Motoare electrice cu mai multe viteze și utilizarea lor - scop și caracteristici, determinarea puterii la diferite viteze de rotație

Motoare electrice cu mai multe viteze - motoarele asincrone cu mai multe trepte de viteză, sunt proiectate pentru a antrena mecanisme care necesită controlul continuu al vitezei.

Motoarele cu mai multe viteze sunt motoare special concepute. Au o înfășurare specială a statorului și un rotor normal în cușcă.

În funcție de raportul de poli, complexitatea circuitelor și anul de producție a motoarelor electrice cu mai multe viteze, statoarele lor sunt produse în patru versiuni:

• bobine independente cu o viteză pentru două, trei, chiar patru viteze;

• cu una sau două bobine cu comutare de poli, în primul caz în două trepte, iar în al doilea - în patru trepte;

• cu prezența a trei viteze de rotație a motorului electric, o bobină este comutată cu un pol - cu două viteze, iar a doua - cu o singură viteză, independentă - pentru orice număr de poli;

• cu o bobină cu comutare de poli pentru trei sau patru viteze.

Motoarele cu înfășurare automată au o utilizare slabă și o umplere proastă a fantelor din cauza prezenței unui număr mare de fire și etanșări, ceea ce reduce semnificativ puterea în trepte de viteză.
Prezența a două înfășurări cu comutare de poli în stator, și în special una pentru trei sau patru viteze de rotație, îmbunătățește umplerea fantelor și permite o utilizare mai rațională a miezului statorului, drept urmare puterea motorului electric. crește.

În funcție de complexitatea circuitelor, motoarele electrice cu mai multe viteze sunt împărțite în două părți: cu un raport al polilor egal cu 2/1 și — nu este egal cu 2/1. Primul include motoare electrice cu o turație de 1500/3000 rpm sau 2p = 4/2, 750/1500 rpm sau 2p = 8/4, 500/1000 rpm sau 2p = 12/6 etc., iar la al doilea — 1000/1500 rpm sau 2p = 6/4, 750/1000 rpm sau 2p = 8/6, 1000/3000 rpm sau 2p = 6/2, 750/3000 rpm sau 2p = 8/2, 600/30 sau 2p = 10/2, 375/1500 rpm sau 2p = 16/4 etc.

În funcție de alegerea circuitului de înfășurări cu comutare de poli, cu un număr diferit de poli, motorul electric poate fi fie de putere constantă, fie de cuplu constant.

Pentru motoarele cu înfășurare cu comutație de poli și putere constantă, numărul de spire în faze la ambele numere de poli va fi același sau apropiat unul de celălalt, ceea ce înseamnă că curenții și puterile lor vor fi aceleași sau apropiate. Cuplurile lor vor fi diferite, în funcție de numărul de rotații.

În motoarele electrice cu cuplu constant, cu un număr mai mic de poli, grupurile de înfășurări împărțite în două părți în fiecare fază sunt conectate în paralel într-o dublă deltă sau stea dublă, în urma căreia numărul de spire într-o fază scade și se dublează secțiunea transversală a firului, curentul și puterea.La trecerea de la poli mari la mai puțini într-un aranjament stea/delta, numărul de spire scade, iar curentul și puterea vor crește de 1,73 ori. Aceasta înseamnă că la putere mai mare și la turații mai mari, precum și la putere mai mică și la turații mai mici, cuplurile vor fi aceleași.

Cel mai simplu mod de a obține două numere diferite de perechi de poli este dispunerea statorului unui motor de inducție cu două înfășurări independente… Industria electrică produce astfel de motoare cu viteze de rotație sincrone de 1000/1500 rpm.

Cu toate acestea, există o serie de scheme de comutare a firelor înfășurării statorului în care aceeași înfășurare poate produce un număr diferit de poli. Un comutator simplu și răspândit de acest tip este prezentat în fig. 1, a și b. Bobinele statorice conectate în serie formează două perechi de poli (Fig. 1, a). Aceleași bobine conectate în două circuite paralele așa cum se arată în fig. 1b, formați o pereche de poli.

