Регулирование скорости электроприводов с асинхронными двигателями

Из анализа (2.8), (2.32), (2.34) —(2.36) следует, что положение и вид искусственных характеристик асинхронных двигателей, т. е. возможности регулирования их скорости, могут быть оценены значениями скорости холостого хода ©о» критических скольжения sKp и момента Мкр.
Параметрические способы регулирования скорости предполагают изменение параметров двигателей путем включения в статорные и роторные цепи дополнительных элементов — резисторов, катушек индуктивностей, конденсаторов. Изменение параметров асинхронных двигателей не влияет на скорость холостого искусственные характеристики при параметрическом регулировании скорости пересекаются в точке холостого хода (М=0; (о=соо).
Включение дополнительных активных и реактивных сопротивлений в цепь статора в системах электропривода с асинхронными двигателями для регулирования скорости может быть выполнено по схемам рис. 4.10. Роль регулируемого индуктивного сопротивления в статорной цепи двигателя на схеме рис. 4.10,6 выполняет магнитный усилитель МУ, магнитное состояние которого, а следовательно, и индуктивное сопротивление уменьшаются с ростом тока управления /у в обмотке управления. Согласно (2.34) — (2.36) с ростом активного или индуктивного сопротивления статорной цепи уменьшаются значения критических скольжений 5К и момента Мк. Семейство механических характеристик при изменении активного сопротивления представлено на рис. 4.11,а, а при изменении тока управления магнитного усилителя — на рис. 4.11,6. Как следует из рис. 4.11 показатели таких способов регулирования скорости и прежде всего диапазон невысокие, поэтому они не нашли распространения в разомкнутых системах привода. В замкнутых системах привода при небольших диапазонах регулирования нашла применение схема рис. 4.10,6, когда можно осуществить увеличение тока управления /у магнитного усилителя в зависимости от нагрузки на валу двигателя таким образом, что рабочая точка двигателя перемещается с одной механической характеристики на другую. Геометрическое место точек на плоскости s, М представляет собой довольно жесткие механические характеристики, показанные на рис. 4.11,6 штриховой линией. Увеличение диапазона регулирования свыше D—2: 1 нецелесообразно, так как согласно (2.27) это приведет к росту потерь скольжения в роторной цепи. Схемы с магнитным усилителем в статорной цепи используются обычно для двигателей с фазным ротором, так как в этом случае есть возможность в роторую цепь включить дополнительное сопротивление /?2доп. при этом часть потерь выделяется вне ротора на этих сопротивлениях.
Отметим, что включение дополнительного индуктивного сопротивления в роторную цепь двигателя согласно (2.34) — (2.36) приводит к аналогичному результату — снижению значений критических скольжения и момента.
Изменение питающего двигатель напряжения при постоянстве параметров двигателя приводит согласно (2.35) к существенному изменению критического момента при неизменном критическом скольжении, так как и2ф. Следует отметить, что в схемах рис. 4.10 регулирование приводит одновременно к изменению параметров статорной цепи двигателя и напряжения на статорной обмотке двигателя, так как при постоянном напряжении сети изменение последовательно включенного со статором сопротивления приводит при одном и том же токе к изменению падения напряжения на последовательно включенных сопротивлениях обмотки статора и добавочном.
Наиболее распространенным и простым способом регулирования скорости асинхронных двигателей является включение в роторную цепь двигателей регулируемого дополнительного сопротивления. При этом с ростом ВЦ согласно (2.34) и (2.35) увеличивается критическое скольжение при неизменном критическом моменте. Значение дополнительного сопротивления  можно подобрать таким, что пусковой момент будет равен критическому, а ток роторной цепи уменьшится согласно, что снижает нагрев двигателя. Для этой цели выпускаются специальные двигатели с фазным ротором, связь роторной обмотки которых с дополнительными резисторами осуществляется через контактные кольца.
