Коллекторный двигатель и регулировка его оборотов

Коллекторный двигатель и регулировка его оборотов

При эксплуатации коллекторных электродвигателей нередко возникает необходимость в регулировании оборотов устройства. Важно при этом не снизить общие показатели мотора, чтобы работа не пошла насмарку. Рассмотрим же детально особенности самостоятельного регулирования.

Силовые агрегаты данного типа активно используются в бытовой электрической технике, инструментах: стиральных машинах, болгарках, пылесосах, дрелях, квадрокоптерах и др. это обусловливается высокой результативностью приборов, которые демонстрируют большое число оборотов и высоким крутящим моментом (также и пусковым). Данных технических характеристик с лихвой хватает на обеспечения работы техники и инструментов на требуемом уровне.

Сами моторы работают от сетей как постоянного, так и переменного токов, от обычных бытовых сетей. Чтобы осуществить управление скоростями оборотов ротора такого двигателя, необходимо использовать специальные регуляторы. При этом потери в мощностях будут минимальными.

Общие параметры

Принцип работы и общая конструкция таких силовых агрегатов известны большинству, ведь при создании или модернизации конструкции не обойтись без познаний в данной категории. Состоит мотор из таких ключевых элементов:

• ротора;
• статора;
• коммутационного узла щеточно-коллекторного типа.

При подаче питания на ротор и статор, на каждом из них образовываются магнитные поля, которые взаимодействуют между собой. Это в свою очередь вызывает вращения у ротора.

Подача питания на этот компонент осуществляется с применением графитовых щеток, которые плотно прилегают к ламелям коллектора. Чтобы изменить направленность оборотов ротора, нужно поменять положение фаз напряжения на одном из двух элементов: статоре или роторе.

Обмотки этих приспособлений могут получать питание от источников, или подключаться друг к другу параллельно. Именно на основе этой особенности силовые агрегаты классифицируются на параллельные и последовательные. От этого зависит способ возбуждения медных обмоток.

Если говорить про коллекторные моторы последовательного типа, то именно они чаще всего применяются в бытовых электрических приборах. Это обусловливается тем, что именно такое возбуждение дает возможность получать самый устойчивый к перегрузкам мотор.

Регуляторы стандартные

Что касается данных компонентов, то они реализуются множеством способов. Первая и самая простая схема – тиристорная. Такая технология применяется в бытовых приборах: стиральных машинах, дрелях, шуруповертах, пылесосах, и др. С легкостью подключаются к сетям переменного тока, в том числе и бытового назначения.

Работа этой схемы довольно простая: на всех участках сетевых токов, конденсатор получает ток при помощи резистора. Зарядка осуществляется до уровня открытия динистора, который подключен к регулирующим электродам сисмстора. После этого последний открывается и через него проходит ток к нагрузкам КД.

Схема дает возможность продуктивно регулировать время подзарядки конденсатора в управленческой цепи, а также определяя среднюю мощность напряжения, подаваемую на мотор.

Давайте упорядочим все шаги работы данной схемы. Вот они:

1. подача тока к конденсатору от источника питания на 220 вольт;
2. напряжение для пробоя динистора подается также, но уже через резистор переменного типа;
3. непосредственно пробой;
4. открытие симистора. Компонент работает непосредственно с показателями нагрузки;
5. чем выше напряжение – тем чаще симистор открывается.

Данная технология обеспечивает простое, но в то же время эффективное регулирование интенсивности оборотов. Но, в то же время применение стандартной схемы не обеспечивает обратной связи, что также стоит учитывать при ее реализации. Исходя из этого, нужно также знать, что при изменении показателей нагрузки, параллельно будут нуждаться в настройке обороты мотора.

Схема симисторная

Этот механизм имеет много общих параметров с диммером, применяемом для регулирования уровня яркости ламп накалывания. Обратная связь также отсутствует. Реализовать реверс по току моно, но с применением вспомогательной электроники. Это делается для того, чтобы беспрепятственно удерживать мощность на заданных показателях, не допуская перегревов и перегрузок.

