Многоскоростни електродвигатели и тяхното използване — предназначение и характеристики, определяне на мощност при различни скорости на въртене

Многоскоростни електродвигатели — асинхронни двигатели с няколко степени на скорост, са проектирани да задвижват механизми, които изискват стъпаловиден контрол на скоростта.

Многоскоростните двигатели са двигатели със специална конструкция. Те имат специална намотка на статора и нормален ротор в клетка.

В зависимост от съотношението на полюсите, сложността на схемите и годината на производство на многоскоростни електродвигатели, техните статори се произвеждат в четири версии:

• независими една от друга едноскоростни намотки за две, три, дори четири скорости;

• с една или две намотки с превключване на полюси, в първия случай двустепенна, а във втория-четиристепенна;

• с наличието на три скорости на въртене на електродвигателя, една намотка се превключва с полюс — двускоростна, а втората — едноскоростна, независима — за произволен брой полюси;

• с една намотка с превключване на полюса за три или четири скорости.

Самонавиващите се двигатели имат лошо използване и запълване на слотове поради наличието на голям брой проводници и уплътнения, което значително намалява мощността в стъпките на скоростта.
Наличието на две намотки с превключване на полюса в статора и особено една за три или четири скорости на въртене, подобрява запълването на слотовете и позволява по-рационално използване на сърцевината на статора, в резултат на което мощността на електродвигателя се увеличава .

Според сложността на схемите многоскоростните електродвигатели са разделени на две части: с полюсно съотношение, равно на 2/1 и — не равно на 2/1. Първият включва електродвигатели със скорост 1500/3000 об/мин или 2p = 4/2, 750/1500 rpm или 2p = 8/4, 500/1000 rpm или 2p = 12/6 и т.н., а към втория — 1000/1500 об/мин или 2p = 6/4, 750/1000 rpm или 2p = 8/6, 1000/3000 rpm или 2p = 6/2, 750/3000 rpm или 2p = 8/2, 600/3000 rpm или 2p = 10/2, 375/1500 об/мин или 2p = 16/4 и т.н.

В зависимост от избора на веригата на намотки с превключване на полюсите, с различен брой полюси, електродвигателят може да бъде с постоянна мощност или с постоянен въртящ момент.

За електродвигатели с намотка с превключване на полюси и постоянна мощност, броят на завоите във фази при двата броя полюси ще бъде еднакъв или близък един до друг, което означава, че техните токове и мощности ще бъдат еднакви или близки. Техните въртящи моменти ще бъдат различни, в зависимост от броя на оборотите.

При електродвигатели с постоянен въртящ момент с по -малък брой полюси, групи намотки, разделени на две части във всяка фаза, са свързани паралелно в двоен триъгълник или двойна звезда, в резултат на което броят на завоите във фаза намалява , а напречното сечение на проводника, токът и мощността се удвояват. При превключване от големи към по -малко полюси в подреждане звезда / триъгълник, броят на завоите намалява, а токът и мощността ще се увеличат 1,73 пъти. Това означава, че при по -висока мощност и по -високи обороти, както и при по -ниска мощност и по -ниски обороти, въртящите моменти ще бъдат еднакви.

Най -простият начин да получите два различни числа полюсни двойки е устройство на статора на асинхронен двигател с две независими намотки… Електрическата промишленост произвежда такива двигатели със синхронни скорости на въртене 1000/1500 об/мин.

Съществуват обаче редица схеми за превключване на проводници на статорни намотки, при които една и съща намотка може да произведе различен брой полюси. Един прост и широко разпространен превключвател от този вид е показан на фиг. 1, а и б. Статорните бобини, свързани последователно, образуват две двойки полюси (фиг. 1, а). Същите намотки, включени в две паралелни вериги, както е показано на фиг. 1b, образуват една двойка полюси.

Промишлеността произвежда многоскоростни двигатели с една намотка със серийно-паралелно превключване и със съотношение на оборотите 1: 2 със синхронни скорости на въртене 500/1000, 750/1500, 1500/3000 об/мин.

Описаният по -горе метод на превключване не е единственият. На фиг. 1, в показва схема, която образува същия брой полюси като веригата, показана на фиг. 1, б.

Най -разпространеното в индустрията обаче беше първото метод на последователно-паралелно превключване, тъй като с такъв превключвател по -малко проводници могат да бъдат отстранени от намотката на статора и следователно превключвателят може да бъде по -опростен.

Ориз. 1. Принципът на превключване на полюсите на асинхронен двигател.

Трифазни намотки могат да бъдат свързани към трифазна мрежа в звезда или триъгълник. На фиг. 2, а и б показват широко разпространено превключване, при което електродвигателят, за да получи по -ниска скорост, се включва с триъгълник с последователно свързване на бобини, а за да се получи по -висока скорост, звезда с паралелно свързване на бобини (т.нар. двойна звезда).

Наред с двустепенната, електрическата промишленост също произвежда трискоростни асинхронни двигатели… В този случай статорът на електродвигателя има две отделни намотки, едната от които осигурява две скорости чрез описаното по -горе превключване. Втората намотка, обикновено включена в звездата, осигурява третата скорост.

Ако на статора на електродвигателя има две независими намотки, всяка от които позволява превключване на полюси, е възможно да се получи четиристепенен електродвигател. В този случай броят на полюсите се избира така, че скоростите на въртене да съставят необходимите серии. Диаграма на такъв електродвигател е показана на фиг. 2, c.