Industria produce motoare cu o singură bobinare cu mai multe viteze, cu comutare serie-paralelă și cu un raport de turație de 1: 2 cu viteze de rotație sincrone 500/1000, 750/1500, 1500/3000 rpm.

Metoda de comutare descrisă mai sus nu este singura. În fig. 1, c prezintă un circuit care formează același număr de poli ca și circuitul prezentat în fig. 1, b.

Cu toate acestea, cea mai comună în industrie a fost prima metodă de comutare serie-paralel, deoarece cu un astfel de comutator, mai puține fire pot fi îndepărtate din înfășurarea statorului și, prin urmare, comutatorul poate fi mai simplu.

Orez. 1. Principiul comutării polilor unui motor cu inducție.

Înfășurările trifazate pot fi conectate la o rețea trifazată în stea sau triunghi. În fig. 2, a și b prezintă o comutare larg răspândită, în care motorul electric, pentru a obține o turație mai mică, este conectat cu o deltă cu o legătură în serie de bobine, iar pentru a obține o viteză mai mare, o stea cu o legătură în paralel de bobinele (t .aka stea dublă).

Alături de cele cu două viteze, industria electrică produce și motoare asincrone cu trei viteze... În acest caz, statorul motorului electric are două înfășurări separate, dintre care una asigură două viteze prin comutarea descrisă mai sus. A doua înfășurare, de obicei inclusă în stea, asigură a treia viteză.

Dacă statorul motorului electric are două înfășurări independente, fiecare dintre acestea permitând comutarea polilor, este posibil să se obțină un motor electric în patru trepte. În acest caz, numărul de poli este ales astfel încât vitezele de rotație să alcătuiască seria necesară. O diagramă a unui astfel de motor electric este prezentată în fig. 2, c.

Trebuie remarcat faptul că câmpul magnetic rotativ va induce trei E în trei faze ale înfășurării în gol. d. s, de aceeași dimensiune și defazat cu 120 °. Suma geometrică a acestor forțe electromotoare, așa cum este cunoscută din inginerie electrică, este zero. Cu toate acestea, din cauza fazei sinusoidale imprecise e. etc. c. curent de reţea, suma acestor d. etc. v. poate fi zero. În acest caz, un curent apare într-o bobină închisă nefuncțională, care încălzește această bobină.

Pentru a preveni acest fenomen, circuitul de comutare a polilor este realizat în așa fel încât bobina inactivă să fie deschisă (Fig. 12, c).Datorită valorii mici a curentului superior la unele motoare electrice, uneori nu se face nicio întrerupere în bucla închisă a înfășurării în gol.

S-au produs motoare cu trei viteze cu bobinaj dublu cu viteze de rotație sincrone de 1000/1500/3000 și 750/1500/3000 rpm și motoare cu patru viteze cu 500/750/1000/1500 rpm. Motoarele cu două viteze au șase, trei trepte nouă și patru viteze 12 terminale la comutatorul de poli.

Trebuie remarcat faptul că există circuite pentru motoare cu două viteze, care cu o singură înfășurare fac posibilă obținerea unor viteze de rotație al căror raport nu este egal cu 1: 2. Astfel de motoare electrice asigură viteze de rotație sincrone de 750/3000, 1000/1500. , 1000/3000 rpm

Trei și patru numere diferite de perechi de poli pot fi obținute prin utilizarea schemelor speciale pentru o singură înfășurare.Asemenea motoare electrice cu mai multe viteze cu o singură înfășurare sunt semnificativ mai mici decât motoarele cu dublu înfășurare cu aceiași parametri, ceea ce este foarte important pentru inginerie mecanică .

În plus, motoarele electrice cu o singură bobinare au puțin mai mari indicatori energetici și producție mai puțin intensivă în muncă. Dezavantajul motoarelor cu mai multe viteze cu o singură înfășurare este prezența unui număr mai mare de fire introduse în comutator.