Реостатная схема

Относится к модифицированным схемам, но, несмотря на это, ее реализация также отличается простотой. С помощью получается стабилизировать обороты, а также рассеивать огромное количество вырабатываемого тепла. Регулировка осуществляется с помощью радиатора, который нужно заранее заготовить. Надо обеспечить и эффективный отвод тепла, что приводит к потерям энергии и, как следствие – коэффициента полезного действия. Для того чтобы предотвратить эти недостатки, рекомендуют применять активное охлаждение на постоянной основе.

Полученный регулятор ограничитель отличается своей эффективностью, при реализации смены числа оборотов двигателя. Также достичь производительности помогут силовые транзисторы, «отбирающие» определенную долю напряжения. Это обусловливается тем, что количество тока из сети 220В доходит до мотора в меньшем объеме, благодаря этому, силовой агрегат не сталкивается с большими нагрузками.

Интегральная

Стабилизация также относится к модифицированным схемам. Здесь в основе процесса регулирования лежит таймер интегрального действия. Его основная задача – контролировать уровни нагрузки на электродвигатель. Здесь также находят свое применение транзисторы. Особенность обусловливается микроконтроллером, входящим в состав системы, при этом, обладающим высокими параметрами выходного напряжения.

В ситуациях, когда имеет место нагрузка в 0,1 ампер, все токи поступают напрямую на плату, обходя транзисторы. Чтобы обеспечить эффективную работу регулятора, необходимо, чтобы на затворе было напряжение 12в. Следовательно, для слаженной работы, электрическая цепь и уровень напряжения в источнике питания должны соответствовать этому диапазону. Ресурс регулятора позволяет устанавливать компонент в мощных модификациях, для точного и быстрого регулирования их работы.

Самостоятельное создание регулятора

Заводские регуляторы представлены в широком ассортименте, как в интернете, так и обыкновенных магазинах. Но, если у вас нет желания приобретать готовый компонент и вы хотите собрать его самостоятельно – это реально осуществить. Чтобы задача была успешной – необходимо следовать алгоритму конструкции и иметь в наличии все необходимые компоненты.

• проводки;
• готовая схема;
• конденсаторные схемы;
• тиристор;
• резистор;
• паяльник.

Ориентируясь на схему компоновки, мощностной и оборотный регулятор будет отвечать за контроль первого полупериода. Самодельный стабилизатор имеет такой алгоритм работы (пример нашей модели):

1. прибор, подключенный к стандартной сети питания на 220в, принимает ток на конденсатор;
2. компонент сразу же срабатывает, после получения заряда;
3. передача нагрузки к резисторам и нижним кабелям;
4. соединение положительного конденсаторного контакта к тиристорному электроду;
5. подача одного заряда напряжения на достаточном уровне;
6. открытие второго полупроводника;
7. конденсатор подает на тиристор нагрузку, он в свою очередь пропускает ее через себя;
8. конденсатор разряжается;
9. повторение полупериода;

Если мощность двигателя постоянного или переменного тока большая – регулятор обеспечивает экономную работу устройства. Для использования приспособления в своих бытовых, мощности и ресурса хватает. Но, когда нужно осуществлять регулирование оборотов без потери мощности и более крупных и производительных агрегатов, тогда стоит обратить внимание все же на заводские модификации. Несмотря на то, что такой вариант получится дороже, он обеспечит 100%-ю работоспособность и надежность.

А сейчас давайте рассмотрим другие, нестандартные, но довольно распространенные методы регулировки и стабилизации.

Способ 2

Здесь используется микросхема типа TDA 1085 со стандартной платой. Можно при желании создать собственную, «модернизировав» и изменив неподходящие элементы. К примеру, можно применять двухстороннюю печатную плату. Конденсаторные и резисторные детали могут применяться при поверхностном монтаже. Рекомендуется развести друг от друга низко- и высоковольтные цепи. А «земля» должна разводиться с учетом параметров микросхемы.

