество полюсов в одинаковых пазах.
    Например, статор намотан с двумя 3-фазными обмотками, одна на 4 полюса, а другая на 6 полюсов.
    для частоты питания 50 Гц
    i) синхронная скорость при подключении 4-х полюсной обмотки, Ns = 120 * 50/4 = 1500 об / мин
    ii) синхронная скорость при подключении 6-полюсной обмотки, Ns = 120 * 50/6 = 1000 об / мин

    Регулировка скорости со стороны ротора:

    1.Регулировка реостата ротора

    Этот метод аналогичен управлению реостатом якоря параллельного двигателя постоянного тока. Но этот метод применим только к электродвигателям с фазным ротором, так как добавление внешнего сопротивления в ротор электродвигателей с короткозамкнутым ротором невозможно.

    2. Каскадный режим

    В этом методе регулирования скорости используются два двигателя. Оба установлены на одном валу, поэтому оба работают с одинаковой скоростью. Один двигатель питается от трехфазного источника питания, а другой двигатель получает питание от наведенной ЭДС в первом двигателе через контактные кольца.Расположение показано на следующем рисунке.
    Двигатель A называется основным двигателем, а двигатель B - вспомогательным двигателем.
    Пусть, N с1 = частота двигателя A
    N с2 = частота двигателя B
    P 1 = количество полюсов статора двигателя A
    P 2 = количество полюсов статора двигателя B
    N = скорость установки и одинаковая для обоих двигателей
    f = частота питания

    Теперь скольжение двигателя A, S 1 = (N s1 - N) / N s1 .
    частота ЭДС, индуцированная ротором в двигателе A, f 1 = S 1 f
    Теперь на вспомогательный двигатель B подается ЭДС индукции ротора

    , следовательно, N s2 = (120f 1 ) / P 2 = (120S 1 f) / P 2 .

    теперь ставим значение S 1 = (N s1 - N) / N s1

    На холостом ходу скорость вспомогательного ротора почти такая же, как и его синхронная скорость.
    я.е. N = N с2 .
    из приведенных выше уравнений можно получить, что
    С помощью этого метода можно получить четыре различных скорости
    1. когда работает только двигатель A, соответствующая скорость = .Ns1 = 120f / P 1
    2. когда работает только двигатель B, соответствующая скорость = Ns2 = 120f / P 2
    3. Если выполнено коммутационное каскадирование, скорость набора = N = 120f / (P 1 + P 2 )
    4. Если выполняется дифференциальное каскадирование, скорость установки = N = 120f (P 1 - P 2 )

    3.Путем подачи ЭДС в цепь ротора

    В этом методе скорость асинхронного двигателя регулируется путем подачи напряжения в цепь ротора. Необходимо, чтобы подаваемое напряжение (ЭДС) имело ту же частоту, что и частота скольжения. Однако ограничений по фазе вводимой ЭДС нет. Если мы подаем ЭДС, которая находится в противофазе с ЭДС, индуцированной ротором, сопротивление ротора будет увеличиваться. Если мы введем ЭДС, которая находится в фазе с ЭДС, индуцированной ротором, сопротивление ротора уменьшится.Таким образом, изменяя фазу инжектируемой ЭДС, можно управлять скоростью. Основным преимуществом этого метода является широкий диапазон регулирования скорости (как выше нормы, так и ниже нормы). ЭДС может быть введена различными методами, такими как система Крамера, система Шербиуса и т. Д.

    Что такое регулирование скорости асинхронного двигателя?

    - Реклама -

    Управление скоростью асинхронного двигателя. Асинхронный двигатель - это двигатель с постоянной скоростью, что в практическом смысле означает, что изменение скорости двигателя приблизительно мало по сравнению с общим уровнем нагрузки.Хотя скорость шунтирующей системы постоянного тока может быть слишком просто изменена с соответствующей эффективностью, падение скорости асинхронных двигателей может вызвать значительную потерю эффективности и снизить коэффициент мощности. Поскольку асинхронные двигатели широко используются в различных приложениях, регулирование скорости асинхронного двигателя является важным фактором. Итак, ниже в этом посте обсуждаются различные методы контроля скорости.

    Введение в управление скоростью асинхронного двигателя

    В нашей среде для общих целей используются несколько типов двигателей, от бытовых устройств до машинных систем в промышленных приложениях.В настоящее время электродвигатель является незаменимым и жизненно важным источником энергии во многих отраслях промышленности. Характеристики и функции, необходимые для этих двигателей, слишком широки.

    Если вы рассматриваете проблему управления скоростью двигателей, доступных на рынке, шаговые и сервосистемы контролируют их скорость с шагом импульса, тогда как бесщеточные двигатели постоянного тока и асинхронные двигатели определяют скорость с помощью дополнительного резистора или источника постоянного напряжения. Например, трехфазная индукционная система - это, по сути, двигатель с фиксированной скоростью.Так что следить за его скоростью относительно сложно. Однако управление скоростью асинхронного двигателя используется для решения проблем снижения эффективности и повышения коэффициента электрической мощности.

    Схема управления скоростью асинхронного двигателя

    (Ссылка: circuitglobe.com )

    Этот пост представляет принцип управления скоростью, структуру и характеристики различных методов, которые могут относительно просто определять скорость, используя определенные схемы.Посетите здесь, чтобы подробно изучить управление скоростью асинхронного двигателя. Скорость асинхронного двигателя может быть исследована со стороны ротора и статора.

    Управление скоростью асинхронного двигателя в зависимости от статора можно отнести к следующим категориям:

    • Контроль U / f или регулятор частоты
    • Изменение значений полюсов статора.
    • Контроль напряжения питания.
    • Добавление переменного реостата в систему статора

    Управление скоростью индукционной системы в зависимости от стороны ротора классифицируется как:

    • Использование дополнительного сопротивления на секции ротора
    • Путь управления каскадом
    • Подача ЭДС определенной частоты скольжения в секцию ротора

    Регулировка скорости асинхронного двигателя со стороны статора
    Путем изменения приложенного напряжения

    Согласно формуле крутящего момента асинхронного двигателя,

    T = \ frac {{K} _ {1} s {E} _ {2} ^ {2} {R} _ {2}} {\ sqrt {({R} _ {2} ^ {2} + {(s {X} _ {2})} ^ {2})}} = \ frac {3} {2 \ pi {N} _ {s}} \ frac {s {E} _ {2} ^ { 2} {R} _ {2}} {\ sqrt {({R} _ {2} ^ {2} + {(s {X} _ {2})} ^ {2})}}

    Сопротивление ротора R 2 является фиксированным, и если значение (значения) скольжения довольно мало, член (sX 2 ) 2 также мал, что его можно удалить.Таким образом, T может быть связано с sE 2 2 , где E 2 - ЭДС, индуцированная в роторе, а E 2 ∝ V.

