Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного двигателя с фазным ротором

Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного двигателя с фазным ротором

тО П И С А-«Н-«ИЙ ИЗОБРЕТЕНИЯ и и 71291 Своз Советских Социалистических Реслублин(45) Дата опубликования описания 30.01.80(088.8) ло делам изобретении н открытий(72) Авторыизобретения О. В. Дробышев, В, К, Довбня, О, А. Марков, Н, А, Хадасевичи Л, Ю. Цвирко Белорусский институт механизации сельского хозяйства(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ФАЗНЪМ РОТОРОМИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах различных механизмов, где необходимо регулировать частоту вращения в широких пределах. 5Известно устройство для регулирования частоты вращения асинхронного двигателя, содержащее дроссели насыщения, подключенные к обмотки ротора двигателя, и резисторы 11. Недостатками известного уст О ройства являются низкие энергетические показатели и узкий диапазон регулирования частоты вращения двигателя.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство 15 для регулирования частоты вращения асинхронного двигателя с фазным ротором, содержащее трехфазный магнитный усилитель с самонасыщением, подключенный к обмоткам ротора двигателя, обмотка управ ления которого подключена к регулируемому источнику постоянного тока 2.Недостатком этого устройства является низкий диапазон регулирования в связи с изменением коэффициента усиления маг нитного усилителя от частоты тока ротора.Целью изобретения является расширение диапазона регулирования частоты вращения двигателя, Поставленная цель достигается тем, гго в устройство, содержащее маг- ЗО нитный усилитель с самонасыщением выполненный по трехфазной мостовой схеме и подключенный к обмоткам ротора двигателя, введен коммутатор, подключенный к выходу магнитного усилителя,Работа устройства поясняется чертежом.Статор 1 асинхронного двигателя подключен к источнику переменного тока, а обмотка ротора 2 выводами 3, 4, 5 соединена со входом магнитного усилителя 6, выполненного из силовых обмоток 7 — 12 и вентилей 13 — 18, включенных в плечи трехфазной мостовой схемы магнитного усилителя с самонасыщением 6. К выходным выводам 19, 20 магнитного усилителя 6 подключен коммутатор 21. Устройство содержит обмотки управления 22 магнитного усилителя 6.Работает устройство следующим образом.Коммутатор 21 коммутирует выпрямленный ток ротора 2 с заданной частотой и скважностью. Через обмотки 7 — 12 и вентили 13 — 18 магнитного усилителя 6 протекают токи, промодулированные по частоте коммутатором 21. Эти токи имеют прерывистый характер, с пилообразной формой. Регулирование частоты вращения ротора 2 асинхронного двигателя осуществляется изменением величины индуктивного сопротивления магнитного усилителя 6 при изме712919 Составитель В. Боеведактор В. Левитов Техред А. Камышникова Корректор В. Шашаг Заказ 2905/18 Изд.141 Тираж 798 ПодписноеНПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Типография, пр, Сапунова,пении тока управления в обмотках 22 управления. При регулировании частотывращения ротора 2 частота коммутации, задаваемая коммутатором 21, должна соответствовать частоте тока ротора. С увеличением 5 частоты коэффициент усиления магнитного усилителя возрастает, и при достаточно высоких частотах коммутации, задаваемых коммутатором 21, устройство обеспечивает широкий диапазон регулирования частоты0 вращения с высокими энергетическими показателями. Формула изобретения 15 Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного двигателя с фазнымротором, содержащее магнитный усилитель с самонасыщением, выполненный по трехфазной мостовой схеме и подключенный к обмоткам ротора двигателя, обмотка управления которого подключена к регулируемому источнику постоянного тока, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования, в него введен коммутатор, подключенный к выходу магнитного усилителя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Чиликин М. Г. Асинхронный электро- привод с дросселями насыщения, М-Л Энергия, 1964, с. 10.2. Авторское свидетельство СССР238654, кл, Н 02 р 7/64, 1963,

Потери неизбежны?

Остановимся более подробно на электрических потерях, возникающих в асинхронном электродвигателе.

Работа электрического привода характеризуется целым рядом электрических и механических величин.