В результате получается компактная двусторонняя плата, обеспечивающая точное регулирование.

Частотная регулировка

Для решения этой задачи применяются частотные преобразователи (драйверы, инверторы), которые присоединяются к прибору. Они обеспечивают выпрямление напряжения, поступающего от источника. Агрегаты внутри формируют напряжение и частоты на необходимых уровнях. Далее осуществляется подача этих параметров на эл двигатель.

Стабилизация коллекторного двигателя 12в Все характеристики, необходимые для регулирования работы, частотник рассчитывает сам, ориентируясь на внутренние алгоритмы, которые установлены производителем.

Из преимуществ такого способа стоит выделить:

• быстрое достижение плавности регулировки частот оборотов электрического мотора;
• возможность изменения скоростей и направлений вращения моторов;
• требуемые параметры поддерживаются самостоятельно;
• экономические выгоды.

Из слабых сторон стоит выделить обязательность наличия преобразователя, который нужно приобретать отдельно. Но, справедливости ради отметим, что цена на частотники невысокая и они легко впишутся в бюджет любого дома, хозяйства, предприятия.

Изменение числа полюсов

Уменьшение или увеличение количества пар полюсов – еще один эффективный способ провести регулировку. Этот вариант особо актуален для моделей двигателей многоскоростного действия со сложными роторными обмотками. Данные элементы разделены на определенные группы и чередуются в процессе работы. Осуществляется это посредством коммутации, подключением последовательным или параллельным способом.

К преимуществам такого варианта регулировки относят:

• высокий КПД силового агрегата;
• требовательные механические выходные характеристики.

Стоимость реализации – одна из самых высоких, если сравнивать с другими технологиями. Вес и размеры готовой установки также немаленькие, что требует наличия свободного места для монтажа. Сам мониторинг оборотов осуществляется со ступенью в 1500 – 3000 оборотов в минуту.

Проведение регулирование в моторах АС

Устройства, работающие от переменного напряжения, также поддерживают регулирование оборотов. Рассмотрим вкратце основные способы такого управления, характерные для АС модификаций с фазными роторами.

При помощи напряжения

Для этого используются автотрансформаторы типа ЛАТР, которые осуществляют изменение напряжения на моторных обмотках. Таким образом производится и регулирование оборотов вала.

Метод является подходящим также и для вариаций с короткозамкнутыми роторами. Оператор имеет возможность проводить управление в пределах от минимальных до номинальных параметров двигателя.

Определение сопротивления

Переменное сопротивление реостата (или несколько таких явлений) реализуется непосредственно в цепи ротора. Оно воздействует на роторное поле и показатели тока, из-за чего получается изменять величины скольжения и точное число оборотов электродвигателя. Существует закономерность: чем уровень тока меньше, тем выше показатель скольжения двигателя и меньше скорость.

• широкий диапазон регулирования оборотов электрического оборудования;
• сдержанные выходные характеристики машины.

К недостаткам относят:

• уменьшение продуктивности мотора;
• общее снижение рабочих параметров механизма.

Применение двойного питания

Здесь используются двигатели с двойным питанием, подающимся через вентильные приспособления. Основной упор делается на изменение показателей скольжения. При регулировании работы крупных специализированных машин, компонент подает и регулирует величину ЭДС (электродвижущей силы) на ротор от отдельно выбранных источников напряжения.

Вывод

При подаче напряжения у асинхронных моделей моторов наблюдаются рывки ротора. Это явление негативно влияет на работу, как самого агрегата, так и его привода. Именно поэтому, регулировка осуществляется по принципу плавного старта. Он обеспечивается такими факторами:

• старт посредством ЛАТР;
• разгон и работу мотора путем переключения обмоток по схемам треугольник/звезда;
• применение защитных устройств, например, частотного преобразователя.

