Регулирование скорости вращения трехфазных асинхронных двигателей

В двигателях с глубокими пазами на роторе коротко замкнутая обмотка  ротора  выполняется  в  виде тонких  и  высоких  полос (рис. 119). При такой конструкции обмотки происходит оттеснение

тока к верхней части проводников  вследствие  того,  что  нижние части проводников сцеплены с большим числом магнитных линий потока рассеяния, чем верхние части.

Таким образом, ток, протекающий по проводникам, стремится сконцентрироваться преимущественно в верхней их части, что равносильно уменьшению поперечного сечения или увеличению актив­ного сопротивления этих проводников.

Это явление оттеснения тока в верхние части проводников осо­бенно сильно сказывается в момент включения  двигателя,  когда частота тока в роторе равна частоте тока сети, и, следовательно, при пуске в ход повышается активное сопротивление  обмотки  ротора, что увеличивает пусковой момент. При увеличении скорости вращения ротора частота тока в его обмотке уменьшается и ток более равномерно распределяется по сечению  стержней,  и  при нормальной  скорости  вращения  неравномер­ность распределения тока по поперечному сечению стержней почти полностью исчезает. Пусковой момент двигателей этого типа Мп= (1 ÷1,5)  Мн,  а  пусковой  ток  Iп=  (4÷5) Iн.

Таким  образом,  в  двигателях  с  двойной короткозамкнутой обмоткой и с глубокими пазами пусковые моменты больше и пусковые токи меньше, чем у обычных короткозамкнутых двигателей.

Однако рабочие характеристики этих двигателей несколько хуже, чем обычных короткозамкнутых двигателей — несколько меньше соs , к. п. д. и максимальный момент, так как больше по­токи рассеяния, т. е. больше индуктивные сопротивления обмоток ротора.

§ 97. РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Число оборотов ротора в минуту определяется следующим вы­ражением:

Из выражения (122) видно, что число оборотов ротора можно регулировать изменением любой из трех величин, определяющих число оборотов ротора, т. е. изменением частоты тока сети f1 числа пар полюсов р и скольжения S.

Регулирование скорости асинхронных двигателей изменением частоты тока сети сложно, так как необходим какой-либо регули­рующий преобразователь частоты или генератор. Поэтому такой способ не имеет широкого применения.

Изменение числа полюсов машины возможно либо выполнением на статоре нескольких (обычно двух)  обмоток с различным числом  полюсов, либо одной обмотки, допускающей переключение на Различное число полюсов. Может быть помещено на статоре две обмотки, каждая из которых допускает переключение на различное число полюсов.

На рис 120 а схематически показаны две катушки одной фазы, соединенные последовательно. Ток, протекая по ним, создает маг­нитное поле с четырьмя полюсами.

Если изменить направление тока в одной из катушек, включив ее встречно с другой, то обмотка будет создавать двухполюсное магнитное поле (рис. 120, б). При изменении числа полюсов обмот­ки статора изменится скорость вращения его магнитного поля, а следовательно, и скорость вращения ротора двигателя. Этот способ регулирования скорости асинхронного двигателя экономичен, но недостатком его является ступенчатое изменение скорости. Кроме того, стоимость такого двигателя значительно возрастает вследст­вие усложнения обмотки статора и увеличения габаритов машин. Регулирование скорости изменением числа полюсов применяет­ся в двигателях с короткозамкнутым ротором; в двигателях с кон­тактными кольцами этот способ не используется, так как здесь одновременно с изменением числа полюсов обмотки статора необ­ходимо в той же мере изменить число полюсов обмотки вращающе­гося ротора, что весьма сложно.

Заводы СССР выпускают двух-, трех — и четырехскоростные дви­гатели, например, на синхронные скорости вращения 500—750 — 1000—1500 об/мин. Такие двигатели имеют на статоре две обмотки, каждая из которых допускает переключение на различное число полюсов.

Изменить скольжение можно введением в цепь обмотки ротора регулировочного реостата, а также изменением напряжения сети. При изменении напряжения питающей сети изменяется вращаю­щий момент двигателя, пропорциональный квадрату напряжения. При уменьшении вращающего момента начнет уменьшаться число оборотов ротора, т. е. увеличится скольжение.

 Регулировочный реостат включается в цепь обмотки фазного ротора подобно пусковому реостату, но в отличие от пускового этот, реостат рассчитывается на длительное прохождение тока.

При включении регулировочного реостата сила тока в роторе уменьшится, что вызовет уменьшение вращающего момента двигателя и, следовательно, уменьшение скорости вращения или увеличение скольжения. При увеличении скольжения увеличивается э. д. с и ток в роторе. Скорость вращения или скольжения будет изменяться до восстановления равновесия моментов, т. е. пока сила тока в роторе не примет своего начального значения.

Этот способ регулирования скорости вращения может быть использован только в двигателях с фазным ротором и, несмотря на то, что является неэкономичным (так как в регулировочном реостате происходит значительная потеря энергии), имеет широкой применение.

§ 98. ОДНОФАЗНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Однофазные асинхронные двигатели широко применяют при небольших мощностях (до 1—2 квт). Такой двигатель отличается от обычного трехфазного двигателя тем, что на статоре его помещается  однофазная  обмотка.  Поэтому любой  трехфазный  асинхронный двигатель может быть использован в качестве однофазного. Ротор однофазного  асинхронного двигателя может иметь фазную или короткозамкнутую обмотку.

Особенностью однофазных асинхронным двигателей  является отсутствие начального или пускового момента, т. е. при включении такого двигателя в сеть  ротор  его  будет оставаться неподвижным.

Если же под действием какой-либо внеш­ней силы вывести ротор из состояния покоя, то двигатель будет развивать вращающий момент.

Отсутствие начального момента является существенным  недостатком  однофазных асинхронных двигателей. Поэтому они всегда снабжаются пусковым устройством.

Наиболее простым пусковым устройством являются две обмот­ки, помещенные на статоре, сдвинутые друг относительно друга на половину полюсного деления (90° электрических). Эти обмотки катушек питаются от симметричной двухфазной сети, т. е. напря­жения, приложенные к обмоткам катушек, равны между собой ил сдвинуты на четверть периода по фазе. В этом случае токи, про­текающие по катушкам, окажутся также сдвинутыми по фазе на четверть периода, что в дополнение к пространственному сдвигу катушек дает возможность получить вращающееся магнитное поле. При наличии вращающегося магнитного поля двигатель развивает пусковой момент.

 Простейшую двухфазную обмотку можно представить в виде двух катушек (рис. 121), оси которых смещены в пространстве на 90° (электрических). Если по этим катушкам, имеющим одинаковое  число витков, пропустить равные по величине и сдвинутые по фазе на четверть периода синусоидальные токи, т. е.

то магнитные поля этих катушек будут  также  синусоидальны и сдвинуты по фазе на четверть периода, т. е.

При этом вектор ВА направлен по оси катушки А — X, а век­тор Вв — по оси катушки В — У.

В любой момент результирующее магнитное поле равно гео­метрической сумме магнитных полей катушек А и В, т. е.

Следовательно, в любой момент результирующее магнитное поле двухфазной обмотки имеет неизменное значение, равное амплитуде поля одной фазы.

Можно записать: