Регулирование частоты вращения

асинхронных двигателей с вентиляторным моментом на валу изменением напряжения питающей сети (U _c = var)

Из всех существующих способов изменения напряжения, подводимого к статору асинхронного двигателя, наибольшее распространение получили регуляторы напряжения на базе полупроводниковых приборов с фазовым управлением.

Преимущество рассматриваемых электроприводов в том, что они ориентированы на работу с асинхронными короткозамкнутыми электродвигателями.

Вариант схемы, получившей наибольшее распространение, представлен на рис.8.

Рис 8. Схема АД с регулятором напряжения в цепи статора

(U _c = var)

Регулировочные характеристики для первой гармоники питающего напряжения в разомкнутой и замкнутой по частоте вращения схемах приведены на рис.9.

В разомкнутой системе зона устойчивой работы лежит в пределах, ограниченных скольжениями от s _ном до s _кр(s _кр – критическое скольжение механической характеристики АД). Наличие зоны неустойчивой работы существенно ограничивает диапазон регулирования.

Рис.9. Pегулировочные характеристики с U _c = var:

U _p1, U _p2, …- характеристики АД в разомкнутой системе

регулирования; U _з1, U _з1, U _з1− характеристики АД

в замкнутой системе регулирования

Проблема расширения диапазона регулирования решается путем перехода к замкнутой САР с использованием отрицательной обратной связи по скорости (рис.9).

При выборе мощности асинхронного двигателя, работающего с регулятором напряжения, следует иметь в виду, что потери скольжения сосредоточены в роторе короткозамкнутого двигателя, а их значение не должно превосходить номинальные потери в роторе, т.е.

.

Как известно потери скольжения при регулировании частоты вращения асинхронных электродвигателей с вентиляторной нагрузкой и неизменной синхронной скоростью (ω _с =const) имеют вид кривых (рис 10) с экстремумом в точке , значение которого определяется по формуле

.,

Здесь k –показатель степени связывающий момент на валу насоса и скорость вращения

.,

Рис. 10 Потери в роторе АД при U c = var

В связи с этим следует при выборе мощности двигателя рассматривать два варианта решения поставленной задачи:

в первом случае диапазон регулирования частоты вращения лежит в пределах

(зона 1-2 на рис.10).

В пределах этой зоны номинальные потери скольжения асинхронного двигателя сравниваются с потерями скольжения, соответствующими минимальной частоте вращения в указанном диапазоне регулирования

Если же диапазон регулирования выходит за пределы частоты вращения , номинальные потери асинхронного двигателя следует сравнивать с максимальными потерями скольжения

Учитывая, что , а выражение для максимальных потерь имеет вид

,

то выражение для выбора мощности двигателя представляется в виде

,

где Р _{н. ном} − мощность, рассчитанная по характеристикам насоса.

Анализ выражения показывает, что превышение мощности электродвигателя по сравнению с мощностью на валу зависит от номинального скольжения S _ном электродвигателя и показателя степени k кривой статического момента.

Рис.11 К выбору мощности асинхронного двигателя при U c=var

Коэффициенты превышения мощности k_р для различных значений k и S _н, приведены на рис.11.

На практике регуляторы напряжения для целей регулирования частоты вращения находят весьма ограниченное применение, так как требуют завышения мощности двигателя в 1,5-5 раз.

Однако рассматриваемые электроприводы нашли широкое применение для управления пусковыми режимами асинхронных и синхронных двигателей механизмов с вентиляторной характеристикой.