Важно при регулировании оборотов не потерять в мощности. Применение вышеописанных методов позволит определить вращения без снижения продуктивности. Широкий выбор заводских моделей, но, можно реализовать деталь и самостоятельно.

Частотное регулирование асинхронного двигателя

Unfortunately, you are using an outdated browser. Please update your browser to improve performance, quality of the displayed material, and improve security.

Частотное регулирование асинхронного двигателя

Частотник или (полностью) частотный преобразователь позволяет осуществлять частотное регулирование электродвигателя. Регулирование скорости (частоты) при эксплуатации данного устройства подразумевает возможности плавного изменения частоты оборотов ротора в большую или в меньшую сторону относительно номинальной.

• транспортеров;
• насосного оборудования;
• вентиляторов и другой техники

Преимущества

Электрический привод постоянного тока не отличается особой надежностью: во время эксплуатации имеет место искрение щеток, что быстро изнашивает коллектор. Во взрывоопасной среде или запыленных помещениях такое устройство использовать нельзя. К тому же его цена остается довольно внушительной.

• проще в плане конструкции;
• дешевле стоит;
• более надежен, потому что не имеет подвижных контактов;
• меньше по размеру при аналогичной мощности (проще установить, легче спланировать систему);
• легче.

Два важных преимущества асинхронных двигателей – их простое производство и неприхотливость по части обслуживания. Есть, правда, и недостатки, к которым относится сложность организации изменения скоростных характеристик электродвигателя. Здесь не подходят классические решения – изменение напряжения через дополнительные сопротивления в цепи обмоток.

Хотя теория частотного регулирования разработана еще в 30-е годы XX века, реализовать управление асинхронным электродвигателем с помощью регулятора частоты до недавнего времени было сложно. Причина – высокая стоимость производства и (соответственно) продажи преобразователей частоты.

Ситуация изменилась с появлением схем с IGBT-транзисторами (БТИЗ, биполярные транзисторы с изолированным затвором, производительные микропроцессорные системы). На их базе производителям из Японии, Европы и США удалось снизить стоимость изготовления частотного преобразователя, не теряя в его технических характеристиках.

Виды управления скоростями

Существует несколько видов управления асинхронным электродвигателем, среди которых самым распространенным в последние годы стал метод векторного или векторного бездатчивокового регулирования скорости. Он нередко встречается в частотном преобразователе, который изначально применяет скалярное управление без клемм для присоединения датчика скорости.

Собственно, вид регулирования асинхронного двигателя частотным преобразователем , зависит от класса последнего. А делят регуляторы частоты по нескольким признакам.

1. По типу управления – на устройства ручного и автоматического регулирования.
2. В зависимости от вида выходной нагрузки частотный преобразователь делится по способу исполнения:
   • на устройства для электроприводов насосного и вентиляторного оборудования;
   • механизмы для привода общепромышленного назначения;
   • частотные преобразователи для электродвигателей, которые эксплуатируются в сложных условиях (с перегрузками).

Частотные преобразователи последних поколений, кроме разных по исполнению вариаций, могут иметь еще и разный набор функций. К последним относятся 2 вида управления (ручной и автоматический) скоростью вращения и его направлением, потенциометр на основной панели, система настройки диапазонов выходных частот (0–800 Гц).

Принцип

Задачи частотника в системе частотного регулирования асинхронного электродвигателя:

• изменение показателей электродвигателя в автоматическом режиме через обработку сигналов с датчиков, установленных на периферии;
• приведение привода в действие, согласно настройкам (программируемый алгоритм работы по времени);
• поддержание функции автоматического восстановления первоначальных настроек работы в случаях кратковременных остановок (прерываний питания);
• удаленное управление переходными процессами с пульта; от перегрузок.