    Следовательно, T можно оценить на основе (sV 2 ), что означает, что при уменьшении требуемого напряжения конечный крутящий момент падает. Следовательно, скольжение увеличивается, чтобы обеспечить тот же момент нагрузки с уменьшением напряжения, и, как результат, скорость уменьшается. Этот метод слишком прост и эффективен, но используется редко, поскольку для относительно небольшого изменения скорости требуется большое изменение выходного напряжения.

    Другими словами, большое изменение конечного напряжения вызовет большое изменение плотности потока и нарушит магнитные состояния системы.

    Путем изменения применяемой частоты

    Синхронная скорость движущегося магнитного поля в асинхронном двигателе может быть вычислена с помощью

    .

    {N} _ {s} = \ frac {120f} {P} (об / мин)

    где f - частота системы, а P - количество полюсов статора.Синхронная скорость изменяется с изменением частоты системы.

    Реальная скорость асинхронного двигателя определяется следующим уравнением:

    N = {N} _ {s} (1-с)

    Хотя этот метод обычно не используется, его можно использовать, когда двигатель поддерживается внешним генератором (так что частота может быть просто изменена изменением скорости главного двигателя). Ток двигателя на более низкой частоте может увеличиваться в зависимости от значения реактивного сопротивления.И если частота повышается сверх стандартного значения, максимальный крутящий момент уменьшается, а скорость увеличивается.

    В асинхронном двигателе ЭДС представлена ​​индукцией, как трансформатор, который задается

    E \ quad или \ quad V \ quad = \ quad 4.44 \ phi KTf \ quad или \ quad \ phi = \ frac {V} {4.44KTf}

    В этом уравнении K - коэффициент обмотки, f - частота, а T - количество оборотов на фазу. Теперь, если мы изменим частоту, синхронная скорость также изменится, но с уменьшением частотного потока, и это изменение потока вызовет состояние насыщения в сердечниках ротора и статора.Следовательно, очень важно поддерживать постоянный поток, и это возможно только в том случае, если мы изменим напряжение. Таким образом, соотношение V / f должно оставаться постоянным. Это метод V / f. Мы должны подавать изменяемые напряжение и частоту для управления скоростью асинхронного двигателя методом U / f, используя инвертор и преобразователь.

    Постоянное управление асинхронным двигателем V / F

    Это наиболее распространенное решение для регулирования скорости асинхронного двигателя. Подобно описанному выше методу, если частота системы снижается при сохранении номинального напряжения источника, поток воздушного зазора будет насыщаться.Это вызовет дополнительный ток в статоре и искажение магнитного потока. Таким образом, напряжение статора должно уменьшаться с увеличением частоты, чтобы магнитный поток оставался постоянным.

    Величина магнитного потока статора связана с напряжением статора и частотой системы. Таким образом, если скорость напряжения и частоты поддерживаются постоянными, магнитный поток также остается фиксированным. Развиваемый крутящий момент остается относительно постоянным, если V / F остается неизменным. Это решение обеспечивает большую эффективность во время выполнения. Таким образом, несколько типов скоростных приводов применяют режим постоянного напряжения / частоты (или переменной частоты на основе метода переменного напряжения) для управления скоростью асинхронного двигателя.Наряду с широким контролем скорости это решение также обеспечивает возможность плавного пуска.

    Изменение количества полюсов статора

    Полюса статора могут быть изменены и отредактированы двумя способами, включая многосистемную обмотку (MSW) и модуляцию амплитуды полюса (PAM).

    Метод множественной обмотки статора

    Мы поставляем две разделенные обмотки для этого метода управления скоростью асинхронного двигателя в статоре. Эти две конкретные обмотки электрически разделены друг от друга и имеют два различных числа полюсов.Применение конфигурации переключения на одной обмотке может обеспечить возможность регулирования скорости. Это решение имеет ряд недостатков, в том числе отсутствие плавного регулирования скорости. Кроме того, этот способ слишком дорог и менее эффективен из-за использования двух разных обмоток.

    Наконец, этот метод можно использовать только для двигателей с короткозамкнутым ротором. Можно видеть, что рабочая скорость может быть изменена изменением полюсов статора из приведенной выше формулы синхронной скорости. Таким образом, этот метод обычно используется для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, поскольку ротор этого типа самовосстанавливается для любого числа полюсов.Изменение полюсов статора обеспечивается двумя или более специальными обмотками статора, изолированными для различного количества полюсов в одних и тех же секциях.

    Например, система снабжена двумя 3-фазными обмотками, одна на 6 полюсов, а другая на 8 полюсов, чтобы обеспечить частоту 60 Гц.

    1. i) можно рассчитать синхронную скорость по 6-полюсным обмоткам, Н с = 120 * 60/6 = 1200 об / мин
    2. ii) синхронная скорость по 8-полюсным обмоткам может быть рассчитана, Н с = 120 * 60/8 = 900 об / мин
    Метод полюсной амплитудной модуляции (PAM)

    Первичная синусоидальная волна mmf чередуется с другой конкретной волной mmf, включая другое количество полюсов в этом методе управления скоростью асинхронного двигателя.

    Предположим, что f 1 (θ) - это основная волна mmf асинхронного двигателя, скорость которой необходимо определить, f 2 (θ) - волна mmf модуляции, P 1 - количество полюсов системы, чья скорость должна контролироваться, а P 2 - количество полюсов вторичной волны.

