Изменение частоты вращения. Данный способ изменения холодопроизводительности предполагает наличие у компрессора регулируемого привода

Данный способ изменения холодопроизводительности предполагает наличие у компрессора регулируемого привода, т.е. привода, имеющего приспособления для изменения частоты вращения вала.

В подавляющем большинстве поршневые компрессоры приводятся в действие асинхронными электродвигателями переменного тока. Поэтому далее будут рассмотрены некоторые схемы с изменением частоты вращения компрессоров с этим типом привода.

В зависимости от видов применяемых электроприводов различают позиционное и плавное изменение частоты вращения вала компрессора.

Позиционное изменение частоты вращения. Этот метод осуществляют с помощью двух- или многоскоростных асинхронных короткозамкнутых электродвигателей. На практике применяют электродвигатели с числом ступеней не более четырех.

При заданной частоте питающего тока частота вращения зависит от числа пар полюсов электродвигателя.

Нетрудно рассчитать синхронную частоту вращения для различного числа пар полюсов при частоте питающего тока 50 Гц.

Р 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
n_с, об/мин 3000 1500 1000 750 600 500 429 375 333 300

Если предположить, что холодопроизводительность регулируемого компрессора линейно зависит от частоты вращения вала электродвигателя, то выбор ступеней регулирования сводится к подбору электродвигателя с нужным числом пар полюсов. Так, четырехскоростной электродвигатель с синхронными частотами вращения 1500, 1000, 750 и 500 об/мин обеспечивает ступени производительности 1, 2/3, 1/2 и 1/3 от максимальной.

Принципиальная схема управления трехскоростным электродвигателем приведена на рис. 3.9. Переключение с одной скорости на другую осуществляется путем изменения соединений между частями обмотки статора электродвигателя, а коммутирование - с помощью пускателей П₁, П₂ и П₃, число которых обычно равно числу ступеней регулирования. Если ключ управления КУ установлен в положение «Автоматика», то управление работой пускателей осуществляется по сигналам от прибора РП, регулирующего температуру в объекте охлаждения. Этот прибор должен иметь релейную реверсивную (трехпозиционную) характеристику (может также использоваться группа двухпозиционных приборов).

Ключ управления имеет и несколько других положений, позволяющих вручную поворотом ключа переключать частоты вращения.

Следует учитывать, что с ростом числа ступеней резко усложняется электродвигатель, увеличивается число обмоток статора, подлежащих коммутации, и число пускателей, возрастают размеры и масса электродвигателя, усложняются схемы управления и ухудшаются энергетические показатели электродвигателя.

Рис. 3.9. Схема управления трехскоростным электродвигателем

Допустимая частота переключений ступеней в данной системе невелика, что связано с износом коммутационной аппаратуры и дополнительным нагревом двигателя.

Плавное изменение частоты вращения. Изменение частоты вращения асинхронного электродвигателя осуществляют введением дополнительного сопротивления в цепь ротора, изменением частоты питающего напряжения и введением в цепь ротора управляемой электродвижущей силой (ЭДС). В первом и третьем случаях должен использоваться асинхронный электродвигатель с контактными кольцами (с фазным ротором), а во втором - можно применить электродвигатель с короткозамкнутым ротором.

Схема с изменяемым сопротивлением в цепи ротора представлена на рис. 3.10, а. Компрессор Км приводится электродвигателем Д, пуск и остановку которого осуществляют вручную кнопками Кн.У через пускатель П (можно составить схему и с автоматическим управлением). В цепь ротора включен реостат Рт, положение движка которого изменяется исполнительным механизмом ИМ. Последний получает сигналы управления от регулирующего прибора РП. При необходимости уменьшения частоты вращения сопротивление увеличивают, при увеличении - уменьшают.

Данный метод находит ограниченное применение из-за высоких энергетических потерь, которые увеличиваются с уменьшением частоты вращения.

Схема с изменением частоты питающего тока показана на рис. 3.10, б. Основным элементом этой схемы является преобразователь частоты ПЧ, который получает энергию от сети промышленной частоты и под действием управляющего сигнала изменяет частоту на выходе в заданных пределах. Ток от преобразователя частоты питает обмотку статора электродвигателя. В соответствии с формулой (3.1) (стр. 18) частота вращения пропорциональна частоте питающего тока. Питание от сети осуществляется через пускатель П и кнопку Кн.У. Управляющий сигнал от регулирующего прибора РП проходит через устройство УУ.

Применение в преобразователе частоты и управляющем устройстве полупроводниковых элементов позволяет выполнять их в сравнительно небольших габаритах и небольшой массы. Однако, несмотря на это, данный метод является достаточно сложным и дорогостоящим. Поэтому использование его должно быть экономически обоснованным.

На рис. 3.10, в приведена схема, в которой эдс е_р, наводимой в роторе, противопоставляется встречная опорная эдс, действие которой эквивалентно введению дополнительного сопротивления. Особенность данной схемы состоит в том, что отведенная из цепи ротора энергия частично возвращается обратно в питающую сеть. Для этой цели ток ротора преобразуется выпрямителем В в постоянный и подается на инвертор Ин. Работой инвертора управляет устройство УУ, которое, в свою очередь, работает от сигналов регулирующего прибора РП. Инвертор преобразует постоянный ток, полученный из тока ротора, в трехфазный промышленной частоты, который возвращается в сеть. Процесс возврата энергии в сеть называют рекуперацией энергии. Чем большая часть энергии рекуперируется в сеть, тем меньшую частоту вращения развивает электродвигатель.

Рис. 3.10. Плавное изменение частоты вращения с помощью

переменных сопротивлений в цепи ротора (а), частоты питающего тока (б)

и введением в цепь ротора управляемой эдс (в)

Данная схема позволяет изменять частоту вращения в широких пределах, при этом в результате рекуперации система имеет достаточно высокие энергетические показатели. Как и схема с преобразователем частоты, данная схема сложна по устройству, и ее применение оправдано в тех случаях, когда основ-ным является требование плавного изменения холодопроизводительности.