Переключение скоростей электродвигателя. Скольжение электродвигателя

Переключение скоростей электродвигателя и скольжение электродвигателя — важные аспекты в управлении судовыми электроприводами.

Переключение скоростей электродвигателя

Переключение скоростей электродвигателя может быть реализовано различными способами в зависимости от типа двигателя и требований к его эксплуатации. 

Рассмотрим основные методы:

1. Механическое переключение скоростей:

   • Применяется в асинхронных двигателях с фазным ротором, где изменение скорости достигается путем изменения сопротивления в роторной цепи.

2. Электронное регулирование:

   • Частотные преобразователи (инверторы):
     • Изменяют частоту и питающее напряжение для изменения скорости вращения двигателя.
     • Позволяют плавно регулировать скорость, обеспечивая высокую точность и эффективность.
   • Импульсные преобразователи (ШИМ):
     • Используются в двигателях постоянного тока для изменения средней величины напряжения на двигателе путем широтно-импульсной модуляции.

3. Переключение обмоток:

   • Переключение полюсов (для асинхронных двигателей с многоскоростными обмотками):
     • Изменение числа пар полюсов двигателя изменяет его синхронную скорость.
   • Переключение обмоток статора:
     • Например, изменение конфигурации обмоток статора с треугольника на звезду для изменения напряжения и, следовательно, скорости двигателя.

Скольжение электродвигателя

Скольжение — это разница между синхронной скоростью магнитного поля статора и фактической скоростью вращения ротора в асинхронных электродвигателях. Оно выражается в процентах и рассчитывается по формуле:

где: s — скольжение, n_s — синхронная скорость, n — скорость ротора.

Особенности скольжения:

1. Рабочий режим:

• В нормальном рабочем режиме скольжение обычно составляет несколько процентов.
• Например, для асинхронного двигателя с синхронной скоростью 1500 об/мин и реальной скоростью 1450 об/мин скольжение будет равно:

2. Пусковой режим:

• При запуске двигателя скольжение максимальное и может достигать 100%, так как в момент пуска скорость ротора равна нулю.

3. Влияние нагрузки:

• С увеличением нагрузки на валу двигателя скольжение возрастает, так как скорость ротора уменьшается при постоянной синхронной скорости.
• Это связано с необходимостью увеличения крутящего момента для преодоления нагрузки.

4. Стабильность:

Определенное значение скольжения необходимо для поддержания стабильной работы асинхронного двигателя. Слишком малое или слишком большое скольжение может привести к неустойчивой работе.

Понимание и управление скольжением, а также правильное переключение скоростей электродвигателя являются ключевыми аспектами в оптимизации работы электроприводов и обеспечении их надежности и долговечности.

Асинхронные двигатели с фазным ротором (или фазными обмотками) часто используются там, где необходимо регулировать скорость и крутящий момент двигателя. Изменение скорости в таких двигателях достигается путем изменения сопротивления в роторной цепи. Рассмотрим этот процесс подробнее.

Принцип работы асинхронного двигателя с фазным ротором

Асинхронный двигатель с фазным ротором отличается от двигателя с короткозамкнутым ротором наличием трехфазной обмотки на роторе, которая подключается к внешнему резистору через контактные кольца и щетки. Это позволяет изменять электрические параметры ротора для управления характеристиками двигателя.

Изменение скорости и крутящего момента

Изменение скорости в асинхронных двигателях с фазным ротором достигается за счет добавления внешнего сопротивления в роторную цепь. Вот как это работает:

1. При добавлении сопротивления:

   • Увеличивается общее сопротивление роторной цепи.
   • Снижается ток ротора.
   • Возрастает скольжение, поскольку разница между синхронной скоростью и скоростью ротора увеличивается.
   • Увеличивается начальный пусковой момент, что полезно при запуске двигателя под нагрузкой.

2. С уменьшением сопротивления:

   • Снижается общее сопротивление роторной цепи.
   • Увеличивается ток ротора.
   • Уменьшается скольжение, приближая скорость ротора к синхронной скорости.
   • Крутящий момент и скорость двигателя стабилизируются на новом уровне.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Плавное регулирование скорости: В отличие от двигателей с короткозамкнутым ротором, двигатели с фазным ротором позволяют плавно регулировать скорость и крутящий момент.
• Высокий пусковой момент: Благодаря возможности увеличения сопротивления в роторной цепи, такие двигатели могут развивать высокий пусковой момент, что важно для запуска тяжелых нагрузок.
• Уменьшение пусковых токов: Добавление сопротивления в роторную цепь снижает пусковой ток, что предотвращает перегрузку электрической сети.

Недостатки:

• Сложность конструкции: Наличие контактных колец и щеток делает конструкцию двигателя более сложной и увеличивает его стоимость.
• Износ щеток: Щетки подвержены механическому износу, что требует регулярного обслуживания и замены.
• Энергопотери: Дополнительное сопротивление в роторной цепи приводит к потерям энергии в виде тепла, что снижает общую эффективность двигателя.

Использование асинхронных двигателей с фазным ротором и изменение скорости путем регулирования сопротивления в роторной цепи является эффективным методом управления электроприводами, особенно в системах, требующих высокого пускового момента и плавного регулирования скорости.