Regulacja prędkości przez zmianę liczby par biegunów.
Regulację prędkości przez zmianę liczby par biegunów można osiągnąć stosując:
· dwa niezależne uzwojenia w stojanie o różnych liczbach biegunów magnetycznych lub
· jedno uzwojenie, które można przełączać tak, aby wytwarzało pola o różnych liczbach par biegunów.
Umieszczenie w stojanie dwóch niezależnych uzwojeń o różnych liczbach par biegunów umożliwia skokową regulację prędkości obrotowej (dwie prędkości) przez zmianę uzwojenia przyłączonego do sieci zasilającej. W silniku moment obrotowy może powstać tylko wówczas, gdy liczba biegunów w stojanie i w wirniku jest taka sama, dlatego też ten sposób regulacji prędkości obrotowej może być stosowany tylko w silnikach klatkowych, gdyż klatka sama dostosowuje się pod względem liczby par biegunów do liczby par biegunów uzwojenia stojana. W silniku z wirnikiem pierścieniowym, przy zmianie liczby par biegunów uzwojenia stojana należałoby dokonać takiej samej zmiany liczby par biegunów uzwojenia wirnika. Zmiana taka przy wirującym wirniku nie byłaby prosta do zrealizowania.
Silniki, w których dokonuje się regulacji prędkości obrotowej przez zmianę liczby par biegunów magnetycznych nazywamy silnikami wielobiegowymi. Znalazły one szerokie zastosowanie szczególnie do napędu obrabiarek. Możliwe jest w tych przypadkach uzyskanie 16 prędkości obrotowych poprzez zastosowanie silnika czterobiegowego w połączeniu z czterobiegową skrzynią biegów.
Koszt silnika czterobiegowego jest większy niż silnika zwykłego o takiej samej mocy, a mimo to stosowanie go w różnych napędach jest opłacalne.
Regulacja przez zmianę rezystancji w obwodzie wirnika (zmianę poślizgu, z jakim pracuje silnik).
Jeśli silnik pracuje ze zwartymi pierścieniami (Rd=0) i napędza maszynę roboczą o stałym momencie hamującym Mh niezależnym od prędkości obrotowej, to po włączeniu rezystancji dodatkowej Rd1 w obwód wirnika ustali się nowy punkt pracy przy prędkości obrotowej wirnika zmniejszonej do wartości n1. Dalszy wzrost rezystancji do wartości Rd2 spowoduje dalsze zmniejszenie prędkości obrotowej do wartości nu. W ten sposób można regulować prędkość silnika „w dół", to znaczy od prędkości znamionowej do prędkości dowolnie małej. Aby uzyskać płynną regulację prędkości, należałoby zastosować rezystancję o wartości regulowanej w sposób ciągły. Rezystancja ta pracuje najczęściej przez dłuższy czas i dlatego musi być wykonana tak, aby wytrzymywała długotrwałe obciążenie (z tego względu do celów regulacyjnych nie można używać rozruszników, które na ogół są przeznaczone do pracy krótkotrwałej).
Ten sposób regulacji jest nieekonomiczny, ponieważ w rezystorach regulacyjnych występują duże straty mocy. Stosuje się go w szerszym zakresie prędkości tylko dla małych silników, natomiast w silnikach dużych tylko do regulacji prędkości w zakresie 10¸15%.
Regulacja przez zmianę napięcia zasilającego (zmianę poślizgu, z jakim pracuje silnik).
Przy stałym momencie hamującym Mh, na zmianę poślizgu, z jakim pracuje silnik, można także wpłynąć przez zmianę napięcia zasilającego U1.
W takiej sytuacji poślizg krytyczny sk, przy którym występuje moment krytyczny Mk, nie zmienia się, ale zmianie ulega wartość tego momentu. Oznacza to, że zakres regulacji prędkości obrotowej przez zmianę napięcia zasilającego wynosi niewiele ponad 10% w dół od prędkości znamionowej.
Ten sposób regulacji prędkości obrotowej nie jest więc korzystny. Zakres regulacji jest bardzo mały, a dodatkowo silnikowi grozi utknięcie (zatrzymanie się) na skutek zmniejszenia się przeciążalności. Oprócz tego, zmniejszaniu napięcia U1 przy stałej wartości momentu odpowiada wzrost prądów, zarówno w obwodzie wirnika jak i stojana, co powoduje niekorzystny wzrost strat w uzwojeniach.
