Анализ и синтез схем регулирования двухскоростных асинхронных двигателей

ЭНЕРГЕТИКА

УДК 62.50

С. В. ГАВРИЛОВА, В. И. ДОМАНОВ

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СХЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВУХСКОРОСТНЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Рассмотрены различные системы регулирования скорости двухскоростного асинхронного двигателя, проанализированы схема замещения и векторная диаграмма двигателя, которые поясняют особенности его работы в различных режимах.

Ключевые слова: регулирование скорости, асинхронный двигатель, схема замещения, векторная диаграмма.

В промышленности двухскоростные асинхронные двигатели (ДСАД) используются в основном для работы на двух механических характеристиках. Изменение режима работы достигается переключением секций фазных обмоток [1-3]. За счёт этого изменяется скорость ДСАД. При этом практически не используются (не применяются) силовые электронные устройства: преобразователи частоты или регуляторы напряжения (РН). В то же время возникает необходимость регулирования частоты вращения ДСАД в ограниченном диапазоне в области основных механических характеристик. В этом случае возможно эффективно управлять двигателем за счёт разделения обмоток статора на две независимые обмотки (рис. 1).

В этом случае питание подаётся на одну из схем (А1, В1, С1). Вторая схема может управляться через регулятор напряжения (рис. 2) [4-7].

Если РН позволяет работать в режиме рекуперации, то возможно обеспечить снижение скорости ДСАД за счёт «подтормаживания» двигателя второй схемой. Таким образом, разделение обмоток в ДСАД и использование второй схемы для управления позволяет существенно расширить его диапазон регулирования.

Известны Т-образная схема замещения АД и векторная диаграмма приведённого асинхронного двигателя (рис.3). На рисунке пунктиром добавлена часть схемы замещения для варианта схем обмоток «звезда + звезда». При этом нагрузка на вторую схему обмоток подключается внешне и может иметь резистивный, индуктивный или ёмкостный характер.

© Гаврилова С. В., Доманов В. И., 2015

Характер нагрузки напрямую влияет на угол р, что даёт возможность изменять его в широких пределах. Векторы токов и напряжений второй схемы обмоток добавлены на рис.3,б пунктиром. Влияние этой нагрузки отражается на векторных уравнениях потокосцеплений для обобщённой машины:

¥1 = ¿Д + М0^2 + ¿Д' = ¿8 (А + О + М0^ ¥2 = ¿¿2 + М 0*1 + М Д' = ¿^2 + М 0^1 + ?).

В зависимости от направления вектора /1 возможно увеличение или снижение и изменение направления потокосцеплений ¥1 и ¥2.

Кроме предложенных возможностей регулирования ДСАД можно отметить вариант использования второй схемы обмоток в режиме динамического торможения. Для этого достаточно замкнуть фазы через диод с ограничительным сопротивлением. Наведенная ЭДС будет служить источником для цепи динамического торможения.

Результатом исследования стала разработка системы управления ДСАД по схеме включения обмоток двигателя, представленной на рис. 4. На фигуре первая группа обмоток статора (1) подключается к питающей сети, вторая группа обмоток (2) через коммутатор (4) может быть подключена к сети. В этом случае регулируя ток, протекающий через обмотки, с помощью реостата (5), подключённого ко вторым концам обмоток через выпрямитель (3), можно регулировать механическую характеристику в диапазоне между режимами двойная звезда и звезда (рис. 3).

Если переключить коммутатор (4) во второе положение, обмотки второй группы статора отключаются от сети и закорачиваются. В этом случае, регулируя ток в цепи обмоток, можно изменять механические характеристики ДСАД от звезды до режима «подтормаживания» (т. е. при закорачивании второй группы обмоток статора через конденсаторы).

лл

Рис. 1. Изменение схемы включения обмоток ДСАД

Рис. 2. Схема включения ДСАД и РН

А П

О—I

Рис. 3. Схема замещения АД и векторная диаграмма приведённого асинхронного двигателя

б

а

00-

0-

, il , Il 1 4

Lrl I U-1

. . Ь-1 . IVI

IVI 1

' Г-J rvj ' нЦ i

Рис. 4. Система управления ДСАД

В результате проведённых исследований можно сделать выводы, что разделение обмоток статора ДСАД на две группы позволяет создать автоматизированную параметрическую систему управления с более широкими функциональными возможностями, а полученные схема замещения и векторная диаграмма позволяют анализировать различные режимы работы предлагаемой системы. Сравнение с другими схемами параметрического управления асинхронных двигателей (машина с фазным ротором, включение сопротивлений в обмотки статора и др.) показывает преимущества предлагаемой схемы.

4. Соколовский Г. Г. Электроприводы переменного тока с частотным управлением. - М. : ЛСЛББМЛ, 2006. - 272 с.

5. Браславский И. Я. Энергосберегающий асинхронный электропривод. - М. : ЛСЛББМЛ, 2004. - 256 с.

6. Волков Н. И., Миловзоров В. П. Электромашинные устройства автоматики. - М. : Высш. шк., 1986. - 335 с.

7. Машиностроение. Энциклопедия / Ред. совет К. В. Фролов и др. / под ред. Л. Б. Масанди-лова. - М. : Машиностроение. Электроприводы. Т. 1У-2 2012. - 520 с.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Иванов-Смоленский А. В. Электрические машины. В 2 т. - М. : Изд-во МЭИ, 2004. -652 с.; 532 с.

2. Ключев В. И. Теория электропривода. -М. : Энергоатомиздат, 2001. - 704 с.

3. Электропривод и средства автоматизированного управления поточно-транспортными линиями в сельском хозяйстве. - М. : Информ-электро, 1983. - 59 с.

Гаврилова Светлана Владимировна, аспирант Ульяновского государственного технического университета.

Доманов Виктор Иванович, кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Электропривод и АПУ» УлГТУ.

Поступила 19.01.2015 г.