Расчёт момента и мощности при регулирование скорости переключением обмоток статора с треугольника на двойную звезду(YY)

1) При соединении фаз обмотки статора треугольником мощность равна

P_тр. = 3U_ФI_н = U_Л I_н (16-5)

Учитываем, что фазное напряжение равно линейному напряжению

U_Ф = U_Л

Скорость и момент для соединения треугольником:

ω_тр_.= (1-s) M_тр_.= P_тр./ω_тр. (16-6)

2) При соединении фаз обмотки статора двойной звездой секции обмоток статора, соединённые ранее треугольником, включаются по две параллельно, и ток каждой фазы увеличивается в два раза. Уравнение (16-5) умножаем на 2 и получим (16-7)

P_YY= U_Л I_н (16-7)

Умножим и разделим (16-7) на 3 и получим

P_YY = U_Л I_н = U_Л I_н = P_тр. = 1,15 P_тр.

P_YY = P_тр. = 1,15 P_тр. (16-8)

Из (16-8) видно, что мощность при переключении обмоток статора с треугольника на двойную звезду (YY) практически почти не изменилась (P_YY = 1,15 P_тр.). Скорость ω_тр.= (1-s) после соединения фаз обмоток статора двойной звездой увеличивается в два раза:

ω_YY= (1-s) = (1-s) = 2ω_тр_., (16-9)

ω_YY = 2ω_тр..

Определим, как изменяется момент двигателя при переключении обмоток статора с треугольника на двойную звезду(YY):

M_YY = P_YY/ω_YY =1.15P_тр./2ω_тр. = 0,58 M_тр.

M_YY =0,58 M_тр. (16-10)

Таким образом, получили, что переключение обмоток статора асинхронного двигателя с треугольника на двойную звезду позволяет вдвое увеличить скорость, но при этом мощность двигателя почти не изменяется , а моментна валу уменьшается и составляет 0,58 от момента при соединении треугольником(момент уменьшается почти в два раза).

Регулирование скорости асинхронного двигателя изменением числа пар полюсов экономичное, но при этом способе ограничена плавность регулирования (регулирование ступенчатое).

При переходе с «треугольника» на «двойную звезду:

a) мощность увеличивается на 16%, т.е. почти не изменяется (отсюда название способа - «регулирование скорости при постоянной мощности» );

b) скорость увеличивается в 2 раза;

c) момент двигателя уменьшается почти в 2 раза

( М = 0,58 М ).

На судах регулирование скорости переключением обмотки статора со «звезды» на «двойную звезду» применяют в грузоподъемных механизмах, т.к. при этом способе критический момент двигателя не изменяется и потому отсутствует опасность опрокидывания двигателя. В то же время такая опасность существует при переключением обмотки статора с «треугольника» на «двойную звезду», потому что момент двигателя уменьшается почти в 2 раза ( М = 0,58 М ).

На судах переключение обмотки статора с «треугольника» на «двойную звезду» применяют ограниченно, в электроприводах якорно-швартовных устройств для получения самой высокой скорости, которая используется для перемещения свободного (ненагруженного) швартовного каната.

Регулирование скорости асинхронного двигателя изменением частоты тока статора

Изменяющийся по частоте ток статора приводит к изменению угловой скорости поля статора

и пропорционально изменяется скорость ротора. Из выражения (1-1) следует, что регулирование скорости двигателя изменением скорости вращающегося магнитного поля статора происходит без значительного изменения скольжения и позволяет получать различные скорости на жестких механических характеристиках.

С помощью электромашинных и полупроводниковых устройств можно плавно изменять частоту тока статора , а следовательно и скорость двигателя. Скорость двигателя можно увеличить вверх до от номинальной и уменьшать в раз от номинальной.

Верхний предел скорости ограничивается механической прочностью ротора, нижний – особенностями роботы преобразователей частоты.В настоящее время наиболее целесообразно применение тиранзисторных преобразователей частоты, в которых происходит сначала выпрямление переменного тока частоты сети, а затем инвертирование в переменный ток нужной частоты.

Для сохранения постоянной (неизменной) перегрузочной способности двигателя на всех скоростях и поддержания постоянных значений КПД и , одновременно с изменением частоты тока, необходимо изменять напряжение, подводимое к двигателю.

Перегрузочная способность лвигателя не будет изменяться при изменении частоты тока статора, если отношение критических моментов двигателя при всех частотах тока и соответствующих напряжениях будет равно отношению соответствующих статических моментов нагрузки .

(16-12)

Подставим в уравнение (16-12) значения критических моментов из известного ранее соотношения:

И получим:

После преобразования получим (1-3):

Где : – статические моменты при скоростях, соответствующих частотам и ;

и напряжения при тех же частотах тока статора.

Из уравнения (16-13) следует, что с изменением частоты нужно так же изменить и величину подводимого к двигателю напряжения . Т.е. для каждой частоты необходимо соответствующее этой частоте напряжение .

Закон изменения напряжения определяется характером зависимости статического момента от скорости.

Если пренебречь моментом холостого хода рабочего механизма, то уравнение статического момента можно записать в виде

Подставив значения статических моментов (16-14) в уравнение (16-13) получим

(16-15)

откуда

где : – относительная частота напряжения, подаваемого на статор двигателя;

– показатель степени, определяющий закон изменения напряжения с изменением частоты тока статора.

С изменением частоты тока будут изменяться синхронная скорость поля статора и индуктивные сопротивления обмоток двигателя.

Двигатель будет развивать критический момент при критическом скольжении для данной частоты тока

Рассмотрим регулирование напряжения для наиболее распространенных законов изменения нагрузки.