    {f} _ {1} (\ theta) = {F} _ {1} sin \ frac {{P} _ {1} \ theta} {2}

    {f} _ {2} (\ theta) = {F} _ {2} sin \ frac {{P} _ {2} \ theta} {2}

    Итак, мы можем получить результирующую модуляцию mmf-волны как:

    {F} _ {r} (\ theta) = {F} _ {1} {F} _ {2} sin \ frac {{P} _ {1} \ theta} {2} sin \ frac {{P } _ {2} \ theta} {2}

    Применяя синусоидальную формулу, мы наконец получим результирующую волну mmf как:

    {F} _ {r} (\ theta) = {F} _ {1} {F} _ {2} \ frac {cos \ frac {({P} _ {1} - {P} _ {2} ) \ theta} {2} -cos \ frac {({P} _ {1} + {P} _ {2}) \ theta} {2}} {2}

    Это означает, что результирующая волна ммс будет включать два различных числа полюсов, т.е.е;

    {P} _ {11} = {P} _ {1} - {P} _ {2} \ quad и \ quad {P} _ {12} = {P} _ {1} + {P} _ { 2}

    Следовательно, изменяя количество полюсов, мы можем просто изменять скорость и регулировать скорость асинхронного двигателя.

    Регулирование скорости асинхронного двигателя со стороны ротора
    Регулятор реостата ротора

    Этот метод очень похож на управление шунтирующим двигателем постоянного тока с использованием реостата якоря.

    Управление реостатом ротора (Ссылка: lectric4u.com )

    Однако это решение возможно только для асинхронных двигателей с контактным кольцом и требует внешнего сопротивления в роторе, что невозможно для других двигателей.

    Каскадный режим

    В этом методе используются два двигателя для управления скоростью асинхронного двигателя. Оба двигателя установлены на одном валу, поэтому оба работают с одинаковой скоростью. Один двигатель поддерживается трехфазным источником, а другой двигатель питается от наведенной ЭДС от первого двигателя с контактными кольцами.Их конфигурация представлена ​​на следующей диаграмме.

    Каскадная работа асинхронных двигателей (Ссылка: electricaleasy.com )

    Если двигатель A предполагается в качестве основного двигателя, а двигатель B - в качестве вспомогательной системы, мы можем определить другие параметры следующим образом:

    N s1 : частота системы A, N s2 : частота двигателя B, P 1 : количество полюсов статора системы A, P 2 : количество полюсов статора системы B, N : скорость системы, одинаковая для обоих двигателей, и f: частота источника питания.

    Теперь мы можем определить скольжение двигателя A как:

    {S} _ {1} = \ frac {{N} _ {S1} -N} {{N} _ {S1}}

    Если частота создаваемой ротором ЭДС в системе A представлена ​​как f1 = S 1 f, вспомогательная секция двигателя B поддерживается ЭДС, создаваемой в роторе, поэтому мы можем рассчитать скорость вторичной системы как:

    {N} _ {S2} = \ frac {120 {f} _ {1}} {{P} _ {2}} = \ frac {120 {S} _ {f1}} {{P} _ {2 }}

    Теперь мы можем положить значение S 1 следующим образом и получить окончательное уравнение

    {S} _ {1} = \ frac {{N} _ {S1} - {N}} {{N} _ {S1}}

    So;

    {N} _ {S2} = \ frac {120f ({N} _ {S1} -N)} {{P} _ {2} {N} _ {S1}}

    При нулевой нагрузке скорость вспомогательной части ротора равна синхронной скорости и N = N с2 .Итак, из последних уравнений можно получить, что

    {N} = \ frac {120f} {{{P} _ {1} + P} _ {2}}

    С помощью этого решения могут быть предоставлены четыре конкретные скорости, а именно:

    1. a) когда работает только система A, соответствующая скорость = N с1 = 120f / P 1
    2. b) когда работает только система B, соответствующая скорость = N с2 = 120f / P 2
    3. c) При применении метода коммутативного каскадирования скорость системы = N = 120f / (P 1 + P 2 )
    4. d) При использовании метода дифференциального каскадирования скорость системы = N = 120f (P 1 - P 2 )

    Путем подачи ЭДС в цепь ротора

    В этом методе управление скоростью асинхронного двигателя осуществляется путем подачи определенного напряжения на диаграмму ротора.Введенное напряжение (ЭДС) должно иметь частоту, равную частоте скольжения. Однако нет никаких ограничений для фазы этой ЭДС. Если введенная ЭДС имеет противоположную фазу с ротором, сопротивление системы улучшится. В противном случае, если подаваемое напряжение имеет ту же фазу, что и ротор, сопротивление уменьшится. В результате, изменяя фазу подаваемого напряжения, можно правильно применять управление скоростью асинхронного двигателя.

    Метод впрыска ЭДС (Ссылка: circuitglobe.com)

    Основным преимуществом этого решения является возможность управления скоростью в широком диапазоне. Эта конкретная ЭДС может быть введена в систему с помощью различных шагов, таких как система Крамера, система Шербиуса и т. Д.

    - Объявление -

    Регулировка скорости асинхронного двигателя PSC

    Я сделал это так -

    Сторона постоянного тока:

    (1) Малина 3, 3V3 GPIO

    (2) транзистор 2N222, с резистором 220 Ом на затворе

    (3) Твердотельное реле SSR 40 - DA

    Сторона переменного тока:

    (4) Двигатель PSC, 1 фаза, 0,35 А, 1,5 мФ

    (5) индуктор с двойной дроссельной катушкой 2x 10 мГн

    (6) Впуск с линейным фильтром 250 В перем. Тока, 10 А Шасси FBNAB2470ZG110

    (1) Raspberry подает сигнал 3V3 на транзистор на затворе (подключение через резистор) Это открывает путь к сигналу 5 В от Raspberry к SRR обратно к контакту заземления Raspberry.

    (2) Причина использования транзистора заключается в том, что сигнал 3V3 не дает достаточного тока для SSR. SSR запускается током 7,5 мА при 12 В. (http://www.fotek.com.hk/solid/SSR-1.htm)

    (3) Когда SSR получал ток 5 В, он пропускал к двигателю ток 230 В.

    (4) Теперь: когда мы позволяем мощности подпрыгивать вверх и вниз, двигатель начинает получать большие импульсы, что в принципе вредно как для вашего двигателя, так и для системы питания.

    (5) Чтобы этого избежать, вы подключаете в линию дроссельную катушку - для выравнивания напряжения - больше: лучше.Катушки ручной работы тоже подойдут. Статор от другого двигателя работает отлично (фото).

    (6) Аналогичным образом помогает линейный фильтр. Вы можете купить его или с помощью простого конденсатора [схема] соединить L и N.

    Будьте осторожны и получайте удовольствие!