Принцип частотного регулирования асинхронного двигателя выражен в формуле:

Его суть: изменяя частоту f1 питающего напряжения, можно менять угловую скорость магнитного поля статора при неизменном количестве пар полюсов, обозначенных в формуле p. Такой метод обеспечивает оптимальные характеристики работы асинхронного электродвигателя, но и оптимальные показатели регулирования частоты:

• мягкое (плавное) регулирование скоростей в большом диапазоне частоты;
• повышенная жесткость механических показателей;
• регулирование частоты вращений вала без повышения скольжения электродвигателя (за счет чего потери мощности сводятся к предельному минимуму).

Одним из условий частотного регулирования скорости асинхронного двигателя является одновременное с частотой вращений изменение напряжения, которое к нему подводится. Это нужно для повышения энергетических показателей работы электропривода (КПД, коэффициенты мощности, способности выдерживать перегрузки).

Закон частотного регулирования асинхронного двигателя (закон напряжения) определяется типом момента нагрузки (обозначается как Мс).

• Когда Мс = const, напряжение на статоре регулируется пропорционально частоте вращения, согласно выражению:

• Если характер момента нагрузки – вентиляторный, то применяется выражение:

• Если момент нагрузки обратно пропорционален частоте:

Другими словами, для реализации поставленных перед ним задач (плавное бесступенчатое частотное регулирование частоты оборотов вала асинхронного электродвигателя) частотный преобразователь должен одновременно:

• менять частоту оборотов;
• регулировать на статоре напряжение.

Технические характеристики для учета

• Диапазон изменения – Д. Представляет собой предел, до которого возможно регулирование. Вычисляется как соотношение минимальной и максимальной частоты вращения.
• Степень плавности частотного регулирования. Рассчитывается по минимальному скачку частоты вращения вала электродвигателя при переходе от одной механической характеристики к другой.
• Зона регулирования (направление изменения вращения). Номинальные условия эксплуатации задают естественный набор характеристик электродвигателя, которые при управлении частотой вращения начнут изменяться. На выходе асинхронный электродвигатель получит новые – искусственные – характеристики, которые, как правило, ниже, чем естественные.

Правила регулирования частоты

При этом важно учитывать следующее правило. При повышении количества оборотов вала относительно паспортных данных электродвигателя частота его источника питания не должна увеличиваться более, чем в 1,5–2 раза от номинальной.

Такой метод управления – частотное регулирование асинхронного двигателя – более всего оправдывает себя в механизмах и короткозамкнутым ротором. В случае с ним ввиду отсутствия скольжения потери мощности остаются минимальными, а выходные механические характеристики – с высокой жесткостью.

Плюсы электродвигателя с регулированием скорости

Основной плюс электродвигателя, управляемого с помощью частотного преобразователя, – высокий опрокидывающий момент. Это он обеспечивает стабильную эксплуатацию электропривода и подключенного к нему оборудования в большом диапазоне частот вращения.

Благодаря данному факту применение асинхронных электродвигателей с регулированием скорости позволяет отказаться от ряда механизмов (снижается потеря мощности, к которой приводит их использование), получая высокий КПД.

Регулирование частоты вращения электродвигателей

Порядка 70% потребляемой промышленностью мощности, приходится на электропривод. Огромное разнообразие технологических процессов диктует свои правила, вследствие чего, появилась необходимость в изменении скорости вращения электродвигателя непосредственно во время технологического процесса. В данной статье мы раскроем различные способы регулирования скорости вращения электродвигателей.

Параметры, изменив которые, мы изменим скорость двигателя переменного тока (ДПТ):

• частота напряжения;
• число пар полюсов;
• величина напряжения;
• добавочное сопротивление в цепи ротора;
• вентильный каскад.

Изменяемые параметры для ДПТ:

• напряжение питания;
• сопротивление цепи обмотки якоря;
• магнитный поток.

Методы регулирования частоты вращения электродвигателя

Далее мы подробно рассмотрим эти способы и их применимость к различным типам электродвигателей.