На рис. 4.12,а приведена схема ступенчатого регулирования активного сопротивления в роторной цепи; соответствующие характеристики приведены на рис. 4.12,6. Такая схема включения силовых цепей двигателя весьма широко распространена для механизмов подъема грузов, передвижения мостов и тележек кранов. Правая полуплоскость рис. 4.12,6 соответствует включенному контактору Кв в статорной цепи.
Пуск двигателя в направлении вперед в четыре ступени начинается по характеристике 1В при замкнутом контакторе противовключения. При достижении двигателем скорости переключения сот происходит замыкание контактора ускорения, сопротивление роторной цепи уменьшается на одну ступень. Далее разбег двигателя происходит по характеристике 2В до скорости переключения о>2п, при которой замыкается контактор ускорения Дау, выводится еще одна ступень сопротивления в роторной цепи.
Двигатель продолжает ускоряться по характеристике ЗВ и т. д. до выхода на естественную характеристику, на которой он ускоряется до скорости, соответствующей моменту статического сопротивления. На рис. 4.12,6 Мс=Мвом, поэтому здесь разбег двигателя происходит до скорости
Регулирование скорости обеспечивается тем, что часть добавочного сопротивления в роторной цепи не выводится. Тогда привод будет работать со скоростью, соответствующей моменту статического сопротивления на одной из характеристик 4В—1В в зависимости от того, какая часть добавочного сопротивления осталась в роторной цепи. Как следует из рис. 4.12,6, регулирование скорости может осуществляться вниз от основной. Плавность регулирования невысокая, ее повышение требует увеличения числа ступеней пускорегулирующих реостата и аппаратуры, т. е. увеличения капитальных затрат. Потери энергии в роторной цепи при регулировании скорости согласно (2.27) увеличиваются пропорционально скольжению и распределяются между ротором двигателя и добавочным реостатом пропорционально их сопротивлениям.
При реверсе двигателя (отключение контактора Кь и включение контактора Ки) добавочное сопротивление в роторной цепи введено полностью — все контакторы роторной цепи отключены. Двигатель тормозится по характеристике П в левой полуплоскости в режиме противовключения до скорости со=0, при которой замыкается контактор /Сп, выводит часть сопротивления в роторной цепи, и далее может быть осуществлен разбег двигателя в четыре ступени по характеристикам 1Й—4Н до выхода на естественную характеристику.
Схема предусматривает возможность силового спуска легких грузов, например порожнего загрузочного устройства, и тормозного спуска тяжелых грузов. Силовой спуск обеспечивается характеристиками 1Н и естественной в III квадранте. Тормозной спуск обеспечивается характеристиками в IV квадранте. С малой скоростью о)с,п спуск происходит на характеристике П в режиме противовключения двигателя, с большой скоростью (ос>р — на естественной характеристике в режиме рекуперативного торможения.
Построение пусковой диаграммы осуществляем в следующей последовательности. Строим естественную характеристику асинхронного двигателя. Выбираем значение пускового момента Мп=(0,8-^-0,85) Мкр исходя из возможного снижения напряжения питающей сети до 0,9 UH0M, поскольку М—U2ф. Момент переключения принимаем равным Мпер^ (1,15-г-1,2) Мвом, так как при МС=МНом нужно обеспечить быстрый пуск привода, а при снижении момента двигателя ниже рекомендованных значений процесс пуска может оказаться затянутым. Затем, начиная с характеристики 1В, строим всю пусковую диаграмму в последовательности, показанной на рис. 4.12,6. С помощью пусковой диаграммы можно легко рассчитать значения сопротивлений ступеней пускового реостата. Действительно, из (2.34) следует, что отношение критических скольжений на естественной и искусственной характеристиках определяется как а из при регулировании сопротивления роторной цепи следует, так как коэффициент приведения сопротивлений следует, что скольжения (или пропорциональные им отрезки на рис. 4.12,6) пропорциональны применение скорости вращающегося магнитного поля, т. е. скорости холостого хода. Согласно формуле соо=2я/|/р этой цели можно достичь, изменив число пар полюсов или частоту напряжения питания двигателя.