      #! / Usr / bin / env python
    # - * - кодировка: utf-8 - * -
    время импорта
    импортировать RPi.GPIO как GPIO
    пытаться:
        в то время как True:
            # Использовать ссылки BCM GPIO
            # вместо физических номеров контактов
            GPIO.setmode (GPIO.BCM)
            # Определить GPIO для использования на Pi
            GPIO_RELAY_1 = 12
    
            # Установить контакты как выход и вход
            GPIO.setup (GPIO_RELAY_1, GPIO.OUT) # RELAY_1
    
            # Установить триггер на False (Low)
            GPIO.output (GPIO_RELAY_1, ложь)
    
            # Разрешить модулю урегулировать
            time.sleep (0,1)
    
            # Отправить импульс 10us для запуска
    
            GPIO.output (GPIO_RELAY_1, True)
            распечатать "RELAY_1 ON"
            time.sleep (0,5)
            GPIO.output (GPIO_RELAY_1, ложь)
            распечатать "RELAY_1 OFF"
            время.сон (0,2)
    
            # Сбросить настройки GPIO
            GPIO.cleanup ()
    
    кроме KeyboardInterrupt:
        проходить
    GPIO.output (GPIO_RELAY_1, ложь)
    напечатать "Finito: Off"
    GPIO.cleanup ()
      

    https://sourceforge.net/p/raspberry-gpio-python/wiki/PWM/

      время импорта
    импортировать RPi.GPIO как GPIO
    GPIO.setmode (GPIO.BCM)
    GPIO.setup (12, GPIO.OUT)
    частота = 500
    dc_low = 40
    dc_mid = 75
    dc_high = 100
    
    p = GPIO.PWM (12, частота) # GPIO.PWM (канал, частота (в Гц)
    p.start (0)
    
    пытаться:
        а 1:
            печать "частота =", частота
            #dc_low
            п.ChangeDutyCycle (dc_low)
            печать "dc_low =", dc_low
            время сна (120)
    
            #dc_mid
            p.ChangeDutyCycle (dc_mid)
            печать "dc_mid =", dc_mid
            время сна (120)
    
            p.ChangeDutyCycle (dc_mid)
            печать "dc_high =", dc_high
            время сна (120)
            "" "
            для постоянного тока в диапазоне (0, 101, 5):
                p.ChangeDutyCycle (dc)
                time.sleep (0,1)
                print "dc in range (0, 101, 5) =", dc
                print "freqnecy =", частота
    
            для постоянного тока в диапазоне (100, -1, -5):
                п.ChangeDutyCycle (dc)
                print "dc in range (100, -1, -5) =", dc
                print "freqnecy =", частота
                time.sleep (0,1)
            "" "
    кроме KeyboardInterrupt:
        проходить
    
    p.stop ()
    GPIO.cleanup ()
      

    Методы управления скоростью трехфазного двигателя

    Скорость трехфазного асинхронного двигателя определяется выражением
    .
    N = N с (1-с)

    и N с = 120f / P

    Это показывает, что скорость трехфазного асинхронного двигателя зависит от синхронной скорости (N с ) и скольжения (с).Синхронная скорость асинхронного двигателя зависит от частоты питания и количества полюсов статора.

    Таким образом, изменяя частоту питания, количество полюсов статора и скольжение, мы можем изменить скорость трехфазного асинхронного двигателя. Следовательно, управление скоростью 3-фазного асинхронного двигателя может быть достигнуто следующими способами:


    Синхронную скорость можно изменить, изменив частоту питания статора (f). Но только изменение частоты питания при поддержании постоянного напряжения питания отрицательно сказывается на потоке в воздушном зазоре.Потому что поток в воздушном зазоре пропорционален отношению напряжения питания и частоты питания.

    Следовательно, соотношение напряжения питания и частоты питания поддерживается постоянным за счет одновременного изменения напряжения и частоты статора. Это необходимо для поддержания постоянного потока в воздушном зазоре. Таким образом, этот метод также известен как постоянное (V / f) управление.

    В этом методе управления скоростью трехфазного двигателя переменный ток постоянного напряжения и постоянной частоты подается на выпрямитель, который преобразует переменный ток в постоянный.Выходной сигнал выпрямителя фильтруется конденсаторной батареей и передается в схему инвертора. Инвертор преобразует постоянное напряжение в трехфазный источник переменного напряжения с переменной частотой.

    Это питание подается на обмотку статора двигателя. Таким образом, мы получаем постоянное регулирование скорости U / f асинхронного двигателя.

    В этом методе поток в воздушном зазоре остается постоянным. Таким образом можно добиться плавного регулирования скорости. Таким методом можно получить максимальный крутящий момент на всех скоростях.

    Из-за больших капитальных затрат эта система оправдана только для приводов, в которых важны надежные, не требующие обслуживания характеристики асинхронного двигателя. В противном случае двигатель постоянного тока с преобразователем управления является логичной и дешевой альтернативой.

    Напряжение статора - методы управления скоростью трехфазного двигателя


    В этом методе управления скоростью трехфазного двигателя для изменения скорости двигателя изменяется только напряжение статора, частота статора остается постоянной.Мы можем изменять скорость двигателя, изменяя напряжение статора. С увеличением напряжения статора скорость двигателя увеличивается.

    В этом методе регулирования скорости 3-фазного асинхронного двигателя , когда напряжение статора снижается, уменьшается магнитный поток в воздушном зазоре и крутящий момент двигателя. Регулирование скорости достигается за счет уменьшения крутящего момента двигателя.

    В этом методе создается очень низкий пусковой момент. Следовательно, этот тип управления не подходит для нагрузок с постоянным крутящим моментом.Этот тип управления предпочтителен в таких приложениях, как вентиляторы, центробежные насосы и воздуходувки, где требуется низкий пусковой момент.

    Этот метод применим только для небольших двигателей и для нагрузок вентиляторного типа, когда момент нагрузки увеличивается с увеличением скорости. Двигатель имеет тенденцию к перегреву при работе с другими нагрузками. Это широко используемый метод для потолочных вентиляторов, приводимых в действие однофазными асинхронными двигателями, которые имеют большое сопротивление покоя, ограничивающее ток, потребляемый двигателем.

    Полюс статора - методы регулирования скорости трехфазного двигателя


    С помощью подходящего переключателя соединение статора может быть изменено таким образом, что изменяется количество полюсов статора.Это изменяет фактическую скорость двигателя, поскольку фактическая скорость двигателя приблизительно обратно пропорциональна количеству полюсов.

