Электродвигатели переменного тока

Наибольшее распространение на судах получили распространение короткозамкнутые асинхронные двигатели переменного тока. Благодаря отсутствию коллектора и скользящих контактов эти двигатели отличаются высокой надежностью и взрывобезопасностью. Они меньше по весу и габаритам и значительно дешевле двигателей постоянного тока.

Также на судах находят применение и асинхронные двигатели с фазовым ротором.

В электроприводах со сложными условиями работы (частые пуски, реверсы, переменная нагрузка) применяются двигатели с глубокопазной короткозамкнутой на роторе или с двумя коротко замкнутыми обмотками из проводников с различным сопротивлением. Такая конструкция позволяет увеличить пусковой момент двигателя и уменьшить пусковой ток.

Ведущие фирмы-производители выпускают энергосберегающие стандартные асинхронные двигатели мощностью 15-30 кВт и более. В этих двигателях потери электроэнергии снижены не менее чем на 10 % по сравнению с ранее производимыми двигателями с " нормальным" КПД. Результаты расчетов показывают, что дополнительные затраты, связанные с приобретением энергосберегающих электродвигателей, окупаются за счет экономии электроэнергии за 2-3 года в зависимости от мощности двигателя. При этом срок окупаемости более мощных двигателей меньше, так как эти двигатели имеют большую годовую наработку и более высокий коэффициент загрузки.
В ряде стран вопросы энергосбережения в стандартных асинхронных двигателях связывают не столько со снижением эксплуатационных затрат, сколько с экологическими проблемами, обусловленными производством электроэнергии.

С энергосбережением - уменьшением потерь в асинхронном двигателе - неразрывно связано повышение его ресурса вследствие снижения температуры его обмоток. Теоретический ресурс системы изоляции обмотки увеличивается в 4 раза

В действительности ресурс обмотки определяется не только термодеструкцией, но и другими факторами (коммутационным перенапряжением, механическими усилиями, влажностью и др.), поэтому он увеличивается не так значительно, но при этом не менее чем в 2 раза.

Частота вращения ротора асинхронного двигателя определяется формулой:

;

где: f – частота переменного тока;

р – число пар обмотки статора;

s – скольжение.

Следовательно, скорость ротора может регулироваться за счет скорости поля f; p или за счет скольжения s.

В случае регулирования частоты вращения ротора за счет скольжения в цепи выделяются потери энергии в виде тепла, пропорциональные скольжению.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя может практически осуществляться за счет изменения активного изменения цепи ротора, числа пар полюсов обмотки статора или частоты переменного тока.

Изменение сопротивления цепи ротора. Этот способ может применятся только для двигателей с фазным ротором и с кольцами. С точки зрения диапазона регулирования, плавности, экономичности этот способ совершенно аналогичен регулированию частоты вращения двигателя постоянного тока изменением сопротивления цепи якоря (рассмотренный нами выше). Он применяется в электроприводе брашпиля и шпиля больших серий судов.

Изменение числа пар полюсов. Асинхронные двигатели, у которых трехфазная обмотка статора может создавать вращающееся магнитное поле с различным числом пар полюсов, называются полюсопереключаемыми. разработаны трехфазные обмотки, которые можно переключать на различное число пар полюсов.

Существует два способа переключения обмотки на меньшее число пар полюсов в отношении 2: 1. Первый способ – переключение с последовательного соединения на встречно-последовательное. Второй способ – переключение с последовательного соединения на встречно-паралелльное.

При первом способе переключения обмотка, соединенная в «звезду», должна иметь девять выводов на клемном щитке, а при соединении в «треугольник» - двенадцать выводов.

Мощность двигателя при первом способе переключения остается постоянной, следовательно, изменяется максимальный момент двигателя. Такой способ переключения наиболее целесообразно применять для регулирования частоты вращения металлорежущих станков.

При втором способе переключения обмотка, соединенная в «звезду», должна иметь только шесть выводов. После переключения получается соединение обмотки «двойная звезда». Мощность двигателя в этом случае удваивается, а максимальный момент остается постоянным. Этот способ целесообразно применять для регулирования частоты вращения грузоподъемных устройств.

При более сложном переключении трехфазной обмотки можно получить три и даже четыре ступени скорости с самым различным соотношением полюсов.

В электроприводах грузоподъемных устройств, брашпилей, шпилей на судах самое широкое распространение получили трехскоростные асинхронные двигатели с тремя отдельными обмотками на статоре на различное число пар полюсов. Регулирование частоты вращения осуществляется включением той или иной обмотки, но сами обмотки не переключаются.

Регулирование переключением пар полюсов отличается высокой экономичностью, поскольку ротор вращается при установившейся скорости со скольжением в пределах номинального и никаких дополнительных сопротивлений не включается. Серьезный недостаток этого способа – ступенчатость и ограниченное число скоростей.

Изменение частоты. Регулирование скорости вращения изменением частоты – самый многообещающий и перспективный способ. Основные его достоинства:

используется обычный короткозамкнутый двигатель;

регулирование с точки зрения потерь в электродвигателе является экономичным;

достигается большой диапазон и плавность регулировки;

сохраняется жесткость механических характеристик, а следовательно, и стабильность работы привода;

рекупиративное торможение может осуществляться почти до полной остановки.