Реверсирование и регулирование частоты вращения асинхронного двигателя

Ротор асинхронного двигателя всегда вращается в сторону вращения поля. Поэтому для изменения направления вращения ротора (реверсирования двигателя) необходимо изменить направление вращения поля, а для этого надо изменить порядок чередования фаз на зажимах двигателя. Это осуществляют путем перемены мест включения двух любых проводов линии на зажимах статорной обмотки двигателя. Если по условиям технологического процесса двигатель приходится реверсировать неоднократно, то изменения порядка чередования фаз достигают применением трехполюсного перекидного рубильника (рис. 6.13.1) или специальных переключающих устройств.

Рис. 6.13.1.

Пояснить описанное явление можно следующим образом. Если, например, максимум тока наступил сначала в первой фазе, а затем во второй и третьей, то вектор результирующего магнитного потока последовательно совпадает с положительным направлением оси катушки первой фазы, затем второй и третьей, т. е. он вращается по часовой стрелке (рис. 6.13.2,а).

Рис. 6.13.2.

Если ко второй фазе сети подключить третью катушку, а к третьей фазе — вторую (поменять места подключения третьего и второго подводящего проводов), то теперь максимум магнитного потока будет наступать в третьей катушке раньше, чем во второй (рис. 6.13.2,6) и направление вращения потока изменится на противоположное.

Из формулы частоты вращения ротора n = /i,(l-s) = -^^-(l-s).

следует, что регулирование частоты вращения (при U = const) возможно изменением одной из трех величин, входящих в эту формулу. Первый способ, основанный на изменении частоты/с помощью тиристорных преобразователей (см. гл.2), сложный, дорогой и применяется редко. Второй способ регулирования частоты вращения достигается за счет изменения числа пар полюсов в двигателях с короткозамкнутым ротором. Для двигателей с фазным ротором он не подходит из-за сложности одновременного изменения числа пар полюсов как статорной, так и роторной обмоток. Для изменения числа пар полюсов статорной обмотки необходимо каждую ее фазу выполнить из двух катушек, которые можно было бы переключить с последовательного соединения на параллельное. На рисунке 6.13.3.

Рис. 6.13.3.

показаны распределение токов в сечениях проводников статорной обмотки и картина магнитного поля при последовательном и параллельном соединениях катушек каждой фазы для момента времени /, когда ток в первой фазе имеет максимальное положительное значение (см. рис. 6.13.3). Для упрощения рисунка соединения выполнены только для одновитковых катушек первой фазы.

Распространение получили двигатели, у которых в пазы статора закладывают две самостоятельные обмотки с разным числом пар полюсов. Эти обмотки включаются поочередно.

Существенным недостатком описанного способа регулирования является ступенчатое изменение оборотов ротора.

Третий способ регулирования частоты вращения основан на изменении скольжения. Он применяется для двигателей с фазным ротором и осуществляется путем введения активного сопротивления в каждую фазу ротора. Схема регулирования аналогична схеме пуска (см. рис. 6.12.3) — только регулировочный реостат отличается от пускового своими параметрами. Если пусковой реостат рассчитан на кратковременную работу (только на период пуска), то регулировочный реостат — на длительную работу. Поэтому он выполняется из более толстого провода и имеет большие размеры.

Изменение частоты вращения работающего двигателя реостатом в цепи ротора можно объяснить следующим образом. Допустим, что противодействующему моменту М_т (рис. 6.13.4) при отсутствии сопротивления в цепи ротора соответствует число оборотов л. При этом активная составляющая тока ротора имеет значение /₂ cosy/₂. При включении активного сопротивления в цепь ротора уменьшатся активная составляющая тока и соответственно вращающий момент М.

рим 6.13.4.

Частота вращения ротора начнет уменьшаться, а его скольжение s возрастать. Возрастает и ЭДС ротора Е₂, что приводит к увеличению активной составляющей тока и возрастанию вращающего момента. Этот процесс закончится при равенстве вращающего и противодействующего моментов. В этом случае частота вращения двигателя л становится постоянной, причем п" < п (см. рис. 6.13.4). Этот способ регулирования обеспечивает плавное изменение частоты вращения в пределах п"  — п . Из рассмотрения рисунка следует, что регулирование частоты вращения двигателя при холостом ходе невозможно и диапазон регулирования частоты вращения путем изменения активного сопротивления ротора возрастает с увеличением нагрузки (диапазон регулирования частоты вращения заштрихован).

Изменение частоты вращения ротора можно получить и у двигателя с короткозамкнутым ротором путем изменения напряжения U, на зажимах статора. При уменьшении напряжения U, будет уменьшаться и магнитный поток Ф двигателя, что вызовет уменьшение вращающего момента. На рисунке 6.13.5 показаны механические характеристики асинхронного короткозамкнутого двигателя при нормальном (кривая 1) и сниженном напряжениях (кривая 2) на обмотке статора.

Рис. 6.13.5.

Очевидно, при заданном нагрузочном моменте, равном вращающему моменту Л/" можно иметь различные значения частоты вращения в пределах от п до п . Однако резко снижается нагрузочная способность двигателя, а чрезмерное снижение напряжения даже вызовет остановку двигателя, если максимальный вращающий момент окажется меньше противодействующего М_т. Этот способ регулирования позволяет изменять частоту вращения ротора до 15%. Регулирование частоты вращения двигателя при изменении напряжения на холостом ходу невозможно.

Из рассмотренных способов регулирования частоты вращения ротора следует, что трехфазные асинхронные двигатели допускают либо ступенчатое регулирование частоты, либо плавное, но в малом диапазоне частоты и в этом отношении значительно уступают двигателям постоянного тока, которые позволяют плавно и в широких пределах изменять частоту вращения при различных значениях нагрузки.