Cu toate acestea, complexitatea comutatorului este determinată nu atât de numărul de fire scoase la iveală, cât de numărul de comutatoare simultane. În acest sens, s-au dezvoltat scheme care permit, în prezența unei bobine, să se obțină trei și patru viteze cu comutatoare relativ simple.

Orez. 2. Scheme de comutare a polilor unui motor cu inducție.

Astfel de motoare electrice sunt produse prin inginerie mecanică la viteze sincrone de 1000/1500/3000, 750/1500/3000, 150/1000/1500, 750/1000/1500/3000, 500/1500/750/510/750/min.

Cuplul motorului cu inducție poate fi exprimat prin formula binecunoscută

unde Ig este curentul din circuitul rotorului; F este fluxul magnetic al motorului; ? 2 este unghiul de fază dintre vectorii de curent și e. etc. v. rotor.

Orez. 3. Motor trifazat cu mai multe viteze.

Luați în considerare această formulă în raport cu controlul vitezei unui motor cu inducție.

Cel mai mare curent continuu admis în rotor este determinat de încălzirea admisă și, prin urmare, este aproximativ constant. Dacă reglarea vitezei se efectuează cu un flux magnetic constant, atunci la toate turațiile motorului cuplul maxim admisibil pe termen lung va fi, de asemenea, constant. Acest control al vitezei se numește control constant al cuplului.

Reglarea vitezei prin variarea rezistenței în circuitul rotorului este o reglare cu un cuplu maxim admisibil constant, deoarece fluxul magnetic al mașinii nu se modifică în timpul reglării.

Puterea utilă maximă admisă a arborelui motorului la o viteză de rotație mai mică (și, prin urmare, un număr mai mare de poli) este determinată de expresia

unde If1 — curent de fază, maxim admisibil în funcție de condițiile de încălzire; Uph1 — tensiunea de fază a statorului cu un număr mai mare de poli.

Puterea utilă maximă admisă a arborelui motorului la o viteză mai mare de rotație (și un număr mai mic de poli) Uph2 — tensiunea de fază în acest caz.

La trecerea de la o conexiune delta la o stea, tensiunea de fază scade cu un factor de 2.Astfel, când trecem de la circuitul a la circuitul b (Fig. 2), obținem raportul de putere

Luând aspru

ia-l

Cu alte cuvinte, puterea la turație mai mică este de 0,86 din puterea la turația mai mare a rotorului. Având în vedere modificarea relativ mică a puterii maxime continue la cele două viteze, o astfel de reglare este denumită în mod convențional regularea puterii constante.

Dacă, atunci când conectați jumătățile fiecărei faze, utilizați secvențial o conexiune stea și apoi treceți la o conexiune stea paralelă (Fig. 2, b), atunci obținem

Sau

Astfel, în acest caz, există un control constant al rotațiilor cuplului. La mașinile-unelte pentru prelucrarea metalelor, mecanismele de mișcare principale necesită control constant al vitezei de putere, iar antrenamentele de alimentare necesită control constant al vitezei cuplului.

Calculele de mai sus ale raportului de putere la cea mai mare și cea mai mică viteză sunt aproximative. De exemplu, nu a fost luată în considerare posibilitatea creșterii sarcinii la viteze mari datorită răcirii mai intense a înfășurărilor; egalitatea presupusă este de asemenea foarte aproximativă.Deci, pentru motorul de 4A pe care îl avem

Ca rezultat, raportul de putere al acestui motor este P1 / P2 = 0,71. Aproximativ aceleași rapoarte se aplică și altor motoare cu două viteze.

Noile motoare electrice cu o singură bobină cu mai multe viteze, în funcție de schema de comutare, permit controlul vitezei cu putere constantă și cuplu constant.

Numărul mic de trepte de control care pot fi obținute cu motoarele cu inducție cu schimbarea polilor permite de obicei ca astfel de motoare să fie utilizate pe mașini-unelte doar cu cutii de viteze special concepute.

Vezi si: Avantajele utilizării motoarelor cu mai multe viteze