    При правильном подключении одна обмотка может давать две разные скорости. Если требуется более двух скоростей, две отдельные обмотки помещаются в один и тот же паз. Теперь каждая обмотка может давать две скорости, а две обмотки могут давать четыре разные скорости. В двигателе с пружинной пружиной необходимо соответствующим образом изменить полюса ротора. Поэтому трудно применить этот метод к электродвигателю с токосъемником.

    Контроль сопротивления ротора


    Как видно из названия, этот метод управления скоростью трехфазного двигателя применим только к асинхронному двигателю с контактным кольцом.

    Как мы знаем, управление индукцией токосъемного кольца при подсинхронной скорости (скорости ниже синхронной) возможно путем введения переменного сопротивления в цепь ротора двигателя. Этот метод основан на общем принципе, согласно которому скольжение асинхронного двигателя увеличивается (то есть скорость уменьшается) по мере увеличения потерь мощности в цепи ротора.

    Этот метод обеспечивает широкий диапазон скоростей и хороший пусковой момент. Максимальный крутящий момент в этом случае остается постоянным. Хорошее регулирование скорости может быть достигнуто как для нагрузок с постоянным крутящим моментом, так и для нагрузок вентиляторного типа.

    Традиционный метод контроля сопротивления ротора требует одновременного и точного изменения всех трех симметричных резисторов в каждой фазе. Часто этого бывает сложно добиться.

    Чтобы решить эту проблему, используется высокочастотный тиристорный прерыватель, который позволяет одновременно и бессонно изменять внешнее сопротивление.

    На рисунке показана схема, в которой мощность скольжения ротора выпрямляется трехфазным мостовым выпрямителем и подается через фильтрующий дроссель на внешнее сопротивление.

    Тиристор (обозначенный символом переключателя на рисунке) в прерывателе, подключенном через резистор, включается и выключается с высокой частотой. Отношение времени включения к времени выключения определяет эффективное значение сопротивления цепи ротора и, таким образом, регулирует скорость двигателя, изменяя его характеристики скорости-момента.

    Самым большим недостатком этого метода является его низкая эффективность из-за потерь мощности на внешнем сопротивлении ротора. Поэтому этот метод применяется для узкого диапазона скоростей и, как правило, на короткое время.

    Вместо того, чтобы тратить энергию скольжения на внешнее сопротивление ротора, можно использовать обратную связь для увеличения эффективности этой схемы управления скоростью. Это достигается за счет использования преобразователя и инвертора в цепи ротора, как показано на рисунке.

    Путем подачи электроэнергии в цепь ротора (отрицательная потеря мощности ротора), работа на сверхсинхронной скорости (т.е.е. скорости выше синхронной) становится возможным.

    Управление скоростью асинхронного двигателя каскадным методом


    В этом методе две машины соединяются механически. В основном оба мотора - токосъемные. В этом случае питание подключается к статору одного из асинхронных двигателей, а наведенная ЭДС ротора подается на статор другого двигателя.

    Если P 1 и P 2 - это количество полюсов двух машин, а f - частота питания, то набор может выдавать следующие разные скорости:


    Спасибо за то, что прочитали о методах управления скоростью трехфазного двигателя.

    Трехфазный асинхронный двигатель | Все сообщения

    © https://yourelectricalguide.com/ Методы управления скоростью трехфазного двигателя.

    Различные типы методов управления скоростью асинхронного двигателя

    Управление скоростью асинхронного двигателя очень важно в промышленности. Трехфазные асинхронные двигатели - один из наиболее часто используемых типов двигателей в электротехнической промышленности. Поскольку скорость асинхронных двигателей постоянна, скорость этого типа двигателя трудно контролировать.В асинхронных двигателях на регулирование скорости также влияет КПД этого двигателя. Таким образом, для управления этими асинхронными двигателями используются различные методы управления скоростью. Эти методы управления скоростью можно разделить, главным образом, на компоновку двигателя. Ниже приведены два основных типа устройств управления, которые необходимо учитывать при управлении асинхронными двигателями.

    • управление скоростью асинхронного двигателя относительно стороны ротора двигателя
    • управление скоростью асинхронного двигателя относительно стороны статора двигателя.

    Управление скоростью асинхронного двигателя по отношению к стороне статора двигателя


    Управление скоростью асинхронного двигателя с учетом управления со стороны статора также можно подразделить на несколько методов управления скоростью, таких как.

    • Путем изменения напряжения питания двигателя
    • Изменение числа полюсов статора двигателя
    • Изменение частоты питающей стороны двигателя

    Путем изменения напряжения питания двигателя

    Крутящий момент продукт от трехфазного асинхронного двигателя может быть показан с помощью уравнения, показанного ниже.

    So и E (индуцированная ЭДС) прямо пропорциональны напряжению питания двигателя. Таким образом, изменяя напряжение питания асинхронного двигателя, вы можете управлять крутящим моментом и скоростью асинхронного двигателя.

    Путем изменения частоты питающей стороны двигателя

    f = частота питающей стороны двигателя

    P = количество полюсов статора в двигателе

    Ns = синхронная скорость двигателя

    Синхронная скорость асинхронного двигателя зависит от количества полюсов двигателя на стороне статора и частоты двигателя на стороне питания.Таким образом, изменяя частоту питания двигателя, вы можете управлять скоростью двигателя. Регулирование частоты несколько сложно сравнить с другими методами управления двигателем.

    Изменение числа полюсов статора двигателя

    f = частота питающей стороны двигателя

    P = число полюсов статора в двигателе

    Ns = синхронная скорость двигателя

    Поскольку вы можете видеть в этом уравнении, количество полюсов статора в двигателе напрямую зависит от скорости асинхронного двигателя.

    Таким образом, изменяя количество полюсов статора, также можно изменить скорость асинхронного двигателя.

    Регулировка скорости асинхронного двигателя по отношению к ротору двигателя.

    Управление скоростью асинхронного двигателя с учетом управления на стороне ротора также можно подразделить на несколько методов управления скоростью, таких как.

    • Добавление внешнего сопротивления в цепь на стороне ротора
    • Применение каскадного подключения
    • Ввод ЭДС в цепь двигателя на стороне ротора

    Добавление внешнего сопротивления в цепь на стороне ротора

    Трехфазный асинхронный двигатель можно показать уравнением, показанным ниже.

