Двигатели с короткозамкнутым ротором - регулирование координат

4.4.1. Частотное регулирование

Двигатели с короткозамкнутым ротором — самые распространенные электрические машины — до недавнего времени использовались лишь в нерегулируемом электроприводе поскольку практически единственная возможность эффективно регулировать скорость — изменять частоту напряжения, приложенного к статорным обмоткам, была технически трудно реализуема. Сейчас благодаря успехам электроники ситуация кардинально изменилась, и частотно-регулируемый электропривод с преобразователем частоты ПЧ (рис. 4.8, а) стал основным типом регулируемого электропривода.

Как следует из (4.1), пропорциональна частоте и не зависит для данной машины от каких-либо других величин. Вместе с тем, изменяя

следует заботиться об амплитуде напряжения: при уменьшении для сохранения магнитного потока на некотором, например номинальном, уровне в соответствии с (4.4) следует изменять так, чтобы

При увеличении частоты от номинальной при поток в соответствии с (4.4) будет уменьшаться.

Как следует из (4.11), в пренебрежении т.е. в предположении, что критический момент также пропорционален тогда как критическое скольжение обратно пропорционально

Механические характеристики при частотном регулировании в предположении, что показаны на рис. 4.8, б.

Сопротивление цепи статора, которым мы пренебрегаем, оказывает влияние на характеристики особенно малых машин (киловатты) — штриховые линии на рис. 4.8, б, поскольку при снижении частоты Для компенсации этого влияния обычно несколько увеличивают напряжение при низких частотах — штриховая кривая на рис. 4.8, в.

Проведем оценку частотного регулирования скорости по введенным ранее показателям.

1.Регулирование двухзонное — внизи вверх

от основной скорости.

2. Диапазон регулирования в разомкнутой структуре Ста
бильность скорости — высокая.

3. Регулирование плавное.

4. Допустимая нагрузка — при регулировании вниз
от основной скорости при регулировании вверх

5. Способ экономичен в эксплуатации — нет дополнительных элемен
тов, рассеивающих энергию; как будет показано далее, малы потери в пе
реходных процессах. Несомненное достоинство — гибкость управления
координатами в замкнутых структурах. Современные методы так назы
ваемого векторного управления обеспечивают частотно-регулируемому
электроприводу практически те же свойства по управляемости, которые
имеет самый совершенный электропривод постоянного тока.

6. Способ требует использования преобразователя частоты (ПЧ) —
устройства, управляющего частотой и амплитудой выходного напря
жения. Такие устройства — совершенные и доступные — появились
в последнее десятилетие, однако они еще сравнительно дороги — око
ло 3000 руб/кВт в 2000 г. Принцип построения современных ПЧ рас
смотрен далее.

4.4.2. Параметрическое регулирование

Отсутствие до недавнего времени доступного и качественного ПЧ приводило к поиску других решений, одно из которых - изменение при (рис. 4.9, а).

Как следует из (4.11), критический момент при таком регулировании будет снижаться пропорционально критическое скольжение в соответствии с (4.12) останется неизменным — сплошные линии на рис. 4.9, б. В замкнутой по скорости структуре — штриховые линии на рис. 4.9, а — можно получить характеристики, показанные на рис. 4.9, б (штриховые кривые), т.е. способ внешне выглядит весьма привлекательно. Проведем его оценку.

1. Регулирование однозонное — вниз от основной скорости.

2. Диапазон регулирования в замкнутой структуре стабиль
ность скорости удовлетворительная.

3. Плавность высокая.

4. Допустимая нагрузка резко снижается с уменьшением скорости, по
скольку магнитный поток Рассмотрим это важное
обстоятельство подробнее, воспользовавшись выражением для потерь
в роторной цепи (4.9). Допустимыми в продолжительном режиме потеря
ми можно считать номинальные допустимые поте
ри при регулировании определятся как Приравняв вы
ражения для потерь, получим

т.е. даже для специального двигателя с повышенным скольжением (очевидно невыгодного) вместо стандартного

снижение скорости всего на 20 % (s = 0,2) потребует снижения момента в 3 раза (рис. 4.9, 6).

5. Таким образом, рассмотренный способ регулирования очевидно не
эффективен для использования в продолжительном режиме. Даже для са
мой благоприятной нагрузки — вентиляторной необходимы
двух-трехкратное завышение установленной мощности двигателя с по
вышенным скольжением и интенсивный внешний обдув.

Важно отметить, что выражение (4.17) универсально для двигателей с короткозамкнутым ротором при и все попытки обойти это ог-

раничение каким-либо «хитрым» способом, кстати, все еще предпринимаемые, бесперспективны.

Способ регулирования скорости изменением напряжения может в ряде случаев использоваться для кратковременного снижения скорости, а система ПН—АД очень полезна и эффективна для снижения пусковых токов (плавные пускатели), для экономии энергии при недогрузках.

6. Преобразователь напряжения (ПН) — простое устройство в 2—3
раза более дешевое, чем ПЧ, и именно эта особенность системы ПН—
АД приводила в ряде случаев к ее неоправданному применению.

Кроме изложенных способов регулирования координат двигателей с короткозамкнутым ротором для этой цели используются иногда специальные двигатели с переключением обмоток статора, изменяющим число пар полюсов, т.е. в соответствии с (4.1) ступенчато регулирующие Эти двигатели тяжелы, дороги, привод требует дополнительной переключающей аппаратуры и в связи с этим проигрывает современному частотно-регулируемому электроприводу.