20. Перечислите способы регулирования частоты вращения асинхронных двигателей. Опишите и объясните регулирования частоты вращения ротора изменением частоты тока в статоре и изменением числа полюсов.

Возможности асинхронных двигателей (АД) в отношении регулирования частоты вращения ротора определяются выражением: n₂=n₁(-s)=(f₁60/p)(1-s) .

Из этого выражения следует, что частоту вращения ротора АД можно регулировать изменением какой-либо из трех величин: скольжения s, частоты тока в обмотке статора f₁ или числа полюсов в обмотке статора 2р.

Регулирование частоты вращения изменением частоты тока в статоре. Этот способ регулирования (частотное регулирование) ос­нован на изменении синхронной частоты вращения n₁ = f₁ 60/ р.

Д ля осуществления этого способа регулирования необходим источник питания переменного тока с регулируемой частотой (рис. 4). В качестве таких источников могут применяться элек­тромашинные, ионные или полупроводниковые преобразователи частоты (ПЧ). Чтобы регулировать частоту вращения, достаточно изменить частоту тока f₁. Но с изменением частоты будет изменяться и максимальный момент. Поэтому для сохранения неизменными перегрузочной способности, коэффициента мощности и КПД двигателя на требуемом уровне необходимо одно­временно с изменением частоты f₁ изменять и напряжение питания U₁.

Частотное регулирование двигателей позволяет плавно изме­нять частоту вращения в широком диапазоне (до 12:1). Однако источники питания с регулируемой частотой тока удорожают установку.

Регулирование частоты вращения изменением числа полюсов обмотки статора. Этот способ регулирования является ступенчатым (при f₁ = 50 Гц и р=1÷5 пар полюсов можно получить следующие синхронные частоты вращения: 3000, 1500, 1000, 750, 600 об/мин.), так как при переходе с одного числа полюсов на другое синхронная частота меняется скачкообразно.

Изменять число полюсов в обмотке статора можно либо укладкой на статоре двух обмоток с разным числом полюсов, либо укладкой на статоре одной обмотки, конструкция которой позволяет путем переключения катушечных групп получать различное число полюсов. Двигатели с изменяемым числом полюсов в обмотке статора называ­ют многоскоростными.

П ринцип образования полюсно переключаемой обмотки основан на том, что каждая фаза обмотки делится на части (катушечные группы), из­меняя схему соединения которых получают разное число полюсов (рис. 5).

Регулирование частоты вращения изменением числа полюсов на статоре применяют исключительно в АД с короткозамкнутым ротором. В случае же фазного ротора пришлось бы и на роторе применить полюсно переключаемую обмотку, что привело бы к недопустимому усложнению двигателя.

Многоскоростные АД по сравне­нию с обычными АД (односкоростными) имеют большие габариты, массу и стоимость.

21. Опишите и объясните принцип действия однофазного асинхронного двигателя. Чем отличается однофазный двигатель от конденсаторного?

Однофазные АД имеют на статоре, как правило, две обмотки (рис. 1.б). Одна из них называется главной или рабочей, другая - вспомогательной или пусковой. Назначение пусковой обмотки - запустить двигатель.

П ри подаче напряжения только на рабочую обмотку она создает пульсирующий магнитный поток с амплитудой . Этот поток может быть разложен на два вращающихся в противоположные стороны потока и , каждый из которых равен 0,5Ф и вращается со скоростью . Тогда скольжение двигателя относительно прямого потока равно , а относительно обратного потока

Потоки и наводят в обмотке ротора ЭДС и , которые создают токи и . Частота тока в обмотке ротора пропорциональна скольжению . Так как < , то ток , наведенный обратным потоком в обмотке ротора, имеет частоту намного больше частоты тока , наведенного в обмотке ротора прямым потоком .

Для создания необходимого пускового момента однофазный двигатель снабжают дополнительной пусковой обмоткой. Она занимает 1/3 часть статора. Она должна быть сдвинута в пространстве на 90 электрических градусов по отношению к рабочей обмотке и создавать магнитный поток, равный потоку рабочей обмотки. Кроме того, в цепь пусковой обмотки включают фазосмещающий элемент, что необходимо для создания фазового сдвига между токами в рабочей и пусковой обмотках. В качестве фазосмещающего элемента могут применяться активное сопротивление, индуктивность или емкость. После того как ротор двигателя разгонится до скорости, близкой к установившейся, пусковую обмотку отключают.

Для получения вращающего поля посредством двух обмоток на статоре необходимо соблюдение следующих условий:

1. Намагничивающие силы рабочей и пусковой обмоток должны быть равны и сдвинуты в пространстве относительно друг друга на 90 ; ( )

2. Токи в обмотках статора должны быть сдвинуты по фазе относительно друг от друга на 90.

При строгом соблюдении указанных условий вращающееся поле статора является круговым, что соответствует наибольшему значению электромагнитного момента. При нарушении какого-либо из указанных выше условий вращающееся поле становится эллиптическим, состоящим из двух не равных по величине, вращающихся в разные стороны круговых полей: прямого и обратного. Обратное вращающее поле создает на роторе тормозной момент и ухудшает рабочие свойства двигателя.

В отличие от рассмотренного ранее однофазного асинхронно­го двигателя в конденсаторном двигателе вспомогательная обмот­ка после пуска не отключается и остается включенной в течение всего периода работы, при этом емкость С_раб создает фазовый сдвиг между токами I1_А и I1_В.

Таким образом, если однофазный асинхронный двигатель по окончании процесса пуска работает с пульсирующей МДС стато­ра, то конденсаторный двигатель - с вращающейся. Поэтому конденсаторные двигатели по своим свойствам приближаются к трехфазным двигателям.