    Итак, из этого уравнения мы можем узнать, что

    Итак, крутящий момент асинхронного двигателя косвенно пропорционален сопротивлению стороны ротора. Добавление внешнего сопротивления в ротор позволяет уменьшить крутящий момент двигателя и увеличить его скорость.

    Применение каскадного соединения

    В этом каскадном методе управления скоростью асинхронного двигателя два двигателя установлены на одном валу двигателя и работают с одинаковой скоростью.

    Один двигатель подключен к трехфазному источнику питания, а другой работает от ЭДС, индуцированной питанием первого двигателя через контактные кольца.

    При использовании этого метода для асинхронного двигателя может применяться различная скорость и регулировка скорости.

    Ввод ЭДС в цепь на стороне ротора двигателя

    В этой индукции, метод управления скоростью двигателя, внешнее напряжение добавляется в цепь ротора двигателя, и частота должна быть такой же, как частота скольжения.

    Таким образом, инжекция ЭДС в противофазе ротора увеличивает сопротивление ротора.Таким образом, этот метод можно использовать для управления скоростью асинхронного двигателя.

    Надеюсь, что вы сможете получить хорошее представление о методах согласования скорости, применяемых в асинхронном двигателе.

    (PDF) Различные методы управления скоростью трехфазного асинхронного двигателя

    Американский журнал электротехники и электроники, 2016, Vol. 4, No. 2, 62-68

    Доступно в Интернете по адресу http://pubs.sciepub.com/ajeee/4/2/3

    © Science and Education Publishing

    DOI: 10.12691 / ajeee-4-2-3

    Различные методы управления скоростью трехфазного двигателя

    Асинхронный двигатель

    GC Diyoke *, Okeke C., Uchechi Aniagwu

    Департамент электротехники и электронной техники, Сельскохозяйственный университет Майкла Окпара , Штат Умудике Абиа, Нигерия

    * Автор, ответственный за переписку: [email protected]

    Аннотация Асинхронные двигатели являются наиболее широко используемыми электродвигателями из-за их надежности, низкой стоимости, прочности и устойчивости

    .Однако асинхронные двигатели по своей сути не имеют возможности работы с регулируемой скоростью

    . По этой причине в большинстве электроприводов применялись более ранние двигатели постоянного тока. Но недавние разработки

    в методах управления скоростью асинхронного двигателя привели к их широкомасштабному использованию почти во всех электроприводах

    . В этой статье рассматриваются различные методы управления скоростью асинхронных двигателей, такие как переменное сопротивление ротора

    , переменное напряжение статора, постоянное управление вольт / герц, изменение частоты, переключение полюсов и т. Д., были выполнены

    , и программное обеспечение MATLAB использовалось для разработки кодов для анализа этих методов.

    Ключевые слова: асинхронный двигатель, регулирование скорости, режим работы.

    Цитируйте эту статью: Г. К. Дайоке, К. Океке и Учечи Аниагву, «Различные методы управления скоростью трехфазного асинхронного двигателя

    ». Американский журнал электротехники и электронной техники, вып. 4, вып. 2

    (2016): 62-68. DOI: 10.12691 / ajeee-4-2-3.

    1.Введение

    Асинхронный или асинхронный двигатель - это тип двигателя переменного тока

    , в котором мощность подается на ротор посредством электромагнитной индукции

    , а не через коммутатор или контактные кольца

    , как в других типах двигателей. Эти двигатели

    широко используются в промышленных приводах, особенно многофазных асинхронных двигателях

    , потому что они прочные и не имеют щеток

    . Но они требуют гораздо более сложных методов управления

    , более дорогих и более мощных преобразователей мощности

    , чем машины постоянного тока и с постоянными магнитами [1].Однофазные версии

    используются в небольших приборах. Их скорость

    определяется частотой тока питания, поэтому они

    наиболее широко используются в приложениях с постоянной скоростью,

    , хотя версии с регулируемой скоростью, использующие приводы с переменной частотой

    , становятся все более распространенными. Наиболее распространенным типом

    является двигатель с короткозамкнутым ротором, и этот термин иногда обозначает

    , обычно используемый для асинхронных двигателей [2,3,4,5]. Но желательно заменить приводы однофазных асинхронных двигателей

    трехфазными приводами асинхронных двигателей в бытовых приборах

    , сельском хозяйстве и маломощных промышленных приложениях.

    Асинхронные двигатели составляют основную часть многих систем управления скоростью

    и нашли применение в нескольких промышленных приложениях

    [6]. Преимущество усовершенствования в

    в отрасли моторных приводов коснулось различных приложений,

    от тяжелого и крупного промышленного оборудования, такого как прокатные станы

    на сталеплавильных заводах, бумажных фабриках и т. Д. До

    оборудования «мехатроника», используемого в станках. инструменты и машины для изготовления полупроводников

    [7].

    Трехфазные асинхронные машины - это машины с синхронной скоростью

    , работающие ниже синхронной скорости, когда

    двигается, и выше синхронной скорости при генерировании

    [8]. Они сравнительно дешевле, чем синхронные машины или машины постоянного тока размером

    , и имеют размер от

    ватт до 10 000 л.с. Как и двигатели, они прочные и требуют минимального обслуживания

    . Однако их скорости

    не так легко, как у двигателей постоянного тока.Они потребляют большие пусковые токи

    , обычно примерно в шесть-восемь раз превышающие значения

    при полной нагрузке, и работают с низким коэффициентом мощности при минимальной нагрузке при небольшой нагрузке

    .

    Эта статья структурирована следующим образом: В разделе I представлена ​​концепция асинхронного двигателя

    и его применения. В разделе II

    представлены различные методы регулирования скорости. Раздел III

    подробно описывает принцип работы асинхронного двигателя. Здесь

    в разделе IV подробно представлен анализ эквивалентной схемы

    .В разделе V отображаются результаты моделирования в Matlab / Simulink

    . Наконец, в разделе VI представлен вывод

    .

    2. Различные методы управления скоростью

    Управление скоростью асинхронного двигателя (AM) или асинхронного двигателя (IM)

    можно изменять, изменяя скольжение «S»

    или количество полюсов «p» или частоту «f». 'поставки. Способность

    изменять любую из трех вышеупомянутых величин

    обеспечивает методы управления скоростью асинхронного двигателя

    .Метод постоянного напряжения / частоты обычно используется для управления постоянной и переменной скоростью асинхронного двигателя

    .

