Изменение числа пар полюсов статора

Наиболее широко применяется, так как этот способ регулирования угловой скорости пригоден для короткозамкнутых АД. Изменяя число пар полюсов р переключением фазных обмоток статора с одной схемы соединения на другую (рис.4.15) можно в обратно пропорциональной зависимости изменить синхронную угловую скорость АД под нагрузкой. При этом число пар полюсов короткозамкнутого ротора изменяется автоматически. Так как р — целое число, то регулирование данным способом ступенчатое. В простейшем и наиболее распространенном случае полюса переключают со схемы соединения «звезда» на схему соединения «двойная звезда» (рис.4.16,а). Каждая фазная обмотка специального 2-скоростного АД состоит из двух секций. Начала и концы каждой из половин фазных обмоток, расположенных на панели выводов АД, соединяют последовательно или параллельно (во втором случае - звезда»). Число пар полюсов при этом уменьшается вдвое.

Рис.4.15. Схемы соединения двух половин фазной обмотки 2-скоростного короткозамкнутого АД: а–последовательное соединение, б–параллельное соединение.

Это становится очевидным из сопоставления принципиальных схем соединения обеих половин обмотки одной фазы АД. На рис.4.15, а обе половины соединены последовательно перемычкой 1К–2Н между концом первой половины и началом второй. Рассматривая направление тока в активных сторонах секции обмотки в определенный момент времени, устанавливаем, что в АД создано вращающееся магнитное поле, образованное восемью полюсами. На рис.4.15,б обе половины обмотки соединены параллельно перемычками 1К —2Н и 1Н—2К. Теперь в не которых соседних сторонах секций ток в данный момент времени течет в одинаковом направлении, вследствие чего образуется всего 4 полюса. Угловая скорость ротора АД в результате такого переключения увеличивается вдвое. То же получается при переключении обмоток со схемы «треугольник» на схему «двойная звезда» (рис. 4.16,б).

В качестве примера рассмотрим простейшие переключения обмоток 2-скоростных АД: со «звезды» или «треугольника» на «двойную звезду» (см. рис.4.16).

Рис. 4.16. Схемы переключения обмоток статора асинхронного 2-скоростного короткозамкнутого двигателя:

а—со звезды» на «двойную звезду»; б—с «треугольника» на двойную звезду»

При переключении двух частей каждой фазы с последовательного соединения на параллельное число пар полюсов уменьшается вдвое, а угловая скорость поля статора во столько же раз увеличивается, и соответственно в такой же степени возрастает угловая скорость ротора. Отличие соответствующих механических характеристик (рис. 4.17) при различных способах переключения пар полюсов состоит в неодинаковости критических моментов и объясняется следующими обстоятельствами.

Рис. 4.17. Механические характеристики 2-скоростного асинхронного двигателя:

а — при переключении обмотки статора со «звезды» на «двойную звезду; б — с «Треугольника» на «двойную звезду»

1. При переключении со «звезды» на «двойную звезду» вдвое уменьшается число пар полюсов и вдвое увеличивается магнитный поток одного полюса. Последнее объясняется тем, что у «двойной звезды» по отношению к «звезде» при том же значении фазового напряжения число последовательно соединенных витков одной фазы будет меньше в 2 раза, а это ведет к увеличению в 2 раза тока статора и соответственно в 2 раза увеличивается магнитный поток одной пары полюсов. Так как вращающий момент АД, и в частном случае критический момент, пропорционален числу полюсов, то его значение может быть выражено следующей формулой: Мкр = с₁рI₂Ф соs j₂. Из этого уравнения ясно, что поскольку при переключении числа пар полюсов по первому способу значение рФ не изменяется, критический момент АД, определяющий его перегрузочную способность, остается таким же.

В случае переключения с «треугольника» на «двойную звезду» фазное напряжение уменьшается в √3 раз, а число последовательно соединенных витков одной фазы — в 2 раза. Поэтому ток возбуждения и магнитный поток здесь увеличиваются всего на 14%. Значение рФ при уменьшении вдвое числа пар полюсов также уменьшается. Следовательно, уменьшается и критический момент АД, т. е. снижается перегрузочная способность.

При переключении многоскоростного АД с большей скорости на меньшую в первоначальный момент скорость вращающегося по инерции ротора оказывается больше угловой скорости поля статора, снизившейся в 2 раза. Вследствие этого скольжение становится отрицательным, ЭДС ротора Е_2s становится противоположной по фазе и соответственно меняется на 180° по фазе ток ротора I₂. Изменившийся по фазе ток создает во взаимодействии с магнитным потоком противоположный по направлению момент : Мт = kI₂Ф соs j₂, который для вращающегося в том же направлении ротора будет являться тормозным. Это явление в схемах ЭП судовых грузоподъемных механизмов широко используют для облегчения работы механических электромагнитных тормозов.

Возможны и другие переключения схем соединения обмоток, причем каждая фазная обмотка может состоять не только из двух половин, но и из трех, четырех и даже пяти частей. В этих случаях отдельные части обмоток соединяют, кроме указанных выше схем, «двойным» и «тройным треугольником», «тройной звездой»; применяют комбинированное соединение нескольких частей обмоток и т. п. В результате можно получать не только две, но и три, четыре угловые скорости. Такие полюсопереключаемые АД называются многоскоростными.

В судовых ЭП применяются многоскоростные 2- и 3-обмоточные АД серии МАП, у которых есть 2 или 3 независимые одна от другой 3-фазные обмотки статора. Каждая из обмоток выполнена на разное число пар полюсов. Одна из обмоток называется тихоходной, другая–быстроходной и т.д. Любую из этих обмоток можно переключить со схемы «треугольник» на схему «двойная звезда» и получить таким образом большее число скоростей. Наибольшее распространение в 2-скоростном исполнении получили АД с кратностью скоростей 2:1, а в 3-скоростном исполнении — с кратностью 4:2:1 и 6:2:1. Полюсопереключаемые АД могут иметь обычный ротор с короткозамкнутой обмоткой, а также ротор с переменными параметрами (двойная беличья клетка и т. п.).

Способ регулирования скорости переключением числа пар полюсов прост в реализации и экономичен, поскольку АД работают с малыми скольжениями. Основной недостаток этого способа — ограниченное число скоростей в заданном диапазоне регулирования: для 1-обмоточньих АД—обычно 2 скорости, для 2-обмоточных–3. Обеспечить плавное регулирование скорости здесь невозможно, нельзя получить также «ползучие» скорости. При ступенчатом изменении числа пар полюсов угловая скорость поля статора, а соответственно и скольжение также изменяются ступенчато. Это приводит к ступенчатому изменению значений ЭДС, тока ротора, вращающего момента, и АД испытывает дополнительные динамические нагрузки. Кроме того, многоскоростные АД, при прочих равных условиях, больше по габаритным размерам, и для управления ими нужна более сложная и дорогая аппаратура.

Дата добавления: 2014-04-17; просмотров: 2129; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!