Что такое контур регулирования скорости двигателя

Регулирование скорости асинхронного двигателя

Наиболее распространены следующие способы регулирования скорости асинхронного двигателя : изменение дополнительного сопротивления цепи ротора, изменение напряжения, подводимого к обмотке статора, двигателя изменение частоты питающего напряжения, а также переключение числа пар полюсов.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя путем введения резисторов в цепь ротора

Введение резисторов в цепь ротора приводит к увеличению потерь мощности и снижению частоты вращения ротора двигателя за счет увеличения скольжения, поскольку n = n о (1 — s).

Из рис. 1 следует, что при увеличении сопротивления в цепи ротора при том же моменте частота вращения вала двигателя уменьшается.

Жесткость механических характеристик значительно снижается с уменьшением частоты вращения, что ограничивает диапазон регулирования до (2 — 3) : 1. Недостатком этого способа являются значительные потери энергии, которые пропорциональны скольжению. Такое регулирование возможно только для двигателя с фазным ротором.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя изменением напряжения на статоре

Изменение напряжения, подводимого к обмотке статора асинхронного двигателя , позволяет регулировать скорость с помощью относительно простых технических средств и схем управления. Для этого между сетью переменного тока со стандартным напряжением U 1ном и статором электродвигателя включается регулятор напряжения .

При регулировании частоты вращения асинхронного двигателя изменением напряжения, подводимого к обмотке статора, критический момент М кр асинхронного двигателя изменяется пропорционально квадрату подводимого к двигателю напряжения U рет (рис. 3 ), а скольжение от U рег не зависит.

Рис. 1. Механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором при различных сопротивлениях резисторов, включенных в цепь ротора

Рис. 2. Схема регулирования скорости асинхронного двигателя путем изменения напряжения на статоре

Рис. 3. Механические характеристики асинхронного двигателя при изменении напряжения подводимого к обмоткам статора

Если момент сопротивления рабочей машины больше пускового момента электродвигателя (Мс > Мпуск), то двигатель не будет вращаться, поэтому необходимо запустить его при номинальном напряжении Uном или на холостом ходу.

Регулировать частоту вращения короткозамкнутых асинхронных двигателей таким способом можно только при вентиляторном характере нагрузки. Кроме того, должны использоваться специальные электродвигатели с повышенным скольжением. Диапазон регулирования небольшой, до n кр.

Для изменения напряжения применяют трехфазные автотрансформаторы и тиристорные регуляторы напряжения.

Рис. 4. Схема замкнутой системы регулирования скорости тиристорный регулятор напряжения — асинхронный двигатель (ТРН — АД)

Замкнутая схема управления асинхронным двигателем , выполненным по схеме тиристорный регулятор напряжения — электродвигатель позволяет регулировать скорость асинхронного двигателя с повышенным скольжением (такие двигатели применяются в вентиляционных установках).

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя изменением частоты питающего напряжения

Так как частота вращения магнитного поля статора n о = 60 f /р, то регулирование частоты вращения асинхронного двигателя можно производить изменением частоты питающего напряжения.

Принцип частотного метода регулирования скорости асинхронного двигателя заключается в том, что, изменяя частоту питающего напряжения, можно в соответствии с выражением при неизменном числе пар полюсов р изменять угловую скорость n о магнитного поля статора.

Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а механические характеристики обладают высокой жесткостью.

Для получения высоких энергетических показателей асинхронных двигателей (коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности) необходимо одновременно с частотой изменять и подводимое напряжение. Закон изменения напряжения зависит от характера момента нагрузки Мс. При постоянном моменте нагрузки напряжение на статоре должно регулироваться пропорционально частоте.

Схема частотного электропривода приведена на рис. 5, а механические характеристики АД при частотном регулировании — на рис. 6.

Рис. 5. Схема частотного электропривода

Рис. 6. Механические характеристики асинхронного двигателя при частотном регулировании

С уменьшением частоты f критический момент несколько уменьшается в области малых частот вращения. Это объясняется возрастанием влияния активного сопротивления обмотки статора при одновременном снижении частоты и напряжения.

Частотное регулирование скорости асинхронного двигателя позволяет изменять частоту вращения в диапазоне (20 — 30) : 1. Частотный способ является наиболее перспективным для регулирования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Потери мощности при таком регулировании невелики, поскольку минимальны потери скольжения.

Читайте также:  Расчет массового расхода воздуха двигателем

Большинство современных преобразователей частоты построено по схеме двойного преобразования. Они состоят из следующих основных частей: звена постоянного тока (неуправляемого выпрямителя), силового импульсного инвертора и системы управления.

