Способы регулирования скорости асинхронных электродвигателей

В настоящее время абсолютное большинство электрических машин, предназначенных для преобразования электроэнергии в механическую движущую силу, представляют асинхронные электродвигатели (машины). Причиной этого является простота их устройства, обуславливающая дешевизну изготовления, надёжность в процессе эксплуатации и лёгкость выполнения ремонтных работ.

Асинхронные электродвигатели

Асинхронный электродвигатель представляет собой двигатель, работающий на переменном токе. Его важнейшей особенностью является асинхронность – то есть несовпадение частот вращения магнитного поля и частот вращения ротора. Величина несовпадения или разница скоростей вращения носит название «скольжения», которая измеряется в относительных единицах или процентах.

Конструктивно асинхронные машины подразделяются на две основные модификации:

• Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором («беличьей клеткой»). Именно они, вследствие целого ряда существенных преимуществ (стабильность скорости при переменных нагрузках; устойчивость работы под воздействием перегрузок, носящих кратковременный характер; простота запуска и отсутствие сложных элементов автоматизации; повышенные, в сравнении с фазным аналогом характеристики в виде КПД и cos?), являются основой современных электроприводов, по праву завоевавших львиную долю рынка.
• Асинхронные электродвигатели с фазным ротором (контактными кольцами, позволяющими посредством внешнего воздействия со стороны регулирующей цепи, воздействовать на скорость движения ротора). Подобного рода машины нашли своё применение в грузоподъёмных механизмах, благодаря улучшенным (по сравнению с короткозамкнутыми двигателями) пуска-регулирующим свойствам.
• Существуют также трёхфазные асинхронные коллекторные двигатели, получающие питание со стороны ротора (двигатели Шраге-Рихтера), но в силу сложности изготовления щёточно-коллекторной группы, они не получили должного распространения и сегодня представляют ценность лишь в теоретическом плане.

Способы регулирования

Понятно, что в процессе эксплуатации все вышеназванные устройства требуют автоматического или ручного регулирования скорости вращения ротора. Это нужно для создания оптимального режима работы электроприводов, позволяющего обеспечить:

• технологические требования выполняемого процесса,
• необходимую производительность,
• экономию энергоресурсов и материалов,
• снижение шумовых воздействий,
• безопасность работы оборудования.

Выполняется поставленная задача – регулирование скорости, с помощью нескольких способов:

• Изменение величины питающего напряжения (справедливо для 1-ой и 2-ой модификаций асинхронных электродвигателей).
• Переключения числа пар полюсов (1-ая модификация).
• Частотное регулирование посредством использования преобразователей частоты (1-ая).
• С помощью установки асинхронно-вентильного каскада (2-ая).
• Методом двойного питания (2-ая).
• Введением в цепь ротора добавочного сопротивления (2-ая).

Можно конечно менять частоту вращения привода с помощью механических устройств (кинематических передаточных систем, типа редукторов, шкивов, ремней и тому подобных приспособлений), но это значительно повышает громоздкость конструкции, и снижает уровень удобства во время эксплуатации.

Преобразователи частоты

На сегодня самым распространённым и высокоэффективным способом регулирования скорости асинхронных электродвигателей – как в трёхфазном, так и в однофазном варианте – является использование преобразователей частоты. Только этот способ позволяет обеспечить высокоинтеллектуальное управление в широком диапазоне скоростей при должном уровне защиты и достаточно удобном мониторинге контролируемых происходящих процессов.