К электрическим величинам относятся:

• напряжение сети,
• ток электродвигателя,
• магнитный поток,
• электродвижущая сила (ЭДС).

• частота вращения n (об/мин),
• вращающийся момент M (Н•м) двигателя,
• механическая мощность электродвигателя P (Вт), определяемая произведением момента на частоту вращения: P=(M•n)/(9,55).

при учете которой формула приобретает вид:

Зависимость вращающего момента двигателя M от частоты вращения его ротора n называется механической характеристикой электродвигателя. Отметим, что при работе асинхронной машины со статора на ротор передается через воздушный зазор с помощью электромагнитного поля так называемая электромагнитная мощность:

Часть этой мощности передается на вал ротора в виде механической мощности согласно выражению (2), а остальная часть выделяется в виде потерь в активных сопротивлениях всех трех фаз роторной цепи.

Эти потери, называемые электрическими, равны:

Таким образом, электрические потери определяются квадратом тока, проходящего по обмоткам.

Они в сильной степени определяются нагрузкой асинхронного двигателя. Все другие виды потерь, кроме электрических, изменяются с нагрузкой менее существенно.

Поэтому рассмотрим, как изменяются электрические потери асинхронного двигателя при регулировании частоты вращения.

Электрические потери непосредственно в обмотке ротора электродвигателя выделяются в виде тепла внутри машины и потому определяют ее нагрев. Очевидно, чем больше электрические потери в цепи ротора, тем меньше КПД двигателя, тем менее экономична его работа.

Учитывая, что потери в статоре примерно пропорциональны потерям в роторе, еще более понятно стремление уменьшить электрические потери в роторе. Тот способ регулирования частоты вращения двигателя является экономичным, при котором электрические потери в роторе относительно невелики.

Из анализа выражений следует, что самый экономичный способ управления двигателями заключается в частоте вращения ротора, близкой к синхронной.

Режимы работы

Электродвигатель асинхронного типа универсальный механизм и по продолжительности работы имеет несколько режимов:

• Продолжительный;
• Кратковременный;
• Периодический;
• Повторно-кратковременный;
• Особый.

Продолжительный режим — основной режим работы асинхронных устройств, который характеризуется постоянной работой электродвигателя без отключений с неизменной нагрузкой. Такой режим работы самый распространенный, используется на промышленных предприятиях повсеместно.

Кратковременный режим – работает до достижения постоянной нагрузки определенное время (от 10 до 90 минут), не успевая максимально разогреться. После этого отключается. Такой режим используют при подаче рабочих веществ (воду, нефть, газ) и прочих ситуациях.

Периодический режим – продолжительность работы имеет определенное значение и по завершении цикла работ отключается. Режим работы пуск-работа-остановка. При этом он может отключаться на время, за которое не успевает остыть до внешних температур и включаться заново.

Повторно-кратковременный режим – двигатель не нагревается максимально, но и не успевает остыть до внешней температуры. Применяется в лифтах, эскалаторах и прочих устройствах.

Особый режим – продолжительность и период включения произвольный.

В электротехнике существует принцип обратимости электрических машин — это означает, что устройство может, как преобразовывать электрическую энергию в механическую, так и совершать обратные действия.

Асинхронные электродвигатели тоже соответствуют этому принципу и имеют двигательный и генераторный режим работы.

Двигательный режим – основной режим работы асинхронного электродвигателя. При подаче напряжения на обмотки возникает электромагнитный вращающий момент, увлекающий за собой ротор с валом и, таким образом, вал начинает вращаться, двигатель выходит на постоянную частоту вращения, совершая полезную работу.

Генераторный режим – основан на принципе возбуждения электрического тока в обмотках двигателя при вращении ротора. Если вращать ротор двигателя механическим способом, то на обмотках статора образуется электродвижущая сила, при наличии конденсатора в обмотках возникает емкостный ток. Если емкость конденсатора будет определенного значения, зависящего от характеристик двигателя, то произойдет самовозбуждение генератора и возникнет трехфазная система напряжений. Таким образом короткозамкнутый электродвигатель будет работать как генератор.