Звено постоянного тока состоит из неуправляемого выпрямителя и фильтра. Переменное напряжение питающей сети преобразуется в нем в напряжение постоянного тока.

Силовой трехфазный импульсный инвертор содержит шесть транзисторных ключей. Каждая обмотка электродвигателя подключается через соответствующий ключ к положительному и отрицательному выводам выпрямителя. Инвертор осуществляет преобразование выпрямленного напряжения в трехфазное переменное напряжение нужной частоты и амплитуды, которое прикладывается к обмоткам статора электродвигателя.

В выходных каскадах инвертора в качестве ключей используются силовые IGBT-транзисторы. По сравнению с тиристорами они имеют более высокую частоту переключения, что позволяет вырабатывать выходной сигнал синусоидальной формы с минимальными искажениями. Регулирование выходной частоты I вых и выходного напряжения осуществляется за счет высокочастотной широтно-импульсной модуляции.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя переключение числа пар полюсов

Ступенчатое регулирование скорости можно осуществить, используя специальные многоскоростные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.

Из выражения n о = 60 f /р следует, что при изменении числа пар полюсов р получаются механические характеристики с разной частотой вращения n о магнитного поля статора. Так как значение р определяется целыми числами, то переход от одной характеристики к другой в процессе регулирования носит ступенчатый характер.

Существует два способа изменения числа пар полюсов. В первом случае в пазы статора укладывают две обмотки с разным числом полюсов. При изменении скорости к сети подключается одна из обмоток. Во втором случае обмотку каждой фазы составляют из двух частей, которые соединяют параллельно или последовательно. При этом число пар полюсов изменяется в два раза.

Рис. 7. Схемы переключения обмоток асинхронного двигателя: а — с одинарной звезды на двойную; б — с треугольника на двойную звезду

Регулирование скорости путем изменения числа пар полюсов экономично, а механические характеристики сохраняют жесткость. Недостатком этого способа является ступенчатый характер изменения частоты вращения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Выпускаются двухскоростные двигатели с числом полюсов 4/2, 8/4, 12/6. Четырехскоростной электродвигатель с полюсами 12/8/6/4 имеет две переключаемые обмотки.

Использованы материалы книги Дайнеко В.А., Ковалинский А.И. Электрооборудование сельскохозяйственных предприятий.

Источник

Изменение оборотов асинхронного двигателя. Разбор способов регулирования.

Благодаря своей простоте исполнения, относительной дешевизне и надежности трехфазные двигатели широко используются в хозяйстве и производстве. Во многих исполнительных механизмах применяют всевозможные типы асинхронных двигателей . Для широкого спектра применения АД, необходимо изменять и регулировать скорость вращения вала двигателя. Регулировка скорости АД производят несколькими способами. Их мы сейчас и рассмотрим.

  1. Механические регулирование. Путем изменения передаточного числа в редукторах.
  2. Электрическое регулирование. Изменением нескольких параметров питающего напряжения.

Рассмотрим электрическое изменение скорости АД, как более точный и распространённый способ регулирования.

Управление электрическими параметрами позволяет производить плавный запуск двигателя, поддерживать заданные параметры скорости или момента асинхронного мотора.

Параметры с помощью которых управляют мотором:

  • Частотой тока питающей сети.
  • Величиной тока в цепях мотора.
  • Напряжением на двигателе.

Самым распространённым асинхронным двигателем является мотор беличье колесо, двигатель с короткозамкнутым ротором. Для управления вращением, в этом типе электрических машин, применяют несколько видов воздействия.

  • Изменение частоты поля статора.
  • Управление величиной скольжения, изменяя напряжение питания.

Регулирование частотой

Специальные устройства, преобразователи частоты (другие названия инвертор, частотник, драйвер), подключаются к электрической машине. Путем выпрямления напряжения питания, преобразователь частоты внутри себя формирует необходимые величины частоты и напряжения, и подает их на электрический двигатель.

Необходимые параметры для управления АД преобразователь рассчитывает самостоятельно, согласно внутренним алгоритмам, запрограммированным производителем устройства.

Преимущества регулирование частотой .

  • Достигается плавное регулирование частоты вращения электромотора.
  • Изменение скорости и направление вращения двигателя.
  • Автоматическое поддержание требуемых параметров.
  • Экономичность системы управления.

Единственный недостаток, с которым можно смирится, это необходимость в приобретении частотника. Цены на такие устройства совсем незаоблачные, и в пределах 150 уе, можно обзавестись преобразователем для 2 кВт двигателя.

Регулирование оборотов изменением числа пар полюсов

Специальные многоскоростные двигатели со сложной обмоткой регулируются путем изменения количества активных полюсов на статоре. Обмотки полюсов разбиты на группы, и чередуются, путем коммутации обмотки подключаются, то параллельно, то последовательно.

