Скорость вращения ротора асинхронного двигателя выражают формулой:
Как видно, скорость вращения ротора двигателя можно регулировать, изменяя одну из трех величин: частоту питающей сети, скольжение или число пар полюсов.
Регулируют скорость вращения, изменяя частоту в короткозамкнутых и фазных двигателях. При плавном изменении питающей частоты изменяется скорость вращения магнитного потока и скорость вращения ротора.
Скорость вращения регулируют введением активного сопротивления в цепь ротора фазного двигателя. В цепь ротора вводят сопротивление регулировочного реостата, аналогичного пусковому реостату, рассчитанному на длительное протекание токов ротора.
При увеличении сопротивления в роторной цепи уменьшается ток ротора. Момент двигателя становится меньше тормозного момента, скорость вращения ротора уменьшается. Скольжение возрастает, э. д. с. увеличивается, что вызывает рост роторного тока до прежнего значения, чтобы обусловленный им момент двигателя был равен тормозному моменту, но при меньшей скорости вращения. Характеристики на рисунке 39 иллюстрируют регулирование скорости вращения ротора фазного двигателя.
Плавность регулирования скорости вращения ротора двигателя зависит от числа ступеней реостата. Используя жидкостный реостат, можно плавно регулировать скорость вращения ротора.
Этот способ регулирования неэкономичен. С уменьшением скорости движения ротора двигателя увеличиваются электрические потери в роторной цепи (в реостате). Заметно возрастают и потери мощности в стали ротора. С уменьшением скорости вращения ротора полезная мощность снижается, а потребляемая мощность практически не изменяется, а к. п. д. сильно уменьшается. В режиме холостого хода или при малой нагрузке введение активного сопротивления в цепь ротора не влияет на скорость вращения ротора двигателя.
Рис. 39. Изменение скоростей вращения фазного двигателя регулировочным реостатом.
Регулирование скорости вращения ротора изменением числа пар полюсов применимо для короткозамкнутых двигателей. В них число полюсов ротора всегда равно числу полюсов статора. При регулировании таким способом фазных двигателей изменение числа полюсов статорной обмотки одновременно необходимо соответственно переключать роторную обмотку, что сильно осложняет контактную систему ротора.
Число полюсов можно изменять ступенчато. Скорость вращения ротора двигателя будет изменяться также ступенчато. Число полюсов двигателя изменяют так. В пазы статора укладывают две независимые обмотки на разное число полюсов или одну обмотку с переключением числа полюсов.
В двухобмоточных многоскоростных двигателях при работе на той или иной скорости используется одна обмотка, вторая бездействует.
Наличие двух обмоток увеличивает размеры двигателя, а работа одной из двух обмоток ухудшает использование активных материалов. Делая каждую из обмоток двухобмоточного двигателя с переключением числа пар полюсов, можно расширить диапазон регулирования скорости вращения ротора.
В однообмоточном многоскоростном двигателе полностью используют обмотку статора при работе на каждой из скоростей. Наиболее просто число полюсов обмотки переключать при отношении 1 : 2, что достигается изменением направления токов в полуфазах.
На рисунке 40,а показана развернутая двухслойная обмотка с переключением числа пар полюсов при отношении 1:2 : z = 18; т — 3; 2р = 2/4.
Рис. 40. Развернутая схема двухскоростной обмотки (а) и схемы соединения фаз при большем и меньшем числе полюсов (б),
Шаг двухскоростной обмотки принимают меньше полюсного деления при малом числе полюсов и больше или равным полюсному делению при большем числе полюсов. Число катушек в катушечной группе берут равным числу пазов на полюс и фазу при меньшем числе полюсов. На рисунке 40, а стрелками показано распределение токов по катушечным группам при большем и меньшем числе полюсов обмотки. На рисунке 40, б показаны схемы соединения фаз обмотки при 2р = 4 и 2р — 2, то есть использована схема переключения «треугольник — двойная звезда» (Δ//λλ); она допускает наименьшее (6) число выводных концов. Переброска двух проводов от питающей сети необходима для сохранения вращения ротора двигателя на одной и другой скоростях. Двухскоростной двигатель с шестью выводами можно переключать по схеме звезда — двойная звезда. Двухскоростные двигатели со схемами переключения относятся к двигателям с постоянным моментом, то есть по условиям нагрева двигатель способен развивать одинаковый момент на обеих скоростях вращения ротора.
Двухскоростной двигатель со схемой переключения обмотки «звезда — звезда» с девятью выводами относится к двигателям с постоянной мощностью, то есть по условиям нагрева двигатель способен развивать одинаковую мощность при двух скоростях вращения ротора.
С увеличением ступеней регулирования скорости вращения растет число выводов, что очень усложняет конструкцию переключающего устройства. Обычно больше чем на четыре скорости многоскоростные двигатели не выполняют. Эти двигатели в сравнении с обычными имеют ряд недостатков: большие габариты, высокая стоимость, низкие энергетические показатели (к. п. д. и cos φ), громоздкое многоконтактное переключающее устройство.