Частотное регулирование

Наиболее эффективный, постоянно совершенствующийся способ.
Применение: двигатели переменного тока (синхронные и асинхронные с кз ротором).
Корректируя частоту питающего напряжения, мы изменим угловую скорость магнитного поля статора, следовательно, скорость двигателя в значительном диапазоне, имея достаточно жесткие механические характеристики. Для сохранения в норме коэффициента мощности и допустимости кратковременных перегрузок, меняя частоту, следует изменять и саму величину питающего напряжения.

Преимущества способа:

• обширный диапазон регулировки;
• «жесткость» механических характеристик;
• минимум потерь «скольжения», мощности.

Недостаток — высокая стоимость (в последние годы становится менее актуально).

Регулирование изменением числа пар полюсов

Применение: т.к. промышленность не выпускает серийно синхронные двигатели с изменяемым количеством пар полюсов, будем считать, что способ актуален только для асинхронных двигателей (далее АД) с кз ротором.
Способ реализуется изменением числа пар полюсов у обмоток. Этого можно добиться, изготовив двигатель с двумя независимыми обмотками. Но этот метод приводит к удорожанию конструкции и увеличению размеров машины. Поэтому наиболее выгодным является увеличение числа пар полюсов без использования второй независимой обмотки.
Промышленностью выпускаются двухскоротсные, трёхскоростные и четырёхскоростные электродвигатели.

Достоинства:

• экономичность;
• «жёсткие» механические характеристики.

Недостатки:

• ограниченное количество возможных скоростей;
• ступенчатость переключения скоростей.

Изменение питающего напряжения

Применение: асинхронные двигатели.

Изменять напряжение на статоре можно, включая в его цепь резисторы (старый и неэкономичный способ), автотрансформаторы или тиристорные регуляторы.
При регулировании скорости изменением напряжения, критический момент пропорционален квадрату подводимого напряжения. Снижается устойчивость к кратковременным перегрузкам и КПД, поэтому метод предпочтителен при «вентиляторной» нагрузке. Еще один недостаток — малый диапазон регулирования.

Добавочное сопротивление в цепи ротора

Применение: АД с фазным ротором.
При изменении сопротивления ротора прямо пропорционально изменяется скольжение. Но величина критического момента остается постоянной. Это позволяет подобрать сопротивления так, чтобы уравнять критический момент с пусковым, что благоприятно сказывается на пуске двигателя под нагрузкой.

Достоинства способа:

• простота реализации;
• критический момент = const;

Недостатки:

• большие потери (при изменении скорости половина мощности тратится на выделение тепла);
• малый диапазон;
• «мягкие» механические характеристики.

Асинхронный вентильный каскад

Применение: АД с фазным ротором.

Смысл регулирования каскадными схемами заключается в подаче в цепь ротора добавочной ЭДС. Изменяя добавочную ЭДС ротора, мы изменяем ток ротора, а значит его момент и скорость. Создать добавочную ЭДС, помимо устройства вентильного каскада, может и ДПТ — машинно-вентильный каскад.

Достоинства:

• Минимум сопутствующей силовой и контактной аппаратуры;
• плавность регулировок;
• малая мощность управления.

Недостатки:

• стоимость;
• низкий коэффициент мощности;
• плохая устойчивость к перегрузкам.

Изменение напряжения питания якоря

Применение: любые ДПТ.
Способ можно использовать если источником электрической энергии является генератор. Реализовать от общей сети невозможно.

Достоинства:

• плавность регулировок;
• простота пусков и торможений;
• экономичность.

Недостатки:

• необходимость трехкратного преобразования энергии→низкий КПД;
• три электрические машины в системе;
• дорогая эксплуатация.

Введение добавочного резистора в цепь якоря

Применение: любые ДПТ.

Заключается в последовательном включении в цепь якоря регулировочного реостата. Но способ не получил распространения ввиду своей неэкономичности и плохого влияния на КПД двигателя, т.к. в цепи реостата теряется очень большое количество энергии.