Читайте также:  Датчик давления масла двигателя ямз 7511

Положительные моменты данного способа.

  • Высокий КПД мотора.
  • Жесткие механические выходные параметры.

К недостаткам такого управления, можно отнести высокую стоимость электрической машин, а также значительный вес и габариты такого двигателя. Изменение оборотов происходит ступенькой 1500-3000 об/мин.

Асинхронные двигатели с фазным ротором

Основной способ управления АД с фазным ротором — изменение величины скольжения между статором и ротором.

Регулирование с помощью напряжения

Через специальные автотрансформаторы ЛАТР, путем изменения напряжения на обмотках двигателя, производят регулировку оборотов вала.

Данный способ так же подходит и к АД с короткозамкнутым ротором. Таким способ можно регулировать в пределах от минимума до номинальных параметров двигателя.

Установка активного сопротивления в цепи ротора

Переменное реостатное сопротивление или набор сопротивлений в цепи ротора воздействует на ток и поле ротора. Изменяя таким образом величину скольжения и количество оборотов двигателя.

Чем больше сопротивление, тем меньше ток, тем больше величина скольжения АД и меньше скорость.

Достоинства такого регулирования.

  1. Большой диапазон регулирования оборотами электрической машины.
  2. Мягкая выходная характеристика мотора.

Недостатки такого способа.

  1. Уменьшение КПД двигателя.
  2. Ухудшение рабочих характеристик механизма.

Моторы с двойным питанием через вентильные устройства

Регулировка мощности и оборотов в АД с фазным ротором происходит путем изменения величины скольжения. Управление крупными, специальными машинами происходит путем подачи и регулировкой величины ЭДС, на ротор от отдельного источника напряжения.

Эпилог

При всех своих достоинствах асинхронные машины имеют существенный недостаток, это рывок ротора при подаче напряжения. Такие режимы опасны как для самого двигателя, так и для приводных механизмов. Поскольку во время пуска АД, ток в обмотках двигателя приравнивается к короткому замыканию. А рывок вала разбивает подшипники, шлицы, передаточные устройства. Поэтому пуск АД стараются производить плавным стартом. А именно:

  • Запуск через ЛАТР.
  • Разгон и работа АД, через переключение обмоток двигателя звезда-треугольник.
  • Использование устройств управления, таких как частотный преобразователь.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Контур — регулирование — скорость

Идея рассматриваемого способа регулирования заключается в том, чтобы, непосредственно измерив величину действующего на электропривод возмущения ( в нашем случае — / Wc), изменить уставку на входе контура регулирования скорости так, чтобы скорость вращения двигателя не изменялась при приложении Мс. На схеме ( рис. 3.10) измерение возмущения и подача компенсирующего сигнала UK на вход системы электропривода производится специальным компенсирующим устройством КУ. [32]

При приложении момента статической нагрузки сначала происходит снижение скорости и соответствующего ей напряжения на выходе датчика скорости ДС, это вызывает увеличение разницы напряжений ЗИ и ДС ( ошибки в контуре регулирования скорости ), что приводит к росту напряжений на выходах PC, РТВ и ТВ и увеличению момента двигателя. Когда переходный процесс закончится, то величина напряжения на выходе PC и соответствующего ему магнитного потока двигателя установятся такими, чтобы уравновесить приложенный внешний момент статической нагрузки и восстановить скорость. [33]

Итак, функционально рассматриваемая система электропривода выполнена как двухконтурная схема подчиненного регулирования, в которой внутренним контуром является контур косвенного регулирования электромагнитного момента двигателя ( он содержит три параллельных канала регулирования фазных токов статора), а внешним контуром — контур регулирования скорости вращения электропривода с обратной связью по скорости. Регулирование величины электромагнитного момента синхронного двигателя достигается в рассматриваемой схеме за счет изменения амплитуды токов фаз статора пропорционально напряжению на выходе PC при фиксированной величине угла ориентации вектора МДС статора относительно магнитной оси обмотки ротора. [34]

Поскольку сигнал 1 / з PC во много раз превышает установившееся значение входного сигнала L / BX PC регулятор PC входит в зону ограничения, и на егочвыходе действует сигнал l / огр. Контур регулирования скорости как бы размыкается, а контур регулирования тока вступает в действие, и двигатель начинает разгоняться практически при постоянном токе, якоря, равном / я ст. По мере разгона возрастает сигнал ( У0 с си от тахогенератора ТГ. При угловой скорости двигателя, близкой к заданной, регулятор PC выходит из зоны ограничения, и с этого момента вступает в действие обратная связь по скорости. Разгон двигателя заканчивается, и он переходит в установившийся режим при угловой скорости шс пр и токе якоря / с пр, соответствующих нагрузке стола при прямом ходе. [35]