Трябва да се отбележи, че въртящото се магнитно поле ще индуцира три Е в три фази на намотката на празен ход. d. s, със същия размер и фазово изместен с 120 °. Геометричната сума на тези електромоторни сили, както е известно от електротехниката, е нула. Въпреки това, поради неточната синусоидалност на фаза e. и т.н. с. мрежов ток, сумата от тези д. и т.н. с. може да е нула. В този случай възниква ток в затворена неработеща намотка, която загрява тази намотка.

За да се предотврати това явление, веригата за превключване на полюсите е направена по такъв начин, че намотката на празен ход е отворена (фиг. 12, в). Поради малката стойност на горния ток в някои електродвигатели понякога не се прави прекъсване в затворения контур на намотка на празен ход.

Произведено трискоростни двигатели с двойно навиванеимащи синхронни скорости на въртене 1000/1500/3000 и 750/1500/3000 об/мин и четиристепенни двигатели с 500/750/1000/1500 об/мин. Двускоростните двигатели имат шест, тристепенни девет и четиристепенни 12 клеми към полюсния превключвател.

Трябва да се отбележи, че има схеми за двускоростни двигатели, които с една намотка дават възможност да се получат скорости на въртене, чието съотношение не е равно на 1: 2. Такива електродвигатели осигуряват синхронни скорости на въртене 750/3000, 1000/1500, 1000/3000 об/мин.

Три и четири различни числа полюсни двойки могат да бъдат получени чрез използване на специални схеми за една намотка.Такива многоскоростни електродвигатели с една намотка са значително по-малки от двигателите с двойна намотка със същите параметри, което е много важно за машиностроенето.

В допълнение, електродвигателите с една намотка имат малко по-високи енергийни показатели и по -малко трудоемкост на производството. Недостатъкът на многоскоростни двигатели с една намотка е наличието на по-голям брой проводници, въведени в превключвателя.

Сложността на превключвателя обаче се определя не толкова от броя на проводниците, изведени навън, колкото от броя едновременно извършени превключвания. В тази връзка са разработени схеми, които позволяват при наличието на една намотка да се получат три и четири скорости със сравнително прости превключватели.

Ориз. 2. Схеми за превключване на полюсите на асинхронен двигател.

Такива електродвигатели се произвеждат от машиностроенето при синхронни скорости 1000/1500/3000, 750/1500/3000, 150/1000/1500, 750/1000/1500/3000, 500/750/1000/1500 об/мин.

Въртящият момент на асинхронния двигател може да се изрази с добре известната формула

където Ig е токът в роторната верига; F е магнитният поток на двигателя; ? 2 е фазовият ъгъл между векторите на тока и e. и т.н. с. ротор.

Ориз. 3. Трифазен многоскоростен двигател с катеричка.

Помислете за тази формула във връзка с регулирането на скоростта на асинхронен двигател.

Най -високият допустим непрекъснат ток в ротора се определя от допустимото нагряване и следователно е приблизително постоянен. Ако регулирането на скоростта се извършва с постоянен магнитен поток, тогава при всички скорости на двигателя максималният дългосрочно допустим въртящ момент също ще бъде постоянен. Този контрол на скоростта се нарича постоянен контрол на въртящия момент.

Регулирането на скоростта чрез промяна на съпротивлението в роторната верига е регулиране с постоянен максимално допустим въртящ момент, тъй като магнитният поток на машината не се променя по време на регулирането.

Максимално допустимата полезна мощност на вала на двигателя при по -ниска скорост на въртене (и следователно по -голям брой полюси) се определя от израза

където If1 — фазов ток, максимално допустим според условията на отопление; Uph1 — фазово напрежение на статора с по -голям брой полюси.

Максимално допустимата полезна мощност на вала на двигателя при по -висока скорост на въртене (и по -малък брой полюси) Uph2 — фазово напрежение в този случай.

При преминаване от делта връзка към звезда, фазовото напрежение намалява с 2 пъти. По този начин, при преминаване от верига а към верига b (фиг. 2), получаваме съотношението на мощността

Приемайки грубо

вземете

С други думи, мощността при по -ниска скорост е 0,86 мощност при по -висока скорост на ротора. Като се има предвид относително малката промяна в максималната непрекъсната мощност при двете скорости, такова регулиране условно се нарича регулиране с постоянна мощност.

Ако при свързване на половинки от всяка фаза последователно използвате връзка със звезда и след това преминете към паралелна връзка звезда (фиг. 2, б), тогава получаваме

Или

По този начин в този случай има постоянен контрол на оборотите на въртящия момент. В металорежещите металорежещи машини главните задвижвания за движение изискват контрол на скоростта с постоянна мощност, а захранващите задвижвания изискват контрол на скоростта с постоянен въртящ момент.

Горните изчисления на съотношението на мощността при най -високата и най -ниската скорост са приблизителни. Например не беше взета предвид възможността за увеличаване на натоварването при високи скорости поради по -бялото интензивно охлаждане на намотките; приетото равенство също е много приблизително.И така, за двигателя 4A имаме

В резултат на това съотношението на мощността на този двигател е P1 / P2 = 0,71. Приблизително същите съотношения се прилагат и за други двускоростни двигатели.

Новите многоскоростни електродвигатели с една намотка, в зависимост от схемата на превключване, позволяват управление на скоростта с постоянна мощност и постоянен въртящ момент.

Малкият брой етапи на управление, които могат да бъдат получени с асинхронни двигатели с промяна на полюса, обикновено позволява такива двигатели да се използват на металорежещи машини само със специално проектирани скоростни кутии.

Вижте също: Предимства от използването на многоскоростни двигатели