Регулирование изменением магнитного потока

В цепь возбуждения двигателей параллельного и смешанного возбуждения подключается реостат. В машинах последовательного возбуждения изменение магнитного потока в обмотке возбуждения производится шунтированием этой обмотки регулируемым сопротивлением. Максимальная скорость вращения двигателя ограничивается лишь механической прочностью якоря. Скорость двигателя регулируется в диапазонах 2:1-5:1, в частных случаях 8-10:1.

Электротехника и электрооборудование — Регулирование скорости вращения и реверсирование асинхронных электродвигателей

Регулирование скорости вращения асинхронных двигателей производят несколькими способами. Формула скорости вращения асинхронных двигателей:
(7.7) где s — скольжение в долях единицы показывает, что скорость вращения может регулироваться изменением частоты тока f, числа пар полюсов р и скольжения s.
Регулирование скорости вращения изменением величины скольжения асинхронного электродвигателя возможно двумя способами:

1. введением в цепь ротора дополнительного сопротивления, что возможно для двигателей с фазным ротором;
2. изменением реактивных сопротивлений (дросселей насыщения), включаемых в обмотку статора.

Регулирование скорости асинхронных электродвигателей с фазным ротором введением в его цепь дополнительного сопротивления позволяет уменьшать его скорость практически не более чем на 40—50% номинальной скорости.
При таком регулировании с увеличением сопротивления реостата увеличивается величина скольжения, т. е. уменьшается число оборотов двигателя. В этом случае схема регулирования сходна со схемой пуска асинхронного электродвигателя с фазным ротором (см. рис.7.8) с той разницей, что регулировочный реостат должен быть рассчитай на длительную нагрузку током. Регулирование скорости с помощью добавочного сопротивления в цепи ротора приводит к неустойчивой работе электродвигателя на малых оборотах, так как при этом приходится включать большие сопротивления, что приводит к значительным колебаниям скорости при небольших изменениях момента сопротивления нагрузки. Кроме того, этот способ мало экономичен, так как увеличивает потери в роторной цепи.
Описанный способ регулирования асинхронных электродвигателей с фазным ротором применяется в тех случаях, когда работа электродвигателя с пониженной скоростью непродолжительна и когда не требуется большой точности регулирования, например для регулирования скорости движения механизмов подъемно-транспортных установок.
Регулирование скорости асинхронных электродвигателей при помощи дросселей насыщения состоит в том, что в цепь статора электродвигателя включаются реактивные сопротивления с переменной индуктивностью. Изменение индуктивности реактивных сопротивлений (дросселей) осуществляется пропусканием постоянного тока различной величины через обмотку управления дросселями (рис. 7.13, а).
Изменяемое индуктивное сопротивление в цепи статора электродвигателя позволяет получать на зажимах машины различное напряжение (рис. 7.13, б), чем достигается изменение скольжения, т. е. скорости вращения ротора. Достоинством описанного способа является плавное регулирование скорости вращения электродвигателя; недостатками — значительное уменьшение максимального вращающего момента, а также уменьшение коэффициента мощности и к. п. д. электродвигателя.
Регулирование скорости вращения асинхронного электродвигателя за счет изменения числа пар полюсов осуществляется переключением обмотки статора и является ступенчатым. Для этих целей применяют специальные асинхронные многоскоростные электродвигатели, выпускаемые промышленностью и рассчитанные на 2, 3 и 4 скорости. Так, например, четырех скорости ой электродвигатель может иметь синхронные скорости вращения 500, 750, 1000 и 1500 об/мин.