    Различные методы управления скоростью IM можно

    в целом разделить на скалярные и векторные методы управления.

    В данной статье используются скалярные методы управления. Скалярные методы управления скоростью

    можно классифицировать как

    A. Контроль сопротивления ротора

    Этот метод применим только к асинхронным двигателям

    с фазным ротором.Изменение скорости можно получить, добавив

    внешнего сопротивления в цепь ротора. Внешние сопротивления

    включены последовательно с обмотками ротора

    во время пуска для ограничения пускового тока. Без внешних сопротивлений

    пусковые токи многократно превышают

    Асинхронный двигатель - обзор

    Частотно-регулируемые приводы

    Асинхронные и синхронные двигатели рассчитаны на определенное соотношение напряжения к частоте ( В, / Гц).Напряжение - это напряжение питания двигателя, а частота - это частота питания. Отношение В, / Гц прямо пропорционально величине магнитного потока в магнитном материале двигателя (пластинах сердечника статора и ротора). Крутящий момент, развиваемый на валу двигателя, пропорционален силе вращающегося потока. Тип и количество магнитного материала, используемого в конструкции двигателя, являются факторами, определяющими номинальную мощность двигателя.

    При постоянной частоте питающей сети более высокое напряжение вызывает более высокое соотношение В и / Гц и более высокий магнитный поток.При постоянном напряжении питания более низкая частота питания приведет к более высокому соотношению В и / Гц и более высокому потоку. Более высокий магнитный поток увеличивает крутящий момент двигателя. Когда двигатель работает при напряжении В, / Гц, превышающем номинальное, возникает перенапряжение, которое может вызвать насыщение статора и магнитного сердечника ротора. Насыщение вызывает перегрев и может привести к отказу мотора. Когда двигатель работает при напряжении В и / Гц ниже номинального, магнитный поток уменьшается. Уменьшение магнитного потока снижает крутящий момент и влияет на способность двигателя выдерживать нагрузку.

    Когда двигатели питаются напрямую от электросети, частота питающей сети остается постоянной, а напряжение и ток изменяются во время запуска двигателя. Во время разгона двигателя до синхронной скорости (синхронные двигатели) или скорости, близкой к синхронной (асинхронные двигатели), ток сначала возрастет в несколько раз по сравнению с номинальным током и вызовет падение напряжения. Более низкое напряжение при постоянной частоте питания означает более низкое соотношение В и / Гц и меньший магнитный поток, который влияет на крутящий момент.Как только двигатель ускоряется, напряжение восстанавливается до значения, близкого к номинальному, а крутящий момент на валу двигателя достигает номинального значения. В этом случае скорость двигателя будет постоянной и синхронной (синхронные двигатели) или близкой к синхронной (асинхронные двигатели). Если двигатели подключены напрямую к электросети, скорость определяется фиксированной частотой сети и не может контролироваться. Для управления скоростью при необходимости используются дополнительные механические системы: демпферы, клапаны, коробки передач, тормоза и т. Д.Механические системы снижают общую эффективность системы. Кроме того, как объяснялось ранее, асинхронные двигатели потребляют реактивную мощность, поэтому поддержание коэффициента мощности может быть проблемой для асинхронных двигателей. Синхронные двигатели не вызывают проблем с коэффициентом мощности, они действительно могут помочь.

    Существует четыре категории проблем с двигателями, подключенными непосредственно к сети электропитания: высокий пусковой ток, контроль крутящего момента, контроль скорости и коэффициент мощности (только для асинхронных двигателей).Одним из эффективных способов решения проблем является использование частотно-регулируемых приводов. При использовании частотно-регулируемых приводов питание привода осуществляется от сети, а питание двигателя - от привода. ЧРП

    управляют скоростью и крутящим моментом двигателя, контролируя частоту и величину напряжений и токов, подаваемых на двигатель. Каждый частотно-регулируемый привод имеет три секции: выпрямитель, фильтр с накопителем энергии и инвертор. Типичная концептуальная конфигурация показана на рис. 7.22.

    Рис. 7.22. Типичная конфигурация ЧРП.

    Выпрямитель берет синусоиду фиксированной частоты и величины напряжения из сети и выпрямляет ее в форму волны постоянного тока.

    Фильтр принимает форму сигнала постоянного тока от выпрямителя и обеспечивает почти чистый линейный постоянный ток. Накопитель энергии используется для поддержания мгновенного энергетического баланса. Если при сбалансированной трехфазной нагрузке общая мощность остается постоянной от момента к моменту, а с идеальным преобразователем, накопление энергии не потребуется. На практике преобразователям требуется накопитель энергии для хранения энергии, достаточной для питания двигателя в течение коротких интервалов, когда мощность нагрузки превышает входную мощность.Конденсаторы и индукторы используются для хранения энергии.

    Инвертор преобразует мощность постоянного тока обратно в переменный ток через набор электронных переключателей (MOSFET (металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор), IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором), IGCT (встроенный тиристор с коммутацией затвора), GTO (затвор). отключающий тиристор) и др.). Эти переключатели, открывая и закрываясь с определенной скоростью и продолжительностью, могут инвертировать постоянный ток и воссоздавать выходные токи и формы сигналов напряжения, которые имитируют синусоидальные формы сигналов переменного тока.Затем двигатель получает питание от выхода инвертора.

    Формы выходных сигналов представляют собой сигналы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Они называются сигналами ШИМ, потому что они создаются несколькими импульсами переключателей с короткими интервалами. Величину и частоту сигналов напряжения ШИМ можно регулировать. Изменяя время, импульсы и какие переключатели срабатывают, частота может быть увеличена или уменьшена. Изменяя ширину и длительность импульсов, можно увеличивать и уменьшать среднее напряжение двигателя.Типичная форма сигнала ШИМ с аппроксимируемой синусоидой показана на рис. 7.23.

    Рис. 7.23. Типичная форма сигнала ШИМ с аппроксимируемой синусоидой.

    В примере с асинхронным двигателем, асинхронный двигатель может эффективно работать только при скорости вращения, близкой к синхронной. Управление скоростью требует непрерывного изменения скорости вращающегося поля, что требует изменения частоты.