Zmianę wartości napięcia można uzyskać w różny sposób: np. za pomocą autotransformatora, reaktancji regulacyjnych, rezystancji regulacyjnych w obwodzie stojana itp. (w przypadku włączenia rezystancji straty dodatkowo rosną). Z podanych powodów w praktyce ten sposób regulacji prędkości obrotowej silnika indukcyjnego prawie nie jest stosowany.
Niezależnie od opisanych sposobów, prędkość obrotową silnika indukcyjnego można regulować stosując układy kaskadowe lub sprzężenie mechaniczne dwóch silników i zasilanie ich z sieci w ten sposób, że momenty obrotowe tych silników mają przeciwne kierunki, czyli ich strumienie magnetyczne wirują w kierunkach przeciwnych.
Ogólnie można stwierdzić, że silniki indukcyjne w porównaniu z innymi silnikami (np. silnikami prądu stałego) mają małe możliwości regulacji prędkości obrotowej. Jest to jedna z wad tych silników. Dopiero szersze stosowanie techniki półprzewodnikowej (do regulacji częstotliwości napięcia zasilającego) spowoduje wyeliminowanie tej wady
Regulacja prędkości obrotowej silnika prądu przemiennego
prędkość obrotowa wirnika w silniku prądu przemiennego (asynchroniczny)
W związku z tym, że prędkość obrotowa silnika jest funkcją trzech wielkości: częstotliwości, liczby par biegunów, poślizgu istnieją trzy metody zmiany prędkości obrotowej:
Zmiana częstotliwości f napięcia zasilającego powoduje zmianę prędkości wirowania pola magnetycznego wytworzonego przez stojan silnika przy regulacji częstotliwości jest konieczna również regulacja napięcia zasilającego;
Regulacja prędkości obrotowej przez zmianę liczby par biegunów; stosuje się wyłącznie w silniku asynchronicznym klatkowym; przez zmianę liczby biegunów można uzyskać w jednym silniku 2,3,4prędkości synchronicznej; regulacja prędkości przez zmianę liczby par biegunów jest regulacją skokową;
Zmiana poślizgu S. Sposób ten różni się od poprzednich tym, że prędkość wirowania pola magnetycznego n nie ulega zmianie, zmienia się jedynie poślizg wirnika względem pola magnetycznego; na zmianę poślizgu można wpływać dwoma sposobami:
zmieniając napięcie U zasilające stojan;
zmieniając rezystancję rezystora dodatkowego w obwodzie wirnika (silnik pierścieniowy);
Regulacja prędkości obrotowej silnika prądu stałego.
Z zależności , na prędkość obrotową silnika wpływać można przez :
zmianę napięcia U;
Zmianę rezystancji obwodu twornika R;
Zmianę strumienia ;
Technika półprzewodnikowa, polegająca na zastosowaniu przyrządów energoelektronicznych: prostowników krzemowych, tranzystorów mocy oraz prostowników sterowanych stworzyła możliwości regulacji prędkości kątowej.
Regulacja prędkości obrotowej przez zmianę napięcia stosowana jest zwykle w przypadku silników obcowzbudnychi szeregowych. Ten sposób regulacji nie jest stosowany dla silników bocznikowych, gdyż zmiana napięcia zasilania pociąga za sobą zmianę prądu magnesującego i przez to zmianę strumienia.
Regulacja prędkości obrotowej przez zmianę rezystancji w obwodzie twornika przeprowadza się dla silników obcowzbudnych bocznikowych i szeregowych. Dokonuje się tego przez włączenie w obwód twornika dodatkowej rezystancji Rr. Dla wszystkich rodzajów silników prądu stałego regulacji prędkości dokonuje się za pomocą zmiany rezystancji obwodu twornika prowadząc do jej obniżenia przy określonym momencie statycznym . Zaletą tego sposobu regulacji jest jego prostota. Wadą są duże straty energii na opornikach regulacyjnych.
Regulacja prędkości obrotowej przez zmianę strumienia . Dokonać tego można dla wszystkich silników prądu stałego, odmienny jest jednak sposób realizacji zmiany strumienia głównego w tych maszynach. W silnikach obcowzbudnych, bocznikowych można zmienić strumień przez włączenie dodatkowej rezystancji Rm szeregowo w obwód wzbudzenia. Strumień znamionowy silników bocznikowych i obcowzbudnych jest praktycznie równy strumieniowi nasycenia.