Рис. 7.13. Схема включения и регулирования скорости асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором при помощи дросселей насыщения:
а — схема включения; б — механические характеристики

Рис. 7.14. Переключение проводов для изменения направления вращения асинхронного двигателя

Изменение числа пар полюсов достигают наиболее простым способом при устройстве двух независимых обмоток на статоре асинхронного электродвигателя. Такие электродвигатели выпускают с синхронными скоростями вращения 1000/1500 об/мин.
Двухскоростные электродвигатели имеют шесть, трехскоростные— девять и четырехскоростные — двенадцать выводов к переключателю полюсов.
Регулирование скорости вращения асинхронного электродвигателя изменением частоты тока требует применения специального источника переменного тока с изменяемой частотой. Этот способ еще не нашел применения для регулирования скорости электроприводов строительных машин, но является весьма перспективным при использовании для статических преобразователей частоты управляемых, полупроводниковых вентилей-тиристоров, производство которых в настоящее время развивается (о тиристорах см. гл. 10).
Изменение направления вращения асинхронного двигателя — реверсирование достигается изменением направления вращения магнитного
поля. Для этого достаточно переключить любые два провода трехфазной системы, подводящие ток к статору двигателя. На рис. 7.14 приведена схема такого переключения. При переключении трех проводов направление вращения магнитного поля статора, а следовательно, и ротора двигателя не изменится.

§ 7.9. Потери энергии и коэффициент полезного действия асинхронных электродвигателей. Коэффициент мощности двигателей

Электрическая энергия, расходуемая при работе асинхронного электродвигателя, затрачивается на полезную механическую работу и на покрытие потерь: электрических, магнитных и механических.
Потери в меди или электрические потери обусловлены нагреванием обмоток статора и ротора при протекании по ним тока. Потери в стали (магнитные потери) состоят из потерь на вихревые токи и на перемагничивание в стальных частях статора и ротора. Потери на вихревые токи пропорциональны квадрату частоты тока, а на перемагничивание — первой степени частоты тока. Магнитные потери главным образом происходят в статоре. Потери в стали ротора ничтожно малы вследствие малой частоты его тока и поэтому ими можно пренебрегать.
Механические потери состоят из расхода энергии на трение в подшипниках, трение ротора о воздух и воздуха в вентиляционной системе электродвигателя. Эти потери зависят от скорости вращения ротора, его диаметра, типа подшипников и конструкции вентиляционной системы двигателя.
Коэффициентом полезного действия (к. п. д.) двигателя называют отношение полезной механической мощности Р3 на валу двигателя к затраченной мощности, потребляемой из сети P1
(7-8)
Так как разница между затраченной и полезной мощностью равна потерям, то формулу получения к. п. д. двигателя можно записать в следующем виде:
(7.9)
где рм — потери в меди или электрические потери; рс — потери в стали или магнитные потери;
Рмех — механические потери.
Потери в меди являются переменными, зависящими от нагрузки, вследствие того что с увеличением тока увеличивается назревание обмоток.
Потери в стали (магнитные) и механические потери являются постоянными, так как не зависят от нагрузки.
Коэффициент полезного действия двигателя изменяется в зависимости от нагрузки.
Наибольшей величины к. п. д. достигает при нагрузке, равной примерно 0,75 номинальной, а затем с увеличением нагрузки к. п. д. уменьшается вследствие увеличения электрических потерь на нагревание обмоток (рис. 7.15, а).
Большое магнитное сопротивление воздушного зазора между статором и ротором асинхронного двигателя приводит к значительной величине намагничивающего (реактивного) тока, составляющего примерно 0,4—0,7 от номинальной силы тока электродвигателя. В связи с этим двигатель всегда работает с cos φ, меньшим единицы. При полной нагрузке коэффициент мощности cos φ двигателей достигает максимальной величины 0,8—0,9 (рис. 7.15, б).


Рис. 7.15. Зависимость коэффициента мощности асинхронного двигателя от его нагрузки

С уменьшением нагрузки коэффициент мощности снижается, что объясняется малой зависимостью от нагрузки намагничивающего (реактивного) тока. Сила тока двигателя складывается из двух величин: активного тока, зависящего от нагрузки, и реактивного тока, независимого от нагрузки. Поэтому при механической недогрузке активный ток уменьшается и, следовательно, увеличивается относительная величина реактивного тока, что приводит к снижению коэффициента мощности cos φ.