    Когда выходное напряжение инвертора на каждой выходной частоте инвертора регулируется таким образом, чтобы соотношение В, / Гц сохранялось постоянным до номинальной скорости, можно получить семейство кривых крутящего момента-скорости, как показано на рис.7.24.

    Рис. 7.24. График зависимости крутящего момента от частоты вращения асинхронного двигателя с частотно-регулируемым приводом с изменением напряжения и частоты и постоянным соотношением В и / Гц.

    Точка «a» на рис. 7.24 соответствует крутящему моменту без нагрузки и скорости без нагрузки при частоте питания инвертора 25 Гц. От без нагрузки в точке «a» до полной нагрузки в точке «b» скорость немного снизится. Если требуется поддерживать постоянную скорость из точки «а», регулятор частотно-регулируемого привода повысит частоту, так что рабочая точка при полной нагрузке переместится в точку «с».Регулятор частотно-регулируемого привода также будет повышать напряжение пропорционально увеличению частоты, чтобы поддерживать постоянное соотношение В и / Гц при полной нагрузке и, таким образом, поддерживать крутящий момент при полной нагрузке.

    Из рис. 7.24 видно, что момент отрыва постоянен во всех точках ниже номинальной скорости, за исключением низких частот. На низких частотах тяговый момент снижается из-за сопротивления статора. Когда частота приближается к нулю, падение напряжения из-за сопротивления статора становится важным, и уменьшение магнитного потока, вызывающее уменьшение крутящего момента, становится заметным.Этот эффект известен и легко смягчается с помощью низкоскоростного повышения напряжения: увеличения отношения В, / f на низких частотах для восстановления магнитного потока. На рис. 7.25 показан типичный набор кривых крутящий момент-скорость для привода с повышением напряжения на низкой скорости.

    Рис. 7.25. График зависимости крутящего момента от частоты вращения асинхронного двигателя с частотно-регулируемым приводом с изменением напряжения и частоты, постоянное соотношение В и / Гц до номинальной скорости и повышение напряжения на низкой скорости.

    При превышении номинальной скорости соотношение В и / Гц больше не может поддерживаться постоянным, поскольку напряжение не может превышать номинальное напряжение двигателя во избежание пробоя изоляции двигателя.Увеличение частоты сверх номинальной частоты возможно и приведет к более высокой скорости, но при сохранении напряжения на уровне номинального напряжения и, как следствие, уменьшении отношения В к / Гц, плотность магнитного потока и крутящий момент уменьшатся.

    Преимущество двигателей, поставляемых с частотно-регулируемым приводом, заключается в том, что двигатель может обеспечивать одинаковый максимальный крутящий момент от нулевой до номинальной скорости. Эта область характеристики крутящий момент-скорость двигателя называется областью «постоянного крутящего момента». Непрерывная работа с максимальным крутящим моментом на практике не выполняется из-за тепловых ограничений.Верхний предел крутящего момента, равный номинальному крутящему моменту двигателя, обычно устанавливается в контроллере.

    С двигателями, поставляемыми с частотно-регулируемым приводом, и их наличием высокого крутящего момента на низких скоростях можно избежать проблем пуска, общих для операций с фиксированной частотой (начальное высокое скольжение, высокий пусковой ток, падение напряжения и уменьшение крутящего момента). Двигатель с ЧРП запускается с низкой частоты, которая постепенно увеличивается. Скорость скольжения ротора всегда мала, и ротор непрерывно работает с оптимальным крутящим моментом.Номинальный крутящий момент доступен на низких скоростях, а пусковой ток не превышает номинального тока полной нагрузки. Двигатель может запускаться от недельной сети электроснабжения, не вызывая нарушений напряжения в питающей сети.

    Как упоминалось ранее, двигатель с частотно-регулируемым приводом может развивать любой крутящий момент до номинального крутящего момента на любой скорости вплоть до номинальной. Эта область называется областью «постоянного крутящего момента». При превышении номинальной скорости В / Гц будет уменьшаться, потому что напряжение остается постоянным при номинальном напряжении двигателя, ток статора и ротора также остаются постоянными, а скорость и частота увеличиваются, поэтому плотность магнитного потока будет уменьшаться, а крутящий момент будет уменьшаться обратно пропорционально Частота.Эта область характеристики крутящий момент-скорость двигателя называется областью «постоянной мощности». Область постоянной мощности примерно в два раза превышает номинальную скорость. За пределами области постоянной мощности находится область высоких скоростей, где предел тока совпадает с пределом крутящего момента отрыва, который уменьшается обратно пропорционально квадрату частоты, поэтому постоянная мощность больше не может поддерживаться. Области постоянного крутящего момента, постоянной мощности и высокой скорости показаны на рис. 7.26.

    Рис. 7.26. ЧРП предоставил кривую крутящего момента-скорости асинхронного двигателя в области постоянного крутящего момента, постоянной мощности и высокой скорости.

    В двигателях с ЧРП важно отметить, что кривые крутящий момент-скорость показывают крутящий момент, который двигатель может создать для каждой частоты, но не то, как долго и может ли двигатель работать в каждом состоянии непрерывно. Если в приложении с двигателем, поставляемым с частотно-регулируемым приводом, используется стандартный асинхронный двигатель, необходимо учитывать ограничения по нагреву. Стандартный промышленный двигатель обычно заключен в корпус с вентилятором, установленным на внешнем валу, который обдувает воздухом внешний корпус с оребрением. Стандартная конструкция и охлаждение двигателя предназначены для непрерывной работы при фиксированной частоте и номинальной скорости, подаваемой в сеть.Когда стандартный промышленный двигатель работает, подключенный к ЧРП, который производит низкую частоту и запускает двигатель на низкой скорости, охлаждение двигателя становится проблемой. Двигатель будет способен создавать номинальный крутящий момент на низкой скорости, но в этих условиях он будет работать при более высоких температурах, что может существенно повлиять на срок службы двигателя или вызвать перегрев и отказ двигателя.

    Когда двигатель используется в приложениях с частотно-регулируемым приводом, важно указать сценарии работы, соответствующим образом спроектировать охлаждение и использовать двигатели, подходящие для работы с инвертором.

    Помимо охлаждения, при использовании двигателей с частотно-регулируемым приводом при проектировании необходимо учитывать и другие факторы, такие как влияние гармоник от частотно-регулируемого привода на сеть, конфигурация кабеля и размеры от частотно-регулируемого привода до двигателя и т.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *