Zení rychlosti asynchronních motorů – závod Mogilev Electrodvigatel
Regulace otáček motoru je stanovena v souladu s požadavky technologických postupů a výrobních mechanismů, ve kterých jsou použity. Je charakterizován následujícími hlavními ukazateli.
Regulační rozsah D (mez pro změnu rychlosti otáčení). Tato hodnota je chápána jako poměr maximálních otáček motoru k jeho minimálním otáčkám.
Plynulé ovládání, které se vyznačuje minimálním skokem otáček motoru při přechodu z jedné mechanické charakteristiky na druhou.
Směr možné změny otáček motoru (kontrolní zóna).
Za jmenovitých provozních podmínek (napájecí napětí a frekvence) má motor přirozené mechanické vlastnosti. Při nastavování rychlosti otáčení se budou odpovídající charakteristiky lišit od přirozené. Tyto vlastnosti se nazývají umělé (regulační) charakteristiky. Pomocí některých metod řízení je možné získat umělé charakteristiky, které se nacházejí pouze pod tou přirozenou. Jiné metody poskytují řízení rychlosti nad a pod přirozenou křivkou. Efektivnost regulace je dána dodatečnými investičními náklady nutnými k vytvoření regulačních zařízení a také ztrátami elektrické energie při regulaci.
Je třeba poznamenat, že v řadě případů, například u mechanismů, které pracují relativně krátkou dobu na umělých charakteristikách, budou energetické ztráty i při nehospodárných způsobech řízení malé (práce při nízkých dokončovacích rychlostech výtahů, jeřábů atd.). ). Přitom je racionálnější používat jednoduché a levné způsoby regulace otáček motoru, i když jsou z hlediska spotřeby energie neekonomické.
Přípustné zatížení motoru při provozu na jeho regulačních charakteristikách je omezeno velikostí proudů v obvodech statoru a rotoru. Toto zatížení je určeno přípustným ohřevem motoru a je do značné míry dáno mechanickými vlastnostmi výrobních mechanismů, momentem odporu na hřídeli, momentem setrvačnosti motoru a mechanismu atd.
Otáčky asynchronních motorů lze řídit jejich ovlivňováním ze strany statoru nebo ze strany rotoru. Všechny tři metody jsou v praxi široce používány. Zvažme tyto metody podrobněji.
Regulace rychlosti otáčení změnou frekvence napájecí sítě je nejekonomičtější způsob regulace a umožňuje získat dobré mechanické vlastnosti elektrického pohonu. Při změně frekvence napájecí sítě se mění frekvence otáčení magnetického pole asynchronního motoru. Napájecí zdroj motoru musí převádět napětí standardní síťové frekvence 50 Hz na napětí s požadovanou frekvencí. Současně se změnou frekvence je třeba podle určitého zákona regulovat velikost napětí přiváděného do motoru, aby byla zajištěna vysoká tuhost mechanických charakteristik a požadovaná přetížitelnost motoru. Při regulaci rychlosti otáčení asynchronních motorů změnou frekvence napájecí sítě je možné zajistit různé provozní režimy: s konstantním momentem; s konstantním výkonem hřídele; s točivým momentem úměrným druhé mocnině frekvence.
Vztahy mezi regulovaným napětím a frekvencí, zohledňující vliv odporu statoru, změny tuhosti mechanických charakteristik, nasycení oceli a zhoršení přenosu tepla při nízkých otáčkách rotoru motoru, jsou poměrně složité. Jako zdroj energie lze použít elektrické rotační měniče využívající elektrické stroje nebo statické měniče frekvence na polovodičových součástkách, které jsou komerčně vyráběny v průmyslu. Pozitivní vlastností frekvenční regulace je možnost plynulé regulace v širokém rozsahu v obou směrech přirozené charakteristiky (včetně možnosti natáčet motor na vyšší frekvenci, než je jmenovitá). Při regulaci je zajištěna tuhost charakteristiky a vysoká přetížitelnost. V řadě případů je však u pohonů kovoobráběcích strojů, elektrovřeten, výkonných dmychadel a dalších mechanismů nejvhodnější regulace frekvence.
Regulace rychlosti otáčení změnou počtu pólů ve vinutí statoru je zajištěna změnou frekvence otáčení magnetického pole statoru. Při konstantní frekvenci napájecí sítě se frekvence otáčení magnetického pole a jím určená rychlost rotoru mění nepřímo úměrně počtu pólů. Protože počet pólů, pevně stanovený v krocích, se může rovnat 2, 4, 6, 8, 10 atd., což při frekvenci napájecí sítě 50 Hz odpovídá synchronní rychlosti otáčení 3000, 1500, 1000 , 750, 600 ot./min. atd., pak lze pomocí této metody dosáhnout pouze krokového řízení.
Kromě dvourychlostních asynchronních motorů se používají i třírychlostní a čtyřrychlostní motory. Třírychlostní motory mají jedno spínané a jedno nespínané vinutí, zatímco čtyřrychlostní motory mají dvě spínaná vinutí, umožňující čtyři synchronní rychlosti, například 3000/1500/1000/500 ot./min. Motory s přepínáním počtu pólových párů mají zpravidla rotor nakrátko s vinutím nakrátko. Takový rotor umožňuje provoz bez dalších přepojování ve svém obvodu. V případě vinutého rotoru u víceotáčkových motorů by bylo nutné současné spínání na statoru a rotoru, což by komplikovalo konstrukci rotoru a provoz takových strojů. Mezi pozitivní ukazatele vícerychlostních asynchronních motorů patří účinnost a poměrně velký rozsah regulace otáček rotoru. Nevýhodou tohoto způsobu ovládání je výše zmíněná nemožnost plynule měnit rychlost otáčení.
Jak bylo uvedeno, v rámci jedné obecné průmyslové řady 4A asynchronních motorů se vyrábí modifikace vícerychlostních motorů navržená pro provoz při dvou, třech nebo čtyřech rychlostech. Regulace rychlosti otáčení změnou skluzu je jedním z nejjednodušších způsobů ovládání. Zároveň se při změně skluzu (zvětšení) mění (zvětšují) ztráty ve vinutí rotoru, což vede ke snížení účinnosti při regulaci.
Řízení prokluzu lze provádět jak na straně statoru, tak na straně rotoru. Přirozeně ve druhém případě musí být rotor fázový a musí mít vinutí připojené ke sběracím kroužkům. Při regulaci ze strany statoru se mění napětí aplikované na jeho vinutí. Zvýšení napětí nad jmenovité vede k saturaci magnetického obvodu motoru a proto se nepoužívá.
Pro regulaci rychlosti otáčení snižte napájecí napětí. V tomto případě se točivý moment vyvíjený motorem mění úměrně druhé mocnině napětí a podle toho se mění i mechanické vlastnosti motoru, v důsledku čehož se mění i hodnoty pracovních skluzů. Při regulaci ze strany rotoru se využívá především reostatická regulace otáček zaváděním přídavných aktivních odporů (rezistorů) do obvodu vinutí rotoru. Je důležité poznamenat, že změna otáček motoru v širokém rozsahu s tímto způsobem řízení nebude mít za následek změnu maximálního (kritického) točivého momentu. Při regulaci se tedy nesnižuje přetížitelnost motoru.