Читайте также:  Ауди 100 двигатель аар рабочая температура

Во-вторых, система управления может иметь несколько вариантов. Здесь контур регулирования скорости выполнен так же, как на рис. 6.7, но возбуждение контролируется контуром регулирования напряжения на статоре двигателя. При напряжениях на статоре двигателя меньших номинального ( U 1 / н) регулятор напряжения РН насыщен, а ток возбуждения двигателя определяется установкой блока ограничения БО2 и максимален. При увеличении скорости выше основной происходит уменьшение напряжения на выходе РН и ослабление потока двигателя при постоянной амплитуде напряжения на статоре. Предельная механическая характеристика электропривода совпадает в этом случае с аналогичной-характеристикой в электроприводе постоянного тока с двухзонным регулированием. [36]

Все описанные выше элементы схемы образуют внутренний контур косвенного регулирования электромагнитного момента MS. Внешним является контур регулирования скорости вращения вала двигателя , который, кроме контура регулирования момента MS содержит также регулятор скорости PC, датчик скорости ДС с тахогенератором ТГ. [37]

При скорости движения кабины более 2 м / с используются ЭП постоянного тока по системе Г — Д и ТП-Д. Эти ЭП помимо контуров регулирования скорости имеют контуры регулирования тока. Точность остановки кабины осуществляется контуром положения, который включается при подходе кабины к зоне точной остановки. Линейные механические характеристики в системе ТП-Д обеспечиваются путем исключения работы ЭП в зоне прерывистых токов за счет введения в систему регулирования дополнительных регуляторов тока PTI и РТ2, предназначенных для поддержания на требуемом уровне уравнительных токов. [38]

Это происходит потому, что частота среза контура регулирования скорости п — оказалась существенно выше частоты резонанса в механической системе. [40]

На вход каждого из регуляторов подаются сигналы заданного и действительного значений регулируемой координаты данного контура, причем предыдущий по ходу управляющих воздействий регулятор вырабатывает сигнал задания для последующего регулятора. Так, в схеме на рис. 3.24, в на вход регулятора КУ2 контура регулирования скорости подается разность сигналов задания скорости g со3 и ее действительного значения у — со. Таким образом, каждый последующий внутренний контур является подчиненным по отношению к предыдущему. [41]

Очевидно, дальнейшее увеличение стабильности диаграммы скорости при различных нагрузках может быть обеспечено применением систем с меньшей установившейся динамической ошибкой при линейном нарастании задающего сигнала, поэтому анализу динамической точности различных систем регулирования скорости выше было уделено много внимания ( см. гл. Для уменьшения переходных составляющих динамической ошибки необходимо обеспечивать высокое демпфирование переходных процессов в контуре регулирования скорости с коэффициентом демпфирования, близким к единице. [42]

На рис. 5.11 приведена структурная модель системы регулирования скорости двигателя постоянного тока. Система имеет два регулятора с каскадным включением: внутренний контур — контур регулирования тока и внешний контур — контур регулирования скорости . [43]

Будем считать, что напряжение на статоре не изменяется при изменении нагрузки на валу двигателя. В качестве расчетного значения коэффициента усиления канала КН примем его максимальное значение KD МАКС, когда условия устойчивости контура регулирования скорости наихудшие. Примем Кп 0, то есть двигатель при изменении напряжения на статоре рассматривается как источник регулируемого момента и имеет абсолютно мягкую механическую характеристику. Это допущение бывает приемлемым потому, что в схемах асинхронных электроприводов с регулированием напряжения на статоре применяются или двигатели с повышенным скольжением, или в цепь ротора двигателей с фазным ротором вводятся добавочные резисторы. Да и в обычных короткозамкнутых асинхронных двигателях величины К и / Спуск разнятся незначительно, так что частота среза контура, образованного звеньями Д и КС, получается намного ниже частоты среза контура регулирования скорости. [44]

На рис. 2.10 б изображены ЛАЧХ электропривода. ЛАЧХ LI замкнутого контура регулирования скорости получается аппроксимацией нижних участков кривых L2 и — L0c, где L2 — ЛАЧХ звеньев, включенных в прямой канал контура регулирования скорости , — Loc — обратная ЛАЧХ канала ОС. Результирующая ЛАЧХ электропривода с выходом по току якоря L3 получена смещением кривой Ц на величину 7 — д / Тзи. [45]

Источник

Adblock
detector